I. FUNDAMENTOS DE ELECTRICIDAD

1. NATURALEZA DE LA ELECTRICIDAD

En la sociedad actual, es fundamental disponer de electricidad para poder desarrollar nuestra vida cotidiana con normalidad. Sería difícil imaginar todas las actividades que realizamos al cabo del día sin los aparatos y electrodomésticos que funcionan con energía eléctrica.

La electricidad es un fenómeno físico originado por cargas eléctricas en reposo o movimiento. Existen cargas eléctricas de dos tipos: cargas positivas y negativas. Las cargas del mismo signo se repelen y las cargas de diferente signo se atraen.

Para comprender bien la electricidad debemos antes estudiar la estructura de la materia.

El núcleo de cada átomo está formado a su vez por protones y neutrones. Lo podemos imaginar como un racimo de partículas, pues neutrones y protones se encuentran en contacto unos con otros.

Los electrones tienen carga eléctrica negativa (-e), los protones la misma, pero positiva (+e), y los neutrones no tienen carga. Los núcleos son por consiguiente positivos. La fuerza fundamental que mantiene a los electrones unidos a su respectivo núcleo es la eléctrica; sabemos que cargas opuestas se atraen y cargas del mismo signo se repelen.

Estructura del Átomo

http://www.youtube.com/watch?v=jJOMzl3_pfA&feature=related

2. LA CORRIENTE ELÉCTRICA

Lo que conocemos como corriente eléctrica no es otra cosa que la circulación de cargas o electrones a través de un circuito eléctrico cerrado, que se mueven siempre del polo negativo al polo positivo de la fuente de suministro de fuerza electromotriz (FEM).

http://www.youtube.com/watch?v=ElB3GrL4eCY&feature=related

2.1 INTENSIDAD DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA

La intensidad del flujo de los electrones de una corriente eléctrica que circula por un circuito cerrado depende fundamentalmente de la tensión o voltaje (V) que se aplique y de la resistencia (R) en ohm que ofrezca al paso de esa corriente la carga o consumidor conectado al circuito. Si una carga ofrece poca resistencia al paso de la corriente, la cantidad de electrones que circulen por el circuito será mayor en comparación con otra carga que ofrezca mayor resistencia y obstaculice más el paso de los electrones.

La intensidad de la corriente eléctrica se designa con la letra ( I ) y su unidad de medida en el Sistema Internacional ( SI ) es el ampere (llamado también “amperio”), que se identifica con la letra ( A ).

2.2 EL AMPERE (Amperio)

De acuerdo con la Ley de Ohm, la corriente eléctrica en ampere ( A ) que circula por un circuito está estrechamente

relacionada con el voltaje o tensión ( V ) y la resistencia en ohm ( ) de la carga o consumidor conectado al circuito.

Definición de Ampere

Un ampere ( 1 A ) se define como la corriente que produce una tensión de un volt ( 1 V ), cuando se aplica a una

resistencia de un ohm ( 1 ).

Los submúltiplos más utilizados del ampere son los siguientes:

miliampere( mA ) = 10-3 A = 0,001 amperemicroampere ( µA ) = 10-6 A = 0, 000 000 1 ampere

2.3 MEDICIÓN DE LA INTENSIDAD DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA O AMPERAJE

La medición de la corriente que fluye por un circuito cerrado se realiza por medio de un amperímetro o un.miliamperímetro, según sea el caso, conectado en serie en el propio circuito eléctrico. Para medir.ampere se emplea el "amperímetro" y para medir milésimas de ampere se emplea el miliamperímetro.

La intensidad de circulación de corriente eléctrica por un circuito cerrado se puede medir por medio de un amperímetro conectado en serie con el circuito o mediante inducción electromagnética utilizando un amperímetro de gancho. Para medir intensidades bajas de corriente se puede utilizar también un multímetro que mida miliampere (mA).

Multímetro digital

El ampere como unidad de medida se utiliza, fundamentalmente, para medir la corriente que circula por circuitos eléctricos de fuerza en la industria, o en las redes eléctricas doméstica, mientras que los submúltiplos se emplean mayormente para medir corrientes de poca intensidad que circulan por los circuitos electrónicos.

2.4 TIPOS DE CORRIENTE ELÉCTRICA

En la práctica, los dos tipos de corrientes eléctricas más comunes son: corriente directa (CD) o continua y corriente alterna (CA). La corriente directa circula siempre en un solo sentido, es decir, del polo negativo al positivo de la fuente de fuerza electromotriz (FEM) que la suministra. Esa corriente mantiene siempre fija su polaridad, como es el caso de las pilas, baterías y dinamos.

Gráfico de una corriente directa (C.D.) o continua (C.C.).

Gráfico de la sinusoide que posee una corriente alterna (C.A.).

La corriente alterna se diferencia de la directa en que cambia su sentido de circulación periódicamente y, por tanto, su polaridad. Esto ocurre tantas veces como frecuencia en hertz (Hz) tenga esa corriente . A la corriente directa (C.D.) también se le llama "corriente continua" (C.C.).

La corriente alterna es el tipo de corriente más empleado en la industria y es también la que consumimos en nuestros hogares. La corriente alterna de uso doméstico e industrial cambia su polaridad o sentido de circulación 50 ó 60 veces por segundo, según el país de que se trate. Esto se conoce como frecuencia de la corriente alterna.

En los países de Europa la corriente alterna posee 50 ciclos o hertz (Hz) por segundo de frecuencia, mientras que los en los países de América la frecuencia es de 60 ciclos o hertz.

3. Fuentes de Electricidad

Una fuente de electricidad es un dispositivo o mecanismo que emplea un principio o sistema para producir o generar energía eléctrica. Entre estos principios tenemos:

3.1. POR INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA

El principio de la Inducción Electromagnética es el más utilizado en la práctica para la generación de corriente

eléctrica, de hecho los generadores industriales emplean este principio: las plantas hidroeléctricas, termoeléctricas,

diesel-eléctricas, etc.

3.2. POR ACCIÓN QUÍMICA

La siguiente fuente de electricidad, en orden de importancia, es la que utiliza la reacción química. Como su nombre lo

indica se trata de un dispositivo que emplea algunas sustancias en estado líquido y otras en estado sólido, las cuales

entran en reacción química (en cierta disposición física ó colocación) obteniendo como resultado una fuerza

electromotriz (fem) que genera una corriente eléctrica a través de un circuito exterior conectado a los terminales de

dicho dispositivo; Se trata de la pila eléctrica y el acumulador automotriz.

Existen en la práctica dos tipos básicos de pilas eléctricas, clasificadas como primarias y secundarias; la característica

fundamental de las primarias es que no son recargables y se desechan y las secundarias tienen la ventaja de que son

recargables ó reactivadas en su carga eléctrica; el ejemplo más al alcance del estudiante de las pilas primarias lo

constituyen las pilas secas que usan los aparatos de radio portátiles, de 1.5 y 9 voltios. El ejemplo más común de pila

secundaria es el acumulador automotriz que está compuesto por varias pilas ó celdas.

3.3. POR ACCIÓN DEL CALOR

Para obtener una Fuerza Electromotriz (fem) acompañada de una corriente eléctrica por medio de calor basta unir

dos metales diferentes como el cobre y el hierro, por ambos extremos, y a una de las uniones aumentar la

temperatura aplicando calor, en el extremo contrario se presentara una tensión eléctrica y corno consecuencia, un

flujo de electrones, a este fenómeno se le conoce como "Efecto Termoeléctrico". Generalmente a estos empates

(pares de metales térmicos como se les conoce) se les mide el voltaje generado del orden de millonésimas de voltio. A

las uniones de hierro-cobre se ha encontrado que genera aproximadamente 7 micro-voltios por cada grado centígrado

de diferencia entre los extremos unidos. El más usado en la práctica es la unión de cobre-constatan, que produce

hasta 40 micro voltios por cada grado centígrado de diferencia de temperatura.

3.4. POR ACCIÓN DE LA LUZ

Existen en la naturaleza algunos materiales que reaccionan a la luz en general, es decir que son sensibles a las

radiaciones luminosas, tanto naturales como artificiales. A los materiales que presentan esta propiedad ó

característica se les denomina foto-sensitivos. Este fenómeno consiste en que al incidir un haz luminoso sobre la

superficie de un material foto sensitivo produce electricidad desalojando ó emitiendo electrones libres de su superficie,

fenómeno que se conoce como desprendimiento foto eléctrico. Los materiales más usados son el cesio, el selenio, el

bario, el estroncio, el litio y otros materiales alcalinos. Parte de la energía de la luz llamada fotones es transferida a los

electrones libres dentro del material y los lanza fuera de la superficie del mismo, con lo que se obtiene el

desprendimiento foto eléctrico, que es estudiado por la foto electricidad.

Actualmente existen tres tipos de dispositivos foto eléctricos, clasificados como: foto emisivos, foto voltaicos y foto

conductivos. Entre ellos están los que Utilizan en aplicaciones de control: Un dispositivo foto eléctrico puede operar un

relevador siempre que un haz luminoso caiga sobre él, dicho relevador puede abrir las puertas de un garaje

automáticamente con las luces delanteras del automóvil; operar un registrador mecánico y contar los objetos que se

interponen entre una fuente luminosa y la celda foto eléctrica; conectar una alarma; abrir una puerta; etc., y muchas

más aplicaciones son controladas por la energía liberada por la luz.

3.5. POR PRESIÓN

Otro sistema de generar una fuerza electromotriz consiste en someter a presión mecánica algunos materiales como

cristales de cuarzo, turmalina o sales de rochelle, se produce un desplazamiento de carga en sus superficies de sus

caras dando como resultado el que aparezca una diferencia de potencial entre ellas. Este fenómeno es conocido como

efecto piezo eléctrico y la fuerza electromotriz así generada se le llama Rezo electricidad. El efecto es temporal, solo

mientras permanece la presión aplicada.

Entre las aplicaciones más comunes se mencionan las sales de rochelle y otros cristales extensamente usados en la

construcción de brazos fonográficos y micrófonos para convertir las vibraciones sonoras (mecánicas) en

correspondientes vibraciones eléctricas (pulsos eléctricos). La tensión de salida de un fonocaptor es aproximadamente

de un voltio y la tensión de salida de micrófono de cristal es de aproximadamente de una centésima de voltio. (1/100).

CIRCUITOS ELECTRICOS(ver documento en Flash

electricidad.exe)

Combinación de componentes conectados entre sí, que conforman una o más trayectorias cerradas que permiten la circulación de corriente y el aprovechamiento de ésta en el empleo de trabajos útiles.

4. COMPONENTES DE UN CIRCUITO ELECTRICO

Todo circuito posee tres características importantes

Voltaje (V): el voltaje o diferencia de potencial se define como la energía o la cantidad de trabajo necesario paramover una carga eléctrica de un punto a otro. Unidad Voltio

Los voltajes en un circuito se designan en varias formas dependiendo de su naturaleza así:

- Voltaje entre los terminales de la fuente de alimentación se denomina Fuerza electromotriz (FEM)

- Voltaje entre los terminales de una carga es llamado caída de voltaje.

- Voltaje entre dos puntos cualesquiera de un circuito se llama diferencia de potencial.

Carga o receptor de energía:Ésta convierte la energía de los electrones en movimiento en señales eléctricas u otras formas de energía

Conductores:proporcionan un camino fácil o de baja resistencia para la circulación de la corriente hacia y desde la carga.

5. LEY DE OHM

Es la relación existente entre el voltaje, la corriente y la resistencia.

RESISTENCIAS (R)

Una resistencia o resistor es un elemento que causa oposición al paso de la corriente, causando que en sus terminales aparezca una diferencia de tensión (un voltaje). Las resistencias se representan con la letra R y el valor de éstas se mide en Ohmios (Ω).

FUENTE DE VOLTAJE

Suministra la fuerza necesaria para impulsar una corriente de electrones a través de los circuitos. Ej: Pila, batería, tomacorriente, etc.

CARGA /RECEPTOR DE ENERGIA

Artefacto que aprovecha el paso de corriente eléctrica a través de el para cumplir un determinado trabajo. Ej: resistencia, lámpara, motor, parlante, etc.

CONDUCTORES ELECTRICOS

Sirven de enlace entre la fuente y la carga, permitiendo la circulación de la corriente. Generalmente son conductores de cobre.

Tipos de resistores

Los resistores están construidos con diferentes materiales resistivos, en diversos tipos, formas y tamaños dependiendo de su aplicación y se clasifican en dos grandes grupos, resistores fijos y resistores variables.

Resistores fijos

A este grupo pertenecen todos los resistores que presentan un mismo valor sin que exista la posibilidad de modificarlo a voluntad.

De acuerdo con su material de construcción los resistores fijos se clasifican en dos grandes grupos principales: Carbón y alambre.

Resistores variables

Son aquellos resistores cuyo valor en ohmios puede ser variado dentro de un rango ya sea de forma manual o mediante algún estímulo externo tal como la luz, el calor, el sonido, el voltaje, etc.

Los potenciómetros

Código de Colores

Para verificar códigos de colores ingrese al siguiente link on-line

http://www.forosdeelectronica.com/tools/resistencia-4-bandas.htm

ACOPLAMIENTO DE RESISTENCIAS

RESISTENCIAS EN SERIE

La resistencia equivalente en un circuito serie es igual a la suma de las resistencias presentes en el

circuitoRAB = RT = R1 + R2 + R3

RT = R1 + R2 = 10 Ω + 5 Ω = 15 Ω

Ejemplo: Hallar la resistencia equivalente en el siguiente circuito serie

RT = R1 + R2 + R3 + R4 = 16 Ω+ 16 Ω + 16 Ω + 16 Ω = 64 ΩRT =64 Ω

RESISTENCIAS EN PARALELO

Nota: para los que tengan problemas con las matemáticas,

decir que:

1/RT = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + 1/R4 ...

es lo mismo que:

RT = 1 / (1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + 1/R4)

Ejemplo: Hallar la resistencia equivalente en el siguiente circuito paralelo

RT = 1 / (1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + 1/R4)

RT = 1 / (1/16 + 1/16 + 1/16 + 1/16)

RT = 1 / [(1 + 1 + 1 + 1)/16]RT = 1 / [(4)/16]RT = 1 / [1/4]RT = 4 Ω

Resistencia Página 311 Libro de CEKIT

417 MULTIMETRO

6. POTENCIA ELÉCTRICA

Energía es la cantidad de trabajo que un sistema es capaz de producir.La energía ni se crea nise destruye, se transforma. Los aparatos eléctricos consumen energía eléctrica y la transformanen energía luminosa (bombilla, lámpara, diodo LED), en calor (calentador de resistencia) ó enenergía mecánica (motores) por ejemplo.

Potencia es la cantidad de energía que suministra o consume un sistema porunidad de tiempo. En el S.I la potencia se expresa en WatiosóJulios/Segundo.

La potencia en componentes eléctricos se calcula como: Potencia (P) = V·I = Tensión*Intensidad

PROBLEMAS PROPUESTOS

7. CIRCUITOS SERIE Y PARALELO

Dependiendo de la forma como están conectadas las cargas entre sí con respecto a la fuente, se habla de circuitos en serie, en paralelo y mixtos.

Circuito Serie:conexión de dos o más cargas a una fuente, de

modo que solo exista una trayectoria para la circulación de la corriente. Para ello es necesario que estén conectadas una tras otra a la fuente f

]ormando una cadena.

Circuito paralelo: conexión de dos o más cargas a una misma fuente, de modo que existe más de una trayectoria para la circulación de corriente. En este caso la corriente de se reparte entre las cargas.

Circuito mixto: combinación de cargas en serie y en paralelo.

8. LEYES DE KIRCHHOFF

Las leyes de Kirchhoff son dos igualdades que se basan en la conservación de la energía y la carga en los circuitos eléctricos. Son ampliamente usadas en ingeniería eléctrica.

Ley de Voltajes de Kirchhoff

En un lazo cerrado, la suma de todas las caídas de tensión es igual a la tensión total suministrada. De

forma equivalente, la suma algebraica de las diferencias de potencial eléctrico en un lazo es igual a

cero.

Ley de corrientes de Kirchhoff

En cualquier nodo, la suma de las corrientes que entran en ese nodo es igual a la suma de las

corrientes que salen. De forma equivalente, la suma de todas las corrientes que pasan por el nodo es

igual a cero

ELECTROSTÁTICA Y ELECTROMAGNETISMO

CONDENSADORES (C)

Un condensador es un dispositivo eléctrico que permite acumular energía en forma de voltaje. Están conformados básicamente por dosplacas metálicas conductoras separadas por un material aislante llamado dieléctrico, el cual puede ser de papel, cerámica, aire, mica, cuarzo, fibras sintéticas, etc.

Unidad de medida es el faradio (f). Pero es una unidad relativamente grande y por ellos se la expresa: como son el microfaradioµF (1x10-6), el nanofaradionF(1x10-9) y el picofaradiopF (1x10-12)

ACOPLAMIENTODE CONDENSADORES

CONDENSADORES EN SERIE

CONDENSADORES EN PARALELO

CAB = C1 + C2 + C3

EJERCICIOS PRACTICOS: VERIFICAR EN EL SIGUIENTE LINK LA Capacitancia equivalente (CAB) en circuitos serie y paralelo, al igual que la carga de un condensador.

http://www.tuveras.com/electrotecnia/condensadores.htm

INDUCTANCIAS - BOBINAS (L)

Estos componentes, están construidos a base de alambre devanado (enrollado), se caracterizan en almacenar energía en forma de corriente, es decir que generan campos magnéticos alrededor de ellos. A la habilidad de producir estos campos magnéticos se conoce con el nombre de inductancias, y esta varía según la cantidad de vueltas o de espiras que tenga.A estas se las simboliza con la letra "L" y cuya unidad de medida es el "Henry" o "Henrios"(H). Tal como sucede en los capacitores, es una unidad relativamente grande y por ellos se la expresa en "mH"(mili henrio) o microHenrio (µH).

EL TRANSFORMADOR (T)

Es un dispositivo constituido por dos o más bobinas (devanados o arrollamientos) que transfiere energía de un circuito a otro por vía electromagnética.Permite aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la frecuencia.

El devanado conectado a la fuente se denomina primario y el conectado a la carga se conoce como secundario.

El Transformador ideal

El Transformador real

SITIOS WEB FUNDAMENTOS BÁSICOS DE ELECTRICIDAD

Sitios web de ayuda para la comprensión de los fundamentos básicos de electricidad

TEMA AYUDA MULTIMEDIAcurso circuitos eléctricos

http://ntic.educacion.es/w3//recursos/fp/electricidad/ud1/inicio_elect_1.html Repasar las actividades de cada una de las unidadeshttp://concurso.cnice.mec.es/cnice2006/material081/index.html

Teoría componentes

http://r-luis.xbot.es/ebasica/eb01.html

Video de componentes

http://www.youtube.com/watch?v=fEt91M_Ry88&NR=1&feature=endscreen

Ley de Ohm http://www.educaplus.org/play-263-Ley-de-Ohm.htmlLey de Ohm y potencia eléctrica

http://www.educaplus.org/play-328-Ley-de-Ohm-y-potencia-eléctrica.html?PHPSESSID=a35766e6a4b04b9974a7c818733e430b

Tipos de Circuitos http://www.educaplus.org/play-266-Circuitos-y-esquemas.html

Análisis Circuitos serie

http://www.educaplus.org/play-66-Resistencias-en-serie.html

http://ntic.educacion.es/w3/recursos/fp/electricidad/ud4/inicio_elect_4.htmlClic en Actividad 2

Análisis Circuitos Paralelo

http://www.educaplus.org/play-65-Resistencias-en-paralelo.htmlhttp://ntic.educacion.es/w3/recursos/fp/electricidad/ud4/inicio_elect_4.htmlClic en Actividad 4

Carga de Condensador

http://www.educaplus.org/play-67-Carga-de-un-condensador.html

http://concurso.cnice.mec.es/cnice2006/material081/index.htmlCalculo de Capacitancias en serie y paralelos

http://www.tuveras.com/electrotecnia/condensadores.htm

SIMULACIÓN DE CIRCUITOS

http://www.tecnovirtual.com/joomla/index.php?option=com_weblinks&view=category&id=45&Itemid=15 buscar animaciones

HERRAMIENTAS ANDROID

ElectroDroid