Instituto Politcnico Loyola. Educacin Continuada Electricidad Residencial

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Jueves, 23 de abril de 2015

Unidad1: Electricidad Bsica

Tema1: Introduccin y encuadre de la asignatura. Diagnstico inicial. Principios de la Electricidad. Conceptos fundamentales: Corriente, Tensin, Resistencia Elctrica, Conductancia. Ley de Ohm para una seccin de circuito y para un circuito completo. Circuito Serie, Caractersticas. Circuito Paralelo, Caractersticas. Circuito Compuesto, Caractersticas. Demostraciones experimentales y prcticas de montaje de circuitos resistivos puros simples.

Objetivo: Aplicar la Ley de Ohm a una seccin de circuito o a un circuito completo a partir de la interiorizacin del concepto y la manipulacin de su expresin matemtica, para obtener cualquiera de los parmetros elctricos bsicos, realizar modificaciones en circuitos resistivos puros y ajustarlo a las necesidades del usuario.

El desarrollo actual de nuestra sociedad fuese imposible sin el descubrimiento de usos prcticos de la energa elctrica en el siglo XIX. Casi desde sus inicios las aplicaciones domsticas aparecieron y evolucionaron con rapidez. Sin embargo el empleo cotidiano de esta energa no implica su comprensin y mucho menos la capacidad de manipularla para usar de ella de modo ms eficiente y adaptado a nuestras necesidades y la de nuestros potenciales clientes. El intento de realizar esto sin una comprensin mnima indispensable puede acarrearnos diversos perjuicios que van desde el riesgo a la vida, hasta las prdidas econmicas por realizar los trabajos basados en el ensayo y error con la inevitable insatisfaccin de nuestros clientes.

Iniciemos pues este curso abordando algunas nociones generales sobre la electricidad que empleamos habitualmente en los hogares y pequeos negocios.

Qu es la electricidad?

La electricidad es una propiedad fsica manifestada a travs de la atraccin o del rechazo que ejercen entre s las distintas partes de la materia.

La electricidad, por otra parte, es el nombre que recibe una clase de energa que se basa en dicha propiedad fsica y que se manifiesta tanto en movimiento (la corriente elctrica) como en estado de reposo (la electricidad esttica).

La electricidad la podemos encontrar en tres formas distintas en nuestro entorno:

Como flujo o corriente directa (CD): Se le llama as porque sus parmetros son constantes en el tiempo. Es la electricidad obtenida por procedimientos qumicos como en las bateras, por induccin electromagntica como en el caso de los dinamos o por el fenmeno fotoelctrico observado en los semiconductores y algunos xidos.

Como flujo o corriente alterna (CA): Se le llama de este modo porque sus parmetros varan en el tiempo de acuerdo a un determinado ciclo o periodo de tiempo. Es la electricidad que viaja por las lneas de distribucin y llega a nuestros hogares. Disponemos de ella en los tomacorrientes domsticos, es ms barata de producir y distribuir que la directa. Se obtiene casi exclusivamente por induccin electromagntica.

Electricidad esttica: Es muy poco empleada en comparacin con las anteriores y ms que til es una molestia a evitar o erradicar en cualquier equipo elctrico. Es sin embargo la ms observable en la naturaleza. Se obtiene por la cesin de electrones de un cuerpo a otro por frotamiento, radiacin, etc.

Independientemente del tipo de electricidad, la misma tiene unos parmetros que la caracterizan, estos parmetro se refieren a las magnitudes elctricas bsicas.

http://definicion.de/energia/

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Qu son las Magnitudes?

Las magnitudes son propiedades mensurables (medibles y por tanto que se expresan numricamente), que presentan los cuerpos y fenmenos en la naturaleza y los que son producto de la accin humana sobre ella.

Cules son las magnitudes elctricas fundamentales?

Tensin elctrica (coloquialmente denominada voltaje): Es la diferencia de potencial elctrico existente entre dos puntos o el trabajo por unidad de carga ejercido por el campo elctrico sobre una partcula cargada para moverla entre dos posiciones determinadas, se representa con una U mayscula o minscula en dependencia de las caractersticas del circuito y los valores asumidos. Su unidad de medida es el voltio o volt, esta unidad se representa con una V mayscula

Corriente elctrica o Intensidad de la Corriente: Es el flujo de carga elctrica por unidad de tiempo que recorre un material. Se representa con una I mayscula o minscula en dependencia de los valores asumidos y de las caractersticas del circuito. Su unidad de medida es el Amperio o Ampere, representado por una A mayscula.

Resistencia elctrica: Se denomina as a la oposicin que ofrecen los materiales al paso de las partculas cargadas, dicho de forma breve es la oposicin de un material al paso de la corriente elctrica. Se representa con una R mayscula o minscula dependiendo de los valores asumidos y las caractersticas del circuito. Su unidad de medida es el Ohmio u Ohm, representado por la letra griega omega .

Conductancia: La conductancia es la magnitud opuesta a la Resistencia (Matemticamente: 1

GR

), se

define como la propiedad de transportar, mover o desplazar uno o ms electrones en un material. Se representa con una G y su unidad de medida es el siemens en el Sistema Internacional de Unidades representado por una letra S. En denominaciones anteriores y en textos de habla inglesa o textos latinos basados en los anteriores es comn encontrar el mhos o mho, este se representa con la letra griega omega invertida .

La Ley de Ohm es la ms bsica y abarcadora de las leyes fsico-matemticas que establecen la relacin entre las tres magnitudes elctricas fundamentales. La misma postula que:

La Intensidad de la Corriente que circula por un conductor es directamente proporcional a la Diferencia de Potencial (Tensin) entre los extremos de dicho conductor e inversamente proporcional a su Resistencia Elctrica.

Matemticamente queda expresado de la siguiente manera:

UI

R I U G

Ej.1: Realice los despejes de la expresin matemtica de la ley de Ohm para determinar, Tensin, Resistencia y Conductancia respectivamente.

R/ I

GU

; U

RI

; I

UG

; U I R

La Ley de Ohm tal y como la hemos enunciado anteriormente se conoce como Ley de Ohm para un seccin de circuito. Consideremos un circuito simple compuesto por una fuente de energa elctrica, por ejemplo una batera, conductores, un interruptor que controle el flujo de la corriente por el circuito y como carga un bombillo de 100 W incandescente (o sea resistivo puro). Cuando queremos aplicar la Ley de Ohm para calcular la corriente

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total del Circuito debemos tener en cuenta que la oposicin (Resistencia) al paso de la corriente inicia en la propia fuente de energa, ya que esta est dotada de una resistencia interna que depende directamente de los materiales de construccin y el mtodo de obtencin de la energa elctrica. A esta resistencia interna la denominaremos r0; de modo que la posicin que ofrece la totalidad del circuito (Resistencia total) a la que denominaremos Rt est determinada por la suma de las resistencias interna de la fuente y la de la carga o cargas que pueda tener el circuito. Matemticamente seria:

0 1 2 ... nRt r R R R

Un nuevo concepto que introduce la aplicacin de la Ley de Ohm para un circuito completo es el de Fuerza Electro Motriz (FEM).

Fuerza Electro Motriz: llamamos as a toda causa capaz de mantener una diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito abierto o de producir una corriente elctrica en un circuito cerrado. Es una caracterstica de todas las fuentes de energa elctrica, y tambin puede definirse como la totalidad de la suma algebraica de las cadas de tensin en un circuito dado incluyendo la cada de tencin producto de la resistencia interna (r0) de la fuente que representaremos como U0. Est representada por la letra E mayscula y su unidad de medida es el Voltio o Volt.

Por tanto podemos decir que planteando matemticamente la Ley de Ohm para un circuito completo desde la FEM como incgnita tenemos:

0 1 2 ... nE U U U U Teniendo en cuenta que U I R podemos transformar la ecuacin del siguiente

modo:

E I Rt

Siendo Rt la suma de las resistencias del circuito quedara: 0 1 ... nE I r R R

Ej.2: Plantee las variantes de la Ley de Ohm para un Circuito Completo teniendo en cuenta la posibilidad de calcular por Resistencias o por Conductancias.

R/ 0 1 ... n

EI

r R R

; 0 1 ... nI E g G G ;

0 1 ... n

IE

g G G

;

ERt

I ;

IGt

E

Con la aplicacin de la Ley de Ohm a un circuito completo entramos de lleno a los rudimentos de la aplicacin prctica de la electricidad. Qu es lo imprescindible para su utilizacin en beneficio de la vida humana? Pues precisamente un circuito, un circuito elctrico.

Qu es un circuito elctrico?

Un Circuito Elctrico: es un sistema cerrado compuesto de elementos que permiten la generacin, transmisin, control y transformacin de la energa elctrica.

Tipos de Circuitos Elctricos:

Los circuitos elctricos pueden ser clasificados segn diferentes criterios, pero el ms extendido y general de ellos es segn la interconexin de sus elementos, podramos llamarlo tambin segn la distribucin de la corriente que circula por ellos, pero sera muy engorroso de explicar.

As segn la interconexin de los elementos que lo componen los circuitos se clasifican en tres grandes grupos:

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1. Circuito Serie: Es aquel donde todos los componentes del circuito se conectan sucesivamente, resultando

que la corriente suministrada por la fuente recorre sin dividirse todos los elementos del circuito. Caractersticas:

De ello se infiere que la corriente que atraviesa cada uno de los elementos de un circuito serie es la

misma que en el resto del circuito. Matemticamente se expresa: 0 1 2 ... nIt i I I I donde It ser

la Corriente Total del circuito. Pero si la corriente es la misma en todo su recorrido no ocurre as con la Cada de Tensin. La Tensin variara de un elemento a otro siendo su punto de unidad que la suma de todas las cadas de tensin del circuito ser igual a la tensin que encontramos en los terminales de la fuente a la que denominaremos convenientemente Tensin Total (Ut), por tanto la expresin general para determinar la Ut de un circuito serie cualquiera ser:

1 2 ... nUt U U U .

Circuito Serie 1

2. Circuito Paralelo: es una conexin donde los puertos de entrada de todos los dispositivos (fuentes, resistencias, condensadores, etc.) conectados coincidan entre s, lo mismo que sus terminales de salida.

Caractersticas: En este tipo de conexin la corriente no sigue un nico camino sino que se ramifica y distribuye por lo que la intensidad de la corriente no ser la misma en todo el circuito sino que depender de la resistencia de la carga conectada a cada derivacin. Sin embargo al estar todas las cargas conectadas directamente a las de la fuente la diferencia de potencial ser en los bornes de estas la misma que la de la fuente. Por tanto las ecuaciones que se corresponden a esta conexin son opuestas a las de la conexin serie, quedando de la siguiente manera:

1 2 ... nIt I I I

1 2 ... nUt U U U

1 2

1 1 1...

n

RtR R R

1 2 ... nGt G G G

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Circuito Paralelo 1

3. Circuito Compuesto: Es aquel que rene en si las caractersticas de los dos anteriores tanto en la conexin de sus elementos como en el comportamiento de las magnitudes elctricas.

Circuito Compuesto 1

Prctica: Montar en el Laboratorio los esquemas mostrados como ejemplos arriba, cotejar las mediciones con los clculos realizados.