Unidad 1 Magnitudes Electric As
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UNIDAD I
MagnitudesElctricas
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ndice
NDICE1. LAMATERIA...................................................................................................1 1.1 ELTOMO.............................................................................................2 1.2. CARGAELCTRICA .................................................................................4 1.3. UNIDADDELACARGA ............................................................................6 2. GENERACINDETENSIN.............................................................................. 6 2.1 TENSINELCTRICA.............................................................................. 7 2.2. UNIDADES.............................................................................................8 2.3. INSTRUMENTOPARAMEDIRLATENSINELCTRICA .............................. 9 2.4. MEDICINDELATENSIN ................................................................... 10 2.5 FORMASDEOBTENERTENSIN............................................................ 11 2.6. TIPOSDETENSIN .............................................................................. 12 2.7. CONCEPTODEPOTENCIAL.................................................................... 13 2.8. CIRCUITOELCTRICO.......................................................................... 15 3. INTENSIDADDECORRIENTE ......................................................................... 15 3.1. UNIDADESDELACORRIENTE ............................................................... 16 3.2. INSTRUMENTOPARAMEDIRCORRIENTEELCTRICA............................. 17 3.3. MEDICINDELACORRIENTE ............................................................... 19 3.4. SENTIDODELACORRIENTE ................................................................. 19 3.5. TIPOSDECORRIENTE.......................................................................... 21 3.6. EFECTOSDELACORRIENTEELCTRICA................................................ 21 4. RESISTIVIDAD.............................................................................................. 23 4.1. UNIDADESDELARESISTIVIDAD .......................................................... 23 4.2. CONDUCTIVIDAD................................................................................. 23 4.3. UNIDADESDELARESISTIVIDAD ........................................................... 23 5. RESISTENCIAELCTRICA.............................................................................. 23 5.1. UNIDADESDELARESISTENCIAELCTRICA........................................... 24 5.2. RESISTENCIADECONDUCTORES.......................................................... 25 5.3. INSTRUMENTOPARAMEDIRLARESISTENCIAELCTRICA...................... 26 5.4. MEDICINDERESISTENCIA................................................................. 27 5.5. PRUEBADECONTINUIDAD.................................................................... 28 5.6. CONDUCTANCIA................................................................................... 29 5.7. UNIDADDELACONDUCTANCIA ........................................................... 29 5.8. VARIACINDELARESISTENCIACONLATEMPERATURA........................ 29 5.9. CLASIFICACINDELASRESISTENCIAS ................................................. 31 5.10.CDIGOSDEIDENTIFICACIN............................................................. 32 6. RESUMEN..................................................................................................... 34 7. PRUEBADEAUTOCOMPROBACIN:.............................................................. 35 8. RESPUESTASALASPREGUNTASDEAUTOCOMPROBACIN:........................... 36
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UNIDADI U I A N D"MAGNITUDESELCTRICAS"1. LAMATERIA
Fig.1.1Lanaturaleza.
La materia es todo aquello que constituye el mundo fsico que nos rodeayque posee una serie de cualidades capaces de impresionar nuestros sentidos o nuestrosaparatosdemedida. Para comprender mejor a la materia, la podemos clasificar de manera sencilla, enelementosycompuestos. Loselementosestnformadosporunoomstomosigualesquemantienensus propiedadesqumicas. Actualmenteseconocen92elementosenlanaturalezayunpocomsdequince elementoscreadosenlaboratoriosdeinvestigacin. Ejemplos de elementos: oxgeno, cobre, hierro,sodio,mercurio,cloro,carbono, uranio,etc. Los compuestos son combinaciones de dos o ms tomos diferentes esta combinacin de dos o ms tomos produce una sustancia con propiedades qumicasmuydiferentesacadaunodelostomosquelaforman. Actualmente existe una cantidad casi infinita de compuestos y cada da se inventanms. Ejemplos de compuestos: aire, agua, acero, bronce, cido sulfrico, azcar, plstico,etc.
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Materia
Elementos
Compuestos
(molculas decobre)
(tomos dehidrgeno)
(molculasdeagua)
Fig.1.2Lamateria.
1.1.
ELTOMO
Fig.1.3Eltomo.
El tomo es la partcula ms pequea de un elemento que an mantienelaspropiedadesqumicasdeste. A la combinacin de dos o ms tomos iguales o diferentes se le denomina: Molcula. Por ejemplo:elaguaestformadaporuntomo deoxgenoydosdehidrgeno(H2O). Los tomos son tan pequeos que no pueden observarse an con los instrumentos pticos ms poderosos, por esta razn, durante la historiadelahumanidadsehandesarrolladomuchosmodelostericos sobre su estructura actualmente el modelo que aceptamos es el que aprendimosenlasaulasdelcolegio,elllamadomodelodeBohr:
Ncleo:protonesy neutrones
Corteza (rbitas):electronesFig.1.4Partesdeltomo.
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SegnBohr,eltomoestformadoporunncleoyunacorteza. En el ncleo se encuentran los protonesyneutrones.Enlacortezase encuentranloselectrones,recorriendotrayectoriascircularesoelpticas (rbitas). Loselectronessemuevenalrededordelncleoagranvelocidad,dando la sensacin de formar una corteza. Por eso, si se pudiera "ver" un tomodesdeafuera,pareceracasiunaesfera.
Formacasiesfricadeltomo
Fig.1.5Formadeltomo.
La diferencia entre uno y otro elemento radica, bsicamente, en la cantidaddeprotonesyelectronesquetengaeltomoenelncleoyen lasrbitas,respectivamente.
Hidrgeno
Carbono
Cobre
1protn 6protones 29protones 1electrn 6electrones 29electrones 6neutrones 34neutronesFig.1.6Composicindealgunoslostomos.
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1.2.
CARGAELCTRICA
Fig.1.7Descargaselctricas.
La carga elctrica es una propiedad de la materia con la que pueden explicarsetodoslosfenmenoselctricos. Observe la siguiente figura del tomo de hidrgeno (un protn en el ncleoyunelectrnensurbitaexterna):Fuerzacentrfuga Fuerzadeatraccin
Fig.1.8Fuerzassobreunelectrn.
El electrn que gira alrededor del ncleo (protn) tiende a salir fuera de surbita (fuerza centrfuga), sin embargo, mantiene su trayectoria circular. Estosignificaqueexisteunafuerzadesentidocontrarioalde lafuerzacentrfugaoriginadoporlapresenciadelprotnyelectrn. Aqu es cuando se considera que el protn transporta una carga elctrica positiva, el electrn transporta una carga elctrica negativa y elneutrnnotransportacargaelctrica,esneutro. Tomando en cuenta que el protn transporta una carga elctrica positivayelelectrnunacargaelctricanegativa,deducimos:
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Protn
Protn (Repulsin)
Electrn
Electrn
(Repulsin)
Protn
Electrn
(Atraccin)
Fig.1.9Fuerzasentrepartculasatmicas.
En general, cuerpos con cargas del mismo signo, se repelen y cuerpo concargasdesignocontrario,seatraen. Pero,Cmosepuedencargarloscuerpos? SiUd.observalafiguradelapginaanterior,notarqueelnmerode protonesdeuntomoesigualalnmerodeelectrones,porlotanto,la carga neta del tomo es: cero. Si tuviramos un cuerpo formado por muchostomos,estesera,enprincipio,uncuerponeutroporposeer tantascargaspositivas(protones)comonegativas(electrones). Entonces, para cargar elctricamente un cuerpo habra que agregar o retirar electrones de las ltimas rbitas de sus tomos. Si agregamos electrones, el tomo se cargar negativamente. Si retiramos electrones, el tomo se cargar positivamente, suponiendo que el tomo,inicialmente,esneutro. Ahora, realice Ud. una experiencia en casa. Coloque sobre una mesa, un trozo muy pequeo de papel (3 mm x 2 mm aproximadamente), luego frote sobre una franela un lapicero de plstico o bakelita y acrqueloaltrozodepapel,Quocurri?
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1.3.
UNIDADDELACARGA LaunidaddelacargaelctricaeselCoulomb(C). 19 Lacargadelelectrnes:1,602x10 C. 19 Lacargadelprotnes:+1,602x10 C. Elneutrnnotienecarga.
2.
GENERACINDETENSIN Para explicar la manera cmo se obtiene tensin elctrica, utilizaremos el esquemadelgeneradordeVandeGraaff:
Conductormetlico Bornede conexin Campana metlica
Rodillodeplexigls
Cintadegoma Manivela Rodillodemetal
Conductor metlicoFig.1.10GeneradordeVandeGraaff.
Bornede conexin
En este esquema se aprecian dos rodillos, uno metlico y otro de plexigls, unidosporunacintadegoma,detalmaneraunidosquesigiramoslamanivela del rodillo metlico, la cinta de goma transmite el movimiento al rodillo de plexigls. La cinta de goma frota contra el rodillo de plexigls "robndole" electronesqueson"capturados"porelrodillometlicoyelconductordelaparte inferior quedando cargados elctricamente negativos. Sobre el rodillo de plexigls y la cinta, se ubica una campana metlica que "cede" electrones al rodillo inferior, quedando esta campana y el conductor superior cargados elctricamentepositivos.
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Engeneral,aunafuentedetensinselesimbolizaas:
(Segnla normaIEC)
(Segnla normaNEMA)
Fig.1.11Smbolosdefuentesdetensin,segnlasnormas.
2.1.
TENSINELCTRICA
Fig.1.12Postesdeenerga.
Definimos la tensin como la tendencia que tienen las cargas para compensarse mutuamente. Si observamos la figura anterior, apreciaremos dos bornes, uno cargado positivamente y el otro negativo. Entre ellos existe una fuerza de atraccin, y cuanto mayor sea el trabajo desarrollado para girar la manivela, mayor ser la tendenciadelascargasparaatraerse,entonceshabrmayortensin. Smbolodelatensin = = U(segnlanormaIEC). E(segnlanormaNEMA).
EnelpresentetextoseutilizarlanormaIEC.
Noolvidar: Latensinseoriginaporlaseparacindecargas. La tensin elctrica es la tendencia de las cargas a compensarse. Latensinesproporcionalaltrabajoporunidaddecarga necesariaparalareparacinytransportedesta.
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2.2.
UNIDADES Launidaddelatensineselvoltio,cuyosmboloesV,sinembargo,es frecuente utilizar el mltiplo: kV (kilovoltio) y el submltiplo: mV (milivoltio). Conversin: 1kV 1V = = 1000V 1000mV
Ejemplo1:
Convertir100mVaV. equivalea equivalea 1000mV 100mV
Solucin1: 1V X
X=1x100/ 1000=0,1V. X=0,1V(respuesta).
Ejemplo2:
Convertir1,2kVaV. equivalea equivalea 1000V X
Solucin2: 1kV 1,2
X=1,2x1000/1=1200V. X=1200V(respuesta).
Comprendiendo el funcionamiento del generador de Van de Graaff, podemosdeducirquelatensin(U)es:
U=
W Q
DondeWeseltrabajorealizadoyQlascargasobtenidas. Dimensionalmente,obtenemosque:1voltio= 1Joule 1Coulomb 1V = 1J 1C
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Esdecir,que"Joule"eslaunidaddeltrabajoy"Coulomb"eslaunidad delacargaelctrica,segnsevioenlaspginasanteriores. rdenesdemagnitud: Coraznhumano Bateradeautomvil Reddebajatensin Tubodetelevisinencolor Reddealtatensin 2.3. aprox. 1mV 12V porej.220V aprox. 25kV porej.60kV
INSTRUMENTOPARAMEDIRLATENSINELCTRICA Elinstrumentoquemidetensineselvoltmetro.Selesimbolizaas:
Fig.1.13Smbolodelvoltmetro.
Ytieneunaformasemejanteasta:
0
V
Fig.1.14Vistadeunvoltmetro.
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Para medir tensindeunabatera,porejemplo,serealizalasiguiente conexin:
0
V
Batera
Fig.1.15Conexindel voltmetro.
Elesquemaelctricoser:
U
U
(SegnlanormaIEC)
(SegnlanormaNEMA)
Fig.1.16Esquemaelctrico(conexindelvoltmetro).
2.4.
MEDICINDELATENSIN Para medir la tensin continua con un voltmetro se debe seguir el manualdeinstruccionesdelinstrumento. SiUd.tieneunmultmetro(instrumentodevariasfunciones,entreellas elvoltmetro),estossonlospasosgeneralesquesesiguenparamedir tensincontinua:
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1. Gireelconmutadorselectoralafuncin"tensincontinua". 2. Gire el conmutador selector a la escala de tensin continua ms alta. Ustedpuedeelegirunaescalamenorsiconoceelvaloraproximadodela tensin. 3. Conecte la punta de prueba negra al borne negativo ( COM) de la batera,talcomosemuestraenlafigura. 4. Lea el valor de la escala del voltmetro analgico o de la pantalla del multmetrodigital.
puntadepruebaroja(+)
0
V cuadrante
bornes VDC VAC conmutador selector
Batera
ADC
WCOM
puntadepruebanegra()
Fig.1.17Conexindeunvoltmetroaunabatera.
2.5.
FORMASDEOBTENERTENSIN
Fig.1.18Satliteartificialconpanelessolares.
1. 2. 3. 4. 5. 6.
Porfrotamiento:sevioanteriormente. Porluz:celdasopanelessolares. Porpresin:cermicaspiezoelctricasygalgasextensiomtricas. Porcalor:termocuplas. Porprocesosqumicos:bateras,acumuladoresypilas. Por electromagnetismo: es la ms utilizada y comercialmente rentable, por ejemplo: dinamos, alternadores y centrales hidroelctricas.
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2.6.
TIPOSDETENSIN
Fig.1.19Ondasalternas.
Lostiposdetensinquemsseutilizanenlasactividadesdomsticas, tcnicas, industriales, etc. son: la tensin contina (DC) y la tensin alterna(AC). a).Tensin continua(DC): La tensin continua (DC) es aquella en la que su valor o magnitud permanece constante con el tiempo y, adems,lapolaridadentresusbornesnovara. Porejemplo:
U (V) DC
t(s) 0Fig.1.20Tensincontina.
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b).Tensin alterna (AC): La tensin alterna (AC) es aquella en la que su polaridad vara con el tiempo y sus valores o magnitudes no permanecenconstantes. Porejemplo:
U (V) AC
t(s)
Fig.1.21Tensinalterna.
C.Tambin existe la tensin mixta que es la suma de las dos anteriores. Su valor o magnitud no es constante, oscilando alrededor deunvalormedio. Porejemplo:
U(V)
t(s)Fig.1.22Tensinmixta.
Para visualizar los diferentes tipos de tensin se utiliza el osciloscopio derayoscatdicos(ORC)o,simplemente,osciloscopio.
2.7.
CONCEPTODEPOTENCIAL Segn el generador de Van de Graaff, podemos medir tensin entre dospuntosutilizandounvoltmetro,enestecaso(generadordeVande Graaff) un punto tiene un exceso de electrones y el otro punto, un
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dficit de electrones, sin embargo, entre dos puntos con exceso de electrones tambin podemos medir tensin si estos excesos son diferentes. Ejemplos:
+7V
0V
+12V
+8V
+15V
6V
V +7(0)=+7V
V +12(+8)=+4V
V +15(6)=+21V
Fig.1.23Potencialelctrico.
El potencial de un punto es la tensin que ste tienerespectodeotro llamado"referencia"o"tierra",yladiferenciadepotencialesentredos puntos es la diferencia aritmtica entre el punto de mayor potencial menos el punto de menor potencial, tal como lo observamos en la siguientefigura:
Potencial(V) +40 +30 V 30V +20 +10 0 10 V 30V 20 30 40Fig.1.24Potencialesentredospuntos.
V 20V
V 40V V 80V V 40V V 10V V 20V
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2.8.
CIRCUITOELCTRICO Una fuente de tensin tiene por misin, separar cargas elctricas en dos bornes. Si en estos bornes, conectamos una lmpara incandescentemedianteconductoresdecobrey,adems,cerramosun conductor,hemosformadouncircuitoelctrico.
S Lmparaincandescente (carga)
U
R
Fig.1.25Circuitoelctricosimple.
Elementosqueconformanuncircuitoelctrico: Fuentedetensin. Cargaoresistencia,porejemplo:unalmpara. Interruptor. Conductores.
3.
INTENSIDADDECORRIENTE
Fig.1.26Mantenimientoelctrico.
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Definimos a la intensidad de corriente elctrica como la cantidad de carga que circula,porsegundo,atravsdeunaseccindelconductor.electrones
Fuentede tensinDC
Carga(lmpara)
Fig.1.27Corrienteenunconductor.
Smbolodelacorriente=I
Noolvidar: Lacorrienteeselmovimientoordenadodeelectrones. Latensineslacausade lacorriente
Otradefinicindecorriente:Eselmovimientoodesplazamientoordenadode lascargaselctricas. 3.1. UNIDADESDELACORRIENTE Launidad de la corriente es el ampere o amperio,cuyo smbolo es A, sin embargo, es frecuente utilizar el mltiplo: kA (kiloamprerio) y el submltiplo:mA(miliamperio). Conversin: 1kA 1V Ejemplo3: =1000A = 1000mA
Convertir270mAaA. equivalea equivalea 1000mA 270mA
Solucin3: 1A X
X=1x270/1000=0,27A X=0,27A(respuesta).
Ejemplo4:
Convertir0,98kAaA.
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Solucin4: 1kA 0,98kA
equivalea equivalea
1000mA X
X=0,98x1000/1=980A X=980A(respuesta).
Delaotradefinicindecorriente,podemosdeducirque:
I =
Q t
Donde Q es la carga que circula y t el tiempo que dura su desplazamiento. Dimensionalmente,obtenemosque:1amperio= 1Coulomb 1C 1A = 1Segundo 1s
rdenesdemagnitud: Lmparade100W 0,45A Planchaelctrica aprox. 2A Tranva aprox. 50A Hornodefundicindealuminio aprox. 15000A Rayo aprox. 100000A Slo podr aparecer corriente en un circuito si existe previamente tensin,esdecir,existeunarelacindecausayefectoentrelatensin ylacorriente.
Tensin (Causa)
produce
Corriente (Efecto)
3.2.
INSTRUMENTOPARAMEDIRCORRIENTEELCTRICA Elinstrumentoquemidecorrienteeselampermetro.Selesimboliza as:
AFig.1.28Smbolodelampermetro.
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0
A
AFig.1.29Vistadelampermetro.
Para medir la corriente en un circuito, por ejemplo, se realiza la siguienteconexin:lmpara
0
A
Batera
Elampermetrose conectasiempreen serieconlacarga
A
Fig.1.30Conexindelampermetro.
Elesquemaelctricoser:
R
R
U
A
U
A
(SegnlanormaIEC)
(SegnlanormaNEMA)
Fig.1.31Esquemaelctrico(conexindeunampermetro).
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3.3.
MEDICINDELACORRIENTE Paramedirlacorrientecontinuaconunampermetro,sedebeseguirel manualdeinstruccionesdelinstrumento. Si Ud. tiene un multmetro (instrumento de varias funciones, entre ellas, el ampermetro), estos son los pasos generales que se siguen paramedircorriente: 1. Gire el conmutador selector de funcin a la escala ms alta de corrienteDC. 2. Abraelcircuitocomosemuestraenlafigura:R "circuitoabierto"
U
Fig.1.32 Circuitoabierto.
3. Inserte el ampermetro en la parte abierta del circuito, como se muestraenlafigura:R A
U
Fig.1.32Elampermetroenuncircuito.
4.Leaelvalordelaescala.
3.4.
SENTIDODELACORRIENTE
En los inicios del desarrollo de la electricidad, se pensaba que la corrientefluadesdeelbornepositivodelafuentedetensin,hastael borne negativo (fuera de la fuente de tensin DC) pero en aquellas pocas no se conoca la estructura de la materia, tal como hoy sabemos.
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Exagerando el tamao de los conductores de un circuito, el grfico explicaloqueenrealidadocurre: Los electrones libres en los conductores son sometidos a dos fuerzas: Lacarga negativa de los bornesdelapilasobreelelectrn(negativo) produce una fuerza de repulsin haciendo que el electrn (o la corriente electrnica) "salga" del borne negativo de la fuente hasta el positivo,fueradelapila.Elsentidodelacorriente,enelinteriordela pila, es del bornepositivoalnegativo.steeselverdaderosentidode lacorrienteosentidorealosentidoelectrnico.
conductores
FuenteDC
carga(lmpara incandescente)
electrn
Fig.1.33Elsentidorealdelacorriente.
Sinembargo,asumimosqueelsentidodelacorrienteeselcontrarioal sentidoverdadero,aestoseleconocecomoel"sentidotcnicodela corriente":
U
R
U
R
a)Sentidotcnico
b)Sentidoreal
Fig.1.34Lossentidosdelacorriente.
Nota: A partir de este instante, y mientrasno se diga lo contrario, asumiremosquelacorrientecirculaenelsentidotcnico.
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3.5.
TIPOSDECORRIENTE Ya que existe una relacin de causa y efecto entre la tensin y la corriente, el tipo de tensin determina, tambin, el tipo de corriente. Por esta razn, los tipos de corriente son: Corriente continua (DC) y alterna(AC): Corriente continua (DC): La corriente continua (DC) es aquella enlaquesuvaloromagnitudpermanececontanteconeltiempoy, adems,susentidonovara,porejemplo:I (A) DC
t(s) 0Fig.1.35Corrientecontinua.
Corrientealterna(AC):Lacorrientealterna(AC)esaquellaenla que su sentido de movimiento vara con el tiempo y sus valores o magnitudesnopermanecenconstantes.Porejemplo:I (A) AC
t(s)
Fig.1.36Corrientealterna.
3.6.
EFECTOSDELACORRIENTEELCTRICA Losefectosdelacorrienteelctricasonvarios: 1. Efecto calorfico: planchas domsticas, cautines, termocuplas, hornoselctricos,etc.
Fig.1.37Planchadomstica.
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2. Efectoluminoso:lmparasincandescentes,fluorescentes,etc.
Fig.1.38Lmparaincandescente.
3. Efectoqumico:electrlisis,galvanoplasta,etc.
Fig.1.39Pilacomn.
4. Efecto electromagntico: motores, generadores, electroimanes, etc.
Fig.1.40Ventiladorelctrico.
5. Efectofisiolgico: cuandolacorrientecirculaatravsdenuestro cuerpoendosisadecuadas,puedesalvarnoslavida(electroshocks), peroencasocontrario,puedeprovocarlamuerte.
Fig.1.41Efectofisiolgicodelacorriente.
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4.
RESISTIVIDAD La resistividad de un conductor o la resistencia elctrica especfica, es una caractersticapropiadecadaelementoomaterial.Laresistividadeslaresistencia 2 deunconductorde1mdelongitudy1m deseccin.Comoesabsurdofabricar 2 2 conductores de 1 m de seccin, se utiliza una seccin de 1 mm como referencia. Laresistividaddeunconductordependedelmaterial. Smbolo: r laletragriegarho). ( 4.1. UNIDADESDELARESISTIVIDAD Launidaddelaresistividades:2 W mm /m x 2 6 Equivalencias:1W mm /m=10 W m=1mWm x x
4.2.
CONDUCTIVIDAD Laconductividadeslainversadelaresistividad. Smbolo: g (laletragriegagamma)
g =4.3.
1
r
UNIDADESDELARESISTIVIDAD Launidaddelaconductividades: S/m (Siemens/metro).
5.
RESISTENCIAELCTRICA
Fig.1.42Resistencia.
Definimoslaresistenciaelctricacomolaoposicinqueejercenlosmaterialesal pasodelacorrienteelctrica.
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Smbolodelaresistencia=R Representacin:
NormaNEMA
NormaIEC
Fig.1.43Representacindelaresistencia.
5.1.
UNIDADESDELARESISTENCIAELCTRICA Launidaddelaresistenciaelctricaeselohmio,cuyosmboloes W la ( letra griega omega), sin embargo, es frecuente utilizar los mltiplos MW (megaohmio)ykW(kiloohmio). Conversin: 1MW 1kW = = 1000000 W 1000 W = =6 10 W 3 10 W
Ejemplo:Convertir4700 W akW Solucin:1kW x equivalea x x = = equivalea 4700 W 1000 W
1kx4700/1000= 4,7kW respuesta). (
4,7kW
Ejemplo:Convertir0,5MW a W Solucin:1MW equivalea 0,5MW equivalea x x = = 1000000 W x
1000000x0,5/1=500000 W 500000 W respuesta). (
Ejemplo:Convertir7,4MW akW Solucin:1MW equivalea 1000kW 7,4MW equivalea x x x = = 7,4x1000/1= 7400kW 7400kW respuesta). (
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5.2.
RESISTENCIADECONDUCTORES Laresistenciaelctrica que presentan losconductoresdependedesus caractersticasconstructivas. r:resistividad resistencia. l: longitud S: seccin transversal R:
Resistividadoresistenciaespecfica(r):
S
materialA l
S
materialB l
R~material
Fig.1.44Resistenciaenfuncindelmaterial.
Longitud(l):
S
materialA l1
S
materialA l 2
R~longitud(l)
Fig.1.45Resistenciaenfuncindelalongitud.
Seccintransversal(S):
S1
materialA S2 l lFig.1.46Resistenciaenfuncindelaseccintransversal.
materialA
R~seccin(S)
Si juntamos las tres relaciones anteriores en una igualdad, obtendremos:
R= r l S
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Donde
R r l S
= = = =
resistencia resistividad longitud seccin
(W) 2 (W xmm /m) (m) 2 (mm )
5.3.
INSTRUMENTOPARAMEDIRLARESISTENCIAELCTRICA Elinstrumentoquemideresistenciaelctricaeselohmmetro. Selesimbolizaas:
WFig.1.47Smbolodelohmmetro.
0
WCOMFig.1.48Vistadelohmmetro.
Para medir resistencia elctrica se realiza la siguiente conexin (ohmmetroanalgico)0 ajusteacero
Elohmmetronodebe conectarseaunresistor ocircuitoenergizado
WCOM
Fig.1.49Conexindelohmmetro.
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Losesquemaselctricossern:
W
R
W
M 3
Fig.1.50Esquemaelctrico(conexindelohmmetro).
5.4.
MEDICINDERESISTENCIA Para medir resistencia elctrica con un ohmmetro se debe seguir el manualdeinstruccionesdelinstrumento. SiUd.tieneunmultmetro(instrumentodevariasfunciones,entreellas elohmmetro),estossonlospasosgeneralesquesesiguenparamedir resistencia: 1.Gireelselectordefuncinyescalaalaposicindeohmios. 2.Pongaaceroelohmmetrodelasiguientemanera: 2.a. Cortocircuite las puntas de prueba para obtener cero ohmios,talcomoenlafiguraa. 2.b. Haga girar la "perilla de ajuste a cero" hasta que la aguja indiqueceroohmios,enlaescaladelosohmios. 3.Conectelaspuntasdepruebaalresistor,talcomosemuestraenla figurab. 4.Lealosvaloresenlaescaladeohmios. 5.Cadavezquecambielaescaladebeponeraceroelohmmetro.
0
0ajusteacero
W
W
ohmios
ohmios
a)Ajusteacero
b)Medicindelresistor
Fig.1.51Ajusteaceroymedicinderesistencia.
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CUANDOUTILICELAFUNCINOHMMETRO, NUNCAINTRODUZCALASPUNTASDE PRUEBAENUNCIRCUITOENERGIZADO. SIDESEAMEDIRRESISTENCIAS,EL RESISTORDEBEESTARAISLADO.
5.5.
PRUEBADECONTINUIDAD Sitenemosunohmmetro,podemosrealizarpruebassencillasquenos determinen el estado de algunos dispositivos, aparatos o mquinas elctricas. A estas pruebas se les conoce como "la prueba de la continuidad". Porejemplo,necesitamossabersilabobinadeunmotorest"abierta" o"cerrada"(concontinuidad),siuninterruptorestenON(cerrado)o enOFF(abierto),etc.
Pruebadecontinuidad (Parauninterruptorunipolar)
0W
0W
W
W
Sielohmmetroindicacero: Equivaleatenerelinterruptoras:
Sielohmmetroindicainfinito: Equivaleatenerelinterruptoras
CerradooenON
AbiertooenOFF
Fig.1.52Pruebadecontinuidad.
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5.6.
CONDUCTANCIA Laconductanciaeslainversadelaresistencia. Smbolo:G
G=
1 R
Donde: R=resistencia(W). G=conductancia(S). 5.7. UNIDADDELACONDUCTANCIA LaunidaddelaconductanciaeselSiemens. S(Siemens).
5.8.
VARIACINDELARESISTENCIACONLATEMPERATURA
Fig.1.53Variacinconlatemperatura.
Sabemos que la resistencia de un conductor depende del material, su longitud y la seccin, sin embargo, hay otro factor que altera el valor delaresistencia:latemperatura. Existendosformasdecalentaraunconductor: Calentamiento interno o propio, es el que se produce cuando la corrientepasaporunconductor(efectodeJoule). Calentamiento externo o indirecto, es el que se produce por influenciaexterna.
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En ambos casos, la resistencia elctrica del conductor sufre alteraciones. Experimentalmente se demuestra, en los conductores metlicos, que unincrementodelatemperaturaoriginaunaumentodelaresistencia: VariacindelaresistenciaRvariacindelatemperatura: DR~R20C . DT Adems,elincrementodelaresistenciadependerdelmaterial: DR~R20C . a Donde a:coeficientedetemperatura El coeficiente de temperatura es la variacin de la resistencia de un conductor de 1W debida a una variacin de temperatura de 1 K (un gradoKelvin). Para los incrementos de resistencia se considera la resistencia del conductora20C,queeslareferencia. Deloanteriorsededuce: DR=R20C T D a
Donde: DR R20C DT a = = = = variacindelaresistencia(W). resistenciaa20C(W). variacindelatemperatura(C). coeficientedetemperatura(1/K).
Tablaconcoeficientesdetemperatura(desde20C): Coeficiente a (en1/K) 0,005 0,0046 0,0042 0,0042 0,004 0,0039 0,0036 0,00004 0,00045
Material Hierro Estao Plomo Zinc Plata Cobre Aluminio Constantn Carbn
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Observandolatablaanteriorsenotaqueelcarbntieneuncoeficiente de temperatura negativo, esto significa que algunos materiales, al incrementrseles la temperatura, disminuyen su resistencia elctrica (porejemplo,elgermanio,silicio,vidrio,etc.),perodentrodeunrango limitado. A estos conductores se les denomina: conductores calientes. A los dems conductores (los metlicos) se les denomina conductores fros, esdecir,sonmejoresconductoresenfroqueencaliente. Laresistenciafinaldeunconductor,despusdelcalentamientoser:
RF =R20C + DREsdecir: RF =R20C (1+ DT. a) Otrosfactoresquealteranlaresistenciadealgunosmaterialesson:la tensinelctrica,laluz,lapresinyelcampomagntico: Varistor o VDR (Voltage Dependent Resistor): dispositivos que disminuyensuresistenciaconelincrementodelatensinelctrica. Fotoresistencia o LDR (Light Dependent Resistor):dispositivos que disminuyensuresistenciaconelincrementodelailuminacin. GalgasextensiomtricasoPDR(PressureDependentResistor):son dispositivos que aumentan su resistencia con el incremento de la presin. Placasdecampooresistenciasdependientesdelcampomagntico: dispositivos que aumentan su resistencia con el incremento de la induccinmagntica.
5.9.
CLASIFICACINDELASRESISTENCIAS
Fijas Resistencias Variables Ajustables (potencimetros) Potencimetrodeajuste Potencimetrogiratorio Potencimetrodecursor
Dependientes(de Delatemperatura magnitudesfsicas) Delatensin Delaluz Delapresin Delcampomagntico
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Resistores Bobinados Decarbn Gruesa Depelcula Metlica Delgada
Smbolos:Potencimetro
Resistenciavariable
Variacinlinealconelcursor
Variacinaescalonesconelcursor
Potencimetrodeajuste
5.10.
CDIGOSDEIDENTIFICACIN a) Cdigoderesistenciasmedianteletrasycifras:
Resistencia 0,47 W 4,7 W 47 W 470 W 0,47KW 4,7KW 47KW 470KW 0,47MW 4,7MW 47MW 470MW
Cdigo R47 4R7 47R 470R K47 4K7 47K 470K M47 4M7 47M 470M
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b)Cdigoderesistenciamediantecolores:
Color Negro Marrn Rojo Naranja Amarillo Verde Azul Violeta Gris Blanco Oro Plata Ninguno
1cifra 1 2 3 4 5 6 7 8 9
2cifra 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Multiplicador0 10 1 10 2 10 3 10 4 10 5 10 6 10 7 10 8 10 9 10 1 10 2 10
Tolerancia 1% + 2% + +
0,5%
5% 10% + 20%+
+
Fig.1.54Cdigodecolores.naranja
verde
rojo
2
5
1000
5%
La primera banda roja es registrada como el nmero 2, segn la tabla. La segunda banda verde significa 5, por lo tanto, ya formamos el 25. La tercera 3 bandanaranja(multiplicador)es10 =1000.Elvalornominalser: PrimerabandaSegundabandaxTercerabanda=Valornominal. 3 2 5x10 =25000 W Lacuartabandaindicalatolerancia,enelejemploesoro,porlotanto,equivale a +5% . Valornominal = 25000 W Tolerancia = 5% Valormximo = 25000+5%de25000=26250 W Valormnimo = 25000 5%de25000=26750 WPARASABERPORQUCOLOREMPEZAR, SLOHAYQUEFIJARSECULDEELLOS ESTMSCERCANOAUNODELOS EXTREMOSDELRESISTOR.
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oro
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6.
RESUMEN
Cargasdeigualsignoserepelen. Cargasdediferentesignoseatraen. Los tomos son las partculas ms pequeas de un elemento que an presentanlaspropiedadesqumicasdeste. Lasmolculassoncombinacionesdetomosdiferentesoiguales. Eltomosecomponedeunncleoyunacorteza. Elncleosecomponedeprotonesyneutrones. Alrededor del ncleo se mueven los electrones describiendo trayectorias (rbitas)circularesoelpticas. Eltomoparecedesdefueraunaesfera. Loselectronessonpartculasatmicasdelacortezaconcarganegativa. Losprotonessonpartculasatmicasdelncleoconcargapositiva. Losneutronessonpartculasatmicasdelncleoelctricamenteneutras. Latensinelctricaseoriginaporseparacindecargas. Latensinelctricaeslatendenciadelascargasacompensarse. La tensin es proporcionalal trabajo por unidad de carga necesariapara laseparacinytransportedesta. Energaelctricaesigualatensinporcarga. Latensinelctricaesunadiferenciadepotencialelctrico. Lacorrienteelctricaeselmovimientoordenadodecargas. Elsentidotcnicodelacorrienteenelexteriordelafuentedetensinva delpolopositivoalpolonegativo. La intensidad de corriente elctrica es la cantidad de carga que circula, porsegundo,atravsdeunaseccindelconductor. La resistencia elctrica es la oposicin que ejerce un material al paso de loselectrones. La conductanciaelctricaindicalaintensidaddecorrientequecirculapor voltdetensinaplicada. La resistencia elctrica de unacarga indica latensinnecesariaparaque circuleunacorrientede1Adeintensidad. Laconductanciaeselinversodelaresistencia. Lacadadetensinsloseproducecuandocirculacorriente. La resistencia de unconductor es inversamente proporcionalalaseccin deste. Laresistenciadeunconductoresproporcionalasulongitud. 2 Laresistividadeslaresistenciadeunconductorde1mdelongitudy1m deseccin. Losconductoresenfrosonmaterialesqueconducenmejorenfroqueen caliente. El coeficiente de temperatura es la variacin de la resistencia de un conductorde1 W debidaaunavariacindetemperaturade1K. Los conductores en caliente son materiales que conducen mejor en calientequeenfro.
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Magnitud/ smbolo 1 2 3 4 5 Tensin Corriente Resistencia Resistividad Conductividad U I R r g G a
Unidad/smbolo
Medicin
6 Conductancia 7 Coeficientetrmico
Voltio(V) Ampere(V) Ohmio(W) 2 (W .mm /m) Siemens/ metro (S/ m) Siemens(S) (1/K)o(1/C)
Voltmetro Ampermetro Ohmmetro
7.
PRUEBADEAUTOCOMPROBACIN:
Cul es la partcula atmica, ms pequea, capaz de transportar cargaselctricasnegativas? Culeslaunidaddelatensinelctrica? Culeselsentidodecirculacindelacorrientedentrodeunafuente detensin? Conquinstrumentoserealizalapruebadecontinuidad? Si se duplica la seccin transversal de un conductor Qu ocurre con suresistencia? Dequdependelaresistividaddeunconductor? Qumideelampermetro? Si aumenta la temperatura de un conductor Qu ocurre con su resistencia? Culeselinstrumentoqueparautilizarlohayquecruzarlaspuntas yefectuarelajusteacero? Mencionelosefectosdelacorriente.
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8.
RESPUESTASALASPREGUNTASDEAUTOCOMPROBACIN:
1. Elelectrn. 2. Elvoltio. 3. Denegativoapositivo. 4. Conelohmmetro. 5. Sereducealamitad. 6. Slodelmaterial. 7. Corrienteelctrica. 8. Tambinaumenta. 9. Elohmmetro. 10. Efectos:calorfico,luminoso,qumico,electromagnticoyfisiolgico.
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