tema 5 electricidad y electrÓnica · 3. circuito eléctrico . un circuito eléctrico es un...
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Departamento de Tecnología IES El Tablero (Aguañac) 2019 – 2020
TEMA 5 ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA
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Tabla de contenido
1. Electricidad .............................................................................................................................. 2
1.1 Conductores y aislantes ....................................................................................................................... 2
2. Corriente Eléctrica ...................................................................................................................... 2
2.1 El sentido de la corriente (un lío histórico)............................................................................................... 3
2.2 Tipos de corrientes .................................................................................................................................. 3
3. Circuito eléctrico ........................................................................................................................ 4
3.1 Elementos de un circuito eléctrico ..................................................................................................... 4
3.2 Simbología normalizada de circuitos........................................................................................................ 7
4. Magnitudes eléctricas ................................................................................................................ 8
4.1 Tensión eléctrica o Voltaje (V) ............................................................................................................ 8
4.2 Intensidad de corriente (I) ....................................................................................................................... 8
4.3 Resistencia (R) ...................................................................................................................................... 8
5. Ley de Ohm ................................................................................................................................ 8
6. Tipos de conexión o asociación de receptores ........................................................................... 10
6.1 Conexión en serie ................................................................................................................................ 10
6.2 Conexión en paralelo .............................................................................................................................. 11
7. Los aparatos de medida eléctricos ............................................................................................ 12
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1. Electricidad
La electricidad es el conjunto de fenómenos físicos relacionados
con la presencia y flujo de cargas eléctricas. Para poder entender
los fenómenos eléctricos debemos conocer como está constituida
la materia. La materia está formada por partículas muy pequeñas
llamadas átomos, que vendría a ser la unidad básica y más
pequeña de la materia. A su vez, los átomos están constituidos por
electrones que se mueven alrededor de un núcleo, constituido por
protones y neutrones. Los protones y los electrones tienen una propiedad
conocida como carga eléctrica. Esta propiedad es la responsable de que
ocurran los fenómenos eléctricos.
Mientras que los neutrones no poseen carga eléctrica, la carga de un
electrón es igual a la carga eléctrica de un protón, pero de distinto signo:
● Los electrones tienen carga negativa.
● Los protones poseen carga positiva.
Los responsables de todos los fenómenos eléctricos son los
electrones, porque pueden escapar de la órbita del átomo y son mucho
más ligeros que las otras partículas.
1.1 Conductores y aislantes Se denominan materiales conductores aquellos que
permiten el paso de la corriente eléctrica. En general los
metales son buenos conductores de la electricidad, y destacan
entre ellos la plata y el cobre.
Se denominan materiales aislantes aquellos que no
permiten el paso de la corriente eléctrica. Los plásticos, la
madera o la cerámica son ejemplos de materiales aislantes.
2. Corriente Eléctrica
Se denomina corriente eléctrica a la circulación de
electrones o carga eléctrica de forma continua por un
circuito.
Para que exista circulación de corriente eléctrica entre
dos puntos, es necesario que exista diferencia de cargas
entre ellos, es decir que en uno de los puntos haya mucha
cantidad de electrones y ninguno o pocos en el otro. A esta
diferencia de cargas y por tanto de energía entre dos
puntos se le denomina Voltaje y su unidad es el Voltio (V).
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2.1 El sentido de la corriente (un lío histórico).
Como se ha comentado, la corriente eléctrica es la circulación de electrones a través de un
material conductor que se mueven siempre del polo (-) al polo (+) de la fuente de suministro o
generador. Aunque el sentido convencional de circulación de la corriente eléctrica es a la
inversa, del polo (+) al polo (-).
Este criterio se debe a razones históricas ya que en la época en que trató de explicar cómo fluía
la corriente eléctrica por los materiales, la comunidad científica desconocía la existencia de los
electrones y decidió ese sentido. No obstante, en la práctica, ese error no influye para nada en lo
que al estudio de la corriente eléctrica se refiere.
2.2 Tipos de corrientes
Algunos aparatos eléctricos no se pueden conectar a la red eléctrica; otros no pueden
funcionar con pilas o baterías. En ambos casos, sin embargo, obtenemos energía eléctrica. Hay dos
tipos de corriente: la corriente alterna (AC) y la corriente continua (DC).
• Corriente continua
Es la corriente eléctrica que siempre que
recorre un circuito lo hace en el mismo
sentido. Los generadores de corriente continua
son: Pilas, baterías y dinamos.
• Corriente alterna
Es la corriente eléctrica que siempre
que recorre un circuito cambia de sentido una
y otra vez. La corriente alterna se genera
mediante un alternador (transformación de
energía mecánica en eléctrica). Se obtienen
voltajes mucho más altos y, consiguientemente,
grandes cantidades de energía. Es la que se usa
en las casas para la iluminación, televisión,
lavadoras, etc. (el voltaje suele ser de 230 V).
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3. Circuito eléctrico
Un circuito eléctrico es un conjunto de elementos conectados entre sí, por los que circula
una corriente eléctrica (electrones) que sigue un camino cerrado.
Este camino está formado por cables y otros componentes eléctricos como pilas, bombillas
e interruptores.
La corriente eléctrica sale de un punto de partida (una pila), recorre un camino (el cable
que es el conductor), atraviesa algún receptor (resistencia, bombilla, motor, etc), en el que se
produce algún efecto (luz, movimiento, etc), y después regresa al mismo lugar del que partió (la
pila).
3.1. Elementos de un circuito eléctrico.
Un circuito eléctrico se encuentra principalmente formado por cuatro tipos de elementos:
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• Generadores: Los generadores suministran energía eléctrica necesaria para que los
electrones se muevan por el circuito. Ejemplos de ellos son las pilas y baterías y las fuentes de
alimentación. Un generador consta de dos polos, uno negativo (cátodo) y uno positivo (ánodo).
No basta con conectar un extremo del conductor al polo negativo del que salen los electrones.
Hay que conectar el polo positivo, al que vuelven los electrones. Cuando ambos polos se unen
mediante el hilo conductor, los electrones se mueven a través de él, desde el polo negativo al
polo positivo.
• Receptores: Transforman la energía de la corriente eléctrica en otro tipo de energía que
nos resulte útil; motor (movimiento), bombilla (luz), altavoz (sonido), etc.
• Conductores: Los conductores son los elementos que conectan los distintos elementos
del circuito permitiendo el flujo de electrones. Generalmente se utilizan como conductores ca-
bles de cobre.
• Elementos de control: Son los dispositivos usados para dirigir o interrumpir el paso de la
corriente. Los más importantes son los interruptores, conmutadores y pulsadores.
o Interruptor: sirve para cerrar (que funcione) un circuito o abrirlo (que no funcione)
o Pulsador: cierra el circuito cuando se pulsa y lo abre al soltarlo.
o Conmutador: permite seleccionar entre dos caminos del circuito, diferentes.
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• También forman parte de los circuitos otros componentes que evitan que estos se
estropeen, es decir los protegen, son por tanto los elementos de protección. Los más utilizados
son los fusibles, que ante cualquier problema de funcionamiento del circuito y la corriente sea
muy elevada, se quema y corta el paso de la corriente, evitando averías al resto de los elementos.
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3.2. Simbología normalizada de circuitos.
A la hora de dibujar los circuitos eléctricos en un plano, no se utiliza una representación
realista de los diferentes elementos que los componen. En su lugar, utilizamos una serie de
símbolos para representar dichos dispositivos.
En la siguiente tabla vemos algunos de ellos, así como su función:
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4. Magnitudes eléctricas Existen tres parámetros fundamentales que intervienen en un circuito:
4.1. Tensión eléctrica o voltaje (V)
Diferencia de cargas positivas y negativas entre dos puntos, se mide en voltios (V).
4.2. Intensidad de corriente (I)
Número de electrones que circulan por un cable conductor por segundo. Cuanto mayor es
la cantidad de electrones que pasa por un cable, mayor será la intensidad de la corriente. La
intensidad se representa con la letra I y se mide en amperios (A).
4.3. Resistencia
Los electrones tropiezan con los átomos del cable, dificultando así su circulación. Esta
propiedad es conocida como resistencia eléctrica; oposición que ofrece un material al paso de la
corriente eléctrica.
El cobre es un excelente conductor eléctrico, porque ofrece una baja resistencia al paso de
la corriente eléctrica.
La resistencia se representa con la letra R, y se mide en Ohmios (Ω).
5. Ley de Ohm
Hay una ley que relaciona las tres magnitudes en un circuito, es la ley de Ohm.
La resistencia la representa, básicamente, cualquier receptor que conectes a un circuito,
esto es, bombillas, motores eléctricos, timbres, etc, pues cualquiera de estos elementos tiene
una mayor o menor resistencia al paso de la corriente. Esto incluye a aparatos eléctricos:
televisores, planchas, batidoras, …. A partir de ahora, una resistencia la representaremos con dos
posibles símbolos:
Conectamos una resistencia R a una fuente de
tensión de voltaje V, por la resistencia circula una corriente
de intensidad de corriente I.
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La ley de Ohm se expresa matemáticamente con la siguiente ecuación:
Existe una manera muy sencilla de obtener las tres ecuaciones de las magnitudes
anteriores: el triángulo de la ley de Ohm:
Existen un tipo de receptores eléctricos llamados, precisamente resistencias eléctricas, que
se emplean para limitar y regular la cantidad de corriente que circula por un determinado
circuito; y proteger algunos componentes por los que no debe circular una intensidad de
corriente elevada.
Por ejemplo, si a una pila de 15 V le conectamos directamente una bombilla de 5 V, al cerrar
el interruptor, ésta se fundirá.
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Para evitar que se funda, podemos colocar una resistencia en serie con la bombilla para
que se quede con, al menos, los 10 V que nos sobran. Así, sólo le llegarán 5 V a la bombilla. De
este modo, la resistencia, actúa como un receptor extra que se opone al paso de la corriente y
limita la intensidad de la misma, protegiendo el bombillo de una sobre carga.
Ejemplo Ley de Ohm: Un circuito que tiene una pila de 6 voltios genera una corriente que
atraviesa una resistencia eléctrica de 2 ohmios.
¿Cuál es el valor de la intensidad de la
corriente que pasa por la resistencia?
Se trata de hallar I
Tenemos los datos: V = 6 V , R = 2 Ω
La ley de Ohm dice que:
𝐼 = 𝑉
𝑅, sustituyendo 𝐼 =
6
2= 3𝐴
La solución es, por lo tanto, I = 3 A
6. Tipos de conexiones o asociaciones de receptores.
6.1. Conexión en serie
Dos o más receptores están asociados en serie cuando están conectados unos a
continuación de los otros. En esta disposición, la corriente que circula por todos los elementos
es la misma, mientras que el voltaje total es la suma de las tensiones en los extremos de cada
elemento.
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Para calcular la resistencia total o equivalente del circuito, basta con sumar las resistencias
de cada receptor.
6.2. Conexión en paralelo.
En este caso, los diferentes componentes del circuito se colocan de tal forma que tengan
la misma entrada y la misma salida; así los cables de un lado y del otro se unen. En esta
disposición, la tensión de cada elemento es la misma, pera la intensidad que circula por cada
rama varía.
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7. Los aparatos de medida eléctricos
Las magnitudes básicas que se emplean en electricidad (tensión, intensidad de la corriente
y resistencia eléctrica) se miden con unos aparatos que son imprescindibles para cualquier
técnico de la electricidad o de la electrónica. Veamos cuales son:
1. Para medir la tensión (V) (también llamado voltaje) se utiliza el voltímetro. Recuerda
que la unidad de medida de la tensión es el voltio.
2. Para medir la intensidad de la corriente eléctrica (I) se utiliza el amperímetro. Recuerda
que la unidad de medida de la intensidad de corriente es el amperio.
3. Para medir la resistencia eléctrica (R) se utiliza el óhmetro. Recuerda que la unidad de
medida de la resistencia eléctrica es el ohmio.
Cada uno de estos aparatos de medida se representa con un símbolo. Veamos cuáles son:
En realidad, los técnicos no utilizan tres aparatos
distintos, puesto que sería una incomodidad. Ellos emplean un
único aparato que incluye los tres. Se llama polímetro o téster.
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1. Para medir la tensión
que hay entre dos puntos del
circuito, se coloca el polímetro en
paralelo con elemento a medir.
Por ejemplo: si se quiere
medir la tensión de una pila que
forma parte del siguiente circuito... se coloca el voltímetro como muestra el dibujo de la
izquierda. Se puede observar que el voltímetro nos da un resultado de 9 V, lo cual es lógico.
2. Para medir la intensidad de la corriente que pasa por un elemento del circuito, se ha de
colocar el polímetro en serie con el mismo.
Por ejemplo: si se quiere medir la intensidad de
la corriente que pasa por el bombillo que forma parte
del siguiente circuito...
Puedes observar que el amperímetro, se coloca
a continuación del bombillo, es decir, insertado dentro
del circuito. En este caso, el amperímetro marca 90
miliamperios (mA). Esta es la intensidad de la
corriente que atraviesa el bombillo.
NOTA: 1000 mA = 1 A, en este caso 90 mA =
0,09A