06-07 tema 2 - 4º eso - repaso de electricidad

I.E.S. “SAN ISIDRO” Curso 2006/2007

Dpto. de Tecnología. 4º de E.S.O. TEMA 2: Repaso de electricidad. 1/14

TEMA 2: Repaso de electricidad.

4º de E.S.O.



I N D I C E

1.- Magnitudes eléctricas básicas. 1.1.- Carga eléctrica o cantidad de electricidad. 1.2.- Intensidad de la corriente. 1.3.- Resistencia eléctrica. 1.4.- Tensión, voltaje o diferencia de potencial.

2.- Relación entre magnitudes eléctricas básicas. Ley de Ohm. 3.- Medida de magnitudes eléctricas con el polímetro.

3.1.- Medición de resistencias. 3.2.- Medición de tensiones. 3.3.- Medición de intensidades

4.- Simbología. 5.- Elementos de control eléctrico.

5.1.- El interruptor. 5.2.- El pulsador. 5.3.- El conmutador. 5.4.- El relé.

6.- Circuitos típicos de aplicación de los distintos elementos de control 6.1.- Encendido de uno punto de luz desde dos lugares. 6.2.- El conmutador como inversor. 6.3.- El relé como inversor.

6.3.1.- Con dos circuitos de mando y fuerza completamente independientes.

6.3.2.- Con dos circuitos de mando y fuerza y un solo generador. 6.4.- Relé con enganche.

7.- Actividades.



TEMA 1: Repaso de Electricidad. 1.- MAGNITUDES ELÉCTRICAS BÁSICAS. En electricidad hay tres magnitudes fundamentales, que son:

• Intensidad de la corriente (I) • Resistencia eléctrica (R) • Tensión o voltaje (V)

Sin embargo para entenderlas un poco mejor, vamos a definir inicialmente otra magnitud importante como es la Carga eléctrica o cantidad de electricidad.

1.1.- CARGA ELÉCTRICA o CANTIDAD DE ELECTRICIDAD.

Carga eléctrica es la cantidad de electricidad que posee un cuerpo. La cantidad de carga elemental es el electrón, pero como es una unidad tan pequeña, el sistema

internacional de unidades (SI) utiliza una unidad superior que es el Columbio, que equivale a 6,24.1018 electrones. (6,24 trillones de electrones) 1.2.- INTENSIDAD DE LA CORRIENTE.

Se define como la cantidad de electrones que circulan por un conductor en la unidad de tiempo.

tqI = I = intensidad de la corriente en Amperios (A)

q = carga en culombios (C) t = tiempo en segundos (s)

La unidad utilizada por el SI es el amperio (A), que equivale a un culombio por segundo. Para medir esta magnitud en un circuito eléctrico, se utiliza un aparato denominado amperímetro, que

siempre ha de conectarse en serie con la carga.

SLR •= ρ

I

Amperímetro conectado en serie para medir la intensidad

En el símil hidráulico, la intensidad de la corriente podríamos equiparla al caudal de líquido que circula por una tubería, es decir, a la cantidad de líquido que transporta la tubería en la unidad de tiempo. 1.3.- RESISTENCIA ELÉCTRICA.

Se define como la mayor o menor oposición que ofrece un conductor al paso de la corriente eléctrica. La unidad de resistencia eléctrica es el ohmio que se representa por la letra griega Ω. El símbolo eléctrico utilizado para representación de circuitos es: La resistencia de un conductor depende de los siguientes factores:

Material ρ (Ω.mm2/m) Aluminio 0.028 Cobre 0.017 Grafito 0.046 Hierro 0.13 Oro 0.023

Plata 0.016 Platino 0.11 Plomo 0.22 Cinc 0.061

Estaño 0.12 Mercurio 0.96 Nicrom 1

- de la naturaleza del conductor, es decir, del tipo de material de que este hecho. Cada material tiene un coeficiente de resistividad (ρ) diferente.

En la tabla adjunta se indica el valor de este coeficiente para los materiales conductores más utilizados.

- De la longitud del conductor, generalmente expresada en metros. (L)

- De la sección del conductor, generalmente expresada en mm2. (S)

Para medir esta magnitud en un circuito eléctrico, se utiliza un aparato denominado óhmetro, que ha de conectarse siempre en paralelo con la carga y con el circuito sin tensión.



En función de su comportamiento frente a la corriente eléctrica (coeficiente de resistividad) se distinguen cuatro tipos de materiales diferentes:

- Superconductores: son aquellos que apenas ofrecen resistencia al paso de la corriente.

- Conductores: son aquellos que ofrecen relativamente poca resistencia al paso de la corriente. Son la mayoría de los metales.

- Aislantes: son aquellos que ofrecen mucha resistencia al paso de la corriente, es decir, que podemos decir que no conducen la electricidad.

- Semiconductores: son aquellos cuya resistencia al paso de la corriente depende de las condiciones de tensión, de tal forma que pueden ser aislantes en determinadas condiciones, y conductores en otras.

1.4.- TENSIÓN, VOLTAJE O DIFERENCIA DE POTENCIAL.

La tensión, voltaje o diferencia de potencial que existe entre dos puntos nos indica el nivel de energía que poseen los electrones en dichos puntos (es su energía potencial), o lo que es lo mismo, el trabajo que es capaz de desarrollar cada electrón al pasar del punto de mayor energía (potencial) al de menor energía. Por lo tanto, cuanto mayor sea este valor, mayor será el trabajo desarrollado por los electrones al desplazarse de un punto a otro del circuito.

La unidad utilizada por el SI es el voltio (V). La tensión siempre se mide con relación a otro punto del circuito. Para medir esta magnitud en un circuito eléctrico, se utiliza un aparato denominado voltímetro, que

siempre ha de conectarse en paralelo con la carga.

El símil hidráulico de la tensión o voltaje sería la altura del agua. A mayor diferencia de altura entre dos puntos de un circuito hidráulico, mayor será la presión y por tanto la energía potencial contenida en la unidad de masa de agua.

2.- RELACIÓN ENTRE MAGNITUDES ELÉCTRICAS BÁSICAS. LEY DE OHM. El enunciado de la ley de Ohm dice lo siguiente: la intensidad de corriente que recorre un conductor es directamente proporcional a la tensión aplicada en los extremos de éste e inversamente proporcional a la resistencia que ofrece al paso de la corriente.

)(Re)()(Ω

=sistencia

VTensiónAIntensidad

Como regla nemotécnica se puede utilizar el siguiente triángulo, que nos viene a decir que: R = V/I V I = V/R V = R.I R I



3.- MEDIDA DE MAGNITUDES ELÉCTRICAS CON EL POLÍMETRO. El polímetro es un aparato multifunción que engloba en un mismo aparato el voltímetro, el amperímetro y el ohmetro, con el que se pueden medir las tres magnitudes fundamentales de la electricidad, como son la tensión, intensidad y resistencia respectivamente.

En el mercado se pueden comprar polímetros «analógicos» en los que la medición viene dada por la lectura de una aguja sobre un limbo graduado. Aquí no nos referiremos a ellos dado que su manejo resulta complejo y la diferencia de precio con los «digitales» no es apreciable. Los polímetros digitales están formados por las siguientes partes: - La pantalla: es de cuarzo líquido, como la

de las calculadoras, y en ella se leen las diferentes mediciones.

- El selector de corriente: es un interruptor de dos posiciones, de forma que en una de ellas, marcada con las iniciales DC, se hacen las mediciones para la corriente continua (suministrada por las pilas, baterías, fuentes de alimentación, etc.). En la otra posición, marcada con CA, se efectúan las mediciones en corriente alterna (la suministrada a través de los enchufes normales).

Es muy importante seleccionar correctamente el tipo de corriente que se va a medir pues, de lo contrario, el polímetro podría sufrir daños irreparables. No obstante, la mayoría de los polímetros disponen en su parte trasera de una tapa donde su ubica la pila y, próxima a ella, tiene un fusible para proteger el instrumento de posibles errores en la selección del tipo de corriente.

Tens

ione

s Resistencias

Intensidades

OFFDC

AC

10A mA COM V/Ω

Pantalla

Selector decorriente

Selector defunciones

PunteroPuntero

Clavijas

- El selector de funciones: es una rueda giratoria situada en el centro del polímetro y que, dependiendo de la posición, puede efectuar mediciones de tensión, intensidad o resistencia.

Antes de hacer una medición debes situar el selector en la zona correcta. En la ilustración puedes ver marcadas con diferentes colores las tres zonas correspondientes a las tres magnitudes que podemos medir. Como podrás observar, cada zona tiene una serie de marcas que indican «hasta dónde» puedes medir.

- Los punteros: son los elementos que conectan el polímetro con el componente o circuito que vamos a medir. Disponen de una punta metálica montada sobre un mango aislante de la electricidad y se conectan al polímetro por medio de un cable que termina en una clavija. Uno es de color rojo que se emplea para captar la corriente positiva y el otro, de color negro, es para la corriente del polo negativo.

OFF 20M2M

200K

20K

2K

200Ω200m

20m2m

200μ

600

200

20

200m

Tens

ione

s Resistencias

Intensidades

- Las clavijas: son los puntos donde se enchufan los punteros. Dependiendo de la magnitud a medir, así se deben conectar éstos. El de color negro siempre se conecta a la clavija COM.

3.1.- Medición de resistencias.

Es una operación muy sencilla y consiste en los siguientes pasos:

1.°) Aislar del resto del circuito la resistencia o resistencias que se desean medir. En caso de no hacerlo, el polímetro puede arrojar la lectura de la parte contraria a la que tú quieres medir.

2.°) Enchufar los punteros en sus clavijas correspondientes. La de color rojo, a la clavija roja marcada con las iniciales VΩ, y la de color negro, a la clavija marcada con las iniciales COM (común).



3.°) Situar el selector de funciones en la zona correspondiente para efectuar mediciones resistencias (si no se tiene idea de la posible resistencia a medir por no conocer el código de colores o ser un grupo de resistencias, se debe colocar el selector en la posición de mayor valor). La pantalla del polímetro debe aparecer con la lectura cero.

4 °) Tocar con los punteros en los extremos de la resistencia o parte del circuito que hemos aislado. Si en la pantalla aparece un mensaje de error es que la posición del selector de funciones está en una situación incorrecta. Iremos descendiendo punto a punto el selector hasta que en la pantalla aparezca la medición correcta. A veces, la indicación de la pantalla oscila entre dos lecturas; no te preocupes, espera a que el polímetro se estabilice y mantén bien apretados los punteros a la resistencia hasta que la lectura sea la correcta.

3.2.- Medición de tensiones.

La primera precaución que debes tener presente es que en el circuito, o parte de él en que quieres efectuar la medición, pase corriente. Sobre un motor parado nunca podrás medir la tensión entre sus bornes. Una vez asegurado que pasa corriente, los pasos a seguir son los siguientes:

1 °) Asegúrate del tipo de corriente, continua o alterna, que vas a medir y sitúa el selector de tensión en la posición correcta. Lo normal es que siempre trabajes con corriente continua, así que posiciona el interruptor en la posición DC.

2 °) Enchufa los punteros en la posición correcta: el rojo en la clavija marca con VΩ, del polímetro, y el puntero negro a la clavija marcada con COM.

3.°) Coloca el selector de funciones en la posición para medir tensiones, y al igual que cuando medías resistencias, si no conoces la tensión aproximada, sitúa el selector en la posición de mayor valor.

4.°) Toca con los punteros en los extremos del circuito donde quieres efectuar la medición. Si en la pantalla te aparece un mensaje de error, baja punto a punto el selector de funciones hasta que te dé una lectura correcta. En el caso de que la medición te salga con signo negativo, no te preocupes, es que los punteros están cambiados. Sitúa el puntero de color rojo donde tenías el negro, y viceversa, y comprobarás que el valor es el mismo y el signo negativo ha desaparecido.

3.3.- Medición de intensidades

El procedimiento es muy similar a los anteriores, con la salvedad de que en los dos casos anteriores, el polímetro se montaba en paralelo con el elemento o circuito a medir y ahora se monta en serie, o sea, intercalado. Los pasos a seguir son los siguientes: 1.°) Asegúrate del tipo de corriente que vas a medir, si es continua o alterna, aunque lo más normal es que sea continua. Una vez asegurado, sitúa el selector de corriente en la posición adecuada (DC). 2.°) Conecta los punteros de forma que el de color negro esté conectado en la clavija COM y el de color rojo en la clavija con las iniciales mA. 3.°) Coloca el selector de funciones en la posición para medir corrientes como en los casos anteriores, posiciónalo en el mayor valor. 4.°) «Rompe» el circuito en el ramal que desees medir la corriente y toca con los punteros en los dos extremos del circuito que has dejado libres, de forma que la corriente circule por dentro del polímetro. Si observas que en la pantalla aparece un mensaje de error, ve descendiendo punto a punto el selector de funciones hasta lograr la medición correcta.



4.- SIMBOLOGÍA ELÉCTRICA.

SIMBOLOGÍA ELÉCTRICA

RECEPTORES

Bombilla

Motor

RELÉS

Relé unipolar

Relé bipolar

INSTRUMENTOS DE MEDIDA

Voltímetro

Amperímetro

GENERADORES Y BATERIAS

Pila o batería

Generador

Generador de CC

Generador de CA

INTERRUPTORES

Interruptor unipolar

Interruptor bipolar

Conmutador

unipolar

Conmutador

bipolar

Pulsador NA

Pulsador NC



SIMBOLOGÍA ELÉCTRICA (Continuación)

ELEMENTOS ACTIVOS

Bobina

Condensador electrolítico

Condensador sin polaridad

RESISTENCIAS

Resistencia

fija

Resistencia

variable

Resistencia Dependiente

de la temperatura

NTC

Resistencia Dependiente

de la luz LDR

SONIDO

Zumbador

Bocina

Altavoz

OTROS

Fusible



5.- ELEMENTOS DE CONTROL ELÉCTRICO. Con el fin de regular la circulación de la corriente, se intercalan en los circuitos una serie de elementos que abren o cierran el paso de ésta para controlar el funcionamiento de los receptores. Vamos a ver los siguientes elementos de control:

• El interruptor. • El pulsador. • El conmutador. • El relé.

5.1.- El interruptor.

Es un elemento de control de dos posiciones estables:

- Abierto, interrumpiendo el paso de la corriente eléctrica (de los electrones), y por tanto los receptores del circuito no funcionan.

- Cerrado, permitiendo el paso de la corriente eléctrica, y por tanto los receptores conectados funcionan.

La aplicación fundamental es para encender y apagar luces, un motor, o cualquier otro receptor, y también sirve como interruptor general para conectar y desconectar de una vez todos los elementos de un circuito.

En función de la forma de accionar el interruptor, existen muchos tipos.

En función del número de contactos, existen dos tipos de interruptor:

- Interruptor unipolar: tiene dos contactos, uno de entrada denominado polo, y otro de salida. Se intercala en uno de los dos cables que componen el circuito con el fin de poder abrir y cerrar el mismo a nuestra voluntad.

- Interruptor bipolar: tienen cuatro contactos, dos de entrada denominados polos, y otros dos de salida. Se intercala a la vez en los dos cables del circuito con el fin de evitar que tenga tensión cualquier receptor cuando el interruptor se encuentra en posición apagado (abierto).

5.2.- El pulsador.

El pulsador es un elemento de control de dos posiciones, abierto y cerrado, pero tan solo una de ellas es estable, de tal forma que cambia de posición cuando pulsamos para accionarlo y lo mantenemos pulsado. Un caso típico para comprender su funcionamiento es el pulsador que acciona el timbre para llamar a las casas.

Si la posición estable es abierto se denomina pulsador normalmente abierto (NA) y cuando lo accionamos se cierra. Si por el contrario la posición estable es cerrado se denomina pulsador normalmente cerrado (NC), y al accionarlo los abrimos.

La aplicación fundamental es para accionar timbres, y para encender y apagar los motores.

En función de la forma de accionar el pulsador, existen dos tipos:

- los manuales, que requieren la acción humana para accionarlos, y

- los finales de carrera, que se accionan mecánicamente y se utilizan en los automatismos.

Igual que sucedía con los interruptores, en función del número de contactos, existen dos tipos de pulsador: unipolar y bipolar.

5.3.- El conmutador.

Es un caso particular de interruptor, es decir, un elemento de control de dos posiciones estables, pero con la particularidad de que por cada contacto de entrada (polo) tiene dos contactos de salida, uno de ellos NA y el otro NC.

Anulando un contacto de salida podemos utilizarlo como un interruptor normal.

La aplicación fundamental es para encender y apagar un punto de luz desde dos lugares distintos, y también para invertir el sentido de giro de un motor.

Igual que sucedía con los interruptores y los pulsadores, en función del número de contactos, existen dos tipos de conmutador: unipolar y bipolar.



5.4.- El relé.

Es un interruptor que se acciona por medio de un electroimán. Un electroimán está formado por un núcleo de hierro rodeado de una bobina, de tal forma que cuando a través de ella pasa una corriente eléctrica, el núcleo de hierro se convierte en un imán, y cuando deja de pasar corriente este efecto magnético desaparece.

Por tanto, un relé se compone de dos circuitos eléctricos totalmente independientes:

- Circuito de mando, que se encarga provocar la excitación de la bobina cuando deseamos que se produzca la conmutación de los contactos del otro circuito.

- Circuito de fuerza, donde se conecta el receptor controlado por el relé.

El circuito de mando siempre tiene dos contactos. En función del número de contactos que tenga el circuito de fuerza, podemos distinguir fundamentalmente dos tipos de relés:

- Relé unipolar: Tiene cinco contactos, dos correspondientes al circuito de excitación, y tres al circuito de fuerza, de los cuales uno es de entrada (polo), y los otros dos de salida, uno normalmente abierto y el otro normalmente cerrado. Es decir, que es como un conmutador unipolar accionado eléctricamente.

- Relé bipolar: Tiene ocho contactos, dos correspondientes al circuito de excitación, y seis al circuito de fuerza, de los cuales dos son de entrada (polos + y -), y los otros cuatro de salida, uno normalmente abierto y el otro normalmente cerrado para cada uno de los polos. Es decir, que es como un conmutador bipolar accionado eléctricamente.



6.- CIRCUITOS ELÉCTRICOS TÍPICOS DE APLICACIÓN DE LOS DISTINTOS ELEMENTOS DE CONTROL.

6.1- Encendido de un punto de luz desde dos lugares.

Para ello nos valemos de dos conmutadores unipolares.

En la figura podemos comprobar como desde cualquier posición inicial, si accionamos una vez cualquiera de los dos conmutadores la bombilla cambia de estado, es decir, que si esta encendida se apaga, y viceversa.

6.2.- El conmutador como inversor.

La aplicación fundamental del conmutador bipolar es la de invertir el sentido de giro de un motor de corriente continua.

Este tipo de motores invierten el sentido de giro simplemente invirtiendo la polaridad de sus bornes, podemos apreciarlo en la figura siguiente.

6.3.- El relé como inversor.

Una de las aplicaciones del relé bipolar es la de invertir el sentido de giro de un motor de corriente continua.

Podemos hacerlo de formas distintas:

6.3.1.- Con dos circuitos de mando y fuerza completamente independientes.



6.3.2.- Con dos circuitos de mando y fuerza y un solo generador.

6.4.- Relé con enganche.

El control de un motor utilizando un relé con circuito de enganche es una de las principales aplicaciones del relé y de los pulsadores.



ACTIVIDADES 1.- Si queremos medir la intensidad que pasa por un circuito, ¿ Cómo conectaremos el amperímetro en el circuito ?

a.- En serie. b.- En paralelo. c.- En mixto. d.- Es indiferente, con tal que mida el paso de electrones.

2.-¿ Cuál de estas fórmulas es la ley de OHM ?

a.- V= R/I b.- R = V . I c.- I= V / R. d.- R = I / V 3.- En un circuito de dos resistencias en paralelo, la Rtotal:

a.- Rt=(R1+R2)/(R1xR2) b.- Rt=(R1xR2)/(R1-R2) c.- Rt=(1/R1)+(1/R2) d.- Rt=(R1xR2)/(R1+R2).

4.- En un circuito de resistencias en serie, la Resistencia Total es : a.- Rt = R1.R2.R3... b.- 1/Rt = 1/R1+1/R2 +... c.- Rt = R1+R2+R3+.. d.- Rt=R1+R2+R3.n

5.- ¿ Cual del las tres leyes es para un circuito serie de Resistencias?. a.- La tensión es la misma en todos los puntos. b.- La suma de I parciales, es igual a la total. c.- La resistencia total es igual a la suma de parciales. d.- La intensidad se calcula por KIRCHHOFF.

6.- En un circuito paralelo de resistencias, se cumple que: a.- La suma de corrientes parciales es igual a la total. b.- La suma de tensiones parciales es igual a la total. c.- La potencia disipada es la misma en cada elemento. d.- La f.e.m total es igual a la c.d.t en las resistencias.

7.- En un circuito en paralelo, la resistencia total es : a.- Menor que la menor de ellas. b.- La suma de las R. c.- Mayor que la menor de ellas. d.- Menor que la mayor de ellas.

8.- ¿ Como hallaremos la potencia que disipa una resistencia ? a.- P= V/I b.- P= I.I/R c.- P= V.I d.- P=V.V/I.

9.- La resistencia de un conductor depende de que factores:

a.- Longitud, conductividad y diámetro de conductor. b.- Longitud, sección y conductancia. c.- Conductividad, sección y distancia. d.- La resistividad y sección de conductor.

10.- La unidad de energía eléctrica es el :

a.- Watio b.- Julio. c.- Ergio. d.- KWm. 11.- La potencia de los motores eléctricos se expresa en :

a.- Voltio. b.- CV o HP c.- KWh. d.- Julio. 12.- La resistencia eléctrica que presenta un conductor es :

a.- La dificultad al paso de la tensión. b.- La dificultad al paso de la carga de potencial. c.- La dificultad al paso de energía eléctrica. d.- La dificultad al paso de la corriente eléctrica.



13.- Cuando circula en el mismo sentido y valor constante es:

a.- Corriente pulsatoria. b.- Corriente continua. c.- Corriente alterna. d.- Corriente en rampa.

14- A los materiales que dejan el paso de la corriente...

a.- Se llaman semiconductores. b.- Aislantes. c.- Conductores. d.- Resistivos.

15.- Se denomina circuito eléctrico al conjunto formado por: a.- Un receptor, un generador, un elemento de protección y una línea. b.- Un generador, un receptor, un conductor, un elemento de protección y un elemento de control. c.- Un termopar, un receptor, un elemento de control y un cable. d.- Una pila, una resistencia y un condensador.

16.- Con qué instrumento se mide la tensión:

a.- Watimetro. b.- Voltímetro. c.- Amperímetro. d.- Ohmetro. 17.- ¿ Cuantos mA son 2 A ?

a.- 200 mA b.- 2000 mA. c.- 20000 mA d.- 20 mA.

18.- ¿ Cuantos mA son 0,0045 A ? a.- 4.5000 mA. b.- 4,5 mA. c.- 4.500 mA. d.- 450 mA.

19.- El punto de confluencia de dos o mas conductores se dice:

a.- Malla. b.- Nudo. c.- Rama. d.- Línea. 20.- Un buen conductor ser aquel cuya resistividad sea:

a.- Grande. b.- Mediana en función de la temperatura. c.- Pequeña. d.- Nula.

21.- La resistencia eléctrica que presenta un conductor es :

a.- La dificultad al paso de la tensión. b.- La dificultad al paso de la carga de potencial. c.- La dificultad al paso de energía eléctrica. d.- La dificultad al paso de la corriente eléctrica.

06-07 tema 2 - 4º eso - repaso de electricidad

Documents