CURSO DE ELECTRICIDAD

GENERAL Tomo 1

Pablo Alcalde San Miguel

Gerente Editorial rea Tcnico Vocacional: M Jos Lpez Raso Editoras de Produccin: Clara M de la Fuente Rojo Diseo de cubierta: MONTYTEXTO Preimpresin: Paloma Rodrguez

COPYRIGHT 1998 Cengage Learning Paraninfo, S.A. Magallanes, 25; 28015 Madrid ESPAA Telfono: 902 995 240 Fax: 91 445 62 18 clientes@paraninfo.es www.paraninfo.es www.cengage.es ISBN LIBRO IMPRESO: 978-84-283-2465-6 ISBN E-BOOK: 978-84-283-3179-1 DEPSITO LEGAL: M-16.211-2007

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LLLLaaaa eeeelllleeeeccccttttrrrr iiiicccciiiiddddaaaadddd CCCCoooonnnncccceeeeppppttttoooossss ggggeeeennnneeeerrrraaaalllleeeessss11

1

La energa elctricaLa electricidad es una forma de la energa que, en la actualidad, ms ventajas aporta

a los seres humanos. Con ella conseguimos fundamentalmente las siguientes aplicacio-nes: luz con las lmparas elctricas; calor con cocinas, hornos y calefacciones; fro confrigorficos y equipos de aire acondicionado; fuerza motriz con motores (ascensores,mquinas herramientas, vehculos elctricos, electrodomsticos, etc); sistemas deinformacin, automatizacin y telecomunicacin con ordenadores, microprocesadores,sistemas robotizados, televisores, radio, etc; y muchas ms aplicaciones que con elpaso de los aos van creciendo ms y ms.

La electricidad se produce fundamentalmente en las centrales elctricas. Su misinconsiste en transformar cualquier forma de energa primaria (hidrulica, trmica,nuclear, solar, etc.) en energa elctrica. Dada la facilidad con que se transporta laelectricidad, por medio de las lneas elctricas, la ventaja fundamental queconseguimos con esto es que producimos energa elctrica en las zonas dondepodemos acceder con facilidad a la energa primaria, para luego consumirla enciudades, empresas y cualquier otro centro de consumo (Figura 1.1).

Figura 1.1

Energa primaria

Generador(alternador)

Transformadorelevador de

tensin

Lneas de transporte

Transformadorreductor de

tensin

Lneas de distribucin para consumo de

electricidad

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2Efectos de la electricidadPero qu es exactamente la electricidad? Podramos decir que es lo que hace girar

los motores, lucir las lmparas, en definitiva una fuerza, que como tal es invisible y dela cual slo se notan su efectos.

Los efectos fundamentales que se conocen de la corriente elctrica son:

Efecto trmico: Al fluir la corriente elctrica por ciertos materiales conductores,llamados resistivos, como el carbn, se produce calor en los mismos pudiendoconstruir, gracias a este efecto, calefacciones, cocinas, hornos, calentadores deagua, planchas, secadores, etc. (Figura 1.2).

Figura 1.2

Efecto luminoso: En una lmpara elctrica incandescente, al fluir por sufilamento resistivo una corriente elctrica, ste se calienta a altas temperaturasirradiando luz (Figura 1.3).

Figura 1.3

Luz

Calor

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3 Efecto qumico: Al fluir la corriente elctrica por ciertos lquidos, stos sedisgregan, dando el nombre de electrlisis a dicho proceso. Gracias a este efectose pueden producir productos qumicos y metales, baos metlicos (galvaniza-cin) y recarga de bateras de acumuladores (Figura 1.4).

Figura 1.4

Efecto magntico: Al conectar una bobina a un circuito elctrico, sta produceun campo magntico similar al de un imn, lo que origina un efecto de atraccinsobre ciertos metales. Aprovechando este efecto se pueden construir electroima-nes, motores elctricos, altavoces, instrumentos de medida, etc. (Figura 1.5).

Figura 1.5

Podrs comprobar como la lmpara se enciende cuando se ponen en contacto losterminales de la lmpara con los bornes de la pila y se apaga cuando interrumpimos laconexin de uno de los conductores con la pila (Figura 1.7).

Experiencia 1.1

Consigue una pila y una lmpara de linterna y conctalas con unos conductoresde cobre tal como se indica en la Figura 1.6.

O22 H2

Agua con sales

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4Figura 1.6 Figura 1.7 Figura 1.8

La pila contiene energa elctrica. Al conectarla mediante unos conductores a lalmpara, por stos fluye una corriente elctrica hacia la misma que hace que statransforme la energa elctrica en luminosa.

Ahora conecta un interruptor tal como se muestra en la Figura 1.8 y acontinuacin abre y cirralo.

Podrs comprobar que la lmpara slo se enciende cuando el interruptor pone encontacto el borne de la pila con el terminal de dicha lmpara. De esta manera podemosencender y apagar la lmpara a nuestra voluntad.

Existe otra forma ms fcil de hacer un dibujo elctrico, tal como se muestra en laFigura 1.9. Se le denomina esquema elctrico y en l se representan a sus elementos(pila, conductores y lmpara) mediante smbolos normalizados.

Figura 1.9

La electricidadLa electricidad es una manifestacin fsica que tiene que ver con las modificaciones

que se dan en las partes ms pequeas de la materia, nos referimos a los tomos y msconcretamente al electrn. Seguidamente estudiaremos los fenmenos de electrizacinque se dan en los materiales.

Pila o acumulador

Interruptor

Lmpara

Conductor

Lmpara

Interruptor

Pila

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5Despus de frotar el bolgrafo los trozos de papel son atrados por ste, lo que indicaque gracias al frotamiento se han desarrollado unas fuerzas debido a las cargaselctricas, que previamente no existan.

Para explicar el fenmeno de electrizacin observado en la experiencia 1.2 esnecesario comprender los cambios que se han podido producir en las partes mspequeas de la materia.

Los materiales estn compuestos bsicamente por molculas, siendo stas laspartculas ms pequeas que poseen todas las propiedades fsicas y qumicas delmaterial original. A su vez, estas molculas se componen de otras partculas mspequeas, llamadas tomos. As, por ejemplo la molcula de agua se compone de dostomos de hidrgeno y de uno de oxgeno, tal como indica su frmula qumica H2O.

El tomo es muy pequeo, del orden de una diez millonsima de milmetro. Estcompuesto de partes todava ms pequeas como son el ncleo y los electrones. Elncleo del tomo est formado por partculas elementales, tales como los protones yneutrones (Figura 1.11).

Los electrones giran a gran velocidad en rbitas alrededor del ncleo.

Figura 1.11

ncleo

electrn

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Experiencia 1.2

Consigue un bolgrafo de plstico y frtalo con un pao de lana. Seguidamente,acrcalo a unos pedacitos de papel Figura 1.10.

Figura 1.10

Bolgrafo

Atraccin

6Si fuera posible situar un electrn frente a un protn, se podra observar unfenmeno de atraccin. Al contrario, si enfrentamos dos electrones o dos protonesstos se repelen (Figura 1.12). Esto nos indica que tanto el electrn como el protnposeen una propiedad que se manifiesta en forma de fuerzas de atraccin y derepulsin, nos estamos refiriendo a la carga elctrica. Esta carga elctrica es dediferente signo para el electrn y para el protn:

El protn tiene carga elctrica positiva.

El electrn tiene carga elctrica negativa.

Figura 1.12

En un tomo, los protones se concentran en el ncleo junto a los neutrones y algunaspartculas atmicas. A pesar de que los protones posean carga positiva y que entre ellosexista una gran fuerza repulsiva, stos se mantienen confinados y muy prximos entres en el ncleo debido a las enormes fuerzas de carcter nuclear. Los neutrones noposeen carga elctrica y aportan masa al ncleo del tomo.

Los fenmenos que se dan en un tomo son comparables a los que se dan en elsistema solar. El planeta es el electrn y el sol es el ncleo. En un tomo los electronesgiran a gran velocidad dentro de sus respectivas rbitas alrededor del ncleo. La fuerzacentrfuga que stos desarrollan en su giro se ve compensada por la fuerza de atraccinque aparece entre los protones de carga positiva situados en el ncleo y dichoselectrones.

El electrn posee una masa muy pequea, entorno a algo ms de la milsima partede la masa de un protn. Adems, los electrones ms alejados del ncleo son atradoscon menor fuerza por el mismo, lo que hace posible su movilidad hacia otros tomos.

tomo con carga neutra: Un tomo en estado normal posee el mismo nmerode electrones que de protones. Esto hace que exista un equilibrio entre las fuerzasde carcter elctrico que se dan entre protones y neutrones, y por tanto dichotomo permanezca elctricamente neutro. As, por ejemplo, un tomo de litioposee 3 protones y 3 electrones: 3(+) + 3(-) = 0 (Figura 1.13).

tomo con carga positiva: Si por algn medio consiguisemos arrancarelectrones de las ltimas rbitas de los tomos, surgira un desequilibrio entre elnmero de cargas negativas y positivas, siendo mayores estas ltimas y

Cargas diferentes

Atraccin

Cargas iguales

Repulsin

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7confiriendo, por tanto, un carga positiva a dicho tomo. As, por ejemplo, al frotarcon un pao el litio, es posible que se arranque un electrn de su ltima rbita,quedando el tomo cargado positivamente por poseer un defecto de electrones:3(+) + 2(-) = 1(+) (Figura 1.14).

tomo con carga negativa: De la misma manera, si por algn procedimientoconseguimos agregar electrones a un tomo elctricamente neutro, este exceso deelectrones produce una carga negativa en el tomo. En el ejemplo del litio, alaadir un electrn en su ltima rbita da como resultado una carga negativa: 3(+)+ 4(-) = 1(-) (Figura 1.15).

Figura 1.13 Figura 1.14 Figura 1.15

Electricidad estticaAl frotar determinados materiales aislantes, stos pierden o ganan electrones, lo que

origina cargas elctricas estticas en dichos materiales. Este tipo de electricidad es elque se da, por ejemplo, en la experiencia 1.2 realizada anteriormente.

Al frotar el bolgrafo de plstico con el pao, se transfieren electrones de unelemento a otro, quedando el bolgrafo cargado elctricamente. Cuando acercamos elbolgrafo, cargado con electricidad esttica a los papelitos, los atrae como es propio delos cuerpos electrizados.

El tipo de carga (positiva o negativa) con la que se electrizan los materiales despusde haber sido frotados depende de los materiales que se empleen en el proceso. As,por ejemplo, si se frota una barra de vidrio con un pao de lana, los electrones setransfieren del vidrio hacia el pao, quedando electrizado el primero con carga positiva(Figura 1.16). Por otro lado, si lo que frotamos es una barra de ebonita con una piel deanimal, los electrones son transferidos de la piel a la ebonita, quedando esta ltimacargada negativamente (Figura 1.17).

electrn agregado

electrn arrancado

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8Figura 1.16

Figura 1.17

Qu ocurre si despus de frotar dos barras de vidrio se acercan?(Figura 1.18).

Qu ocurre si despus de frotar una barra de vidrio y una de ebonitase acercan? (Figura 1.19).

Figura 1.18 Figura 1.19

El causante en todo momento de la electrizacin de los cuerpos es el electrn, ya queposee carga y movilidad para poder desplazarse por los materiales. A partir de estosdos conceptos es posible que exista la electricidad.

ebonita

+

+

+

+

+

-----

vidrio

Atraccin

vidrio

+

+

+

+

+

+++++

vidrio

Repulsin

Barra de ebonita

Defecto de electronesExceso de

electrones

Barra de vidrio

Defecto de electrones

Exceso de electrones

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9Carga elctricaSe conoce como carga elctrica de un cuerpo al exceso o defecto de electrones que

ste posee:Carga negativa significa exceso de electronesCarga positiva significa defecto de electrones

La unidad de carga elctrica es el culombio.

1 Culombio equivale aproximadamente a un exceso o defecto de 6 trillones deelectrones (1 culombio = 6,3 1018 electrones).

Ejemplos1.1. Determinar la carga elctrica que tiene un barra de ebonita si una vez frotada

posee un exceso de 25,2 1018 electrones:

Movimiento de electronesSupongamos que cargamos elctricamente, por frotamiento, una bola de vidrio y otra

de ebonita y las disponemos tal como se indica en la Figura 1.20. Entre ellas apareceuna diferencia de carga elctrica. Si ahora unimos elctricamente las dos bolasmediante un conductor elctrico (Figura 1.21), los electrones en exceso de la bola deebonita cargada negativamente, sern atrados con fuerza por la carga positiva de labola de vidrio. Dado que existe un camino conductor por donde se pueden desplazarlos electrones de una bola a otra, aparece un movimiento de electrones por el mismohasta que las cargas queden compensadas, es decir, hasta que la diferencia de cargasdeje de existir.

Figura 1.20 Figura 1.21

Corriente elctrica

Movimiento de electrones

Vidrio

Diferencia de cargas

Ebonita

+++

+ +

+---

- -

-

Q = 25 2 106 3 10

418

18,

,

= culombios de carga negativa

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Al movimiento de electrones que se establece por el conductor elctrico se ledenomina corriente elctrica. Como se puede observar en la Figura 1.21 el sentido dela corriente elctrica lo establecen los electrones, es decir, del cuerpo donde hay excesode electrones hasta el cuerpo donde hay defecto de ellos (del negativo al positivo).

A la diferencia de cargas que establece entre los dos cuerpos cargadoselctricamente, y que es la causante del movimiento de electrones, se la conoce porotro nombre: tensin o diferencia de potencial.

El circuito elctricoEn la experiencia 1.1 construimos un sencillo circuito elctrico, vamos a estudiar

ahora las magnitudes bsicas y los fenmenos que se dan en l.

Las condiciones que se han de dar para que se forme un circuito elctrico bsicocomo el de la Figura 1.22 son:

Un GENERADOR que se encarga de generar una diferencia de cargas o tensinentre sus dos polos. En la experiencia 1.1 utilizamos como tal una pila de 4,5voltios de tensin.

Un CONDUCTOR que permita que fluyan los electrones de una parte a otra delcircuito. En la experiencia empleamos conductores de cobre.

Un RECEPTOR o aparato elctrico que aprovechando el movimiento deelectrones consigue transformar la energa elctrica en energa calorfica,luminosa, motriz, etc. En la experiencia usamos una lmpara de linterna.

Figura 1.22

Estudiaremos ahora detenidamente cmo fluye la corriente elctrica por el circuito(vase Figura 1.23). El generador (en este caso una pila) a costa de consumir algntipo de energa separa las cargas en el interior del generador gracias a la fuerzaelectromotriz (f.e.m.), tomando electrones de una placa y depositndolos en otra. Laplaca donde son arrancados los electrones queda, por tanto, cargada positivamente

Generador Receptor

Conductor

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(defecto de electrones), mientras que la placa donde se depositan se carga negati-vamente (exceso de electrones), formndose el polo positivo y negativo del generador.Ahora, entre dichos polos aparece una diferencia de cargas o tensin elctrica que haceque los electrones sean fuertemente atrados por el polo positivo. A travs delgenerador los electrones no pueden fluir de un polo a otro dado que la fuerzaelectromotriz es de un valor un poco ms alto que la fuerza provocada por la tensin.El nico camino posible por donde los electrones pueden moverse desde el polonegativo es por el conductor y atravesando el receptor hasta llegar al polo positivo. Laf.e.m. del generador se encarga de seguir separando las cargas continuamente y latensin en bornes de la pila de reponerlos a travs del receptor en un movimientocontinuo, completndose as lo que se conoce por circuito elctrico.

Figura 1.23

Una vez que ya sabemos lo que es un circuito elctrico, vamos a pasar a estudiardetenidamente, a lo largo de este curso de electricidad general, las partes que formandicho circuito. Comenzaremos con las formas de producir electricidad, es decir losdiferentes tipos de generadores, para seguir con el estudio de las magnitudes msfundamentales de un circuito y sus relaciones, as como el de los conductores yaislantes, elementos que producen calor, propiedades qumicas y magnticas de laelectricidad, pilas, acumuladores, lmparas y motores.

Formas de producir electricidadEl encargado de producir la electricidad es el generador, que aprovechando algn

fenmeno fsico es capaz de desarrollar una determinada fuerza electromotriz quesepara las cargas entre sus polos y crea una diferencia de potencial o tensin. Existenvarias formas de producir electricidad, de las cules se construyen los diferentes tiposde generadores:

Tensin

f.e.m.

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Produccin de electricidad por reaccin qumica: Las pilas y acumuladores songeneradores que, aprovechando la energa que se desarrolla en determinadasreacciones qumicas producen electricidad.

As, por ejemplo, podemos fabricar una pila sencilla con los elementos de la Figura1.24. Aqu introducimos una barra de cobre (Cu) y una barra de cinc (Zn) en unadisolucin de agua (H2O) con unas gotas de cido sulfrico (H2SO4). Los terminales deambas barras se conectan a un voltmetro.

Figura 1.24

El cido sulfrico disuelve las barra de cinc y de cobre, pasando sus tomos a ladisolucin. Por un lado, el cinc cede tomos a la disolucin, dejando acumulados grancantidad de sus electrones en la barra de cinc. Con la barra de cobre pasa algo similar,pero en ella se acumulan muchos menos electrones. El resultado es que la barra de cincse hace mucho ms negativa que la barra de cobre, apareciendo una diferencia decargas, o tensin elctrica entre las dos barras.

Mientras exista material activo en las barras para disolverse, esta pila elementalproducir fuerza electromotriz, teniendo que desecharla al agotarse dichos materiales.

Al contrario, los acumuladores elctricos, como los que constituyen las bateras delos automviles, se pueden recargar una vez agotados. Para ello basta con hacerle pasaruna corriente elctrica cuando est descargado. Esto se consigue conectndolo a unafuente de energa elctrica.

Las aplicaciones prcticas de las pilas y acumuladores son ya bastante conocidas portodos nosotros, destacamos algunas de ellas: alimentacin de aparatos porttiles,vehculos elctricos, automviles, instalaciones fotovoltaicas de energa solar,almacenamiento de energa elctrica de emergencia, etc.

Produccin de electricidad por presin. Existen ciertos materiales, como loscristales de cuarzo, que cuando son golpeados o presionados, entre sus caras apareceuna tensin elctrica (Figura 1.25). De alguna manera lo que ocurre es que al presionar

CincCobre

Disolucin de cido sulfrico

V

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el cristal los electrones salen desplazados de una de las caras a la otra, originando unadiferencia de cargas. Esta propiedad se le denomina piezoelectricidad.

Dado que la diferencia de potencial que aparece entre las caras de estos materiales esproporcional a la presin ejercida, es posible la construccin con ellos de agujas paratocadiscos, micrfonos piezoelctricos, etc.

Ciertos encendedores de cocina aprovechan el efecto piezoelctrico para sufuncionamiento. En estos casos, un percutor golpea con fuerza un cristal, lo queprovoca una fuerte diferencia de potencial entre sus caras (del orden de algunos milesde voltios). Al aplicar esta fuerte tensin entre dos electrodos, surge una chispaelctrica entre ellos.

Figura 1.25

Produccin de electricidad por accin de la luz. Mediante la clulas fotovoltaicas esposible transformar directamente la energa luminosa en energa elctrica.

La clula fotovoltaica se construye con materiales semiconductores sensibles a laluz. Al incidir la energa luminosa en estos semiconductores, se provoca el despren-dimiento de electrones en las ltimas rbitas de sus tomos, provocando una diferenciade cargas entre su caras (Figura 1.26).

Figura 1.26

Las aplicaciones de esta forma de producir electricidad son: generadores de energaelctrica para satlites espaciales y para suministro autnomo de energa en instala-ciones apartadas de la red elctrica.

Clula fotovoltica

V

Luz

Placa metlica

Presin VCristal

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Produccin de electricidad por accin del calor. Algunos cuerpos poseenpropiedades termoelctricas, con los cuales se pueden construir pares termoelctricos.stos constan de dos metales distintos y unidos, que al ser calentados, manifiestan unadiferencia de potencial entre sus extremos. Este fenmeno es debido a que, uno de losmetales desprende ms electrones que el otro por efecto del calor, generndose unapequea diferencia de cargas entre sus extremos que es proporcional a la temperaturade la unin.

La energa elctrica que se produce mediante este sistema es muy pequea. Me-diante este fenmeno se fabrican termopares para la construccin de termmetros(especialmente para medir temperaturas en hornos). (Figura 1.27).

Figura 1.27

Produccin de electricidad por accin magntica.Cuando se mueve un conductorelctrico (hilo metlico) en el seno de un campo magntico (imn o electroimn)aparece una corriente elctrica por dicho conductor. Lo mismo ocurre si se mueve elimn y se deja fijo el conductor(Figura 1.28).

En un generador elctrico se hacen mover bobinas en sentido giratorio en lasproximidades de campos magnticos producidos por imanes o electroimanes (Figura1.29). Se basa en el principio de Faraday, y de esta forma se produce la energa en lasgrandes centrales elctricas mediante los alternadores en forma de corriente alterna, oen otros casos con las dinamos en forma de corriente continua.

Figura 1.28 Figura 1.29

N

S

V

N S

constantan

mV

cobre

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Intensidad de la corriente elctricaLa intensidad de la corriente elctrica es la cantidad de electricidad que recorre un

circuito en la unidad de tiempo (Figura 1.31). Esta magnitud es comparable al caudalde agua que fluye por una tubera de agua (Figura 1.30).

Figura 1.30 Figura 1.31

La unidad de medida de la intensidad (smbolo I) de corriente elctrica es el amperio(A). De esta manera, cuando en un circuito se mueve una carga de un culombio en untiempo de un segundo, se dice que la corriente tiene una intensidad de un amperio.

Ejemplos1.2 Determinar la intensidad de corriente que se ha establecido por un conductor

elctrico si por l a fluido una carga de 4 culombios en un tiempo de 2

segundos.

Solucin:

Sentido real y convencional de la corrienteEn un circuito el sentido de la corriente elctrica lo determina el movimiento de

electrones, tal como se indica en la Figura 1.32. Sin embargo los antiguos cientficoscrean que la corriente elctrica flua del cuerpo cargado positivamente al cargado

I = Qt= =

4 2 C2 s A

1 11 Amperio Culombio Segundo=I =

Qt

Intensidad CulombiosSegundo=CaudalLitros

Segundo=

Conductor elctrico

Movimiento de electrones

Tubera de agua

Movimiento del agua

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negativamente. Este sentido, denominado convencional es el que ms se ha utilizadohasta ahora, dado que en l se fundamentan muchas reglas del electromagnetismo y deotras materias afines. Incluso, hoy en da se sigue utilizando en multitud de casos(Figura 1.33).

Figura 1.32 Figura 1.33

Movimiento de electrones en un circuito En un circuito elctrico, como el de la Figura 1.32, la intensidad de la corriente en

cualquier punto del mismo es igual. Es decir, existe el mismo flujo de electrones a lasalida del generador que a su entrada. Hay que pensar que, al igual que en una tuberaque est llena de agua a presin, un conductor elctrico est tambin lleno deelectrones libres dispuestos a moverse. En el momento que algunos se muevan,empujan al resto, establecindose un efecto de traslacin uniforme de electrones entodo el conductor. Este efecto de traslacin se comunica a la velocidad de 300.000Km/s.

Sin embargo, los electrones se mueven lentamente, dependiendo su velocidad de laintensidad de la corriente y de la seccin del conductor. Por lo general, esta velocidadest entorno a algunos milmetros por segundo. Aunque, al conectar, por ejemplo, unalmpara a una fuente de energa elctrica, se enciende prcticamente al instante, ya quetodos los electrones libres del conductor entran en movimiento a la vez.

Medida de la corriente elctricaPara medir la intensidad de la corriente elctrica utilizamos un aparato de medida

llamado ampermetro. Para medir el caudal de agua intercalamos en la tubera uncontador. De la misma manera, para medir la cantidad de cargas que se mueven por uncircuito por unidad de tiempo, el ampermetro deber estar intercalado en el conductor(Figura 1.34). Dado que la intensidad de la corriente es igual en todos los puntos delcircuito, es indiferente donde conectemos el ampermetro.

I

Sentido convencional de la corriente

I

Sentido real de la corriente

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Figura 1.34

A esta forma de conectar el ampermetro se le denomina en serie.

Gracias a la experiencia 1.3, habrs podido observar que el amperio no es unaunidad de medida adecuada, ya que resulta excesivamente grande para expresar elresultado. En estos casos se utilizan los submultiplos:

1 mA (miliamperio) = 1/1000 = 0,001= 10-3 A1 A (microamperio) = 1/1000000 = 0,000001 =10-6 A

Ampermetro

A

Contador de agua

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Experiencia 1.3

Toma un ampermetro (o en su defecto un polmetro) y mide la intensidad quefluye por una lmpara al ser conectada a una pila (Figura 1.35). Al hacer elmontaje cuida que el aparato de medida sirva para medir corriente continua, quelas polaridades sean las correctas y que la escala elegida sea la adecuada con lamagnitud a medir, ya que de otra manera podramos estropear el instrumentomedidor.

Figura 1.35

A

A

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Corriente continua ( C.C.)Corriente continua es la que proporcionan las bateras de acumuladores, pilas,

dinamos y clulas fotovoltaicas. Su smbolo de representacin es .

Una corriente continua se caracteriza porque los electrones libres siempre se muevenen el mismo sentido por el conductor y con una intensidad constante.

En el circuito de la Figura 1.36 la pila proporciona C.C. a la lmpara. El ampe-rmetro indicar siempre la misma corriente, por ejemplo 1 A. La aguja del aparato demedida se desviar siempre hacia la derecha de la escala. Si invirtisemos la polaridadde la pila, la aguja indicadora intentara desviarse hacia la izquierda.

En el grfico de la Figura 1.37 se ha representado la C.C. de 1 A. Observa como estevalor se mantiene invariable con el paso del tiempo.

Figura 1.36 Figura 1.37

Los usos que se hacen de la C.C. son muy variados: baos electrolticos,alimentacin de aparatos electrnicos, traccin elctrica (coches, tranvas, etc) yotras muchas.

Corriente alterna (C.A.)La corriente alterna es la que producen los alternadores en las centrales elctricas. Es

la forma ms comn de transportar la energa elctrica y de consumirla en nuestroshogares e industria en general. Su smbolo es ~.

Una corriente alterna se caracteriza porque el flujo de electrones se mueve por elconductor en un sentido y en otro, y adems el valor de la corriente elctrica esvariable. Se podra decir, que en este caso el generador produce peridicamentecambios en la polaridad de sus terminales de salida (Figura 1.38). Para entender estomejor, observa el grfico de la Figura 1.39. El eje de tiempos lo hemos puesto enmilisegundos, ya que los cambios de corriente son muy rpidos (para una C.A.industrial la seal representada en la Figura 1.39 se repite 50 veces en un segundo).

I(A)

t (s)1 2 3 4

1

2

AI = 1 A

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Figura 1.38 Figura 1.39

En un principio cabra pensar que veramos a la lmpara encenderse y apagarserpidamente, siguiendo los rpidos cambios de la corriente. Pero en la realidad nopodemos ver este fenmeno, ya que el ojo humano no es capaz de percibirlo.

Dado que la corriente alterna es ms fcil de producir, y que posee una serie decaractersticas que hacen ms fcil su transporte, su campo de aplicacin es muyamplio. Debido a la importancia que posee la C.A. nos dedicaremos a su estudio enprofundidad en el tomo 2 de este curso.

Tensin elctrica. Fuerza electromotrizComo ya hemos estudiado, en un circuito el generador es el encargado de crear la

diferencia de cargas. Para crear esta diferencia de cargas, el generador tiene quearrancar electrones del polo positivo y depositarlos en el polo negativo. Para realizaresta tarea el generador necesita desarrollar una energa: A la fuerza necesaria paratrasladar los electrones desde el polo positivo al negativo y as crear la diferencia decargas se le denomina fuerza electromotriz (f.e.m.).

Es la f.e.m. la que permite la circulacin de electrones; como su palabra indica:fuerza electro-motriz, que mueve los electrones.

A la diferencia de cargas se la llama de otra forma: diferencia de potencial o tensinelctrica (smbolo V), y su unidad de medida es el voltio (V). La f.e.m. de ungenerador se mide tambin en voltios.

1 milivoltio = 1 mV = 0,001 V1 Kilovoltio = 1 KV = 1000 V

Para comprender an mejor todas las magnitudes que aparecen en un circuitoelctrico, vamos a hacer una comparacin entre un circuito hidrulico y un circuitoelctrico (vase Figura 1.40).

I(A)

t (ms)

I

A

G~

I

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Figura 1.40

La bomba de agua eleva el agua del depsito A hasta el B, lo que crea unadiferencia de alturas entre ambos depsitos = El generador elctrico arranca loselectrones de la placa positiva y los deposita en la negativa, lo que crea unadiferencia de cargas o tensin entre los bornes de la lmpara.

El depsito B, al estar ms alto que el A, adquiere una energa potencial,pudiendo luego el agua descender hacia A y mover as el motor hidrulico = Eldefecto de cargas negativas del polo positivo atrae con fuerza a los electrones enexceso del polo negativo, a travs del circuito, producindose un movimiento deelectrones, o corriente elctrica por el filamento de la lmpara, que la hace lucir.

Medida de la tensinPara medir la tensin elctrica, se precisa un aparato de medida que sea capaz de

captar el desnivel elctrico o diferencia de cargas entre un punto y otro.

El voltmetro se conecta siempre entre los dos puntos entre los que se quieredeterminar la tensin.

Esta forma de conectar el voltmetro se denomina conexin en paralelo oderivacin (Figura 1.41).

Figura 1.41

V

Receptor

f.e.m.VTensin

ICorriente elctrica

Circuito elctrico

Corriente de agua

Motor hidrulico

bomba

A

h

B

Circuito hidrulico

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21 Editorial Paraninfo

Resmen de ConceptosLos efectos fundamentales que produce la corriente elctrica son: trmico,luminoso, qumico y magntico.

El causante en todo momento de la electrizacin de los cuerpos es elelectrn, ya que posee carga y movilidad para poder desplazarse por losmateriales. A partir de estos dos conceptos es posibles que exista laelectricidad.

Se conoce como carga elctrica de un cuerpo al exceso o defecto deelectrones que ste posee: Carga negativa significa exceso de electrones;Carga positiva significa defecto de electrones.

La unidad de carga elctrica es el culombio (1 culombio = 6,3 1018 electrones).Al movimiento de electrones que se establece por el conductor elctrico sele denomina corriente elctrica.

A la diferencia de cargas que establece entre los dos cuerpos cargadoselctricamente, y que es la causante del movimiento de electrones, se laconoce por otro nombre: tensin o diferencia de potencial. Su unidad demedida el voltio (V).

Al dispositivo que se encarga de separar las cargas y producir diferencia depotencial en el circuito se le conoce como generador.

La intensidad de la corriente elctrica es la cantidad de electricidad querecorre un circuito en la unidad de tiempo. Su unidad de medida es elamperio (A).

El voltmetro se conecta en paralelo, mientras que el ampermetro seconecta en serie.

Una corriente continua se caracteriza porque los electrones libres siemprese mueven en el mismo sentido por el conductor y con una intensidadconstante.

Una corriente alterna se caracteriza porque el flujo de electrones se muevepor el conductor en un sentido y en otro, y adems el valor de la corrienteelctrica es variable.

Experiencia 1.4

Toma un voltmetro (o en su defecto un polmetro) y mide latensin que aparece entre los polos de una pila (Figura 1.42). Dela misma manera que se hizo al medir la intensidad de la corriente,al hacer las conexiones cuida que el aparato de medida sirva paramedir corriente continua, que las polaridades sean las correctas yque la escala elegida sea la adecuada con la magnitud a medir.

Figura 1.42

V

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Actividades1.1. Qu ocurre si se acercan un elemento de ebonita y otro de vidrio una vez

frotados?

a. Se repelenb. Se atraenc. Se cargan de electricidad

1.2. Qu ocurre cuando se conectan por un conductor dos cuerpos cargados deelectricidad de diferente polaridad?

a. Se atraenb. Se repelenc. Aparece un flujo de electrones por el conductor hasta que se descargan

1.3. La electricidad existe gracias a que:

a. El electrn posee carga y movilidadb. El protn posee carga y movilidadc. Los electrones poseen carga positiva

1.4. El generador en un circuito elctrico:

a. Produce un consumo de energa elctricab. Es un elemento de control del circuitoc. Produce una diferencia de cargas entre sus polos e impulsa a moverse a

los electrones

1.5. Cul es el smbolo y la unidad de la tensin e intensidad de la corriente,respectivamente?

a. V (vatio), A (voltio)b. V (voltio), A (amperio)c. V (vatio), mA (miliamperio)

1.6. Calcula la intensidad de corriente que ha fluido por un conductor si, en 2minutos y 20 segundos, se han trasladado 18,9 1018 electrones.

Resultado: 21 mA

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LICENCIAS1. LA ELECTRICIDAD. CONCEPTOS GENERALES La energa elctricaEfectos de la electricidadLa electricidadElectricidad estticaCarga elctricaMovimiento de electronesEl circuito elctricoFormas de producir electricidadIntensidad de la corriente elctricaSentido real y convencional de la corrienteMovimiento de electrones en un circuitoMedida de la corriente elctricaCorriente continua ( C.C.)Corriente alterna (C.A.)Tensin elctrica. Fuerza electromotrizMedida de la tensin