Ing Electrica Trayecto 1 II trimestre



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Aldea Tamanaco.

PNF. ELECTRIAD

1er Trimestre

Tema: 1

Introducción a la Electricidad.

HISTORIA DE LA ELECTRICIDAD

Para poder comprender mejor la historia de la electricidad es necesario saber cómo fue descubierta por algunos científicos hace ya miles de años. A continuación, se hace una reseña histórica del origen de la electricidad.

Aparentemente la primera observación científica de los efectos eléctricos la realizó Tales de Mileto en año 600 antes de Cristo. Vio que las briznas de pasto seco se adherían a un trozo de ámbar cuando éste había sido frotado.

Mil años después, exactamente en 1.660, fue el médico y físico inglés William Gilbert quien estudió estos efectos, y tomando la palabra griega electrón, que significa ámbar, llamó a esas sustancias eléctricas.

Charles François de Cisternay du Fay: descubrió que dos bolas de corcho cargadas de la misma manera se repelían. Pero si cargaba cada una por medios diferentes, lograba que a veces se atrajeran.

Coulomb: inventó la balanza de torsión para medir la fuerza de atracción magnética y eléctrica.

Benjamín Franklin: propuso que no había dos tipos de fluidos, sino uno, el cual podía presentarse en exceso o en defecto. En esto se acercaba más du Fay a la verdad que Franklin. Pero rebautizó al fluido como "electricidad negativa" y "electricidad positiva".

Priestley: fue animado a dirigir experimentos sobre la nueva ciencia de la electricidad por el estadista y científico estadounidense Benjamín Fran klin, a quien conoció en Londres en 1.766. Priestley escribió al año siguiente Historia de la electricidad.

Luigi Galváni: un anatomista italiano, observó por primera vez que una descarga eléctrica sobre las patas de una rana muerta producía contracciones de los músculos afectados. Pero las contracciones proseguían aun cuando no había descarga. Una inspección posterior lo llevó a ver que la estimulación se producía cuando el músculo tocaba simultáneamente e dos metales distintos.

Galváni: creyó que la electricidad así producida se generaba en el músculo.

Alessandro G. Volta: después pasar veinte años en 1.800, supuso lo contrario, es decir que era el contacto entre metales distintos lo que generaba la electricidad.

André Marie Ampère: demostró que un solenoide (cable enrollado en forma de resorte) aumentaba considerablemente el campo magnético generado, en proporción directa con la cantidad de vueltas que se le diera al cable. Bueno todo es mejorable, y la primera pila de Volta fue perfeccionándose.

John Daniell: (británico) en 1.836 fue quien mejoro la pila dándole mayor estabilidad y duración.

Georg Simón Ohm: definió la resistencia eléctrica y propuso la ley que lleva su nombre: Ley de Ohm.

Samuel Morse: artista e inventor estadounidense conocido por haber inventado el telégrafo eléctrico y el código Morse.

Faraday: desarrolla el transformador y el generador eléctrico.

Joseph Henry: crea el motor eléctrico y desarrolla un electroimán que levanta una tonelada de hierro.

Charles Wheatstone: patentó el primer telégrafo eléctrico británico. El instrumento eléctrico conocido como puente de Wheatstone, aunque fue inventado por Samuel Hunter Christie, lleva su nombre porque fue Wheatstone el primero en aplicarlo para la medición de resistencias de los circuitos eléctricos.

James Prescott Joule: Investigo sobre el calor desprendido en un circuito eléctrico, formuló la ley actualmente conocida como ley de Joule.

Maxwell: amplió la investigación de Michael Faraday sobre los campos electromagnéticos, demostrando la relación matemática entre los campos eléctricos y magnéticos.

Foucault: fue uno de los primeros en mostrar la existencia de corrientes generadas por los campos magnéticos (corrientes de Foucault).

Kirchhoff: dirigió importantes investigaciones sobre la transferencia de calor y también expuso dos reglas, actualmente conocidas como leyes de Kirchhoff, con respecto a la distribución de corriente en circuitos eléctricos.

George Westinghouse: impulsó por primera vez la utilización de la energía de corriente alterna en Estados Unidos. Obtuvo más de 400 patentes, muchas de ellas por maquinaria de corriente alterna.

Alexander Graham Bell: inventor de origen inglés, debe su fama al invento del teléfono.

Thomas Alva Edison: inventor estadounidense cuyo desarrollo de una práctica bombilla o foco eléctrico, un sistema generador de electricidad, un aparato para grabar sonidos y un proyector de películas, ha tenido profundos efectos en la configuración de la sociedad moderna.

William Sturgeon: aprovechando el efecto de los solenoides, inventó el electroimán. El primero de ellos pudo levantar un peso de 4 Kg.

Faraday: desarrolla el transformador y el generador eléctrico.

Joseph Henry: crea el motor eléctrico y desarrolla un electroimán que levanta una tonelada de hierro.

Nikola Tesla: desarrolla un motor que podía funcionar con corriente alterna y ya no con continua.

La electricidad se ha convertido en el tipo de energía que tiene el más amplio consumo en el mundo ya que se puede transportar, regular y controlar con más facilidad que cualquier otra forma de energía y además sus aplicaciones son múltiples y variadas. La energía eléctrica ha llegado a ser tan indispensable que tiene influencia directa en la vida moderna. Sin la ayuda de la electricidad se puede decir que la vida sería casi imposible, no en las ciudades grandes, sino también en comunidades más pequeñas porque sus habitantes necesitan electricidad para la iluminación, el transporte, el trabajo, en el hogar, etc.

ELECTRICIDAD

ELECTRICIDAD ESTÁTICA:

Es la acumulación de un exceso de carga eléctrica en una zona con poca conductividad eléctrica, un aislante, de manera que la acumulación de carga persiste. Los efectos de la electricidad estática son familiares para la mayoría de las personas porque pueden ver, notar e incluso llegar a sentir las chispas de las descargas que se producen cuando el exceso de carga del objeto cargado se pone cerca de un buen conductor eléctrico (como un conductor conectado a una toma de tierra) u otro objeto con un exceso de carga pero con la polaridad opuesta. La electricidad estática es la que carece de movimiento y se encuentra “en reposo” en un lugar determinado, como en el caso de la electricidad por frotamiento, donde la bolita del péndulo se carga de electricidad que no se desplaza.

Descarga Electrostática: La chispa asociada a la electricidad estática está causada por la descarga electrostática que se produce cuando el exceso de carga es neutralizado por un flujo de cargas desde el entorno al objeto cargado o desde éste hacia su entorno. En general, una acumulación significativa de cargas sólo puede ser persistente en zonas de baja conductividad eléctrica, en un entorno donde muy pocas cargas se pueden mover libremente. El flujo de las cargas neutralizadoras se genera a menudo a partir de átomos y moléculas neutras del aire que son separados para formar cargas positivas y negativas, entonces se mueven en direcciones opuestas como una corriente eléctrica, neutralizando la acumulación original de cargas. El aire se rompe de esta manera alrededor de unos 30.000 voltios por centímetro, este valor depende de la humedad. La descarga calienta el aire de alrededor y produce una chispa brillante, también provoca una onda de choque que es la causante del sonido que se puede llegar a escuchar. El choque eléctrico que notamos cuando recibimos una descarga electrostática se debe a la estimulación de los nervios cuando la corriente neutralizadora fluye a través del cuerpo humano. Gracias a la presencia de agua que hay en todo el mundo y que se mueve, las acumulaciones de carga no llegan a ser lo suficientemente importantes como para causar corrientes peligrosas. Una persona que camina sobre una alfombra puede fácilmente cargarse hasta de 5.000 voltios y producir una descarga de pulsación de 30 amperios en un circuito electrónico sensible.http://www.cmfitzroy.com.ar/castellano/0600_newsletter/images/cmifr_news_201102_descargaselectricas_b.jpg

El Rayo: Es una descarga electrostática natural. Es un ejemplo de una descarga electrostática que se puede observar en la naturaleza. Aunque los detalles no están del todo claros, se considera que la separación de las cargas está relacionada con el contacto que se produce entre las partículas de hielo que forman las nubes de tormenta. Pero sea cual sea la causa, el rayo resultante no es otra cosa que una versión a gran escala de las chispas que podemos observar en las descargas electrostáticas domésticas. La emisión de luz por la descarga calienta el aire que hay alrededor del canal que sigue la corriente eléctrica y lo hace hasta una temperatura que produce luz por incandescencia. El sonido del trueno es el resultado de la onda de choque que se crea por la rápida expansión del aire sobre calentado.

Peligros de las Descargas Electrostáticas: A pesar de su naturaleza, aparentemente inocua, según nuestra experiencia en la vida diaria, la electricidad estática puede tener efectos peligrosos no despreciables en situaciones en las que la acumulación de cargas se produce en presencia de materiales o dispositivos sensibles. En los componentes electrónicos, en especial los dispositivos semiconductores, son extremadamente sensibles a la presencia de la electricidad estática y pueden ser dañados por una descarga electrostática. También en la industria química las descargas electrostáticas pueden resultar muy peligrosas en lugares donde se trata con sustancias inflamables. Una pequeña chispa es capaz de iniciar la ignición de mezclas explosivas con consecuencias devastadoras. Es el caso de las fábricas que trabajan con sustancias en polvo en presencia de materiales combustibles o explosivos. Hasta en las exploraciones del espacio hay peligro de Descargas Electroestática debido a la humedad extremadamente baja que hay en el medio extraterrestre, es posible que se produzcan grandes acumulaciones de cargas estáticas que son un peligro importante para los dispositivos electrónicos que se utilizan en los vehículos espaciales. También representa un riesgo para los astronautas, el hecho de caminar sobre un terreno tan seco, como lo es el de la Luna o el de Marte, provoca la acumulación de una cantidad significativa de cargas eléctricas que puede provocar descargas electrostáticas capaces de dañar los aparatos electrónicos. En las Operaciones de repostaje si se produce una descarga electrostática en presencia de combustible y su voltaje es suficientemente grande, puede provocar la ignición de los vapores que se desprenden del combustible. Este es un peligro presente en las estaciones de servicio y es una de las razones por las que es aconsejado parar el motor mientras se carga el vehículo con gasolina. Este peligro también está presente en los aeropuertos, durante las operaciones de repostaje de los aviones.

Causas de la Electricidad Estática: Los materiales con los que tratamos en nuestra vida diaria están formados por átomos y moléculas que son eléctricamente neutros porque tienen el mismo número de cargas positivas (protones en el núcleo) que de cargas negativas (electrones alrededor del núcleo). El fenómeno de la electricidad estática requiere de una separación sostenida entre las cargas positivas y negativas, a continuación, se muestran las principales causas para que esto sea posible.

INDUCCIÓN A LA SEPARACIÓN DE CARGA ELÉCTRICA.

(OBTENCIÓN DE ELECTRICIDAD).

INDUCCION: Se trata de un término que se encuentra conformado por tres componentes latinos: el prefijo “in- “, que es sinónimo de “hacia dentro”; el verbo “ducere”, que puede traducirse como “conducir”; y finalmente el sufijo “- cion”, que es equivalente a “acción y efecto”.

Para obtener la electricidad existen varias formas de energizar: frotamiento, acción química, magnetismo, presión, calor y luz.

Obtención por Frotamiento: La electricidad por frotamiento se obtiene al frotar con un paño de lana una barra de ebonita y otra de vidrio. La primera barra tiene la propiedad de atraer cuerpos livianos, mientras que la segunda no; de esta manera se demuestra que la electricidad producida al frotar ambas barras es diferente. La barra de ebonita se carga negativamente y la barra de vidrio positivamente. Cuando la barra de ebonita se frota con la lana, la ebonita se electriza positivamente, hay un desplazamiento de electrones de los átomos del paño a los átomos de la ebonita. Si se frota con la lana de vidrio, sucede todo lo contrario.

Esquema funcional de una pila eléctrica.

Obtención por Acción Química: Es la obsesión de electricidad mediante una reacción química de un ácido con diferentes elementos como: el carbón, el zinc etc. Y otros componentes alcalinos.

  1. Pila voltaica (Pila eléctrica):

Se denomina ordinariamente pila eléctrica a un dispositivo que genera energía eléctrica por un proceso químico transitorio, tras de lo cual cesa su actividad y han de renovarse sus elementos constituyentes, puesto que sus características resultan alteradas durante el mismo. Se trata de un generador primario. Esta energía resulta accesible mediante dos terminales que tiene la pila, llamados polos, electrodos o bornes. Uno de ellos es el polo negativo o cátodo y el otro es e

l polo positivo o ánodo. En español es habitual llamarla así, mientras que las pilas recargables o acumuladores, se ha venido llamando batería.

La primera pila eléctrica fue dada a conocer al mundo por Volta en 1800, mediante una carta que envió al presidente de la Royal Society londinense, por tanto son elementos provenientes de los primeros tiempos de la electricidad. Aunque la apariencia de una pila sea simple, la explicación de su funcionamiento dista de serlo y motivó una gran actividad científica en los siglos XIX y XX, así como diversas teorías, y la demanda creciente que tiene este producto en el mercado sigue haciendo de él objeto de investigación intensa.

El funcionamiento de una pila se basa en el potencial de contacto entre dos sustancias, mediado por un electrolito. Cuando se necesita una corriente mayor que la que puede suministrar un elemento único, siendo su tensión en cambio la adecuada, se pueden añadir otros elementos en la conexión llamada en paralelo y conexión en serie si lo que quiere aumentar la potencia aumentando el voltaje. La capacidad total de una pila se mide en amperios-hora (A•h); es el número máximo de amperios que el elemento puede suministrar en una hora. Es un valor que no suele conocerse, ya que no es muy claro dado que depende de la intensidad solicitada y la temperatura.

  1. Evolución de la Pila: Un importante avance en la calidad de las pilas ha sido la pila denominada seca, al que pertenecen prácticamente todas las utilizadas hoy día. Las pilas eléctricas, baterías y acumuladores se presentan en unas cuantas formas normalizadas en función de su forma, tensión y capacidad que tengan.

  2. Advertencia sobre el uso de la Pilalos metales y productos químicos constituyentes de las pilas pueden resultar perjudiciales para el medio ambiente, produciendo contaminación química. Es muy importante no tirarlas a la basura (en algunos países no está permitido), sino llevarlas a centros de reciclado. En algunos países, la mayoría de los proveedores y tiendas especializadas también se hacen cargo de las pilas gastadas. Una vez que la envoltura metálica que recubre las pilas se daña, las sustancias químicas que contienen se ven liberadas al medio ambiente causando contaminación. Con mayor o menor grado, las sustancias son absorbidas por la tierra pudiéndose filtrar hacia los mantos acuíferos y de éstos pueden pasar directamente a los seres vivos, entrando con esto en la cadena alimenticia. Las pilas son residuos peligrosos por lo que desde el momento en que se empiezan a reunir, deben ser manejadas por personal capacitado que siga las precauciones adecuadas empleando todos los procedimientos técnicos y legales para el manejo de dichos residuos.

  3. Uso de la Pila: Estas pilas suelen utilizarse en los aparatos eléctricos portátiles, que son una gran cantidad de dispositivos que se han inventado y que se nutren para su funcionamiento de la energía facilitada por una o varias pilas eléctricas o de baterías recargables. Entre los dispositivos de uso masivo destacan juguetes, linternas, relojes, teléfonos móviles, marcapasos, audífonos, calculadoras, ordenadores personales portátiles, reproductores de música, radio transistores, mando a distancia, etc.

  4. Pila de combustible (Pila de hidrógeno):Una celda, célula o pila de combustible es un dispositivo electroquímico de generación de electricidad similar a una batería, que se diferencia de esta es en estar diseñada para permitir el reabastecimiento continuo de los reactivos consumidos. Esto permite producir electricidad a partir de una fuente externa de combustible y de oxígeno, en contraposición a la capacidad limitada de almacenamiento de energía de una batería. Además, la composición química de los electrodos de una batería cambia según el estado de carga, mientras que en una celda de combustible los electrodos funcionan por la acción de catalizadores, por lo que son mucho más estables.http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/22/fuel_cell_nasa_p48600ac.jpg/250px-fuel_cell_nasa_p48600ac.jpg

En las celdas de hidrógeno los reactivos usados son hidrógeno en el ánodo y oxígeno en el cátodo. Se puede obtener un suministro continuo de hidrógeno a partir de la electrólisis del agua, lo que requiere una fuente primaria de generación de electricidad, o a partir de reacciones catalíticas que desprenden hidrógeno de hidrocarburos. El hidrógeno puede almacenarse, lo que permitiría el uso de fuentes discontinuas de energía como la solar y la eólica. El hidrógeno gaseoso (H2) es altamente inflamable y explosivo, por lo que se están desarrollando métodos de almacenamiento en matrices porosas de diversos materiales.

Obtención de Electricidad por Magnetismo: La electricidad por magnetismo se obtiene mediante cuerpos conductores colocados en la proximidad de imanes que modifican su estado magnético. El magnetismo produce electricidad si se somete una bobina a la acción de un campo magnético variable, así por ejemplo si se desplaza en su interior un imán permanente se logra inducir la corriente eléctrica. Desde que Nikola Tesla descubrió la corriente alterna y la forma de producirla en los alternadores, se ha llevado a cabo una inmensa actividad tecnológica para llevar la energía eléctrica a todos los lugares habitados del mundo, por lo que, junto a la construcción de grandes y variadas centrales eléctricas, se han construido sofisticadas redes de transporte y sistemas de distribución. Sin embargo, el aprovechamiento ha sido y sigue siendo muy desigual en todo el planeta. Así, los países industrializados o del Primer mundo son grandes consumidores de energía eléctrica, mientras que los países del llamado Tercer mundo apenas disfrutan de sus ventajas. La demanda de energía eléctrica de una ciudad, región o país tiene una variación a lo largo del día. Esta variación es función de muchos factores, entre los que destacan: tipos de industrias existentes en la zona y turnos que realizan en su producción, climatología extrema de frío o calor, tipo de electrodomésticos que se utilizan más frecuentemente, tipo de calentador de agua que haya instalado en los hogares, la estación del año y la hora del día en que se considera la demanda. La generación de energía eléctrica debe seguir la curva de demanda y, a medida que aumenta la potencia demandada, se debe incrementar la potencia suministrada. Esto conlleva el tener que iniciar la generación con unidades adicionales, ubicadas en la misma central o en centrales reservadas para estos períodos. En general los sistemas de generación se diferencian por el periodo del ciclo en el que está planificado que sean utilizados; se consideran de base la nuclear y la eólica, de valle la termoeléctrica de combustibles fósiles, y de pico la hidroeléctrica principalmente (los combustibles fósiles y la hidroeléctrica también pueden usarse como base si es necesario).Dependiendo de la fuente primaria de energía utilizada, las centrales generadoras se clasifican en químicas cuando se utilizan plantas de radioactividad, que generan energía eléctrica con el contacto de esta, termoeléctricas (de carbón, petróleo, gas, nucleares y solares termoeléctricas), hidroeléctricas (aprovechando las corrientes de los ríos o del mar: mareomotrices), eólicas y solares fotovoltaicas. La mayor parte de la energía eléctrica generada a nivel mundial proviene de los dos primeros tipos de centrales reseñados. Todas estas centrales, excepto las fotovoltaicas, tienen en común el elemento generador, constituido por un alternador de corriente, movido mediante una turbina que será distinta dependiendo del tipo de energía primaria utilizada.

Por otro lado, un 64% de los directivos de las principales empresas eléctricas consideran que en el horizonte de 2018 existirán tecnologías limpias, WN, accesibles y renovables de generación local, lo que obligará a las grandes corporaciones del sector a un cambio de mentalidad

Obtención de Electricidad por Presión: La electricidad por presión se obtiene cuando ciertos materiales como: el cuarzo o la turmalina se comprimen. Si se ejerce una presión perpendicular al plano de las caras de una lámina de cuarzo especialmente tallada, resulta que una de las caras se electriza positivamente y la otra negativamente.

Obtención de Electricidad por Calor: La electricidad por calor se obtiene calentando conjuntamente dos metales diferentes. Si se une un alambre de cobre con otro de hierro o una lámina de los mismos y se calientan, entonces se produce una carga eléctrica.

Obtención de Electricidad por la Luz: La electricidad por acción dela luz se obtiene por la presencia directa de los rayos luminosos sobre ciertos mátales raros y metaloides. La acción de la luz sobre el selenio produce una carga eléctrica debido a que se desplazan los electrones libres de la superficie del metaloide.

ELECTRICIDAD DINÁMICA.

La electricidad dinámica es la que posee movimiento, es decir, es la corriente eléctrica. Este tipo de electricidad es producida por los generadores, los conductores por donde se desplaza que se llaman líneas y la carga que es la que realiza el trabajo.

Corriente Eléctrica: La corriente eléctrica es el movimiento ordenado de cargas cuando se cierra el circuito eléctrico, el exceso de electrones que hay en el polo negativo de la fuente de tensión trata de compensarse dirigiéndose al polo positivo. La corriente eléctrica como hemos visto, es el movimiento de electrones a través de un conductor que va desde el polo negativo al polo positivo de una fuente de voltaje. Los primeros científicos que estudiaron la electricidad pensaron que lo que se trasladaba no eran los electrones (cargas negativas), si no los protones (cargas positivas), y por esta razón creyeron que el sentido de la corriente era del polo positivo al negativo. Como conclusión cabe destacar que existen dos sentidos diferentes de corriente: Partiendo del polo positivo hacia el negativo, que es el sentido convencional de la corriente y partiendo del polo negativo hacia el positivo, que es el sentido real de la corriente. Ambos sentidos se dan como válidos, aunque se debe saber que el real es el sentido electrónico (del polo negativo al positivo).

El símbolo de la magnitud llamada Intensidad de corriente es I, y su unidad de medida es el Amperio(A). Ejemplo: I = 10 A.

Corrientes usuales: en telecomunicaciones es de aproximadamente 1 mA a 10 A; aparatos electrodomésticos y de taller, es de unos 10A a 50A.

Formas de expresar la magnitud:

Corriente ≈ (Modo convencional)

Amperaje ≈ (Modo incorrecto)

Intensidad ≈ (Modo correcto)

Tipos de Corrientes: Existen dos tipos de corriente eléctrica, que es la corriente continua (CC) o directa (CD) y la corriente alterna (CA)

LA CORRIENTE CONTINUA: es una corriente de portadores de carga de intensidad y sentido constantes. Por ejemplo, la corriente de electrones que proporciona una pila o una batería es una corriente continua y en otros casos existen los rectificadores de corriente alterna que no es más que transformar la corriente alterna (CA) en corriente continua (CC).http://www.portaleso.com/usuarios/toni/web_magnetismo_3/imagenes/corriente_continua.jpg

Conversión de corriente alterna en continua: Muchos aparatos necesitan corriente continua para funcionar, sobre todos los que llevan electrónica (equipos audiovisuales, ordenadores, etc.). Para ello se utilizan fuentes de alimentación que rectifican y convierten la tensión a una adecuada. Este proceso de rectificación, se realizaba antiguamente mediante dispositivos llamados rectificadores, basados en el empleo de tubos de vacío y actualmente, de forma casi general incluso en usos de alta potencia, mediante diodos semiconductores o tiristores.

Polaridad de la Corriente Continua: Generalmente los aparatos de corriente continua no suelen incorporar protecciones frente a un eventual cambio de polaridad, lo que puede acarrear daños irreversibles en el aparato. Para evitarlo, y dado que la causa del problema es la colocación inadecuada de las baterías, es común que los aparatos incorporen un diagrama que muestre cómo deben colocarse; así mismo, los contactos se distinguen empleándose convencionalmente un muelle metálico para el polo negativo y una placa para el polo positivo. En los aparatos con baterías recargables, el transformador - rectificador tiene una salida tal que la conexión con el aparato sólo puede hacerse de una manera, impidiendo así la inversión de la polaridad. En la norma sistemática europea el color negro corresponde al negativo y el rojo al positivo. En los casos de instalaciones de gran envergadura, tipo centrales telefónicas y otros equipos de telecomunicación, donde existe una distribución centralizada de corriente continua para toda la sala de equipos se emplean elementos de conexión y protección adecuados para evitar la conexión errónea de polaridad.

LA CORRIENTE ALTERNA: es aquella cuyo sentido vario periódicamente, es decir, que la dirección de intensidad cambia constantemente, como ocurre en la corriente utiliza para el uso doméstico. La corriente alterna es una corriente de portadores de carga cuyo sentido e intensidad cambian de modo periódico. Un generador de alterna impulsa una corriente de electrones a través del conductor, dicha corriente cambia de magnitud y sentido invirtiéndose de modo regular (periódico), es decir, que oscila en forma permanente. Al número de oscilaciones por segundo se le llama frecuencia y su unidad es el Hertz (Hz). La frecuencia normalizada en Venezuela es 60 Hz y en algunos países es de 50 Hz.

La electricidad solo es perceptible por sus efectos: En el horno eléctrico, la energía eléctrica se transforma en calor; en un bombillo se transforma en luz y calor. El motor eléctrico realiza un trabajo mecánico, el electroimán en efectos magnéticos.

Las denominaciones de Tensión, Intensidad, Resistencia y Conductor se deducen por analogía mecánica: Una bomba hidráulica crea al aportar energía, una diferencia de presión o tensión entre el lado de entrada y el de salida, que provoca una corriente hidrodinámica a través del tubo conductor. Este es portador de una energía mecánica y puede impulsar un motor hidráulico. El generador eléctrico, al aportar energía crea una tensión eléctrica o diferencia de potencial entre sus bornes, que provoca una intensidad o corriente de electrones a través del conductor. Este es portador de una energía eléctrica y puede impulsar un motor eléctrico. Tanto la corriente hidrodinámica como la corriente eléctrica experimentan una resistencia en las conducciones que origina pérdidas energéticas.

Tensión Eléctrica: Se tiene una tensión eléctrica cuando entre dos polos existe una diferencia de carga eléctrica. Se produce una tensión si se separa los portadores de carga positivos y negativos. En un generador mediante un movimiento giratorio de una espira de cobre en un campo magnético, se extraen los electrones de un extremo del arrollamiento (donde se produce un déficit de electrones) y se acumulan en el otro extremo (donde hay un excedente de electrones). El borne con déficit de electrones es el polo positivo (polo +) de la fuente de tensión; la que tiene excedente de electrones es el polo negativo (polo -). El símbolo de la magnitud llamada tensión es V, y su unidad es el voltio (V).

Ejemplo: V = 120 V

Tensiones usuales: tensión de baterías portátiles, de 1.5 V a 12 V; tensiones residenciales, de 110 V a 220V; tensiones industriales de 440V a 13.800 V; tensiones de transmisión, de 400.000 V a 800.000V.

Formas de expresar la magnitud:

Fuerza electromotriz ≈ (Uso poco frecuente)

Voltaje ≈ (Modo incorrecto)

Tensión ≈ (Modo correcto)

RESISTENCIA ELÉCTRICA.

Se denomina resistencia a la dificultad que presenta un material al paso de la corriente eléctrica. Un material será más resistente que otro cuando existiendo una diferencia de potencial igual entre los extremos de los dos materiales en uno habrá más corriente eléctrica que lo atraviese que el otro.

Dicha dificultad responde a que los núcleos de los átomos del material resistente atraen a los electrones que se desplazan a través suyo. Como cada material tiene distintas características R = atómicas. Tienen también resistividades diferentes. Debemos tener claro que al hablar de resistencia de materiales se habla de resistividad, y es porque la resistencia de un material no solo depende de la resistencia de 1mm2 de sección (esta puede ser mayor que 1 mm2), sino que además depende de la longitud. La resistividad se representa por ρ. La resistencia(R) de un material depende directamente de su resistividad ρ y de su longitud (l), e inversamente proporcional a su sección. Viene determinada por la fórmula:

Siendo:



R: resistencia (Ω)

ρ: resistividad (mm2/m)

: Longitud (m)

: Sección transversal (área) (mm)

El símbolo de la magnitud que mide la resistencia eléctrica es R, y su unidad es el Ohmio (Ω, omega). Ejemplo: R = 1.000 Ω

Resistividad de algunos materiales en: ρ Ω.mm2/m:

COBRE 1,7.10-6

PLATA 1,5.10-6

ALUMINIO 2,6.10-6

ESTAÑO 130.10-6

NICROMO 100.10-6

Ejemplo 1.1. Calcúlese la resistencia de un alambre cuya longitud es de 10 m, con un área de sección transversal de 0.1cm2si el material del alambre es de a) cobre y b) nicromo.

Solución con la información de la tabla 1.2, sabemos que, para el caso del cobre, ρ=1,7.10-6, y para el caso del nicromo, ρ=100.10-6. Ya que 1 m= 100cm, L=10 x 100 cm =1000 cm. La sustitución de los valores dados en la ecuación.

Rcobre =1,7.10-6 Ω.cm x (1000cm) / (0,1cm2) = 1,7.10-2 Ω

Rnicro = 100.10-6 x 1000/0,1 = 1 Ω

Resistencias usuales: lámparas y aparatos electrodomésticos de unos 10 Ω a 1.000Ω; impedancia de los aparatos electrónicos, hasta 1.000M Ω; acometidas cortas, de aproximadamente 1µ Ω a 100mΩ.

Formas de expresar la magnitud:

Resistencia (Modo correcto)

Ohmiaje (Modo incorrecto)

Resistencia de un Conductorhttp://www.tuveras.com/electrotecnia/resistividad/imagresisti.gif








Resistencia de un Conductor:

Cálculo de la Resistencia para Otra Temperatura:

R = Resistencia (W)

r = Resistividad (W·mm2/m)

L = Longitud del conductor (m)

S = Sección transversal del conductor (mm2)

Rt = R0 ·[1+α·(t-20)]

Rt = Resistencia a temperatura t

R0 = Resistencia a la temperatura de referencia de 20 ºC

α = Coeficiente de temperatura a 20 ºC

Δt = t - 20 = Elevación de temperatura en ºC








TABLA DE RESISTIVIDADES DE ALGUNOS MATERIALES.

Material

Resistividad (en 20 °C-25 °C) (Ω·m)

Plata

1,59 x 10-8

Cobre

1,71 x 10-8

Oro

2,35 x 10-8

Aluminio

2,82 x 10-8

Wolframio

5,65 x 10-8

Níquel

6,40 x 10-8

Hierro

9,71 x 10-8

Platino

10,60 x 10-8

Estaño

11,50 x 10-8

Acero inoxidable 301

72,00 x 10-8

Grafito13

60,00 x 10-8

TABLA DE RESISTIVIDADES DE ALGUNOS MATERIALES CON VARIACION DE TEMPERATURA.

Material

 º (m)

20 ºC [ mm2/m]

Coeficiente  a 20 ºC (1/ºC)

  Plata

1,6 x 10-8

0,016

3,8 x 10-3

  Cobre

1,7 x 10-8

0,017

3,9 x 10-3

  Aluminio

2,8 x 10-8

0,028

3,9 x 10-3

  Hierro dulce

7,8 x 10-8

0,078

5,0 x 10-3

  Plomo

22 x 10-8

0,220

4,3 x 10-3

  Wolframio, Tungsteno

5,5 x 10-8

0,055

0,5 x 10-3

 

 

TABLA DE CONDUCTIVILIDAD DE ALGUNOS MATERIALES CON VARIACION DE TEMPERATURA.



 Conductividad m/ohmios·mm2): valores de uso frecuente

Temperatura

20 ºC

40 ºC

70 ºC)

90 ºC

Cu

56

52

47

44

Al

35

32

29

27

 

LOS CONDUCTORES.

Son sustancias que conducen bien la corriente eléctrica. Entre ellos están todos metales. Conducen mejor cuantos más electrones libres se tenga por cm3. Los no conductores (aislantes) como el plástico, el vidrio, las cerámicas, son sustancias que no conducen prácticamente la corriente eléctrica. Los semiconductores, como, por ejemplo, el silicio, el selenio, el germanio, tienen una capacidad de conducción mucho menor que los conductores, pero mayor que los no conductores (aislantes).

Un conductor eléctrico es un material que ofrece poca resistencia al movimiento de carga eléctrica.

Los mejores conductores eléctricos son metales, como el cobre, el oro, el hierro y el aluminio, y sus aleaciones, aunque existen otros materiales no metálicos que también poseen la propiedad de conducir la electricidad, como el grafito o las disoluciones y soluciones salinas (por ejemplo, el agua de mar) o cualquier material en estado de plasma.

Para el transporte de energía eléctrica, así como para cualquier instalación de uso doméstico o industrial, el mejor conductor es la plata, pero debido a su elevado precio, los materiales empleados habitualmente son el cobre (en forma de cables de uno o varios hilos), o el aluminio; metal que si bien tiene una conductividad eléctrica del orden del 60% de la del cobre, es sin embargo un material tres veces más ligero, por lo que su empleo está más indicado en líneas aéreas de transmisión de energía eléctrica en las redes de alta tensión. A diferencia de lo que mucha gente cree, el oro es levemente peor conductor que el cobre, sin embargo, se utiliza en bornes de baterías y conectores eléctricos debido a su durabilidad y “resistencia” a la corrosión.

La conductividad eléctrica del cobre puro fue adoptada por la Comisión Electrotécnica Internacional en 1913 como la referencia estándar para esta magnitud, estableciendo el International Annealed Copper Standard (Estándar Internacional del Cobre Recocido) o IACS. Según esta definición, la conductividad del cobre recocido medida a 20 °C es igual a 58.0 MS/m. A este valor es a lo que se llama 100% IACS y la conductividad del resto de los materiales se expresa como un cierto porcentaje de IACS. La mayoría de los metales tienen valores de conductividad inferiores a 100% IACS, pero existen excepciones como la plata o los cobres especiales de muy alta conductividad designados C-103 y C-110.3


Prof. Nicolás España. Marzo, 2013. Página:


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