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CIRCUITOS ELÉCTRICOS Presentación realizada por: Virgilio Marco Aparicio. Profesor de Apoyo al Área Práctica del IES Tiempos Modernos. ZARAGOZA

LA ENERGÍA ÍNDICE La energía eléctrica. Circuitos y componentes eléctricos. Magnitudes eléctricas. Medida de magnitudes eléctricas. Electromagnetismo. Máquinas eléctricas. Dinamos y alternadores. Motores eléctricos.

LA ENERGÍA ELÉCTRICA. La materia está compuesta por moléculas y éstas por átomos. Los átomos , a su vez, están formados por un núcleo y una corteza . El núcleo consta de partículas con actividad eléctrica neutra llamadas neutrones y otras con carga eléctrica positiva, llamadas protones . La corteza es un espacio alrededor del núcleo en el que, en diferentes capas u órbitas, se mueven unas partículas con carga eléctrica negativa, llamadas electrones. Al índice La energía eléctrica es la que se produce en determinadas materias por el movimiento, desde unos átomos a otros, de los electrones situados en la capa más externa de la corteza.

CIRCUITOS Y COMPONENTES ELÉCTRICOS I. Los circuitos eléctricos son los trayectos cerrados que recorren los electrones al desplazarse por efecto de la energía eléctrica para producir otras formas de energía o trabajo . Al índice Los circuitos eléctricos están formados como mínimo por un generador , que proporciona la energía eléctrica para poner en movimiento los electrones; unos conductores por los que se mueven estos electrones; y un receptor en el que se obtiene la energía o el trabajo útil Para poder controlar el paso de los electrones por el circuito se instalan también elementos de maniobra y control . Los elementos de seguridad previenen de los posibles peligros de la electricidad.

CIRCUITOS Y COMPONENTES ELÉCTRICOS II. Al índice Los elementos de maniobra y control se emplean para interrumpir o dirigir el paso de de la corriente de electrones, los más habituales son: Pulsador . Mantiene cerrado el circuito, permitiendo el paso de los electrones, mientras se mantiene apretado. Interruptor . Mantiene abierto o cerrado el circuito, hasta que volvemos a actuar sobre él. Conmutador . Corta el paso de la corriente eléctrica por un circuito a la vez que lo establece por otro. Llave de cruce o conmutador de cruzamiento . Cruza el recorrido de la corriente entre dos circuitos, la del circuito uno la manda al circuito dos y viceversa. Relé . Es un interruptor, activado automáticamente mediante el circuito de control , que abre o cierra varios circuitos de trabajo .

CIRCUITOS Y COMPONENTES ELÉCTRICOS III. Al índice Hay varias formas de conectar los elementos de los circuitos eléctricos: Circuito serie . Los elementos se conectan de modo que el final de uno se une al principio del siguiente. En estos circuitos cada uno de los elementos está sometido a una tensión diferente y todos ellos son recorridos por la misma intensidad de corriente. Si uno de los elementos se desconecta todos los elementos quedan sin corriente. Circuitos paralelo . Los elementos se conectan de modo que todos los principios se unen en una conexión y los finales en otra, formando así varias ramas. En estos circuitos todos los elementos están sometidos a la misma tensión y por cada uno circula una intensidad de corriente diferente. Si uno de los elementos se desconecta los demás siguen recibiendo corriente. Circuitos mixtos . En estos circuitos unas partes cumplen las condiciones de los circuitos serie y otras las de los circuitos paralelo.

MAGNITUDES ELÉCTRICAS I. Al índice Carga eléctrica . Los materiales en situación normal están neutralizados eléctricamente porque tienen tantos protones como electrones, pero, en ciertas circunstancias, pueden electrizarse, es decir acumular más cargas positivas o negativas. Es la cantidad de electricidad (cargas eléctricas positivas o negativas) que se acumula en un cuerpo electrizado. La Carga eléctrica se mide en Culombios . Cada Culombio equivale a 6 250 000 000 000 000 000 electrones. Intensidad . Es la cantidad de carga eléctrica que circula por un circuito en un segundo. La Intensidad de corriente eléctrica se mide en Amperios . 1 Amperio es la corriente eléctrica resultante cuando circula por un circuito un Culombio cada segundo.

MAGNITUDES ELÉCTRICAS II. Al índice Tensión . Es la energía comunicada a cada una de las cargas eléctricas que se mueven en un circuito eléctrico. Esta energía la comunica el generador. La Tensión eléctrica también se llama Voltaje y se mide en voltios . Un voltio es la tensión necesaria para comunicar una energía de un Julio a cada una de las cargas que forman un Culombio. Resistencia . Todos los materiales, incluso los mejores conductores, ofrecen alguna dificultad al paso de la corriente eléctrica. Cuanto mayor es la resistencia, menor es la intensidad de corriente. La resistencia de un cuerpo depende de su longitud, de su sección y del material del que esté construido. La Resistencia eléctrica se mide en Ohmios.

MAGNITUDES ELÉCTRICAS III. Al índice Ley de Ohm . Esta Ley establece la relación entre la Tensión, o Voltaje, la Intensidad de corriente y la Resistencia en un circuito eléctrico. El Voltaje y la Intensidad de corriente que circula son directamente proporcionales. La Intensidad es inversamente proporcional a la Resistencia. Las relaciones entre V (Voltaje), I (Intensidad) y R (Resistencia) que la Ley de Ohm establece se pueden ver en el siguiente triángulo. Para comprobar la veracidad de esta Ley se utiliza un circuito como el de la siguiente figura

MAGNITUDES ELÉCTRICAS IV. Al índice Energía eléctrica . La Energía que podemos obtener a partir de la corriente eléctrica depende de la Intensidad, el Voltaje y el tiempo que esté circulando la corriente. Se mide en Julios. E = V x I x t Potencia eléctrica . La Potencia es la Energía que se produce en cada unidad de tiempo. Por lo tanto, si la Energía eléctrica es E = V x I x t, al dividir esa expresión por el tiempo t, obtenemos: P = V x I La Potencia eléctrica se mide en watios . Podemos apreciar la Potencia eléctrica consumida por un receptor eléctrico por su mayor o menor iluminación, nº de vueltas, cantidad de calor producido, etc. 10 watios 5 watios

MEDIDA DE MAGNITUDES ELÉCTRICAS I. Al índice Medida de la Tensión . La Tensión se mide con el voltímetro que es un aparato con una escala graduada, cuyo valor de lectura se puede variar, y dos cables. Uno de los cables es rojo y el otro negro. El rojo se conecta al polo positivo de la Tensión que de seamos medir y el negro al negativo. El voltímetro se coloca en paralelo con el elemento cuya Tensión vamos a medir. Para medir tensiones se debe tener en cuenta: 1º. Si la corriente que vamos a medir es continua o alterna. Cada una requiere un voltímetro diferente. 2º. Asegurarnos de que la Tensión a medir no es mayor de la que puede medir el aparato. Después, comenzar a medir con la escala de mayor capacidad de lectura para evitar que el aparato trabaje forzado. 3º. Conectar siempre las puntas de los cables de medida en paralelo con el elemento cuya Tensión deseamos medir.

MEDIDA DE MAGNITUDES ELÉCTRICAS II. Al índice Medida de la Intensidad . La Intensidad se mide con el amperímetro que es un aparato con una escala graduada, cuyo valor de lectura se puede variar, y dos cables. Uno de los cables es rojo y el otro negro. El rojo se conecta al polo positivo de la Corriente que de seamos medir y el negro al negativo. El amperímetro se coloca en serie con el elemento cuya Intensidad vamos a medir. Para medir intensidades se debe tener en cuenta: 1º. Si la corriente que vamos a medir es continua o alterna. Cada una requiere un amperímetro diferente. 2º. Asegurarnos de que la Intensidad a medir no es mayor de la que puede medir el aparato. Después, comenzar a medir con la escala de mayor capacidad de lectura para evitar que el aparato trabaje forzado. 3º. Conectar siempre las puntas de los cables de medida en serie con el elemento cuya Intensidad deseamos medir. No colocar nunca las puntas del amperímetro directamente a los bornes de un enchufe o a una pila u otro tipo de generador.

MEDIDA DE MAGNITUDES ELÉCTRICAS III. Al índice Medida de la Resistencia . La Resistencia se mide con el ohmiómetro que es un aparato con una escala graduada, cuyo valor de lectura se puede variar, y dos cables. El ohmiómetro se coloca en paralelo con el elemento cuya resistencia vamos a medir. Para medir la resistencia de un elemento nos aseguraremos de que dicho elemento esté desconectado del circuito, de lo contrario obtendremos una medida errónea y podremos dañar el aparato. Medidas con el polímetro . La Tensión, la Intensidad y la Resistencia se pueden medir con un polímetro que puede ser usado para todas ellas según cómo se conecta. Para usarlo hay que seleccionar en el aparato la función que deseamos que cumpla y tener en cuenta las precauciones que hemos señalado para realizar cada una de las medidas. Ω Voltímetro Amperímetro

ELECTROMAGNETISMO I. Al índice El magnetismo es la propiedad que presentan ciertos cuerpos en estado natural de atraer al hierro . El espacio en el que se aprecian los efectos de un imán se llama campo magnético . Este campo presenta dos polos llamados polo Norte y polo Sur. Los campos magnéticos tienen distintas formas y se representan con unas líneas imaginarias llamadas líneas de fuerza . Electromagnetismo . Las corrientes eléctricas crean a su alrededor campos magnéticos . Los campos magnéticos crean corrientes eléctricas en los conductores que se mueven en su interior según un fenómeno llamado inducción electromagnética .

ELECTROMAGNETISMO II. Al índice Las bobinas, también llamadas solenoides , consisten en un hilo conductor enrollado por el cual se hace circular una corriente eléctrica. En el interior de la bobina se encuentra lo que se llama núcleo , que puede estar ocupado por un objeto construido con material férrico o simplemente con aire. Cuando circula corriente eléctrica la bobina crea un campo magnético en su interior y a su alrededor. Electroimanes . El campo magnético creado por las bobinas se aprovecha en los electroimanes, los cuales sólo tienen efectos magnéticos mientras son atravesados por la corriente eléctrica, por eso son imanes temporales . Los electroimanes se aplican en muchas ocasiones: timbres, relés, motores eléctricos

MÁQUINAS ELÉCTRICAS. DINAMOS Y ALTERNADORES I. Al índice Corriente continua y corriente alterna. La electricidad que utilizamos puede circular en un solo sentido siempre , como sucede con la que producen las pilas o las baterías, entonces se llama corriente continua . También puede circular cambiando constantemente de sentido , como la de los enchufes de las casas, entonces hablamos de corriente alterna . El alternador . Es una máquina que produce corriente eléctrica alterna . Está formado por una bobina que gira en el interior del campo magnético de un imán. Cada media vuelta que da la bobina la corriente eléctrica que se crea cambia de sentido . En los extremos de la bobina hay conectados unos anillos llamados delgas , las cuales se encuentran en contacto con las escobillas que recogen la electricidad y permiten que la bobina pueda girar libremente.

MÁQUINAS ELÉCTRICAS. DINAMOS Y ALTERNADORES II. Al índice La dinamo . Es una máquina que produce corriente eléctrica continua . Al igual que el alternador está formada por una bobina que gira en el interior del campo magnético de un imán. La corriente que se produce al girar la bobina se recoge en un colector en el que se encuentran las delgas que ocupan las dos mitades y están separadas entre sí. De ese modo se evita que la corriente eléctrica creada cambie de sentido y también que se enreden los cables. De las delgas la corriente pasa a las escobillas , las cuales tocan sólo a una de las delgas y de ahí al resto del circuito.

MOTORES ELÉCTRICOS I. Al índice El motor eléctrico recibe una entrada de energía eléctrica en la placa de bornes y entrega una salida de energía mecánica en el eje . Se compone de una parte fija y otra móvil formadas por: El estator : parte fija del motor unida a la carcasa. En el estator normalmente se sitúa el inductor que crea el campo magnético que da lugar a la fuerza que produce el movimiento. El inductor puede estar formado por electroimanes con bobinas o por imanes naturales. El rotor : parte móvil que gira dentro o alrededor del estator. En el rotor, por lo general, se encuentra el inducido formado por una o más bobinas que giran por efecto de la fuerza magnética originada por el inductor. Además de estas partes, el motor consta de: el colector, encargado de llevar corriente a las bobinas, que en algunos casos está partido en dos delgas ; y las escobillas que transmiten la corriente desde la fuente de energía eléctrica exterior al colector. Estator. Inductor Rotor. Inducido Delgas

MOTORES ELÉCTRICOS II. Al índice El funcionamiento de un motor con el inductor formado por un imán fijo colocado en el estator y el inducido formado por una bobina colocada en el rotor sería como sigue: 1. Al circular corriente por la bobina que forma el rotor se crea un campo magnético con un polo N y un polo S. Estos polos se repelen con el polo N y el polo S del imán que forma el estator. La repulsión hace que el rotor empiece a moverse e inicie el giro. 2. Mientras gira el rotor las escobillas hacen contacto con el colector hasta que el giro del colector pone en contacto con las escobillas las ranuras aislantes que hay entre las delgas. Entonces no hay corriente en le bobina del inducido, pero sigue girando por la inercia.

MOTORES ELÉCTRICOS III. Al índice 3. Al seguir girando el colector las escobillas vuelven a tocar a las delgas, pero ahora la que estaba a la izquierda está a la derecha y viceversa. Por ese motivo la corriente del polo positivo del generador exterior llega a la delga a la que antes llegaba el polo negativo. El campo magnético inducido en el rotor es contrario al que se creaba antes y así se consigue que tenga otra vez los polos colocados en una posición en la que se repelen con los polos del imán fijo. 4. El giro continúa hasta que las escobillas vuelven a coincidir con las ranuras y después, por la inercia, con las delgas en la misma posición que en el paso 1, con lo que se repite todo el ciclo .

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