Taller I ELECTRICIDAD Cuadernillo de 1° año

Taller I ELECTRICIDAD

Cuadernillo de 1° año

Realizado por los Profesores: Ramiro Naab

Mariano Andrés

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INTRODUCCIÓN

ELECTRICIDAD es el nombre que recibe una clase de energía que se manifiesta tanto en movimiento (la corriente) como en estado de reposo (la estática). Como fuente energética, la electricidad puede usarse para la iluminación o para producir calor, por ejemplo.

No sólo el hombre genera electricidad manipulando distintos factores, la naturaleza produce esta energía en las tormentas, cuando la transferencia energética que se produce entre una parte de la atmósfera y la superficie del planeta provoca una descarga de electricidad en forma de rayo. La electricidad natural también se halla en el funcionamiento biológico y permite el desarrollo y la actividad del sistema nervioso.

Más allá de estos fenómenos naturales, el ser humano se ha dedicado a generar electricidad para poner en marcha todo tipo de máquinas, artefactos y sistemas de transporte.

Como decimos, hoy la electricidad es fundamental pues gracias a la misma llevamos a cabo un sinfín de tareas y tenemos posibilidad de disfrutar de aplicaciones que nos facilitan y hacen mejor nuestra calidad de vida. Así, gracias a aquella tenemos iluminación y podemos hacer uso de una serie de dispositivos tales como lavarropas, heladeras, televisores, computadores o sistemas de acondicionamiento de aire.

(Conecta el blog http://mma-hicken.webnode.com/taller-de-electricidad/ Video 1: “Origen de la electricidad. Nociones de producción y utilización”.)

FUENTES DE GENERACIÓN DE ENERGÍA

Energía Solar: La Energía solar es la que llega a la Tierra en forma de radiación electromagnética (luz, calor y rayos ultravioleta), procedente del Sol, donde ha sido generada por un proceso de fusión nuclear.

Energía Hidroeléctrica: La energía hidráulica o hídrica, por lo tanto, aprovecha la energía cinética y potencial de los saltos, las mareas y las corrientes de agua, formando parte de las energías renovables ya que no se agota con su uso.

Energía Eólica: La energía eólica es la energía obtenida a partir del viento, es decir, la energía cinética generada por efecto de las corrientes de aire, y que es convertida en otras formas útiles de energía para las actividades humanas.

Energía Mareomotriz: La energía mareomotriz es aquella energía que aprovecha el ascenso y descenso del agua del mar producido por la acción gravitatoria del sol y la luna para generar electricidad de forma limpia.

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Energía Nuclear: En la fisión nuclear, los átomos se separan para formar átomos más pequeños, liberando energía. Las centrales nucleares utilizan la fisión nuclear para producir electricidad. Cuando se produce una de estas dos reacciones físicas (la fisión nuclear o la fusión nuclear) los átomos experimentan una ligera pérdida de masa.

Energía geotérmica: La energía geotérmica es una energía renovable que se obtiene mediante el aprovechamiento del calor del interior de la Tierra. El término «geotérmico» viene del griego geo («Tierra»), y thermos («calor»); literalmente «calor de la Tierra».

(Ejercicio: Conecta con el blog http://mma-hicken.webnode.com/energia/ . Selecciona un método de generación de energía y describí el proceso que permite que llegue a tu casa de manera aprovechable.)

ELECTRODINÁMICA

La electrodinámica consiste en el movimiento de un flujo de cargas eléctricas que pasan de una molécula a otra, utilizando como medio de desplazamiento un material conductor como, por ejemplo, un metal. Para poner en movimiento las cargas eléctricas o de electrones, podemos utilizar cualquier fuente de fuerza electromotriz (FEM), ya sea de naturaleza química (como una batería) o magnética (como la producida por un generador de corriente eléctrica), aunque existen otras formas de poner en movimiento las cargas eléctricas. (Conecta el blog http://mma-hicken.webnode.com/taller-de-electricidad/ Video 2: “Cómo funciona y se recarga una batería”.)

CONSERVACION DE LAS CARGAS Todo objeto cuyo número de electrones sea distinto al de protones tiene carga eléctrica. Si

tiene más electrones que protones la carga es negativa. Si tiene menos electrones que protones, la carga

es positiva.

Los electrones no se crean ni se destruyen, sino que simplemente se transfieren de un material a otro.

ELECTROSTÁTICA

CARGA POR FRICCION Y POR CONTACTO

La fricción tiene ciertos efectos eléctricos los cuales ya conocemos; algunos ejemplos se presentan cuando acariciamos un gato, cuando nos peinamos (si lo hiciéramos a oscuras podríamos ver y oír las chispas eléctricas), cuando nos deslizamos sobre la cubierta de plástico del

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asiento de un automóvil estacionado, etc. En estos casos y muchos otros que no mencionamos se transfieren electrones por fricción cuando un material roza con otro, lo que se conoce como carga por fricción. Se puede transferir electrones de un material a otro por simple contacto. Cuando ponemos una barra cargada en contacto con un objeto neutro se transfiere una parte de la carga a éste. Este método de carga se conoce simplemente como carga por contacto. Si el objeto es buen conductor la carga se distribuye en toda su superficie porque las cargas iguales se repelen entre sí. Si se trata de un mal conductor puede ser necesario tocar con la barra varias partes del objeto para obtener una distribución de carga más o menos uniforme.

(Ejercicio: conseguí dos globos, una regla plástica o peine y un trozo de franela. Infla los dos globos, frota uno de ellos con la franela y luego colócalos a unos 15 cm de distancia y observa y registra lo que sucede. Luego frota la regla y repetí el mismo proceso con un globo.)

CARGA POR INDUCCION

Si acercamos un objeto con carga a una superficie conductora, aún sin contacto físico los electrones se mueven en la superficie conductora. Para explicarlo mejor podemos poner como ejemplo dos esferas metálicas aisladas A y B, las cuales no tienen carga y se encuentran en contacto, de modo que forman en efecto un solo conductor sin carga. Posteriormente se acerca una barra con carga negativa a la esfera A. La barra repele los electrones del metal y el exceso de carga negativa se desplaza a la esfera contigua, con lo cual la primera esfera queda con exceso de carga positiva. La carga en ambas esferas ha sido redistribuida por lo que se dice que ha sido inducida en ellas. Como la barra con carga no toca las esferas, conserva su carga inicial. La inducción es un proceso de carga de un objeto sin contacto directo. Cuando permitimos que las cargas salgan de un conductor por contacto, decimos que lo estamos poniendo a tierra. Durante las tormentas eléctricas se llevan a cabo procesos de carga por inducción. La parte inferior delas nubes, de carga negativa, induce una carga positiva en la superficie terrestre. Benjamín Franklin fue el primero en demostrar este hecho a través de su famoso experimento de la cometa, que le permitió comprobar que los rayos son un efecto eléctrico. Franklin descubrió también que la carga fluye con facilidad hacia o desde objetos puntiagudos y así se construyó el primer pararrayos.

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CONDUCTORES, SEMICONDUCTORES Y AISLANTES Cuando un cuerpo neutro es electrizado, sus cargas eléctricas, bajo la acción de las fuerzas correspondientes, se redistribuyen hasta alcanzar una situación de equilibrio. Algunos cuerpos, sin embargo, ponen muchas dificultades a este movimiento de las cargas eléctricas por su interior y sólo permanece cargado el lugar en donde se depositó la carga neta. Otros, por el contrario, facilitan redistribución de modo que la electricidad afecta finalmente a todo el cuerpo. Los primeros se denominan aislantes y los segundos conductores. Esta diferencia de comportamiento de las sustancias respecto del desplazamiento de las cargas en su interior depende de su naturaleza íntima. Así, los átomos de las sustancias conductoras poseen electrones externos muy débilmente ligados al núcleo en un estado de semi libertad que les otorga una gran movilidad, tal es el caso de los metales. En las sustancias aislantes, sin embargo, los núcleos atómicos retienen con fuerza todos sus electrones, lo que hace que su movilidad sea escasa. Entre los buenos conductores y los aisladores existe una gran variedad de situaciones intermedias. Es de destacar entre ellas la de los materiales semiconductores por su importancia en la fabricación de dispositivos electrónicos que son la base de la actual revolución tecnológica. En condiciones ordinarias se comportan como malos conductores, pero desde un punto de vista físico su interés radica en que se pueden alterar sus propiedades conductoras con cierta facilidad mejorando prodigiosamente su conductividad, ya sea mediante pequeños cambios en su composición, ya sea sometiéndolos a condiciones especiales, como elevada temperatura o intensa iluminación. A temperaturas cercanas al cero absoluto, ciertos metales adquieren una conductividad infinita, es decir, la resistencia al flujo de cargas se hace cero. Se trata de los superconductores. Una

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vez que se establece una corriente eléctrica en un superconductor, los electrones fluyen por tiempo indefinido. Órbita de Valencia: de todos los niveles de energía que presenta el átomo, para poder clasificarlo eléctricamente nos interesa el último nivel u órbita denominada “Órbita de Valencia”.

En dicha órbita, de acuerdo al número de electrones alojados, podemos hacer la siguiente clasificación:

Clasificación de los materiales eléctricos Órbita de

Valencia

Cobre Cu 1 e - Conductores < 4 e - Hierro Fe 2 e - Alumnio Al 3 e - MATERIALES Semiconductores 4 e - Silicio Si Germanio Ge Aislantes > 4 e - Todos los no metales (no conductor) Utilizando los siguientes esquemas define que material es conductor:

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MAGNITUDES – UNIDADES DE MEDIDA

MAGNITUD FUNCIÓN SÍMBOLO UNIIIDAD SÍMBOLO (U)

INSTRUMENTO DE MEDICIÓN

Tensión Fuerza que moviliza electrones

U VOLT V Voltímetro

Intensidad Electrones movilizados

I AMPER A Amperímetro

Resistencia Oposición al paso de electrones

R OHM Ohmetro

Potencia Consumo y transformación

P WATT W Vatímetro

Energía Consumo por hora E WATT/HORA W/H Medidor de consumo

Frecuencia Cantidad ondas de tiempo

F HERTZ HZ Frecuencímetro

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CIRCUITOS

(Ejercicio: selecciona los componentes y arma un Circuito en Serie y un circuito paralelo.)

SÍMBOLOS

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(Ejercicio: Dibuja en el cuadro en blanco el esquema del siguiente circuito.)

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EMPALMES

(Ejercicio practicar el pelado de cables y realizar los siguientes empalmes: Cola de rata, Derivación simple (tipo T), Wester corto (Aéreo)).

RESISTENCIA Se le denomina resistencia eléctrica a la oposición que tienen los electrones al moverse a través de un conductor.

La unidad de resistencia en el Sistema Internacional es el ohmio, que se representa con la letra griega omega (Ω), en honor al físico alemán Georg Ohm, quien descubrió el principio que ahora lleva su nombre.

Símbolo de resistencia en un circuito

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VALORES NORMALIZADOS DE RESISTENCIAS

Se establecen valores normalizados para unificar criterios. Sería un caos si cada fabricante sacase al mercado sus propios valores de resistencias, con los problemas de sustitución que esto supondría.

Designación de valores normalizados RKM Para enumerar o designar los diferentes valores de una resistencia se emplea el sistema RKM, que consiste en sustituir los puntos decimales y las comas separadoras de millar, en el sistema inglés de puntuación, por sus equivalentes R (unidad) K (kilo) M (mega).

valor (ohm) RKM

0.47 ohm 0R47

1.13 ohm 1R13

100 ohm 100R

1000 ohm 1k

4700 ohm 4k7

5360 ohm 5k36

1,270,000 1M27

(Para designar 0.47 ohm decimos 0R47 o bien R47, no confundir con 47R que equivale a 47 ohmios).

Tolerancia de una resistencia eléctrica La tolerancia de una resistencia eléctrica/ resistor es el  valor ohmico que nos dice que tanto (en porcentaje) puede variar el valor de la resistencia. Esta se define como el campo comprendido entre el valor máximo y el mínimo de su valor indicado por el fabricante.

Código de colores

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EJERCICIO: ARMADO DE VELADOR

Esquema del circuito eléctrico

Materiales

Portalámparas cerámico E27 con rosca

Edison con niple

Varilla roscada de 30 cm

4 tuercas para varilla roscada

1 interruptor tipo tecla para velador

1 ficha enchufe de tres patas planas

2 mts de cable 3x0,75 mm2

1 base de madera

1 pantalla a elección