conceptos básicos de electricidad
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Conceptos básicos de circuitos eléctricos es una presentación con una introducción básica a la comprensión del fenómeno de la electricidad.TRANSCRIPT
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Conceptos Bsicos de Electricidad
Esteban Padilla, M.Ing.
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Contenido
Electricidad esttica
Conductores, aislantes y flujo elctrico.
Circuitos elctricos.
Corriente y tensin elctrica.
Resistencia elctrica.
Corriente y tensin en un circuito elctrico.
Flujo convencional versus flujo de electrones.
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ElectricidadEsttica
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Electricidad esttica
Algunos experimentadores (T. de Mileto, B. Franklin, C.Dufay, etc.) sugirieron que un fluido invisible seproduca cuando dos materiales se frotaban. Tal fluidotena la capacidad de ejercer una fuerza de atraccin orepulsin sobre los materiales usados para producirlo.
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Electricidad esttica
Segn B. Franklin, cuando cierto material perda fluido sevolva negativo (puesto que se supona que tena unadeficiencia de fluido) y cuando algn otro materialganaba fluido se volva positivo (puesto que se suponaque tena un exceso de fluido). La diferencia de fluido enlos materiales generaba una fuerza de atraccin entre losmismos.
ParafinaLana
Atraccin
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Electricidad esttica
El fsico francs CharlesCoulomb cre un aparato en1780 para tratar de medir lafuerza con que los materialesse atraan o se repelan.
Ley de Coulomb
= 122
9 109 NCharles-Augustin de Coulomb
(1736 1806)
1 1 1
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Electricidad esttica
Los objetos estncompuestos porbloques demasiadopequeos llamadostomos, y dichostomos estncompuestos por trespartculas mspequeas llamasprotones, neutrones yelectrones.
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Electricidad esttica
Los electronestienden a repelerotros electrones ascomo los protonesse repelen entreellos.
Sin embargo, loselectrones y losprotones se atraen,puesto que tienencargas elctricasopuestas.
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Electricidad esttica
Al frotar dos materiales se produce un desbalance deelectrones entre los mismos conocido como electricidadesttica. Se llama esttica puesto que los electrones sedesplazan durante la frotacin y tienden a permanecer en sulugar despus de aislar los materiales frotados.
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Electricidad esttica
Michael Faraday(1791 1867)
Un objeto que gana electrones estcargado negativamente, puestoque su carga negativa aumenta.
Un objeto que pierde electronesest cargado positivamente,puesto que su carga negativadisminuye.
Definicin contraria a la enunciada por Benjamin Frankiln !
Michael Faraday demostr en 1832que la electricidad esttica es lamisma contenida en una batera oen un generador elctrico.
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Electricidad esttica
http://www.youtube.com/watch?v=hLaWK2PsnqU
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Electricidad esttica
Resumen:
Todos los materiales estn hechos de pequeos bloques llamados tomos.
Todos los tomos de la naturaleza estn conformados por electrones, protones y neutrones.
Los electrones tienen carga elctrica negativa.
Los protones tienen carga elctrica positiva.
Los neutrones no tienen carga.
Los electrones pueden ser desplazados de los tomos ms fcilmente que los protones o neutrones.
El nmero de protones determina la identidad del tomo.
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Conductores, aislantes y flujo elctrico
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Conductores, aislantes y flujo elctrico
La movilidad de los electrones en un objeto se conoce como conductividad elctrica.
Alta conductividad Conductores
Baja conductividad Aislantes
Conductores:
Plata
Cobre
Oro
Aluminio
Hierro
Acero
Tantalio
Latn
Bronce
Mercurio
Grafito
Agua sucia
Concreto
Plomo
Aislantes:
Vidrio
Caucho
Aceite
Fibra de vidrio
Porcelana
Cermica
Cuarzo
Algodn
Papel
Madera
Plstico
Agua pura
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Conductores, aislantes y flujo elctrico
El movimiento deelectrones a travs de unconductor es lo que seconoce como electricidado corriente elctrica.
Tal como el agua fluye atravs de un tubo, loselectrones se mueven atravs de los tomos de unconductor.
Flujo de Electrones
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Conductores, aislantes y flujo elctrico
Una lnea continua es el smbolo conexin en un circuito.
A travs de una conexin los electrones son capaces de desplazarse e ir de un lado a otro.
Si la conexin est abierta, los electrones no pueden moverse puesto que existe un elemento aislante que los separa (el aire).
Fuente deElectrones
Destino deElectrones
No hay flujo
Conexin abierta
Continuidad
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Conductores, aislantes y flujo elctrico
Resumen:
En los materiales conductores, los electrones ms alejados del ncleo en cada tomo pueden desplazarse fcilmente.
En los materiales aislantes, los electrones ms alejados del ncleo no pueden moverse con facilidad.
Todos los metales son elctricamente conductores.
La Electricidad Dinmica o la corriente elctrica es el movimiento uniforme de electrones a travs de un conductor.
La Electricidad Esttica es una carga acumulada formada por el exceso o deficiencia de electrones en un objeto. Se forma tpicamente por la frotacin de materiales diferentes.
Para que los electrones fluyan continuamente a travs de un conductor, debe existir una conexin ininterrumpida.
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CircuitosElctricos
Fuente y destino de
los electrones
Bombillas
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Circuitos elctricos
Si el conductor se cierra formando un lazo cerrado
los electrones podran fluir en una conexin sin
comienzo y final de manera continua.
Circuito elctrico
Los electrones pueden fluir en
una conexin sin comienzo y final
de manera continua.
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Circuitos elctricos
No importa dnde ocurra una interrupcin,
cualquier discontinuidad en un circuito no
permitir el flujo de electrones a travs de l
mismo.
Flujo de Electrones
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Circuitos elctricos
Resumen:
Un circuito es una conexin continua que permite a loselectrones fluir a travs de l.
Si un circuito es interrumpido, es decir la conexin estabierta, los electrones no pueden fluir a travs de dichomaterial.
La localizacin de la ruptura en un circuito es irrelevante.Cualquier ruptura, en cualquier punto de un circuitodetendr el flujo de electrones a travs de l.
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Corrientey Tensin elctrica
TensinPila AAA 1.5V
Corriente
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Corriente y tensin elctrica
Si un conductor es puesto entre materiales con carga esttica los electrones fluiran a travs de l.
(corriente elctrica).
Este flujo es producto de la fuerza de atraccin y de repulsin entre protones y electrones, respectivamente.
(tensin elctrica).
Parafina
Lana
Flujo de
electrones
Conductor
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Corriente y tensin elctrica
Al frotar dos materiales se almacena energa.
Al empujar una roca cuesta arriba se almacena energa.
Al bombear agua a un tanque elevado se almacena energa.
TanqueElevado
Tanque Subterrneo
Energa almacenada
Motobomba
Flujo de agua
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Corriente y tensin elctrica
La gravedad sobre el agua deltanque elevado produce unafuerza que mover el aguahacia el tanque subterrneo.
Se necesita energa parabombear agua desde el tanquesubterrneo hasta el elevado.
Si el agua regresa a su nivelinicial libera la energaalmacenada cuando fuebombeada.
TanqueElevado
Tanque Subterrneo
Energa almacenada
Energa liberada
Motobomba
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Corriente y tensin elctrica
Cinemtica
Energa Potencial
Energa Cintica
Electricidad
Voltaje o tensin elctrica
Corrienteelctrica
TanqueElevado
Tanque Subterrneo
Motobomba
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Corriente y tensin elctrica
TanqueElevado
Cada
Cada
Nivel #1
Nivel #2
El voltaje representa laposibilidad o el potencialpara liberar energaalmacenada por mediodel movimiento deelectrones.
El potencial elctrico,tensin elctrica ovoltaje siempre esreferenciado entre dospuntos.
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Corriente y tensin elctrica
Medos de generacin de voltaje elctrico:
Reaccin Qumica
RadiacinElectromagntica
InduccinElectro-
magntica
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Corriente y tensin elctrica
Una fuente de voltaje tiene dos puntos de contacto.
Las cuatro lneas indican que se trata de una batera.
Los signos (+) y (-) indican el terminal cargado positivamente y el terminal
cargado negativamente.
Desde el terminal (-) se empujarn los electrones y se atraern al terminal (+).
Batera
Smbolo
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Corriente y tensin elctrica
Analoga con los tanques de agua
Batera elctrica
Sin flujo Batera
TanqueElevado
Tanque Subterrneo
Sin flujo (el tanque est lleno)
Motobomba
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Corriente y tensin elctrica
Batera
Circuito Elctrico
Flujo de electrones
Flujo deagua
Motobomba
TanqueElevado
Tanque Subterrneo
Analoga con los tanques de agua
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Corriente y tensin elctrica
Sin flujo
Batera AbiertoCada de Voltaje
(Polaridad)
Sin flujo
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Corriente y tensin elctrica
Resumen:
Los electrones fluyen a travs de un conductor por lamisma fuerza de repulsin y/o atraccin manifiesta en laelectricidad esttica.
El voltaje es la medida especfica de energa potencial(energa potencial por unidad de carga) entre dos niveles,a veces llamada tambin cada de tensin.
Una fuente de voltaje conectada a un circuito causar unflujo uniforme de electrones a travs del circuito llamadocorriente.
La orientacin (+/-) de la cada de tensin determina ladireccin del flujo, se conoce como polaridad.
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Resistencia elctrica
VOLTAJE
RESISTENCIA
CORRIENTE
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Resistencia elctrica
Si se cierra un circuito sin resistencia elctrica se
produce una gran flujo de electrones que liberan grandes cantidades de
energa.
Corto Circuito
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Resistencia elctrica
Los electrones fluyen atravs del filamento de labombilla que ejerce unaoposicin al movimiento.
La oposicin depende deltipo de material, del reatransversal, la longitud y latemperatura.
Tcnicamente se conocecomo resistencia elctrica.
Flujo de Electrones
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Resistencia elctrica
La resistencia elctrica limitala cantidad de corriente atravs del circuito.
Cuando los electrones semueven contra la resistenciaelctrica, se crea unafriccin que se manifiestaen forma de calor.
Flujo de Electrones
La resistencia del filamento de la lmpara transforma la energa elctrica en calor y luz.
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Resistencia elctrica
Note que la conmutacinentre encendido yapagado de la lmparaesta determinado por lainterrupcin intencionaldel flujo de electronesdada por el interruptor.
Circuito Abierto
Flujo de Electrones
Interruptor
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Corriente y tensin elctrica
Resumen:
La resistencia elctrica es la medida de oposicin de lacorriente elctrica.
Un corto circuito es un lazo cerrado que ofrece muy pocaresistencia al flujo de electrones. Los cortos circuitos sonpeligrosos debido a que una gran cantidad de energa esliberada.
Un circuito abierto se determina por que la continuidadha sido interrumpida y por ende la corriente.
El dispositivo para abrir o cerrar circuitos bajocondiciones controladas se denomina interruptor.
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Corriente y tensinen un circuito elctrico
TensinPila AAA 1.5V
Corriente
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Corriente y tensin en un circuito elctrico
Batera
Potencial
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Flujo convencional versus flujo de electrones
Potencialelctrico
Cada devoltaje
Electrones
Potencialelctrico
Cada devoltaje
Corriente
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Corriente y tensin en un circuito elctrico
Benjamin Franklin sent unprecedente para la notacinelctrica que existe hasta hoy.
La verdadera direccin de loselectrones fue descubiertatiempo despus, pero lanomenclatura de positivo ynegativo ya estaba bienestablecida y no se cambi.
Bat
er
a
-
+
Flujo de corriente
Flujo de electrones
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Corriente y tensin en un circuito elctrico
Incluso la nomenclatura de B. Franklin ha sido adoptada tantoen la simbologa como en la fabricacin de dispositivoselctricos. Tal es el caso del diodo rectificador.
Por esta sola razn, mucha gente escoge trazar el flujoconvencional para el movimiento de la carga en un circuito.
Solo habr que recordar que el flujo de los electrones es en elsentido contrario o viceversa.
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Corriente y tensin en un circuito elctrico
https://www.youtube.com/watch?v=bXDJTNQ0-mg
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Historial de revisin
Fecha Descripcin Autor
6 Ago 2014 Creacin del documento. E. Padilla
8 Oct 2014 Correccin de redaccin e ilustraciones. E. Padilla