UNIDAD 8:ENERGÍA Y ELECTRICIDAD. Concepto de electricidad

1. Propiedades eléctricas de la materia

2. Interacción entre cargas

3. Corriente eléctrica

4. Circuitos eléctricos

5. Magnitudes de la corriente eléctrica

6. Circuitos eléctricos con resistencias en serie y en paralelo

7. Transformaciones energéticas en un circuito

8. La electricidad en casa

1. Propiedades eléctricas de la materia

Al frotar un bolígrafo

con lana, los e‐ pasan

de la lana (+) al boli (‐).

Las cargas del mismo signo se repelen

Las cargas de signo contrario se atraen

Las cargas eléctricas pueden moverse a través

de las sustancias llamadas CONDUCTORES

Los cuerpos que no dejan moverse a las cargas

eléctricas se llaman AISLANTES

2. Interacción entre cargas

Electroscopio: instrumento que permite detectar las cargas eléctricas y su signo

Electrómetro: medidor de cargas eléctricas

LEY DE COULOMB

dqQKF 2

·=

Las cargas de signo contrario se atraen

Las cargas del mismo signo se repelen

F: fuerza en newton (N)Q y q: cargas en culombios (C)D: distancia entre las cargas en metros (m)K: constante que depende del medioK vacío =9·109 N·m2/C2

Unidad de carga eléctrica: culombio (C) ; 1μC = 10-6 C

Fuerza de atracción o de repulsión entrecargas

Q+ Q-

EJERCICIOS CON CARGAS ELÉCTRICAS1. Determina la fuerza que actúa sobre las cargas eléctricas q1 = + 1 x 10‐6 C.

y q2 = + 2,5 x 10‐6 C. que se encuentran en reposo y en el vacío a una distancia de 5 cm.

2. Determina la fuerza que actúa sobre las cargas eléctricas q1 = ‐1,25 x 10‐9 C

y q2 = +2 x 10‐5 C. que se encuentran en reposo y en el vacío a una distancia de 10 cm.

La fuerza resultante es de REPULSIÓN

La fuerza resultante es de ATRACCIÓN

A.‐ Electrones fluyendo por un buen conductor eléctrico, (baja resistencia).

B.‐ Electrones fluyendo por un mal conductor eléctrico (alta resistencia)

Es el movimiento de cargas eléctricas por un conductor

3. Corriente eléctrica

TIPOS DE CORRIENTE ELÉCTRICACONTINUA: las cargas se mueven siempreen el mismo sentido

ALTERNA: las cargas cambian de sentido50 veces en un segundo.

Generador de continua

4. Circuitos eléctricos

generador

Cableconductor

receptor

interruptor

Símbolos de los elementos eléctricos

Conexiones de los elementos de un circuito

Rt = R1+ R2 +R31/RP = 1/R1+ 1/R2 +1/R3

Intensidad de corriente: es la carga eléctrica que pasa enla unidad de tiempo por un punto de un circuito.

unidad de medida: amperio (A) I = Q/taparato de medida. amperímetro

Tensión o diferencia de potencial: energía necesaria para que 1 culombio circule entre dos puntos de un circuito. unidad de medida: voltio (V) aparato de medida: voltímetro

Resistencia eléctrica:Es la dificultad que presenta un conductor al paso de la corriente eléctrica.

unidad de medida: ohmio (Ω)

R = ρ · L/S

5. Magnitudes de la corriente eléctrica

ρ: resistividad ( Ω. m)L: longitud cable (m)S: sección cable (m 2)

EJERCICIOS: Cálculo de resistencias

• La resistividad del aluminio es 27´2.10‐9 Ω ∙m.

a) Calcular la resistencia eléctrica de un alambre de aluminio de 1 Km de longitud y 2 mm2 de sección.

b) b) Si la resistividad del cobre es 16´8.10‐9 Ω ∙m calcular la resistencia eléctrica de un alambre de cobre de las mismas dimensiones.

SOLUCIÓN

a) R = 27´2.10‐9 Ω ∙m. 1.000 m/ 2∙10‐6 m2 = 13,6 Ω

b) R = 16,8.10‐9 Ω ∙m. 1.000 m/ 2∙10‐6 m2 = 8,4 Ω

R = ρ · L/S

RESISTENCIAS

LA LEY DE OHM

I = Intensidad en amperios (A) V = Diferencia de potencial en voltios (V)R = Resistencia en ohmios (Ω).

Calcula la intensidad que circula por el circuito

Rt = 1000 Ω + 2000 Ω + 1000 Ω = 4000 Ω

I = V/R = 9 V/4000 Ω = 0,0025 A( 2,5 m A)

mAIAVI 5,22;0225,04009

Re

4005

2000Re

;2000

2121000

12000

11000

1Re1

====

Ω==

++=++=

mAIAVI

Rt

6,3;0036,02500

9Re

25002000500

5002

1000Re

;1000

21000

11000

1Re1

====

Ω=Ω+Ω=

Ω==

=+=

EJERCICIOa) Calcula la intensidad que circula por cada una de las resistenciasb) ¿Cuál es la diferencia de potencial de la R3?c) ¿Cuál es la diferencia de potencial de las resistencias en paralelo?

EJERCICIOa) Calcula la intensidad que circula por cada una de las resistenciasb) ¿Cuál es la diferencia de potencial de la R3?c) ¿Cuál es la diferencia de potencial de las resistencias en paralelo?

AVI

Rt

a

3,015

5,4Re

15105

52

10Re

;102

101

101

Re1)

===

Ω=Ω+Ω=

Ω==

=+=A CB

AI

AIa

VVVV

VVc

VVb

BCABT

BC

AB

15,010

5,1

15,010

5,1)

5,4

33,0·10)

5,13,0·5)

2

1

==

==

=+=

==

==

Transformaciones energéticas en un circuito

Energía (E) E = q ∙ V Unidad de medida: julio (J)Recuerda:

q = I ∙ t E = I ∙ t ∙ I ∙ R = I2 ∙ R ∙ tV = I ∙ R

Si la energía consumida se transforma en calor, la unidad de medida es la CALORÍA

1 J = 0, 24 calorías

1 cal = 4,18 J

E (calorías) = I2 ∙ R ∙ t∙ 0,24 (ley de Joule)

POTENCIA (P) Unidad de medida el vatio (w)kw = 1000 w

P = E/t Otra unidad de energía kw · h

ECUACIONES PARA RECORDAR

V = I ∙ R

I = Q / t

E = V ∙ Q

P = E / t

EJERCICIOS

1. Calcular el valor de la resistencia del filamento de una bombilla de 40 W a 220 V.

P=E/t = V·Q/t = V·I = V·V/R = V2 ·R

R = V2 /P = (220 V) 2/40 W = 1.210 Ω

2. Una bombilla tiene la siguiente inscripción: 40 W, 220 V. Calcular la potencia que disipará cuando se la conecte a 125 V, suponiendo que la resistencia no varíe con la temperatura.

R = V2 /P ; V 12 /P1 = V 22 /P2

P2 = V 22 ·P1/ V 12

P2 = (220)2 ·40W/ (125V)2 = 123,9 W

LA ELECTRICIDAD EN CASA

• La electricidad llega a nuestra

casa mediante un cable llamado

acometida, conectado al contador,

que mide el consumo.

• Del contador sale un cable

que llega al cuadro eléctrico,

situado en la entrada de la casa.

• En el cuadro está el interruptor

general automático, que corta la

corriente cuando llega una

intensidad demasiado alta, o bien

si se produce un cortocircuito.

Esto sucede, por ejemplo, si se

quema un cable de un electrodoméstico.

• En el cuadro hay un importante elemento de seguridad, el diferencial. Si, por accidente, tocamos un cable pelado, el diferencial corta la corriente antes de que suframos daños. A partir del diferencial se bifurcan varios cables que alimentan las distintas zonas de la casa.

• ¿Qué es un fusible?Un fusible es un dispositivo con un filamento o lámina

de un metal (o aleación) de bajo punto de fusión que se

intercala en un punto determinado de una instalación

eléctrica para que se funda, por efecto del calor, cuando

la intensidad supere un exceso de carga con el consiguiente

riesgo de incendio o destrucción de otros elementos eléctricos.

• ¿Qué es un diferencial?Un diferencial es un dispositivo electromecánico que se coloca en las

instalaciones eléctricas con el fin de proteger a las personas de las derivaciones causadas por faltas de aislamiento entre los conductores activos de los aparatos.

• ¿Qué es un interruptor automático?Un interruptor automático es un aparato capaz de interrumpir o abrir un

circuito cuando la intensidad de la corriente excede de un determinado valor.

A diferencia de los fusibles, que deben ser reemplazados tras un único uso, el disyuntor puede ser rearmado una vez localizado y reparado el daño que causó el disparo o desactivación automática.