ele teicidad

2. LA ELECTRICIDAD
Mantenimiento en Electrotecnia I
Profesor: Rodrigo Morales.

3. Aprendizaje esperado
1. Explicar los principios de la electricidad y sus usos
industriales.

4. Objetivo de la clase
• Conocer y aplicar los principios fundamentales de la electricidad
y las magnitudes eléctricas con las unidades de medida.

5. TEMARIO
1- Teoría Atómica
2- Tabla periódica
3- Formas de generar electricidad
3- Ley de Coulomb.
5- Magnitudes eléctricas.
6- Conversiones de unidades.

6. ¿Qué es la electricidad?
“La propiedad de la materia y forma de energía, que se
manifiesta en las partículas elementales con el
movimiento de estas”

7. Teoría atómica y la electricidad
“La materia es todo lo que ocupa un lugar en el espacio”
- Estado de la material Estado Sólido: Cuando el contacto entre dichas partículas es
muy fuerte.
- Estado Liquido: Cuando el contacto entre las partículas es más flojo. En este caso la
materia cambia constantemente de forma para adaptarse a la del recipiente que la
contiene.
- Estado Gaseoso: las partículas están totalmente libres, es decir, no existe contacto
entre ellas. Se caracteriza porque puede cambiar su volumen y su forma, adaptándose a
cualquier espacio.
- Estado Plasmático: : las partículas están totalmente libres pero ionizadas, es decir,
altamente conductoras de electricidad. Se caracteriza porque puede cambiar su
volumen y su forma, adaptándose a cualquier espacio.

8. Teoría atómica
• ATOMO: Es la unidad o partícula más pequeña que se puede encontrar la
materia.
• Estructura atómica • 1808, el físico y químico Jhon Dalton formuló la las
bases que marcaron el inicio de la era atómica. • 1913, Niels Bohr enuncio la
Teoría Atómica.

9. Modelos atómicos

10. El átomo
Los átomos están constituidos por un núcleo que tiene la mayor
parte de la masa.
Dentro del núcleo se encuentran partículas subatómicas como por
ejemplo los protones, neutrones, neutrinos, antiprotones etc..
Alrededor del núcleo se encuentran girando en una orbita elíptica y
a extraordinaria velocidad, los electrones que son las partículas que
participan activamente en la transmisión de energía.
Los electrones se mantienen en orbitas debido a la fuerza de
atracción que existe entre estos y el núcleo. Están ordenados en
distintos niveles de energía.
Los protones que se encuentran en el núcleo tienen carga positiva y
los electrones que se encuentran orbitando alrededor de él tienen
carga negativa, manteniendo la fuerza de atracción entre ambos.

11. Partes de átomo

12. Modelo atómico
• Cada elemento de la tabla periódica tiene un número atómico que
indica la cantidad de protones y electrones.
Ejemplo: El Cobre (Cu) tiene número atómico 29, es decir tiene 29
protones y 29 electrones.
• Conforme al modelo de Borh los átomos pueden tener un máximo de
siete orbitas o capas alrededor del núcleo, donde se encuentran los
electrones. (2,8,18,32,18,8,2)
• Desde el punto de vista eléctrico, de todas las orbitas o niveles de
energía, nos interesa estudiar la ultima orbita, donde se encuentran los
electrones de valencia. Estos determinan cuantos enlaces puede formar
un átomo y las propiedades químicas y físicas de los elementos.

13. Tabla periódica de los elementos

14. Elementos de la tabla periódica.
• Todos los átomos de un elemento químico tienen en el núcleo un
determinado número de protones. Este número, que caracteriza a
cada elemento y lo distingue de los demás, es el número atómico y se
representa con la letra Z. Cuando el átomo está en equilibrio indica la
cantidad de protones y electrones.

15. Elementos de la tabla periódica

16. Elementos de la tabla periódica

17. Iones
• Iones: es un átomo o un grupo de átomos que tiene carga neta positiva
(catión) o negativa (anión)
• Se produce por perdida o ganancia de electrones

18. Formación de un catión

19. Formación de un anión

20. Ejemplo

21. Ejemplo

22. Ejercicios
• 1.- Calcule cuántos protones, neutrones y electrones tienen estos
átomos en equilibrio:
1) O ( Z=8, A=16)
2) Cl (Z= 17, A=37)
3) Na (Z=11, A=23)
4) U (Z=92, A=238)
5) Ca (Z=20, A=40)
• 2.- Un átomo tiene 17 protones y 18 neutrones, ¿cuál es su número
atómico y su número másico? ¿Cuántos electrones tiene si el átomo
es neutro?
•

23. Ejercicios
ÁTOMO S Na B Be Cu O2- N3-
Z 11 29 8
A 32 10 16 14
Nº PROTONES 16 4 7
Nº
ELECTRONES
5
Nº
NEUTRONES
12 34
AXZ
9Be4

24. Tipos de materiales
• Los materiales conductores poseen menos de cuatro electrones
de valencia, los cuales tienden a perder dichos electrones para
lograr su equilibrio. Estos materiales reciben el nombre de
metales. El cobre, Oro, Plata etc..
• Los materiales semiconductores poseen cuatro electrones de
valencia y sus propiedades se encuentran en punto medio entre
los conductores y aislantes. Ejemplo el Silicio y el Germanio.
• Los materiales aislantes son aquellos que tienen más de cuatro
electrones de valencia y son llamados Metaloides, porque
tienden a ganar electrones para lograr su equilibrio. Ejemplo
Fosforo, Azufre.

25. Materiales conductores

26. Materiales semiconductores

27. Materiales aislantes

28. Materiales aislantes, semiconductores
y conductores

29. Fenómenos eléctricos
Antiguamente los griegos ya sabían que frotando el ámbar podían atraer
materiales ligeros como el papel, e hilos. En aquella época estos
fenómenos tenían explicación mágica o divina, es bueno señalar que el
ámbar en griego se llama elektron. Más tarde se descubrió la
electricidad por frotamiento en otros materiales y su aplicación solo se
limito a exhibiciones recreativas. Las investigaciones sobre los
fundamentos de la electricidad, efectuadas en el siglo XIX tuvieron entre
otros resultados la obtención de la misma mediante inducción
electromagnética. El primer generador fue inventado en el año 1866 por
Werner Siemens. Esto permitió la obtención de la electricidad en forma
fácil y económica.

30. Historia…
En la antigua Grecia ya conocían los fenómenos eléctricos. Ellos se dieron
cuenta que al frotar un trozo de ámbar (resina petrificada) con un género, esta
adquiría la propiedad de atraer pequeños objetos livianos. Los griegos
llamaron a esta fuerza del ámbar “elektron” o sea esta propiedad del ámbar se
conocía como fuerza eléctrica. En memoria a esta observación se llamo a la
partícula que genera el fenómeno eléctrico electrón

31. Ley de cargas

32. Principios de electrostática

33. Campo eléctrico
• Campo eléctrico Es el espacio en el cual pueden manifestarse las
fuerza de atracción y repulsión entre cargas eléctricas.

34. Intensidad de campo eléctrico

35. Electroscopio
• El Electroscopio Es un instrumento que nos permite observar las
presencias de cargas eléctricas. Cuando un cuerpo cargado toca la
esfera de metal, trasfiere las cargas hasta la s laminas de aluminio.
Cuando ambas láminas de aluminio reciben la misma cantidad y tipo
de cargas estas tienden a separarse demostrando la presencia de
cargas eléctricas.
•

36. Principio de electrostática

37. Ley de Coulomb
• La primera investigación teórica acerca de las cargas eléctricas entre
cuerpos cargados fue realizada por Charles Augustin de Coulumb en
1784. El llevo a cabo sus investigaciones con una balanza de torsión
para medir la variación de la fuerza con respecto a la separación y la
cantidad de carga. La cantidad de carga q se puede considerar, como
la cantidad de electrones o de protones que hay en exceso, en un
cuerpo determinado. La fuerza de atracción o de repulsión entre dos
cargas puntuales es directamente proporcional al producto de las dos
cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que
las separa.

38. Ley de Coulomb

39. Ley de Coulomb
• En el Sistema Internacional de medida la constante k debe
remplazarse ya que la fuerza esta en Newtons, la distancia en metros
y la carga en Coulomb, la constante de proporcionalidad que incluye
el medio que separa los cuerpos debe expresarse de la siguiente
manera:

40. Ley de Coulomb
• El electrón es una carga negativa y posee -1,6 x 10 -19 [C] partes de
un coulomb.
• El protón es una carga positiva y posee +1,6 x 10 -19 [C] partes de un
coulomb.
• La unidad más conveniente para la electroestática es el microcoulomb
(µC), definido por: 1 µC = 10-6 = 0,000001 [Coulomb]

41. Ejercicios propuestos

42. Ejercicios propuestos

43. Ejercicios propuestos

44. Ejercicios propuestos

45. Formas de generar electricidad

46. Formas de generar electricidad
• Por Magnetismo: Si introducimos un imán al interior de un solenoide y lo
comenzamos a mover rápidamente introduciéndolo y sacándolo varias
veces, el campo magnético del imán con sus líneas de fuerza comenzarán a
sacar los electrones de valencia del material conductor, provocando que se
genere una corriente eléctrica inducida, la cual será detectada por el
instrumento llamado galvanómetro.

47. Formas de generar electricidad
• Calor: Al aplicar calor a algunos materiales conductores como el
cobre y el zinc, estos comenzaran a desprender sus electrones de
valencia generando una corriente eléctrica. Esto se denomina
termoelectricidad
• Fricción: Al frotar una varilla de plástico con un trozo de género, esta
tendrá la propiedad de atraer pequeños objetos livianos como
papeles, ya que un cuerpo se carga positivo y en otro negativo,
provocando que se atraigan. Este tipo de electricidad se denomina
estática.
• Reacciones químicas: Cuando en un recipiente se colocan una placa
de cobre y otra de zinc sumergidas bajo una solución de agua con
acido sulfúrico, se produce una transferencia de electrones de una
placa a otra, es decir una corriente eléctrica. Esta es la forma de
funcionamiento de una batería.

48. Formas de generar electricidad
• Presión: Cuando se aplica presión a algunos materiales, la fuerza de la
presión pasa a través del material a sus átomos, desalojando los
electrones de sus orbitas y empujándolos en la misma dirección que tiene
la fuerza. Estos huyen de un lado y se acumulan en el lado opuesto, de
esta manera se origina una carga positiva y negativa. Cuando cesa la
presión los electrones regresan a su orbita. Esto se conoce como
piezoelectricidad.
• Luz: Cuando los fotones de un rayo luminoso inciden sobre un material
(potasio, sodio, cesio) liberan su energía y provocan que los átomos del
material liberen electrones. Esto se denomina efecto fotoeléctrico.

49. Movimiento de los electrones

50. Movimiento de electrones
• Un átomo puede tener muchos electrones, situados en órbitas que giran alrededor del
núcleo. Hay fenómenos que consiguen arrancar electrones de las órbitas externas
del átomo, quedando entonces deficitario de cargas negativas (el átomo se convierte así
en un ion positivo).Al producirse el abandono de un electrón de su órbita queda en su
lugar un “hueco” el cual atraerá a un electrón de un átomo contiguo, de este modo se
desencadena una cascada de electrones arrancados de otros átomos contiguos para
ir rellenando huecos sucesivos, y así se produce una circulación de electrones. La fuerza
que obliga a los electrones a circular por un conductor depende de la diferencia de
electrones existentes en los extremos de ese conductor. Si en un extremo se tienen
muchos electrones mientras que en el otro apenas hay, aparecen aquí huecos, la
tendencia natural es que se produzca una circulación de electrones hacia el extremo
donde hay huecos, para alcanzar así un equilibrio. La diferencia existente en el número
de electrones entre un extremo y otro, y que determina la “fuerza” con la que circulan,
recibe el nombre de diferencia de tensión, lo que significa que cuanta mayor tensión
exista en los extremos de un conductor mayores también el número de electrones que
hay dispuestos en un lado para desplazarse hacia el otro.

51. Movimiento de electrones

52. Dirección de la corriente eléctrica
• Hasta no hace muchos años se consideró que la corriente eléctrica se
producía desde el lado positivo al negativo (del más al menos),
cuando en realidad es al revés: del polo negativo circulan los
electrones al polo positivo. No obstante, por cuestiones de costumbre
y comodidad se sigue considerando que la dirección de la corriente es
del más al menos.

53. Circuito eléctrico

54. Circuito eléctrico
• Es un conjunto de elementos conectados entre sí por los que puede circular
una corriente eléctrica. Un circuito cerrado debe proporcionar una vía
completa para el flujo de electrones a través de los componentes. Debe
tener una fuente de generación, conductores, elemento de control y una
fuente de consumo.
• Fuente de generación: Encargada de generar la diferencia de potencial
para provocar el movimiento de electrones.
• Conductores: Encargados de transportar a los electrones y conectar a los
componentes del circuito. (Cables, Alambres y Cordones).
• Elemento de control: Encargado de abrir y cerrar el circuito, Interruptor Un
efecto, dos efectos, Combinación, Pulsador.
• Fuente de consumo o carga: Encargada de transformar la energía
eléctrica en calórica, lumínica o mecánica (Lámparas, estufas eléctricas,
etc.
• Protección: Fusibles, disyuntor, protector diferencial, etc.

55. Circuito eléctrico básico

56. Magnitudes y unidades de medida
• Magnitud cantidad física que se define como un número y una unidad
de medida. Es la característica de un objeto, sustancia o fenómeno
físico que se puede definir de forma numérica (cuantificar)
• La unidad de una magnitud es la cantidad elegida aleatoriamente
que se utilizará como elemento de comparación. Se expresa con un
número acompañado por su unidad. Cada magnitud tiene una unidad
de medida.

57. Unidades básicas (SI)

58. Unidades eléctricas

59. Magnitudes eléctricas
• VOLTAJE: Es la fuerza que se necesita para provocar el
movimiento de los electrones. Se simboliza con la letra V y su
unidad de medida es el voltio. También esta magnitud se conoce
como diferencia de potencial, tensión o fuerza electromotriz.
• INTENSIDAD DE LA CORRIENTE ELECTRICA: Es la cantidad de
electrones libres que pasa por la sección transversal de un
conductor en un tiempo determinado. Se simboliza con la letra I
y su unidad de medida es el Amper o Amperio.
• RESISTENCIA ELECTRICA: Es toda oposición al paso de la
corriente eléctrica. Se simboliza con letra R y su unidad de
medida es el Ohm.

60. Magnitudes eléctricas
MAGNITUD SIMBOLO UNIDAD DE
MEDIDA
SIMBOLO
INTENSIDAD
DE LA
CORRIENTE
ELECTRICA
I Amper A
VOLTAJE V Voltio v
RESISTENCIA R Ohm 

61. Múltiplos y submúltiplos

62. Conversiones de unidades

63. Escalar
• Cantidad escalar, se define como la unión de magnitud con múltiplos
y submúltiplos.
• Ejemplo:

64. Ejemplo de suma de cantidades escalares

65. Ejercicios: Realice las siguientes conversiones de cantidades escalares a
unidad base
50mV : 1,6 µF
:
10KV : 60MV
:
32MW : 10µF
:
470µF : 83,7µF
:
100mH : 1,350KΩ
:
36KΩ : 200mHz
0,2KΩ : 680KV
:
18pF : 800mA
:
90mA : 531KW
:

66. Realice las siguientes sumas de cantidades escalares. (Dejar en
unidad base)
32 µF + 18µF = 4,30mV + 3V =
3,50KΩ + 180 Ω = 32mΩ + 9,82KΩ =
910 Ω + 68,1KΩ = 10µF + 2F =
470µF + 47 µF = 4,7µF + 330 µF =
9mH + 220 mH = 20Ω + 20K Ω =
93mH + 22mH = 180mH + 32mH =
1,5KΩ + 0,5KΩ = 480mV + 32V =
330µF+470 µF = 12V+1400mV =
2,34KΩ + 800 Ω = 100µF+ 23mF =