1. Apuntes de MªCarmen Gómez Pinillos
1. CONCEPTO DE ELECTRICIDAD,CARGA ELÉCTRICA Y ENERGÍA
ELÉCTRICA.
-La materia está formada por átomos que contienen partículas eléctricas,
los protones (positivos) en el núcleo y los electrones (negativos) dando
vueltas alrededor del núcleo. La propiedad que hace que algunas partículas
sean positivas y otras negativas es la ELECTRICIDAD
-La cantidad de “electricidad” que tiene una partícula es
su carga eléctrica.
-La unidad de medida de las cargas eléctricas es el
culombio(C).
1 C= carga de 1 electrón
-Las cargas eléctricas aparecerán cuando existe un exceso de protones con
respecto a los electrones o viceversa. EJEMPLO:
8e-  5e- + 3e-
5p+  5p+
5 electrones se anulan con 5 protones (-5e+5p = 0 ), pero como teníamos 8
electrones, nos quedan aun 3 sueltos, que no se han anulado, es decir,
tenemos 3 C de carga eléctrica.
Conclusión: Para que haya carga eléctrica, la materia no puede estar en
equilibrio, tiene que haber más partículas positivas que negativas o
viceversa.
-La ENERGÍA es una propiedad que tienen los cuerpos que les permite
realizar un trabajo, y se puede manifestar de muchas maneras diferentes,
por ejemplo, si un cuerpo tiene masa, por el hecho de tener masa tiene
asociado la propiedad de la energía gravitatoria, que se podrá aprovechar
para transformarla en un trabajo. Si un cuerpo tiene sustancias químicas,
estas tienen asociadas la propiedad de la energía química, que se podrá usar
también, y así muchas más formas de energía….
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2. Apuntes de MªCarmen Gómez Pinillos
-Energía eléctrica: Es la que existe por el hecho de que exista carga
eléctrica. (Recuerda que para eso tiene que haber más protones que
electrones o viceversa)
-La unidad de medida de la energía eléctrica es la misma que la del resto de
formas de energía, y se llama J (Julios en el SI), pero cuando se trabaja con
electricidad no se usa mucho el J, sino uno de sus múltiplos que es el kW·h
(kilovatio-hora). Así que no te confundas, si te dan una cifra en kW·h te
están hablando de energía, no de potencia
Nota: no conviene confundir la energía con la fuerza, la energía se mide en
Julios y la fuerza en Newton(N). Imagina que le das una patada a una pelota,
gracias a que has ingerido combustible (alimentos), tienes unas sustancias
químicas en el interior de tu cuerpo de las cuales puedes aprovechar la
propiedad que tienen, que es la energía química, esta energía química se
transforma en energía mecánica (que es la que tiene asociada las cosas que
se mueven) cuando mueves la pierna, y se transmite a la pelota a través de
la patada. El impulso que le das a la pelota será la “fuerza”, que es
consecuencia de la transformación de energía química en mecánica. Gracias
a la propiedad energía (causa) has logrado efectuar un trabajo, crear el
impulso o fuerza necesaria (consecuencia) para mover la pelota.
Corriente eléctrica: Imagina que en el caso en que teníamos 8 electrones y 5
protones, los tres electrones que se quedaban sueltos empiezan a moverse
por un cable, cuando conseguimos que la carga eléctrica se mueva es cuando
tenemos corriente eléctrica.
¿Por qué quiero tener corriente eléctrica? ¿Qué más da que las cargas se
muevan o estén quietas? Imagínate que las cargas son un muñeco con una
mochila a la espalda, tienen esta mochila bien sujeta, pero si se ponen a
saltar y a correr va a ser más fácil que descuiden su mochila. Digamos que
en la mochila llevan la energía eléctrica que necesitan los aparatos para
funcionar, así que si queremos conseguir que una bombilla se encienda,
necesitamos que las cargas eléctricas se muevan dentro de la bombilla, para
que la bombilla les quite las energía eléctrica (su “mochila”) y las transforme
en la energía lumínica que necesitamos para alumbrarnos.
En definitiva, necesitamos CORRIENTE ELECTRICA para que funcionen los
aparatos porque gracias a esa corriente podremos obtener la ENERGÍA
ELÉCTRICA.
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Según si las cargas se mueven en un solo sentido o en dos sentidos
diferentes tendremos distintos tipos de corriente eléctrica:
-Corriente alterna (AC)
-Alternan la dirección de la corriente.
-Utilizamos este tipo de corriente porque transporta mucha
energía y en su recorrido no se transforma ni se pierde la
energía .Es un método muy eficaz.
-Con este tipo de corriente podremos obtener distintos valores de voltaje
(función senoidal )
-Corriente continua (DC)
-Es un tipo de corriente, que transporta poca energía y en su recorrido se
pierde energía (en forma de calor,…).No es muy eficaz .Pero en muchos los
aparatos electrónicos es la que se usa para que no se estropeen. Solo te
puede proporcionar un único valor de voltaje (línea recta)
PERO AHORA TENEMOS UN PROBLEMA ¿COMO PODEMOS CONSEGUIR
QUE ESAS CARGAS SE MUEVAN?
2. MAGNITUDES ELÉCTRICAS EN CIRCUITOS
El voltaje
Si se tienen dos depósitos unidos por una tubería y llenos de líquido hasta
el mismo nivel, el agua no pasará de un depósito a otro
Si se eleva uno de los depósitos, el agua circulará desde el depósito más
elevado al depósito más bajo. La circulación cesará cuando en ambos
depósitos haya el mismo nivel.
En el caso de las cargas eléctricas sucede lo mismo, si encontramos dos
puntos del espacio(los dos depósitos) con distinta cantidad de carga
eléctrica (de líquido) las cargas circularán desde el punto donde hay más
hasta el punto donde hay menos, igual que pasaba con el líquido de los
depósitos. Igual que el líquido necesita una tubería para pasar de un
depósito a otro, las cargas necesitarán de un camino para pasar de un punto
a otro, que es el cable o conductor.
PARA CONSEGUIR CORRIENTE ELÉCTRICA (CARGAS MOVIENDOSE)
NECESITAMOS: Dos puntos del espacio con distinta cantidad de carga
eléctrica unidos por un conductor.
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A la diferencia de carga eléctrica se le llama Voltaje y se mide en Voltios
(V), también se le llama tensión eléctrica (T) o diferencia de potencial (ddp)
EJEMPLO 1:
Punto 1 Punto 2
ΘΘΘΘΘΘ Hay una diferencia de tres ΘΘΘ
cargas entre los 2 puntos.
EJEMPLO 2:
Punto 1 Punto 2
ΘΘΘΘΘΘ Hay una diferencia de cinco Θ
cargas entre los 2 puntos.
CONCLUSIÓN.
-En el primer ejemplo hay una diferencia de 2 V, y en el segundo una
diferencia de 5V. El voltaje va a ser proporcional a la diferencia de carga
entre dos puntos del espacio. Cuanto mayor sea la diferencia de carga entre
los dos puntos, es decir, cuanto mayor sea el voltaje, mayor será la fuerza
con que se moverá esa corriente. Luego en el segundo caso las cargas se
moverán más rápido que en el primero, y será más fácil quitarles su energía
eléctrica.
En el caso de los dos depósitos con distintos niveles de agua, cuando los
depósitos se equilibran, ya no circula más agua, para mantener la circulación
de agua, hace falta una bomba que devuelva el agua del segundo depósito al
primero. En el caso de las cargas eléctricas también necesitamos algo que
las devuelva de un punto a otro para que siempre haya un desequilibrio, este
elemento es la pila.
La pila proporciona voltaje (dos puntos con diferente carga). Dentro
de la pila los electrones se moverán desde donde hay mas hacia donde
hay menos, para equilibrarse, y se moverán con más fuerza cuanto
mayor sea la diferencia entre los dos puntos (mayor voltaje).
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5. Apuntes de MªCarmen Gómez Pinillos
Interior y funcionamiento de una pila
-Las pilas no proporcionan energía, proporcionan voltaje, es decir, me dan
dos puntos con distinta cantidad de carga eléctrica para provocar un
movimiento de las cargas
Ejercicio: ¿Qué pila te proporciona más energía, una de 9V o una de
4,5V?
-Polo positivo: es donde están acumuladas todas las cargas.
-Polo negativo: no hay ninguna carga.
-Los electrones pasan por el polo positivo, recorre el cable y vuelve al polo
negativo. Las sustancias químicas
reaccionan y devuelven los
electrones al otro lado,
manteniendo siempre el
desequilibrio (porque sino, no
habría cargas de diferencia).
=Los electrones permanecen
dando vueltas todo el rato, hasta
que aquello que devuelve las cargas al otro lado, se agote (eso es lo que se
agota, no la energía. La energía nunca se agota en una pila puesto que las
pilas no proporcionan energía sino diferencia de cargas, lo que se agotan son
las sustancias químicas que devuelven las cargas de un punto a
otro).
-Cuando hay ya un equilibrio de cargas, no
hay corriente eléctrica (movimiento de las
cargas) y la pila no funciona.
Recordamos que:
Diferencia de potencial = Diferencia de cargas = Voltaje = Tensión
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Cable de potencial positivo.
Bombilla.
Cable de potencial negativo.
-Las centrales eléctricas son como unas pilas grandes, con un cable por el
que salen los electrones conectados a un valor de potencial y un cable por
donde vuelven conectados a otro valor de potencial.
- El suelo que pisamos, los objetos, etc., también tienen un valor o potencial;
según la cantidad de carga eléctrica que tenga, por ejemplo: La tierra tiene
un valor de potencial 0, por eso muchas veces los cables que van conectados
a ese valor se llaman toma de tierra.
Ejercicios:
1º ¿Por qué los pájaros que se posan en los cables de alta tensión no se
electrocutan?
2º ¿Puedo tocar un cable de alta tensión con una barra metálica? ¿Y un solo
agujero de un enchufe?
3ºEn una película, el protagonista se desliza haciendo uso de su cinturón por
un cable de alta tensión, en un día lluvioso ¿Dónde reside el peligro?
Intensidad de corriente eléctrica,Resistencia y Ley de Ohm
- La Intensidad de corriente eléctrica es la velocidad con la que se
mueven las cargas en el circuito. La intensidad se mide en
Amperios (A).
- El único problema es que a veces la carga se encuentra obstáculos
en su camino que hacen que vaya más lenta. Estos obstáculos son la
Resistencia que presenta el material y se mide en Ohmios (Ω).
- Como hemos visto, voltaje, intensidad y resistencia están
relacionados. Esta relación se expresa con una ecuación
matemática: le ley de Ohm.
V=I×R
- Para utilizar esta ecuación nos tienen que dar dos datos y tenemos
que sustituir para averiguar el que falta.
- IMPORTANTE: Por la pared siempre circula 220 V.
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Como se puede observar de la fórmula, si no variamos la resistencia, cuanto
mayor sea la diferencia de cargas (voltaje), mayor será la velocidad con que
se mueven esas cargas (intensidad).
También, cuanto mayor sea la resistencia,(obstáculos) menos será la
velocidad(intensidad) con que se mueven
1º En un circuito con una pila de 9V, hay un solo cable con una resistencia de
5 kΩ y otra de 12kΩ, ¿En qué resistencia caerá mas voltaje?
2ºEn un circuito hay dos posible caminos, en uno hay una resistencia de 5
kΩ y otra de 12kΩ ¿En qué camino se moverán las cargas de manera mas
lenta?
4. LA POTENCIA
- La potencia es la rapidez con la que la energía se transforma. Su unidad de
medida es el vatio (W).
P = E/t
P= potencia E= energía t= tiempo
EJEMPLO: Una bombilla de 40W significa que transforma 40J de energía
eléctrica en energía lumínica en el tiempo de un segundo.
W = J/s
Unidades del SI.
Las unidades de medida son:
E = Julios (J).
P = W (vatios)
T = Segundos (s)
Si despejamos de la fórmula anterior:
E=P×t
Fórmula para la energía.
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Si sustituimos las unidades en la fórmula:
J=W×s
Unidades del SI.
En realidad el Julio, la unidad de la energía, es el producto de la potencia
por el tiempo, es lo mismo decir Julios que Vatios-segundo
Pero en electricidad la energía se suele medir en un múltiplo del vatio-
segundo:
KW × h
No son unidades del SI, pero se utiliza mucho.
Equivalencias:
1 KW = 1000 W
Si te dan el voltaje y la intensidad, la fórmula para calcular la potencia será:
P=V×I
Esta fórmula es coherente con los conceptos explicados, cuanto mayor sea
la diferencia de cargas (voltaje) y más rápido se muevan las cargas
(intensidad), más fácil es quitarles su energía, es decir, la energía eléctrica
se transformará en otro tipo de energía más rápidamente, es decir, a mas
potencia, ya que la potencia es la rapidez con la que se transforma la
energía.
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