Fundamentos de Electricidad y Electrónica

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1. Electricidad y Electrónica

• Electricidad

Toda materia está formada por átomos y éstos a su vez están formados por electrones, protones y neutrones.

Los electrones son partículas con carga negativa y los protones son partículas con carga positiva. Los neutrones no tienen carga, por lo que no nos interesan en electricidad.

Entre estas partículas existen unas fuerzas de atracción y repulsión que generan un tipo de energía llamado electricidad.

Átomo en equilibrio es aquel en el que el nº de protones = nº de electrones, por lo que las fuerzas de atracción y repulsión están equilibradas.

En cambio, en átomos en los que el nº de protones es distinto al nº de electrones se rompe este equilibrio y los electrones comienzan a desplazarse a los átomos contiguos buscando el equilibrio.

La corriente eléctrica es el desplazamiento de cargas eléctricas a través de un hilo conductor.

Los materiales conductores son todos los metales (cobre, aluminio y acero principalmente). Se utilizan para fabricar los cables conductores y transmitir la corriente eléctrica.

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Los circuitos eléctricos sirven para aprovechar esta corriente eléctrica y transformarla en otro tipo de energía como calor, sonido, luz o movimiento.

• Electrónica

La electrónica es la rama de la física que se ocupa del control del movimiento de los electrones en los materiales semiconductores.

Los materiales semiconductores son aquellos que en unas condiciones actúan como aislante y en otras como conductores. Los más usados son el silicio (Si) y el germanio (Ge).

Los circuitos electrónicos se usan para el control y distribución de la información en forma de impulsos eléctricos y tienen gran aplicación sobre todo en la informática y en la robótica.

Diferencias entre electricidad y electrónica

• Electrónica analógica y digital.

La electrónica analógica estudia los sistemas en los que las variables (intensidad y voltaje) pueden tomar todos los valores en el tiempo. En estos sistemas un pequeño cambio en alguna de estas variables puede provocar un gran cambio en el comportamiento del circuito.

Ejemplos de sistemas analógicos: el cuentakilómetros de un coche, el sonido de un reproductor de audio.

La electrónica digital estudia los sistemas en los que la información está codificada en dos únicos valores “ceros” y “unos” asignando un rango de voltaje a cada uno de ellos. Este rango de voltaje (que puede variar entre 0 y 18 voltios) se llama nivel lógico. Ejemplos de sistemas digitales: los ordenadores y los teléfonos móviles.

Nivel lógico “1” o nivel alto (High) V_H = 5 V

Nivel lógico “0” o nivel bajo (Low) V_L = 0 V

2. Corriente Continua y Corriente Alterna

3. Magnitudes Eléctricas de Corriente Continua

• Intensidad de corriente (I)

Indica el nº de electrones que atraviesan por un conductor por unidad de tiempo. Se mide en amperios (A). La intensidad en un circuito se pone con una flecha que indica el sentido de circulación.

El sentido real de la corriente eléctrica es el que siguen los electrones que va del polo negativo al positivo.

El sentido convencional de la corriente eléctrica, no es el real pero es el que se utiliza para hacer los ejercicios que va del polo positivo al negativo.

• Voltaje, tensión o diferencia de potencial (V)

Indica la diferencia de energía eléctrica por unidad de carga que existe entre dos puntos de un circuito. Se mide en voltios (V).

El voltaje en un circuito me lo da la pila y se indica con una flecha en el que la punta marca el punto con mayor voltaje.

• Resistencia (R)

Indica la oposición que existe en un circuito al paso de la corriente eléctrica. Se mide en ohmios (Ω).

4. Ley de Ohm

Sirve para relacionar las tres magnitudes eléctricas fundamentales que son intensidad, tensión y resistencia.

Esta ley se puede aplicar a un circuito completo o a cada uno de los receptores de un circuito.

Despejando de la fórmula principal obtenemos estas otras dos fórmulas que las utilizaremos según la magnitud que nos pida calcular:

R =V/I V=R×I

5. Energía y Potencia Eléctrica

La energía eléctrica es la energía generada por las fuerzas de atracción y repulsión entre partículas cargadas. Las unidades de medida de la energía eléctrica son el Julio (J) y el kilovatio por hora (KW x h). La equivalencia entre ambas es 1kW x h = 3,6 . 10⁶ J

La potencia eléctrica mide la energía que consume un receptor o que suministra un generador en un tiempo determinado. Se mide en vatios (W) o en kilovatios (kW). Se calcula con las siguiente fórmula:

P = E / t

P = V x I

Efecto joule mide la cantidad de energía eléctrica que se transforma en calor (Q), debido al rozamiento de los electrones. Se mide en Julios (J). Se calcula con esta fórmula:

Q = I² x R x t

6. Asociación de Resistencias. Cálculos Eléctricos

• Circuitos serie: son aquellos en los que las resistencias se conectan una a continuación de la siguiente.

• • En un circuito serie la intensidad que sale de la pila es la misma que circula por cada una de las resistencias, es decir, solamente hay una intensidad por el circuito que es I = I₁ = I₂ = I₃
  • En un circuito serie la tensión de la pila se divide en cada una de las resistencias de tal manera que en cada resistencia va a caer una tensión por ello a estos circuitos se los denomina divisores de tensión V = V₁ + V₂ + V₃

Pasos para calcular circuitos serie:

1. Dibujar el circuito total equivalente.

2. En el circuito total equivalente calcular la resistencia total equivalente R_T o R_eq.

R_T = R₁ + R₂ + R₃

3. En el circuito total equivalente calcular la intensidad total I que va a ser la misma que la que circula por cada resistencia.

I = V / R_T

4. Volvemos al circuito original y calculamos las intensidades que circulan por cada una de las resistencias.

En circuitos en serie solamente hay una única intensidad (I) por todo el circuito que es la misma que la que va a circular por cada una de las resistencias por lo que tenemos lo siguiente:

I = I₁ = I₂ = I₃

5. Volvemos al circuito original y calculamos las caídas de tensión en cada una de las resistencias.

V₁ = R₁ x I

V₂ = R₂ x I

V₃ = R₃ x I

6. Comprobamos las tensiones.

V = V₁ + V₂ + V₃

7. Calculamos la potencia suministrada por la pila.

P = V x I

8. Calculamos la potencia consumida por cada resistencia.

P₁ = V₁ x I

P₂ = V₂ x I

P₃ = V₃ x I

• Circuitos paralelo: son aquellos en los que las resistencias se conectan los bornes del mismo lado a un punto y los del lado opuesto a otro punto y se conectan cada uno a un polo de la pila.

• • En un circuito paralelo la tensión que cae en cada resistencia es la misma que la de la pila, es decir solamente hay una tensión V para todas las resistencias.
  • En cambio la intensidad total de la pila se divide por cada resistencia por lo que a los circuitos paralelo se los conoce también con el nombre de circuitos divisores de intensidad.

Pasos para calcular circuitos paralelo:

1. Dibujar el circuito total equivalente.

2. En el circuito total equivalente calcular la resistencia total equivalente R_T o R_eq.

1 / R_T = 1 / R₁ + 1 / R₂ + 1 / R₃

3. En el circuito total equivalente calcular calcular la intensidad total I.

I = V / R_T

4. Volvemos al circuito original y calculamos las intensidades por cada resistencia.

I₁ = V / R₁

I₂ = V / R₂

I₃ = V / R₃

5. Comprobamos las intensidades.

I = I₁ + I₂ + I₃

6. Calculamos la potencia suministrada por la pila.

P = V x I

7. Calculamos la potencia consumida por cada resistencia.

P₁ = V x I₁

P₂ = V x I₂

P₃ = V x I₃

TAREA PARA CASA COPIAR EN EL CUADERNO EL EJERCICIO PARALELO RESUELTO DEL LIBRO PAGINA 85.

Etiquetas: circuitos eléctricos, corriente alterna, corriente continua, Electricidad, Electrónica, Ley de Ohm