LA HISTORIA DE LA ELECTRICIDAD

La Corriente eléctrica

La Electricidad es la forma de energía más extensamente utilizada por varios motivos, entre los que se encuentra :

La capacidad de hacer funcionar un amplio surtido de máquinas
Lo limpia que resulta al ser consumida. No contamina
La facilidad para ser transportada
La facilidad para convertirla en otro tipo de energía, etc.

¿Valoramos suficientemente la energía ?. Un simple experimento para contestarla. Tan solo permanece sin suministro durante unos minutos en tu casa ( a ser posible de noche ). Vamos a definir el primer concepto importante.

Corriente eléctrica. Se puede definir como el movimiento de electrones por un conductor.

A la izquierda se representa la influencia del paso de los electrones de la bola al cuerpo de la niña, Ufff.

El Átomo , como se representa en la imagen, está compuesto por partículas en el núcleo ( neutrones y protones ) y otras que giran sobre el mismo ( los electrones )

Los electrones no ” se van del átomo ” porque existe una atracción entre las cargas positivas y las negativas , pero los mas alejados, ” sí son capaces de irse si encuentran alguna carga positiva cerca.

Este proceso se puede mostrar en la figura de la derecha

Desde este punto de vista podemos clasificar los materiales como conductores y aislantes, o sea, si un material tiene los electrones más periféricos poco atraídos al núcleo, se llaman conductores porque va a permitir que los electrones vayan desde un átomo a otro ( ver gráfica anterior.

Por el contrario , si el electrón está muy ligado al núcleo, no habrá electrones libres y no habrá corriente eléctrica. A este grupo se le llama Aislante

Ejemplos de conductores son:

El oro, la plata, el cobre, aluminio, el agua de grifo …

Ejemplos de aislantes:

Goma, plástico, porcelana, vidrio ..

Hay dos tipo de corriente:
a ) Corriente continua, si el sentido en el que se mueven los electrones es siempre el mismo
b) Corriente alterna, si el sentido va cambiando

Magnitudes eléctricas

Dentro de la corriente eléctrica tenemos tres magnitudes fundamentales para poder entenderla

Intensidad de Corriente: Se define como la cantidad de electrones que pasan por un conductor en la unidad de tiempo. Se mide en Amperios

Tensión: Es la energía que tiene cada electrón para que pueda moverse. Se mide en voltios

Resistencia: Es la oposición que presenta un cuerpo al paso de los electrones. Se mide en Ohmios ( representado por la letra griega Ω )

Vamos a darle algo de vueltas a estos conceptos. Por un lado tenemos un generador , que puede ser una pila , una dinamo o el alternador. Estos elementos se encargan de “crear los electrones listos para correr por el circuito “.

La cantidad de ellos que salen hacen referencia a la Intensidad. La energía que lleva cada uno hace referencia a la Tensión y los Obstáculos que se van a encontrar por el camino ( desde que salen hasta que llegan al generador ) va a ser la Resistencia

A la derecha, tenemos un generador ( pila ) que provoca que los electrones salgan con cierta energía ( polo positivo ) pero que la van gastando al pasar por las bombillas hasta que llegan exhaustos ( sin energía ) al polo negativo.

Nos podemos preguntar

¿ Existe una relación entre los electrones que salen de la pila y la resistencia ( número de bombillas ) ?

Ahí viene Ohm con su ley a resolver este enigma de la forma

I = V/R

Donde

I es la Intensidad y se mide en Amperios
V es la tensión y se mide en Voltios
y R es la resistencia que hay en el circuito y se mide en Ohmios

Actividad 1 : Si tenemos una pila de 10 voltios conectada a una bombilla de que tiene una resistencia de 20 Ω, calcular la Intensidad que sale de la pila.

Actividad 2 : Si tenemos una pila de 10 voltios con dos bombillas de 20 Ω cada una , como se muestra en la imagen superior, calcular la Intensidad que sale de la pila.

Actividad 3 : Calcular la resistencia de un tostador de 220 voltios si la corriente es de 4 A

Potencia Eléctrica

Se define la potencia como la Energía que se desarrolla por unidad de tiempo, o sea P = E/t. La potencia es un parámetro que se utiliza mucho en el mundo de la electricidad porque lo que viene a decir es lo “potente que es un aparato ”

¿ Que quiere decir ?. ¿ Es igual que salgan pocos electrones de un generador con poquita energía que muchos con mucha energía ?.

Esa es la idea. Multiplicar la Intensidad de corriente por la Energía de cada uno para llegar a la Potencia, por tanto

Se define la Potencia Eléctrica como el producto de La Intensidad de Corriente por la Tensión, o sea P = V * I

Si La intensidad se mide en Amperios y la tensión en Voltios, la Potencia se mide en Vatios ( W ).

Actividades:

4º Si una plancha de 220 Voltios toma de la red 10 Amperios, calcular la potencia de la misma

5º Si tenemos una bombilla que tiene una resistencia de 20 Ω y se conecta a una tensión de 220 voltios, calcular la potencia

6º Una tele de 50 W está conectada 10 horas al día. Calcular la Energía en KWh y el precio que pagamos por la misma al mes si cada KWh cuesta 20 céntimos

Circuitos Serie y Paralelos

Si tenemos dos bombillas, ¿ de cuantas maneras puedes conectarlas ?. Pues bien, si las conectamos un terminal detrás de otro se llama serie y si se conectan los dos sería en paralelo.

El la figura de la izquierda tenemos dos circuitos. El primero corresponde a un circuito __________ y el segundo a uno en _____________

Pensemos un poco que le pasa a un electrón en cada circuito.

Empezamos por el Circuito Serie empleando la Simbología eléctrica. El el siguiente circuito tenemos una pila de 9 voltios y tres bombillas iguales. Podemos sacar las siguientes conclusiones

* Si salen 10 electrones del polo positivo de la pila, ¿ cuantos entran en en la bombilla 1 y cuantos salen, cuantos entran en la 2 y en la 3 ?. Como sabemos que las bombillas no se comen los electrones, sino que toman solo su energía la respuesta es que al haber solo un camino, los electrones son siempre los mismos, o sea que :
La Intensidad de corriente es siempre la misma en un circuito Serie, o sea I1 = I2 = I3, siendo I1 la corriente de la Bombilla 1 , I2 la de Bombilla 2 …
* Si un electrón sale con una energía equivalente a 9 voltios y tiene que pasar las tres bombillas, ¿que pasará con su energía si las bombillas la utiliza para dar luz ?. Lo lógico es que vaya perdiendo su energía conforme pase las bombillas y por tanto
La suma de la caída de tensión en cada bombilla es igual a la tensión en la pila, esto es 9 V = V1 + V2 + V3, siendo V1 la tensión en Bombilla 1, V2 la tensión en Bombilla 2, etc

Ahora vamos con el Circuito Paralelo

A la Izquierda de nuevo un circuito de tres bombillas en paralelo ( Fijaros que ahora las bombillas alumbran más . ¿ Porqué ?)
Razonamos de nuevo
* Suponemos que salen 30 electrones del Positivo de la pila, por donde van a pasar, ¿ por la B1, por la B2, por la B3 ? si además su destino es el negativo de la pila. Como los tres caminos son iguales, se reparten, o sea 10 por cada bombilla , llegamos a que
La intensidad que sale de la pila es igual a la suma de las corrientes en cada bombilla, o sea It = I1 + I2 + I3
* La energía que tiene cada electrón la gasta exclusivamente en una de las bombillas, porque entra con 9 y sale con = voltios. Esto le sucede a cada electrón y por tanto, llegamos a que
La tensión en un circuito en paralelo es siempre la misma, esto es V1 = V2 = V3. En el caso del circuito anterior V1 = V2 = V3 = ) voltios

Asociación de Resistencias

Como hemos visto antes, las resistencias se pueden conectar en serie o en paralelo. Veamos los dos casos usando la simbología de la resistencia. Se puede demostrar que

a )

Si las resistencias están en serie, la resistencia total desde el inicio al final viene dada por la fórmula:

b ) Si las resistencias están en paralelo, la Resistencia desde el inicio al final viene dada por:

Actividades. Vamos a representar las resistencias como son en realidad, no por simbología ). No hacer caso de los colores.

7º Calcular la resistencia equivalente si R1 = 300 Ω, R2 = 400 Ω y R3 = 200 Ω

8º En el circuito de la izquierda, si conectamos las resistencias en paralelo con los mismos valores que antes, ¿que valor tiene la resistencias total ?

9º Ahora tenemos un circuito mixto. Si cada una de ellas vale 100 Ω, que valor tiene el total.

Los siguientes problemas usaremos la simbología apropiada.

10 º En este ejercicio de 3 resistencias en serie,

a ) Calcular la resistencia total

b ) Calcular la corriente que sale de la pila

11 º En el circuito mixto, calcular

a) La resistencia equivalente

b) La Corriente que sale de la pila

c) La corriente que circula por la rama superior y por la inferior

Dispositivos para controlar la Electricidad

Son elementos que nos permiten bloquear el paso de la corriente o bien redirigirlo por otro camino. Veamos uno a uno

1º Interruptor. Es el más sencillo de todos. Lo tenemos todos en los aparatos eléctricos para encender o apagarlos. Se define como un dispositivo que abre o cierra el paso de la corriente de forma permanente. Existe una gran variedad de ellos. En las imágenes de arriba podemos apreciar varios tipos

2º Pulsador. Hace lo mismo que el interruptor pero hay que estar presionando constantemente el mecanismo para que abra o cierre el circuito ( según el tipo ). El el símbolo se aprecia que en el 1º caso siempre está abierto hasta que se presiona. En el 2º caso siempre está cerrado hasta que se presiona

3º Conmutadores. Son dispositivos que hacen pasar la corriente por un Terminal o por otro. Veamos dos aplicaciones micro-interruptor-deslizante

a ) Son empleados para los circuitos escaleras de las viviendas. En estos circuitos, desde dos puntos se puede apagar y encender la luz de la escalera,. el dormitorio, etc circuito escalera

b) Cambio de giro de un motor. En este caso se emplea uno doble.

4º Relés. Son empleados para controlar grandes corrientes por la acción de pequeñas corrientes. Compuesto por un Bobinado ( representado por el rectángulo verde ) y los contactos

Vamos a ver un vídeo donde se muestra como funciona

Soluciones a las actividades:

0,5 A
0,25 Amperios. Dado que la corriente es menor ( además hay menos tensión en la bombilla ), las bombillas alumbran menos.
El valor de la resistencia es 55 Ω
2200 W
2420 W
Potencia total 50 * 10 *30 = 15000 W = 15 KW; Si cuesta 20 céntimos cada KW, el total es 3 €
900 Ω
92,3 Ω
233 Ω
Resistencia Total = 80 Ω . Intensidad = 112 mA
a) Req = 45 Ω. b) It =222 mA c) I1 = I2 = 111 mA

Otros problemas ( Para alumnos de 3º )

1º Calcular la resistencia equivalente y la corriente que sale de la pila de 9 Voltios.

b) Calcular la corriente que va por la rama de abajo.

2º En el circuito de la izquierda tenemos dos ramas en paralelo con un medidor de corriente en la rama superior ( Amperímetro ). Este medidor señala que por esa rama para 81,8 mA. Calcular la resistencia de la bombilla