ELECTRICIDAD 2º ESO

ELECTRICIDAD BÁSICA

Introducción a la electricidad y los circuiitos eléctricos básicos para 2º ESO. IES El Majuelo Curso 2020-21

EMPEZAR

CARGA ELÉCTRICA Y ELECTRICIDAD

EFECTOS DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA

Índice

EL CIRCUITO ELÉCTRICO

Estos son los puntos principales que vamos a trabajar en este curso. Puedes acceder directamente al que quieras repasar.

MAGNITUDES ELÉCTRICAS

LEY DE OHM

CONEXIONES EN SERIE Y PARALELO

CARGA ELÉCTRICA Y ELECTRICIDAD

Empezaremos viendo en qué consiste la alectricidad y, para ello, deberemos estudiar una propiedad de la materia lamada carga eléctrica.

CARGA ELÉCTRICA Y ELECTRICIDAD

Estructura atómica

La materia está formada por partículas muy pequeñas llamadas átomos. 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.Los electrones tienen carga negativa Los protones tienen carga positiva

CARGA ELÉCTRICA Y ELECTRICIDAD

Fuerza entre cargas

Cuando dos cuerpos cargados se aproximan, aparecen unas fuerzas sobre ellos, que tienden a separarlos o a acercarlos. Siempre se cumple lo siguiente:

• las cargas del mismo signo se repelen
• las cargas de distinto signo se atraen.

CARGA ELÉCTRICA Y ELECTRICIDAD

Conductores y aislantes. Corriente eléctrica

Si colocamos una carga positiva en un extremo de un cuerpo y otra negativa en el otro, los electrones (carga negativa) se verán repelidos de la carga negativa y atraídos por la positiva. Si esos electrones están lo suficientemente "sueltos" de sus átomos, empezarán a moverse. En este caso, decimos que el material es conductor.

Llamamos corriente eléctrica al movimiento de electrones a través de un conductor.

Si los electrones están muy unidos a sus átomos, no podrán moverse y no habrá corriente eléctrica. En ese caso, el material no es conductor sino aislante.

CARGA ELÉCTRICA Y ELECTRICIDAD

Sentido de la corriente eléctrica

Antes de que se descubriera que los resposables de la corriente eléctrica eran los electrones, se pensaba que lo que se movían eran cargas positivas, que iban desde el extremo con carga positiva (repelidas) hasta el extremo con carga negativa (atraídas). Este sentido de la corriente eléctrica se sigue utilizando y se denomina sentido convencional de la corriente. Es el que usaremos siempre, por lo que siempre diremos que la corriente eléctrica sale del terminal positivo de las baterías y vuelve al terminal negativo.

El sentido real de la corriente es el contrario. En realidad los electrones, que tienen carga negativa, salen del terminal negativo y vuelven hacia el positivo. Sin embargo, considerando el sentido convencional todo funciona igual y nos ahorramos que nos salgan cantidades negativas al hacer cálculos, por eso utilizaremos siempre el sentido convencional.

CARGA ELÉCTRICA Y ELECTRICIDAD

Corriente eléctrica y voltaje

Hemos visto que la corriente eléctrica son electrones en movimiento. Para que se muevan esos electrones necesitamos darles una energía y esa energía es lo que denominamos voltaje, tensión o diferencia de potencial eléctrico. Lo veremos con más detalle en el tema, pero, por ahora, puedes ver un vídeo donde se visualiza de manera gráfica la corriente eléctrica y que te ayudará a fijar ideas. Se pueden poner subtítulos en Español si no entiendes bien las explicaciones en inglés.

EFECTOS DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA

La corriente eléctrica (movimiento de electrones) produce diversos efectos en los cuerpos. Los aparatos eléctricos se diseñan para aprovechar esos efectos. Nosotros veremos los más básicos, que son calor, luz y movimiento.

EFECTOS DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA

Calor

Cuando los electrones "chocan" con los átomos del material por el que circulan, parte de su energía se transforma en calor. A este fenómeno se le conoce como efecto Joule.

Los elementos utilizados en los aparatos eléctricos para producir calor se llaman resistencias. Se incluyen en tostadoras, secadores de pelo, planchas, calentadores, etc.

EFECTOS DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA

Luz

Existen tres formas básicas de lograr luz a partir de una corriente eléctrica:

Calentando mediante efecto Joule un metal a una temperatura tan alta que empiece a emitir luz. Son las lámparas incandescentes y las halógenas.

Sometiendo a un gas a una descarga eléctrica, para que emita fotones de luz. Es lo que utilizamos en las lámparas fluorescentes y de bajo consumo (LFC).

Haciendo pasar una corriente eléctrica a través de un tipo especial de diodo que emite luz. Son los diodos emisores de luz o LED.

EFECTOS DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA

Movimiento

La energía eléctrica se transforma en movimiento en los motores eléctricos.

Su funcionamiento se basa en las fuerzas de atracción y repulsión entre un imán y un cable interior que da varias vueltas y por el que circula una corriente eléctrica.

EL CIRCUITO ELÉCTRICO

Un circuito eléctrico es un conjunto de elementos conectados entre sí, que permiten establecer una corriente entre dos puntos, para aprovechar la energía eléctrica.Todo circuito eléctrico se compone, al menos, de unos elementos mínimos (generador, receptor y conductor). Sin embargo la en la mayoría de los casos los circuitos suelen incorporar otros dispositivos: los elementos de maniobra y los de protección.

EL CIRCUITO ELÉCTRICO

Generadores

Los generadores son los elementos que transforman cualquier forma de energía en energía eléctrica. Proveen al circuito de la necesaria diferencia de cargas entre sus dos polos o bornes (tensión), y además, son capaces de mantenerla eficazmente durante el funcionamiento del circuito.

Existen diferentes tipos de generadores eléctricos, como por ejemplo:

• Baterías o pilas: transforman energía química en eléctrica.
• Alternadores o dinamos: transforman energía mecánica en eléctrica.
• Células fotovoltáicas: transforman energía radiante del sol en eléctrica.

EL CIRCUITO ELÉCTRICO

Conductores

Los conductores son los elementos que conectan los distintos elementos del circuito permitiendo el flujo de electrones.

Para transportar los electrones de un sitio a otro se utilizan cables de metal, normalmente de cobre, y recubiertos de plástico para que los electrones no salgan del cable.

EL CIRCUITO ELÉCTRICO

Receptores

Los receptores: son los elementos encargados de convertir la energía eléctrica en otro tipo de energía útil de manera directa, como la lumínica, la mecánica (movimiento), calorífica, etc. Un receptor será, por tanto, cualquier aparato eléctrico que utilice los efectos de la corriente eléctrica para realizar algo útil. Por ejemplo:

EL CIRCUITO ELÉCTRICO

Elementos de control y maniobra

Sirven para dirigir o interrumpir a voluntad el paso de la corriente eléctrica. Los más utilizados son:

• Interruptor: tiene dos posiciones: en una deja pasar la corriente eléctrica y en otra no la deja pasar.
• Conmutador: tiene una entrada de corriente y dos salidas, permitiendo dirigir la corriente por una u otra según la posición en que se encuentre.
• Pulsador: funciona como un interruptor pero solo una de sus posiciones es estable. Cuando lo pulsamos cambia de posición y, al soltarlo, él solo vuelve a su posición estable. Dependiendo de cuál sea esa posición estable, podemos tener dos tipos de pulsadores:

• Normalmente abierto (NA): en su posición estable (sin pulsar) no deja pasar la corriente.
• Normalmente cerrado (NC): en su posición estable (sin pulsar) sí deja pasar la corriente..

EL CIRCUITO ELÉCTRICO

Elementos de protección

Son los elementos encargados de proteger al resto de los elementos del circuito y, en su caso, a las personas que los utilizan, frente a corrientes demasiado elevadas o frente a derivaciones o fugas de potencia. Los más comunes son:

Fusible: elemento diseñado para que, si la corriente que lo atraviesa es demasiado elevada, el calor disipado por efecto Joule lo funda y se rompa, impidiendo el paso de la corriente. Se "sacrifican" ellos, que son baratos y fáciles de cambiar, para que no se estropeen otros aparatos más caros.

Interruptor Diferencial: es un dispositivo que proteje a las personas. Comprueba que la corriente que entra en el circuito por un cable vuelve a salir por el otro. Si detecta una diferencia, puede que la corriente se esté derivando a través de una persona, por lo que se abre automáticamente y corta todo el paso de la electricidad. Es obligatorio que esté en todas las viviendas en una zona accesible (normalmente junto a la puerta).

Interruptor Magnetotérmico: es otro tipo de interruptor que se abre automáticamenrte si se produce una corriente demasiado elevada o un cortociruito, para proteger al resto de elementos de la instalación. También es obligatorio que esté en una zona accesible en las viviendas.

EL CIRCUITO ELÉCTRICO

Representación y simbología

A la hora de dibujar los circuitos eléctricos en un plano, no se utiliza una representación realista de los diferentes elementos que los componen (sería más lento y costoso). En su lugar, utilizamos una serie de símbolos para representar dichos dispositivos. En la siguiente tabla vemos algunos de ellos, así como su función

EL CIRCUITO ELÉCTRICO

Ejemplos de circuitos

Circuito con una pila, un interruptor y una bombilla

Circuito con una pila, un pulsador NA, dos bombillas y una resistencia.

EL CIRCUITO ELÉCTRICO

Ejemplos de circuitos

Circuito con una pila, un interruptor y tres bombillas.

Circuito con una pila, un interruptor, una bombilla, un zumbador y una resistencia.

EL CIRCUITO ELÉCTRICO

El camino de la corriente

Para que un receptor de un circuito funcione, es necesario que la corriente eléctrica tenga un camino completo para salir de la batería por el terminal positivo, atravesar el receptor y volver a la batería por el terminal negativo.

En este ejemplo, tanto la bombilla como el motorcillo funcionan porque existen esos caminos. Se han resaltado para que puedas verlos. Recuerda que siempre usamos el sentido convencional de la corriente, aunque sepamos que, en realidad, los electrones se mueven al revés.

EL CIRCUITO ELÉCTRICO

Ciruitos abiertos

Cuando hay zonas del circuito donde no hay un camino que salga de la pila y vuelva a él, los receptores de esa zona no podrán funcionar. Se dice que el circuito está abiero en esa zona. Así, en este ejemplo sólo se encxenderán las bombillas 1 y 2, porque la 3 y la 4 están en un circuito abierto.

EL CIRCUITO ELÉCTRICO

Cortocircuitos

La corriente eléctrica siempre prefiere ir por donde encuentre menos resistencia. Por lo tanto, si hay un camino que une los terminales de la batería sin ningún receptor enmedio, la corriente se volverá sin atravesar nada y sin que funcone nada. Eso ocurre en este ejemplo:

Aquí la corriente seguiirá el camino rojo y no funcionará la bombilla. Cuando hay un cortocircuito la corriente viaja por un camino sin resistencia. Eso hace que su valor sea muy elevado (no hay nada que se oponga a ella), por lo que pueden haber muchos problemas de calentamiento y es muy peligroso. Nunca debemos permitir que haya un cortocircuito.

MAGNITUDES ELÉCTRICAS

Hemos visto que la carga es la propiedad de la materia responsable de la electricidad. Las partículas responsables de la corriente eléctrica son los electrones, que tienen una carga muy pequeña. Por eso, las cargas no se miden con la carga del electrón, sino con una unidad llamada culombio (símbolo C), que es la carga que tienen más de seis trillones de electrones.Además de la carga, existen tres magnitudes eléctricas básicas que nos permitirán saber cómo funciona cualquier circuito eléctrico. Esas tres magnitudes son: intensidad de corriente, voltaje y resistencia.

MAGNITUDES ELÉCTRICAS

Símil hidráulico

Para que nos sea más fácil comprender estas magnitudes, vamos a utilizar un símil entre un circuito eléctrico y uno hidráulico (con agua). Haz clic en los iconos de ojos para obtener una explicación.

MAGNITUDES ELÉCTRICAS

Voltaje o tensión

Símbolo: V

Unidad de medida: Voltio (V)

Aparato con que se mide: Voltímetro

Es la diferencia de energía eléctrica entre dos puntos de un circuito (por eso también puede llamarse a veces diferencia de potencial) Esa diferencia de energía es equivalente a una diferencia de altura en nuestro símil hidráulico, así que la carga irá de las zonas de mayor energía eléctrica (más altura) a las de menor (menos altura) Así, si no hay voltaje, no se mueven las cargas y, por tanto, no hay corriente eléctrica.

MAGNITUDES ELÉCTRICAS

Intensidad de corriente

Símbolo: I

Unidad de medida: Amperio (A)

Aparato con que se mide: Amperímetro

Es la cantidad de carga eléctrica que pasa por un punto del circuito en un tiempo determinado. Normalmente se miden cuántos culombios de carga pasan en un segundo y esa unidad se llama amperio. En nuestro símil hidráulico sería el caudal que, en ese caso, sería el volumen de agua (por ejemplo, litros) que pasa por un punto en un tiempo determinado.

MAGNITUDES ELÉCTRICAS

Resistencia

Símbolo: RT

Unidad de medida: Ohmio ( ))

Aparato con que se mide: Ohmímetro

Es la oposición que ejercen los elementos de un circuito al paso de la corriente eléctrica a través de ellos. En nuestra analogía hidráulica, la resistencia sería el rozamiento del agua contra las paredes de las tuberías y demás elementos, que le hacen perder presión al pasar a través de ellos y le dificultan el paso. El valor de la resistencia de un cuerpo depende del material de que está hecho (una propiedad llamada resistividad) y de la forma que tenga: mientras más largo y más estrecho sea un cuerpo, más resistencia opone al paso de la corriente.

LEY DE OHM

El científico George Ohm realizó una serie de experimentos que le llevaron a establecer, en 1827, una relación entre el voltaje aplicado (V) y la intensidad de corriente (I) que atraviesa un cuerpo. Ohm descubrió que V era directamente proporcional a I, y llamó resistencia a la constante de proporcionalidad entre ambas (por eso la unidad de medida de la resistencia se llama ohmio en su honor). Por lo tanto, la ley de Ohm símplemente establece que:

V = I · R

LEY DE OHM

Aplicando la Ley de Ohm

La Ley de Ohm es una relación muy simple entre las tres magnitudes eléctricas básicas que hemos estudiado, pero que se cumple siempre. Esto nos permite averiguar el valor de una cualquiera de esas magnitudes si conocemos las otras dos. Dependiendo de cuál de las tres magnitudes nos pidan, podemos despejar la ley de Ohm y utilizar la expresión que queramos. Las tres posibilidades serían:

I = V / R

R = V / I

V = I · R

Un truco para acordarte de las tres formas de la Ley de Ohm sin tener que despejar matemáticamente cada vez, es recordar esta figura:

Para escribir la Ley de Ohm solo tienes que tapar con el dedo la magnitud que quieras calcular, y las otras dos se verán tal y como hay que escribirlas.

QUIZ

Vamos a hacer un pequeño test de la Ley de Ohm para ver si sabes aplicarla en problemas sencillos

EMPEZAR

QUIZ LEY DE OHM

PREGUNTA 1/3

¿A qué voltaje estará sometida una resistencia de 6 si circula por ella una corriente de 3 A?

9 V

2 V

18 V

QUIZ LEY DE OHM

¡Correcto!

DATOS

R = 6

I = 3 A

V = R · I

V = 6 · 3 = 18 V

SOLUCIÓN

SIGUIENTE

QUIZ LEY DE OHM

PREGUNTA 2/3

Cuando sometemos a un objeto a una tensión de 1,5 V circula a través de él una intensidad de corriente de 0,5 A. ¿Cuál será la resistencia de dicho objeto?

0,75

QUIZ LEY DE OHM

¡Correcto!

SOLUCIÓN

R = V / I

R = 1,5 / 0,5 = 3

V = 1,5 V

I = 0,5 A

DATOS

SIGUIENTE

QUIZ LEY DE OHM

PREGUNTA 3/3

¿Qué corriente circula por la bombilla de una linterna alimentada a 4,5 V si su resistencia es de 9 ?

40,5 A

2 A

0,5 A

QUIZ LEY DE OHM

¡Correcto!

SOLUCIÓN

I = V / R

I = 4,5 / 9 = 0,5 A

V = 4,5 V

R = 9

DATOS

TERMINAR

CONEXIONES EN SERIE Y EN PARALELO

Los elementos receptores de un circuito pueden conectarse de diversas maneras entre sí para conseguir que les llegue la corriente eléctrica necesaria para funcionar. Todas esas formas diferentes de conectar receptores se basan en dos formas sencillas, que son las que vamos a estudiar ahora: la conexión en serie y la conexión en paralelo.

CONEXIONES EN SERIE Y EN PARALELO

Conexión de receptores en serie

Consiste en conectar los receptores de manera que la salida de uno es la entrada del siguiente, como se ve en la figura de ejemplo. La resistencia total del circuito se puede calcular simplemente sumando las resistencias de los receptores:

En los circuitos en serie se cumple siempre que:

• La intensidad es la misma para todos los receptores: I = I1 = I2 = I3
• El voltaje se reparte entre todos los receptores: V = V1 + V2 + V3

CONEXIONES EN SERIE Y EN PARALELO

Conexión de receptores en paralelo

Consiste en conectar todas las entradas de los receptores entre sí y todas las salidas de los receptores entre sí. La resistencia total del circuito ya no es simplemente la suma, sino que hay que calcularla así:

En los circuitos en paralelo se cumple siempre que:

• La intensidad se reparte entre todos los receptores: I = I1 + I2 + I3
• El voltaje es el mismo para todos los receptores: V = V1 = V2 = V3

PARA FINALIZAR

Vídeo resumen

Para terminar con las magnitudes eléctricas, vamos a ver un vídeo que recapitula lo que hemos visto y nos ayuda avisualizar lo que ocurre en un circuito eléctrico. Como antes, se pueden poner subtítulos en Español si tienes problemas para entenderlo en inglés: