I = Convenio sobre el sentido de la intensidad : V1> V2 I positivas , es decir, desde potenciales altos a Corriente eléctrica 1.1 Corriente eléctrica: “Se denomina corriente eléctrica al desplazamiento de cargas eléctricas en el interior de un material conductor”. • Para que se produzca corriente eléctrica a lo largo de un conductor, entre sus extremos tiene que haber una diferencia de potencial (para que así halla campo eléctrico) • En circuitos eléctricos se utiliza un generador (los estudiamos en las prácticas) para “generar” dicha diferencia de potencial necesaria para que halla corriente. • En general, las cargas que se desplazan pueden ser positivas o negativas, pero en el caso de los conductores metálicos (que son los más habituales y los que más se utilizan en la tecnología) las cargas que se mueven son electrones. • Las cargas positivas viajan en el conductor desde el terminal positivo del generador hacia el negativo. Las cargas negativas viajan en sentido contrario. 1.2 Intensidad de corriente: un “Se define intensidad de corriente eléctrica en conductor como la cantidad de carga por unidad de tiempo que atraviesa la sección del conductor”. ?Q ?t La unidad de intensidad eléctrica en el SI es el Amperio (1A=1C/1s). 1 se
el Independientemente de que las cargas que estén moviendo sean positivas o negativas se asigna como sentido de la corriente eléctrica que seguiría una corriente de cargas 2 potenciales bajos, desde el terminal positivo de un generador hacía el terminal negativo3. 1.3 Analogía hidráulica de la corriente eléctrica: La corriente eléctrica en un circuito eléctrico se comporta de forma análoga a como lo haría el agua en un circuito hidráulico. Es necesaria una bomba (en un circuito un generador, como por ejemplo una batería) para elevar el agua (en un circuito la carga eléctrica) hasta cierta altura (en un circuito más potencial eléctrico) y por el efecto de la gravedad (campo eléctrico) esta agua cae y circula por el circuito perdiendo energía potencial gravitatoria (energía potencial eléctrica). 1 En un conductor lineal (como un cable etc.) existen dos posibles sentidos para el movimiento de la carga eléctrica dependiendo de que tipo de cargas (positivas o negativas) se estén moviendo. 2 se conocían la existencia de los electrones. Por tradición y costumbre se sigue utilizando el mismo convenio 3 producida en los siguientes casos (ver figura arriba): • • • 5 unidades de carga positiva atravesando la sección de izquierda a derecha durante 1s. 5 unidades de carga negativa atravesando la sección de derecha a izquierda durante 1s. 2 unidades de caga positiva atravesando la sección de izquierda a derecha a la vez que 3 unidades de carga negativa se desplazan de derecha a izquierda. – –
– +
+ r E V1 V2
Conductores 1,70×10 2,82×10 2,44×10 5,6×10 R I Va Vb VR 2.1 Conductores Óhmicos: En muchos materiales la intensidad de la corriente eléctrica es proporcional a la diferencia de potencial eléctrico (tensión) entre sus extremos. VR = Va -Vb = RI Esta ley se denomina “Ley de Ohm” y los conductores que la cumplen se denominan conductores óhmicos. La resistencia de un conductor óhmico se mide en Ohmios (?) y viene dado por: Donde A es el área de la sección transversal, l la longitud del conductor, y ? es una constante característica del material llamada resistividad (se mide en ?·m).
R A
l 1.2 Conductores No-óhmicos: Estos conductores no cumplen la ley de Ohm y en ellos la relación de proporcionalidad V/I no es constante y depende del valor de la corriente I (ver figura abajo). En la tabla podéis observar las resistividades típicas de distintos conductores y dieléctricos. Metal
Cobre Resistividad (?·m) -8 Aluminio
Plata
Tungsteno
Carbón -8
1,59×10-8 –8
–8
3,5×10–5 Silicio 640 Semi- conduc. – – + + + + + + + I + + – – – – – – – I Generador Generador Analogía hidráulica: El generador (“chino”) “eleva” las cargas para que después estas “caigan” por efecto del potencial eléctrico. a) Caso de cargas positivas (van de + a -) b) Caso de cargas negativas (van de – a +) Nota: la intensidad eléctrica siempre va de + a – .
Ley de Ohm a) b) l A R = ? V Conductor Ohmico
I Conductor No-Ohmico Gráfica de la tensión en función de la intensidad para un conductor óhmico y otro no-óhmico
Aislantes 10 75×10 12 Vidrio
Caucho (goma) 16 1.3 Dependencia de la Resistencia con la Temperatura: Como ya hemos comentado la resistividad depende del material (es decir es una propiedad característica de cada material) pero también depende de la temperatura a que se encuentre el material. De un modo general, puede decirse que a mayor temperatura, mayor es la resistencia eléctrica y, a la inversa, a menor temperatura, menor suele ser la resistencia eléctrica. Es interesante mencionar que en elementos, como el mercurio (Hg) y algunas aleaciones descubiertas durante estas últimas décadas, la resistencia eléctrica desaparece por completo a temperaturas muy bajas. Al fenómeno se lo denomina superconductividad y a los materiales en que se produce, superconductores. En estos materiales es posible mantener una corriente eléctrica incluso sin un generador!!!
Circuitos eléctricos Un circuito eléctrico es conjunto de dispositivos eléctricos (resistencias, bombillas, motores eléctricos, etc) conectados entre si por medio de cables. El elemento más importante en un circuito es el generador (en nuestro caso una batería o pila) pues si este no está en el circuito ni siquiera habrá corriente eléctrica. Es importante comprender por qué se habla de circuito: la corriente eléctrica “circula” por todo el circuito eléctrico como los coches en un circuito de carreras o el agua en un circuito hidráulico. Para que un dispositivo eléctrico funcione la corriente debe pasar por él, por los cables y la batería. Los circuitos eléctricos se representan en papel mediante una especie de plano denominado diagrama eléctrico, en el cual, cada elemento está representado por un símbolo. En la figura puedes ver algunos de los símbolos más comunes: o Batería (Baterie): Es el dispositivo encargado de crear el campo eléctrico (la diferencia de potencial, voltaje –napetí-) en el circuito. Hay otros tipos de generadores eléctricos que pueden generar un voltaje en el circuito () o Cable (Kabel): Es un hilo de material conductor (metálico, generalmente cobre (Cu)) cuya resistencia se considera nula (es despreciable muy pequeña) y que se usa para interconectar los distintos dispositivos. o Resistencia: Es uno de los elementos o dispositivos básico en un circuito. Es un dispositivo de dos terminales fabricado con un material conductor de alta resistividad (mayor que la de los metales) ó
Al final del tema encontrarás un resumen con los principales tipos de dispositivos que puedes encontrar en un circuito eléctrico. A continuación, comentamos sólo los más importantes
por ejemplo el carbono. Se utiliza para disminuir la tensión y para que disipe energía en forma de calor (para producir calor, energía térmica). o Bombilla: Es un dispositivo compuesto de una ampolla de vidrio en cuyo interior hay un 4 el punto de vista eléctrico la bombilla es una resistencia y afecta al circuito de la misma forma que estas, la única diferencia es que parte de la energía que se disipa en la resistencia en forma de calor se convierte en energía lumínica en el caso de la bombilla. o Condensador: Es un dispositivo de dos terminales que es usa para almacenar carga eléctrica. Esta formado por dos placas metálicas separadas por un dieléctrico o Diodo: Es un dispositivo de dos terminales fabricado con un material conductor (habitualmente silicio (Si)) que solo permite el paso de la corriente en un sentido (desde el terminal + hacia el -). Algunos pueden emitir luz cuando esto ocurre se llaman entonces LEDs (Light emitting diode). o Motores eléctricos: Son dispositivos eléctrico-mecánicos que transforman la energía eléctrica en energía mecánica (movimiento). o Interruptor: Permite cerrar (“on”, conectar, “vypnout”) o abrir (“off”, desconectar, zapnout) un circuito. 1.4 Circuitos serie y paralelo Existen basicamente dos formas de conectar elementos en un circuito eléctrico: o En serie: Los dispositivos están conectados “unos detrás de otros” de forma que por todos circula la misma intensidad (ver figura de ejemplo). En estos circuitos si un elemento se “quema” o rompe deja de circular corriente por todo el circuito o En paralelo: Los dispositivos están conectados al mismo par de puntos, de forma que la diferencia de tensión entre los terminales de cada dispositivo es la misma para todos. En estos circuitos si uno de los elementos se “quema” o rompe la corriente deja solo de circular por ese elemento, por el resto de elementos incluso pude pasar mas corriente que antes. 1.5 Corriente continúa y alterna: o Corriente continúa (CC o DC): La corriente nunca cambia de sentido y se mantiene aproximadamente constante. Es la corriente eléctrica que hay en circuitos alimentados por baterías o Corriente alterna (CA o AC): La corriente cambia continuamente de sentido. Es la corriente que llega a nuestras casas y la que sale de cualquier enchufe. 1.6 Circuitos eléctricos con resistencias (leyes de Kirchoff): 4 Para una explicación más detallada mira el anexo al final del tema. I t(s) t(s) I
Regla de los nudos: “La suma de las intensidades entrantes en un nudo es igual a la suma de las intensidades que salen de él” generadores a lo largo de un bucle, es igual a la suma de las caídas de tensión en las resistencias a lo largo de ese bucle ” VS1 +VS2 =V1 +V2 +V3 I1 + I2 = I3 + I4
Regla de las tensiones: “La suma de las tensiones generadas por todos los 1.7 Asociación de resistencias: Energía y potencia en circuitos eléctricos Los circuitos eléctricos son un perfecto ejemplo del Principio de Conservación de la Energía, ya que en ellos se producen una serie de transformaciones energéticas, de la energía de las cargas eléctricas que circulan (“energía eléctrica”) en otros tipos de energía: • • • Energía luminosa (lámparas) Energía calorífica (resistencias) Energía mecánica (motores) El generador comunica energía a los electrones elevando su energía potencial eléctrica. Posteriormente al circular éstos por el circuito, ceden su energía que se transforma en algún otro tipo de energía en algún dispositivo del circuito, por ejemplo en energía térmica de la resistencia (aumentando la temperatura de ésta) o en energía mecánica en un motor eléctrico. A su vez el generador deberá obtener la energía que le da a las cargas eléctricas de algún otro sitio, transformando algún otro tipo de energía en energía eléctrica (En el caso de las baterías está energía es energía química que proviene de reacciones redox que se dan en su interior). 1.8 Potencia eléctrica en circuitos 5 ?E ?t =VI P = Donde I es la intensidad que sale del generador y V la diferencia de potencial entre sus terminales. Recuerda que la potencia se mide en vatios (Wats). La energía suministrada por el generador en un intervalo de tiempo ?t será: 5 Ojo!!!! Pozor no confundir con potencial eléctrico son conceptos diferentes. VS1 V3 + – + – V2 V1 VS2 I1 I2 I3 I4
?E = P·?t = VI·?t 1.9 Energía disipada en una resistencia (efecto Joule): Al pasar corriente por una resistencia parte de la energía de los electrones es cedida a la resistencia transformándose en energía térmica que eleva la temperatura de esta, esta energía pasara después, en forma de calor, al ambiente de alrededor. A este fenómeno se le denomina Efecto Joule. La Potencia disipada6 en la resistencia viene dada por: V 2 R = RI 2 P =VI = Donde I es la intensidad que atraviesa la resistencia y V la diferencia de potencial entre sus terminales. Esta expresión se denomina Ley de Joule. Ojo!!! El principio de conservación de la energía tiene que cumplirse en los circuitos eléctricos. Por lo tanto la potencia suministrada por la batería ha de ser igual a la suma de las potencias disipadas en cada una de las resistencias.
Formulario: Problema 1.
Problema 2. Boletín de Problemas, Corriente eléctrica: Calcula la intensidad de una corriente eléctrica que transporta 1200C en 5 min. (Sol. 4A). ¿Cuantos culombios transporta una corriente eléctrica de 3A en 20min? (Sol. 3600C). Problema 3. Por un conductor circula una corriente de 3mA. Calcula cuántos electrones pasan en 10s por una sección del conductor? NOTA: 1electrón=1.6·10-19C 17 Problema 4. Indica qué bombillas estarán encendidas en los siguientes circuitos: 6 La palabra disipar es la que habitualmente se utiliza en este contexto. Esta expresión quiere decir: “la energía por unidad de tiempo que se ha transformado en energía térmica en la resistencia”.
Problema 5. En el circuito de la figura, intercalamos entre a y b objetos de diversos materiales ¿De entre los siguientes materiales, con cuáles crees que brillará la bombilla? Justifica tu respuesta. Cobre, hierro, plástico, vidrio, goma, carbono. Problema 6. Calcula la resistencia de un conductor de hilo de nicrom (una aleación de níquel y -6 a. b. Si tiene una longitud de 31,4m y el radio de su sección mide 1mm. Si tiene una longitud de 62,8m y el radio de su sección mide 1mm. c. Si tiene una longitud de 31,4m y el radio de su sección mide 2 mm. d. Si tiene una longitud de 62,8m y el radio de su sección mide 2mm. Nota: el área de una sección circula de radio r viene dado por A=pr2. (Sol: a) 10?; b) 20?; c)5?; d) 5?;) -8 2 a. b. Calcula la longitud del hilo necesaria. Si circula por ella una corriente de 2ª. ¿Cual es la tensión entre sus extremos? (Sol: a)87,2m; b)6V;) Problema 8. En el circuito de la figura el amperímetro 1 marca 8 A y el amperímetro 2 marca 3 A. ¿cuánto marcarán los otros amperímetros?
R1=8? R4=21? Problema 9. Observa el circuito de la figura y calcula: a. b. c. La resistencia equivalente. La intensidad de corriente en el circuito La diferencia de potencial en los extremos de cada resistencia (Sol: a)56 ?; b)2,5A; c)20V, 30V, 37,5V y 52,5V)
Problema 10. Se asocian tres resistencias de 9K?, 18K? y 6K? en paralelo y se aplica una tensión de 18V a los extremos de la asociación. Representa el circuito y calcula: a. b. c. La resistencia equivalente del conjunto. La intensidad de corriente en el circuito (la intensidad total que sale del generador). La intensidad de corriente en cada resistencia. (Sol: a) 3 K?; b) 6mA; c) 2mA,1mA, 3mA ) Problema 11. En el circuito de la figura calcula: a. El valor de la resistencia R3. b. La diferencia de potencial entre los puntos Ay B. (Sol: a)4 ?; b) 8V) Problema 12. En el circuito de la figura: a) Calcular la intensidad que pasa por la resistencia de 6 ?. b) Calcular la diferencia de potencial entre los extremos de la resistencia de 4 ?. Sol.: La estrategia en todos estos problemas es ir aplicando la ley de Ohm a las resistencias en cuanto conozcamos dos de las tres variables que relaciona dicha ley: V, I, R a) 1´09A b) 6´54V
Problema 13. En el circuito de la figura la intensidad de la corriente que pasa por la resistencia de 8 ? es de 4 A y el generador es ideal.. Calcular las intensidades y diferencias de potencial en el resto de las resistencias y la fem del generador. Sol. a) V8 = I8.R8 = 4.8 = 32V ; I12 = 32/12 = 2´67A I3 = I8 + I12 = 4 + 2´67 =6´67A; V3 = I3.R3 = 6´67.3=8V V = V3 + V8 = 8 + 32=40V: Problema 14. Problema 10: Calcula la resistencia equivalente del circuito, la intensidad que circula por él y la que circula por las resistencias R1 , R2 , R3 y R5. Calcula también las caídas de tensión en estas resistencias: a. b. c. d. Resistencia total del circuito. Intensidad total que circula. Intensidad en cada una de las ramas de la derivación. La potencia suministrada por la batería y la potencia disipada en cada resistencia. R1=0,5K? R2=1,5K? R5=450?
R8=900? R6=800?
R7=750? R3=1K?
R4=2K?
+
VS=4,5V
Problema 15. Para el circuito de la figura calcular: 24V + – R2=5K? R3 R2=3K? I=2mA B A 140V + – R2=12? R3=15?
(Sol: a) 150 ? b)200mA c)I1=100mA, I2=67mA, I3=33mA d)Pbatería=6W, P1=2W, P2=1,34W, P3=0,66W )
Problema 16. Una batería de 60 V de fem y resistencia interna 0,2 ?, alimenta un conjunto de bombillas cuya resistencia total es 15 ?. La resistencia total de los conductores empleados en las conexiones es 0,5 ?. Con estos datos, calcular a. b. c. La resistencia total del circuito; La intensidad de la corriente que lo recorre; La caída de potencial (ddp=diferencia de potencial) entre los bornes de la batería. (Sol.: 15,7 ?; 3,82 A; 59,24 V) Problema 17. Dos bombillas, una cuya resistencia es de 400 ? y la otra de 600 ?, se conectan en paralelo a una batería de 24 voltios para que enciendan según las especificaciones del fabricante. a. b. c. ¿Cuál es la resistencia equivalente del circuito? ¿Qué corriente entrega la batería? ¿Qué corriente circula por la bombilla de 400 ?? (Sol: a)R = 240 ? b) 0,1 A c)0,06A)
Problema 18. En el circuito de la figura calcular las intensidades de la corriente y diferencias de potencial en todas las resistencias. Calcular también la diferencia de potencial entre los extremos de la batería (observa que tiene una resistencia interna de 2?). Sol.: Hacemos un esquema con la pila ideal y la resistencia interna, representadas aparte. Los terminales de la pila están representados por dos puntos. La ley de Ohm generalizada, en este caso es: e = IR + IR´+ Ir 1/R´= 1/8 + 1/12; R´= 4´8 ? 9 = I (2 + 3 + 4´8) = I(9´8); I = 9/9´8 = 0´92 A = I3; V3 = 0´92·3=2´76V; V8 = V12 = 0´92 . 4´8 =4´42V; V2 = 0´92 ·2 = 1´84V; VAB = 9 – 1´84 =7´16V
Problema 19. Un radiador eléctrico tiene las siguientes indicaciones: 220V, 800W. Calcular: a. b. La energía que cederá al ambiente en 1 minuto; La energía eléctrica, en kw· h, transformada en 4 h de funcionamiento. (Sol.: 48000 J, 3,2 kwh) Problema 20. Calcular el valor de la resistencia del filamento de una bombilla de 40 W a 220 V. Sol.: = V2/R; R = V2/P = 2202/40 = 1210 ?; P´= V2/R = 1252/1210 = 12´91 W . V se ha reducido aproximadamente a la mitad, luego P, se ha reducido a poco más de la cuarta parte 2 Problema 21. Una lámpara de 100 W para ser utilizada a 220 V se ha enchufado por error a 110 V. ¿Corre riesgo de fundirse? ¿Cuál es su potencia en ese caso? (Sol.: 25 W) Problema 22. Una bombilla tiene la siguiente inscripción: 40 W, 220 V. Calcular la potencia que disipará cuando se la conecte a 125 V, suponiendo que la resistencia no varíe con la temperatura. 2 2 R3 = 600 ? R4 = 50 ? R2
R3 I I1 R4 B A I2
I3 _ Datos: VS = 30 V R1 = 200 ? R2 = 300 ? + VS R1
Problema 23. Conectamos en serie, a 220 V, dos bombillas iguales con la siguiente inscripción 60 W, 220 V. Calcular la potencia que disipará cada una en estas condiciones, suponiendo que la resistencia no varíe con la temperatura. Sol.: Cada una de las bombillas tendrá una resistencia del siguiente valor: R = V2/P = 2202/60=806´7 ? La nueva diferencia de potencial en cada una, será la mitad del total, al estar en serie y ser iguales, esto es, 110 V, luego la nueva P, para cada una, llamémosla P´, será : 2 2 Problema 24. Una lámpara de 100 W está conectada a la red de 220 V durante 72 h. Determinar a. b. c. d. Intensidad que pasa por la lámpara; Resistencia del filamento; Energía disipada en la resistencia enjulios y kWh; Si el precio del kWh es 0,08 €, ¿qué gasto ha ocasionado el tenerla encendida? (Sol.: a) 0,45 A; b) 484 ?; c)25,92 MJ=7,2 kWh; d) 0,58 €) Problema 25. Conectamos, como indica la figura, tres bombillas de 40W a 220V. Calcular la I, V y P de cada una en estas nuevas circunstancias, suponiendo que la resistencia no varíe con la temperatura. 2 RB en paralelo con RC (la llamaremos R//), será la mitad de cada una, al ser iguales, esto es, 605 ? y en serie con A, R=1210 + 605=1815 ? La Itotal, IT, será: IT = VT/RT = 220/1815 = 0´12 A = IA = I// VA = IA.RA = 0´12.1210 =145´2V; V// = I//.R// = 0´12.605 = 72´6V = VB = VC IB = VB/RB = 72´6/1210=0´06A; IC = VC/RC = 72´6/1210 =0´06A PA = IA2RA = 0´122.1210 = 17´42W; PB = IB2RB = 0´062.1210 = 4´36 W Problema 26. Una plancha consume 700 W cuando se conecta a 220 V a) ¿Cuál es su resistencia eléctrica? b) ¿Cuánto dinero se gasta al estar planchando 2 horas, conectada a 220 V? (Utilizar como precio del kW h, 0´083007 €/kW h) c) ¿Cuál sería la potencia consumida si se conecta a 125 V, suponiendo que la resistencia no varíe con la temperatura?. Sol.: Problema 27. Para el circuito de la figura calcular: a. Intensidad que circula. b. Diferencia de potencial entre los bornes de cada una de las resistencias. c. Potencia consumida en cada resistencia. d. Energía transformada en calor en la resistencia de 100 ? al cabo de 8 h. e. Importe en euros de la energía consumida en la resistencia del apartado anterior si el coste del kW.h es de 0,10 €. (Sol: a) 125mA b)12,5V, 5V y 7,5V c) 1,56W 0,63W 0,94W d)1,56*8W·hora= 45kJ e)0,00124€ )
Problema 28. En tu casa (220 voltios) están funcionando simultáneamente una bombilla de 100 vatios, una estufa de 2000 vatios y un televisor de 540 vatios. (Nota en las casas cuando conectas diferentes aparatos o dispositivos a distintos enchufes, los estás conectando en paralelo). Responde: a. ¿Cuál es la potencia total disipada por el circuito? Datos: VA D = 25 V R1 = 100 ? R2 = 40 ? R3 = 60 ? R3 D
R2 I A
R1
b. Si el precio del Kilovatio-hora es 0,1€ (2,6 coronas) ¿cuanto le cuesta a tus padres 3 horas con esta situación? c. d. e. f. ¿Cuál es la corriente total en el circuito? ¿Qué corriente circula por la estufa? ¿Cuál es la resistencia total del televisor? ¿Cuál es la resistencia total del circuito? (Sol: a) 2640 vatios b) 20,6cor c)12 amperios d) 9,1 A e) 89,6? f) 18,3? )
Problema 29. Un calentador de agua eléctrico en tu casa (220 voltios) tiene una resistencia de 10?. Si para calentar cierta cantidad de agua necesitas 484000Julios, calcula: a. b. La corriente que circula por el calentador La potencia disipada en la resistencia, ¿que le ocurre a esa energía eléctrica que se está disipando en la resistencia? c. d. ¿Cuanto tiempo necesita estar encendido el calentador para conseguir todo ese calor? Si el precio del Kilovatio-hora es 0,1€ (2,6 coronas) ¿cuanto le cuesta a tus padres calentar el agua? Problema 30. Suponga que 22 bombillas iguales de una guirnalda navideña están conectadas en serie y a los 220 voltios de la red domiciliaria. Si cada una disipa una potencia de 0,5 vatios: a. b. c. d. e. f. ¿Qué voltaje existe en cada bombilla? ¿Qué potencia disipa el circuito en su totalidad? ¿Qué intensidad de corriente circula por cada bombilla? ¿Qué resistencia eléctrica posee cada bombilla? ¿Qué resistencia presenta el circuito completo? ¿Que le ocurre al conjunto si se funde una bombilla? (Sol: a) 10V b)11 vatios c)50mA d)200 ? e)4400 ? f) no pasa corriente por el circuito, todas las bombillas se apagarán)
Problemas Desafio (las dos primeras personas de cada grupo que me lo entreguen tendrán 4 puntos (sobre 10) extra en el examen, la tercera tendrá 2 puntos):
Problema Desafio1: Se desea construir un calentador eléctrico para la tensión de 220 V, capaz de calentar 1 L de agua desde los 15ºC hasta los 60ºC en 10 minutos. Para ello se dispone de un hilo metálico de 0,2 mm2 de sección y resistividad 10-6 ?m. Teniendo presente que solo se aprovecha el 80% de la energía eléctrica transformada, calcular: a. b. c. Pistas: o longitud de hilo metálico que se necesita intensidad de corriente que recorrerá el hilo conductor; lo que costará calentar 1 L de agua en esas temperaturas, si el kW·h se paga a 0,12 €.
¿Qué energía necesitas para calentar el agua desde 15ºC hasta 60ºC? (repasa tus apuntes de calor del año pasado) o o ¿Que potencia necesitas si lo quieres hacer en 10min? ¿Como tendrá que ser la resistencia para tener esa potencia? (recuerda que la resistencia solo aprovecha para calentar el agua el 80% de la energía disipada en la resistencia)
Problema Desafio2: Una central eléctrica se alimenta de un salto de agua de 50 m de altura, que 3 energía eléctrica a la salida de la central es del 68 %. La tensión a la salida de la central es de 50 V y se utiliza en una población situada a 30 km de distancia. La línea de alta tensión es de (dos) hilos de cobre de 20 mm2 de sección. Calcular: a. b. c. La potencia eléctrica que genera la central; La intensidad de corriente que circula por la línea; Lo que cuesta (al día) a la compañía eléctrica la pérdida por efecto Joule en el transporte, si el kWh a la salida de la central resulta a 0,03 €. Nota: Rendimiento Trabajo realizado( o Energía aprovechad a) Energía consumida = ? = W E resistividad del cobre= 1,7 · 10-8 ? · m Pistas: 3
o ¿Que energía potencial por unidad de tiempo (Potencia) “pierde” la corriente del agua si caen 5m3 cada segundo? o Si el 68% de esa energía potencial es transformada en la central en energía eléctrica. ¿Qué potencia eléctrica está generando? o Supón que los cables entre la central y la ciudad transportan corriente continua y que “todo” constituye un circuito en el que la central actúa como una batería y los cables van a la ciudad y vuelven a la central, cerrando así el circuito
Apéndice: Aquí os comento algunas curiosidades o dispositivos que están a vuestro alrededor en la vida cotidiana y que tienen mucho que ver con la corriente eléctrica. La bombilla Este fue un extraordinario invento de Thomas Alba Edison que cambió la vida nocturna de las personas, a pesar de su simpleza merece un poco de atención. Encerrado herméticamente en un bulbo (=burbuja, ampolla) de vidrio se haya un fino filamento (=hilo) de tungsteno (o wolframio) que tiene una resistencia que se incrementa considerablemente al circular corriente por él, debido al aumento de temperatura que experimenta. Debido a esta elevada temperatura irradia (=emite) luz. Este fenómeno se llama incandescencia. El filamento no se quema porque dentro del bulbo no hay oxígeno (hay un gas inerte (=“muerto7”, que no reacciona químicamente), haciéndose imposible la combustión. Otra característica de este material es que posee una temperatura de fusión de más de 3000° C. Si quiebras el bulbo de vidrio verás que al encender la bombilla el filamento se inflama y se quema. El fusible El propósito general de los fusibles, que se encuentran en una gran variedad de formas y tamaños, es proteger los circuitos eléctricos de corrientes eléctricas que los puedan dañar. Básicamente, se trata de un conductor cuyo material y dimensiones están calculados para que se queme (y por lo tanto se “rompa”), abriendo así el circuito e interrumpiendo el paso de la corriente cuando ella sobrepasa cierta cantidad de amperios. Un fusible para 3A, como el de la figura, asegura que por el circuito del que forme parte (en serie) no circulará una corriente mayor que ésta.
CIRCUITO ELÉCTRICO. 7 que no reacciona, se utiliza esta expresión para denominar a los gases que como los gases nobles (Helio, Neón, etc.) No reaccionan con otros elementos y por lo tanto no pueden producir reacciones químicas como la combustión.
Elementos de maniobra. Son dispositivos que nos permiten abrir o cerrar el circuito cuando lo necesitamos.
CIRCUITO ELÉCTRICO. ELEMENTOS DE PROTECCIÓN
Diferenciales Detectan variaciones mínimas de intensidad dentro del circuito debidas a derivaciones y abren el circuito. Vocabulario Técnico Aislante: Cuerpo mal conductor del calor y la electricidad. Alternador: Dinamo generadora de corriente alterna. Batería: Sistema eléctrico que permite la acumulación de energía y su posterior suministro. Bornes: Extremo al cual se unen los hilos conductores de un aparato eléctrico. Central eléctrica: Instalación industrial para la producción de energía eléctrica. Circuito eléctrico: Camino que sigue la corriente eléctrica de uno a otro polo del generador. Cobre: Elemento químico metálico de color rojizo, tenaz, dúctil, maleable y uno de los mejores conductores de la electricidad. Conmutador: Dispositivo eléctrico que sirve para que una corriente eléctrico cambie de conductor. Conductor: Cuerpo que deja pasar fácilmente a través de su masa el calor y la electricidad. Corriente eléctrica: Paso de electricidad entre dos puntos de diferente potencial a través de un conductor. Dinamo: Máquina destinada a convertir la energía mecánica en eléctrica. Elementos de control: Elementos que nos permiten maniobrar con el circuito conectando y desconectando sus diferentes elementos según nuestra voluntad. Elementos de protección: Elementos que tienen la misión de proteger a la instalación y sus usuarios de cualquier avería que los pueda poner en peligro. Electricidad: Forma de energía debida a la separación o movimiento de los electrones que forman los átomos. Electrón: Componente del átomo que lleva carga eléctrica negativa. Energía: Capacidad que tiene la materia de producir trabajo en forma de luz, calor, movimiento, etc. Esquema eléctrico: Representación gráfica y simbólica de un circuito eléctrico. Fluorescente: Propiedad que tienen algunos cuerpos de emitir luz cuando se exponen a ciertos rayos del espectro. Fusible: Hilo o chapa metálica, fácil de fundirse, que se coloca en algunas partes de las instalaciones eléctricas, para que cuando la corriente sea excesiva, la interrumpa fundiéndose. Generador: Circuito o dispositivo que engendra señales eléctricas. Interruptor: Aparato destinado a interrumpir el paso de la corriente eléctrica por un circuito. Paralelo (conexión): Circuitos conectados de tal modo que la corriente circulante se divide entre los dos. Potencia: Trabajo producido por un dispositivo (o energía consumida por este) por unidad de tiempo. Protón: Partícula que entra en la composición de los núcleos atómicos, con carga eléctrica positiva. Pulsador: Botón que, al ser pulsado, pone en funcionamiento un aparato eléctrico. Recept :Son los componentes que reciben la energía eléctrica y la transforman en otras formas más útiles para nosotros como: movimiento, luz, sonido o calor. Resistencia: Mayor o menor dificultad que opone un cuerpo a ser atravesado por una corriente eléctrica. También el dispositivo básico consistente en un segmento de material conductor de alta resistencia (p. ej. carbono), habitualmente utilizado en los circuitos para disipar energía en forma de calor Serie (conexión): Sistema de conexión de dos o más elementos de un circuito eléctrico, de forma tal que por todos ellos circula la misma intensidad. Símbolo: Representación gráfica de un elemento eléctrico. Voltaje: Diferencia de potencial eléctrico entre los extremos o terminales de un dispositivo (expresado en voltios).
“NO A LA CULTURA DEL SECRETO, SI A LA LIBERTAD DE INFORMACION”® www.monografias.com/usuario/perfiles/ing_lic_yunior_andra_s_castillo_s/monografias Santiago de los Caballeros, República Dominicana, 2015. ® “DIOS, JUAN PABLO DUARTE Y JUAN BOSCH – POR SIEMPRE”
Autor: Ing.+Lic. Yunior Andrés Castillo S.