electricidad básica y aplicaciones 2
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M.E.AM.E.A
Trabajo de electricidad básica y aplicaciones.
1. ¿Qué es la electricidad?
2. ¿Cómo se genera la electricidad?
3. Tipos de corriente eléctrica.
4. Tipos de circuitos eléctricos.
5. Ley de ohm.
6. Centrales eléctricas.
7. Conclusiones.
Trabajo de electricidad básica y aplicaciones.
La electricidad es una forma de energía (o fenómeno físico) relacionada con las cargas eléctricas y la atracción entre estas cargas (negativas - o positivas +). Se manifiesta en una gran variedad de fenómenos conocidos como pueden ser: la electricidad estática, la iluminación, la inducción electromagnética o el flujo de corriente eléctrica, por citar algunos ejemplos.
La electricidad es tan versátil que tiene un sinnúmero de aplicaciones que incluyen el transporte, climatización, iluminación y computación.
La electricidad es la columna de la industria moderna, y se espera que se mantenga así en un futuro cercano.
EFECTOS DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA:
LUMINOSOS y CALORÍFICOS (lámpara)
MAGNÉTICOS (electroimán)
DINÁMICOS (ventilador eléctrico)
QUÍMICO (baterías eléctricas)
En 1780, Galvani notó que los músculos de una rana se contraían al ser tocados con un objeto metálico al estar apoyada sobre una superficie que estaba constituida por otro metal.
En 1791 otro científico italiano, Alejandro Volta dedujo que la causa de la electricidad era que el bronce y el hierro estaban separados por los tejidos húmedos de la rana. Esto le llevó a construir la primera pila, la Pila Voltaica.
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La electricidad la obtenemos utilizando distintos métodos. En realidad lo que hacemos es transformar una energía mecánica, una energía química o una energía solar, entre otros métodos de obtención de electricidad, en energía eléctrica.
Existen tres métodos que habitualmente se utilizan para generar electricidad:
DINAMO Y ALTERNADOR.PILAS Y BATERÍAS.CENTRAL ELÉCTRICA (la veremos en el apartado nº 6)
DINAMO Y ALTERNADOR
En ambos casos estos generadores eléctricos están compuestas por una parte móvil (que gira) llamada “ROTOR” y una parte fija y estática llamada “ESTATOR”.
El rotor está compuesto por unas “BOBINAS de hilo de cobre” que giran con el “EJE”.
El estator es un imán o electroimán que está fijo y rodea al rotor.
Cuando gira el eje, el imán crea sobre las bobinas un campo magnético. Esta tensión que se genera se saca fuera del dispositivo mediante unas escobillas o anillos rotantes.
Las dinamos generan energía eléctrica continua y los alternadores alterna por lo que necesitan un transformador. DINAMO – BICICLETA / ALTERNADOR - COCHE
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Dinamo de una bicicleta Alternador de un coche
PILAS Y BATERÍAS
PILAS: Una pila es una batería que está compuesta por un recipiente metálico donde se albergan determinados productos químicos capaces de producir electrones al reaccionar químicamente entre ellos. Este fenómeno es llamado “REACCIÓN ELECTROQUÍMICA”
Esquema de funcionamiento de una pila eléctrica
BATERÍAS: Una batería es un generador eléctrico que está formado por varias pilas unidas entre sí. Las baterías modernas utilizan una gran variedad de productos químicos para realizar sus reacciones.
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Batería de Ión- Litio
Entre estas baterías destacamos las siguientes:
Baterías de Cinc.Baterías Alcalinas.Baterías de Níquel-Cazmio.Baterías de Hidruro de Níquel-Metal.Baterías de Ión- Litio.
EXISTEN DOS MODOS DE AGRUPAR LAS PILAS:
EN SERIE: Al agrupar las pilas en serie se obtienen voltajes altos, ya que se suman los VOLTAJES de cada una de las pilas que componen la batería, la intensidad de la corriente en este caso será el de una sola pila.
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EN PARALELO: Al agrupar las pilas en paralelo se necesitan intensidades altas de la corriente eléctrica. Si por ejemplo cada pila de la batería utiliza pilas de 1,5 voltios, 4 pilas en paralelo también producirán 1,5 voltios, pero en este caso la INTENSIDAD de la corriente eléctrica será 4 veces mayor.
Una pila está formada por DOS ELECTRODOS, uno POSITIVO (+) y otro NEGATIVO (-) y por un líquido conductor llamado ELECTROLITO.
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Como decíamos al principio la electricidad es un fenómeno físico cuyo origen son las cargas eléctricas y cuya energía se manifiesta en fenómenos mecánicos, térmicos, luminosos y químicos, entre otros. Ésta se manifiesta de tres formas fundamentalmente:
TIPOS DE MANIFESTACIONES DE LA ELECTRICIDAD:
ELECTROESTÁTICA: Cuando un cuerpo posee una carga pero ésta no se traslada a ningún sitio. CORRIENTE CONTINUA (CC): Los electrones se mueven siempre en el mismo sentido (del polo positivo (+) al negativo (-), (ej.: pilas) CORRIENTE ALTERNA (CA): Los electrones no circulan en un único sentido (van cambiando), cambian o alternan unas 50 veces por segundo (ej.: la utilizada en las viviendas).
En la práctica, los dos tipos de corrientes eléctricas más comunes son la corriente continua y la corriente alterna. La corriente continua circula siempre en un solo sentido, es decir, del polo negativo al positivo de la fuente de fuerza electromotriz (FEM) que la suministra. Esa corriente mantiene siempre fija su polaridad, como es el caso de las pilas, baterías y dinamos.
La corriente o intensidad eléctrica es el flujo de carga por unidad de tiempo que recorre un material.
Dicho de otro modo es el flujo de electrones o cargas
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dentro de un circuito eléctrico cerrado. Esta corriente siempre viaja desde el polo negativo al positivo.
Se debe al movimiento de los electrones en el interior del material. En el Sistema Internacional de Unidades se expresa en C/s (culombios sobre segundo), unidad que se denomina amperio. Una corriente eléctrica, puesto que se trata de un movimiento de cargas, produce un campo magnético, un fenómeno que puede aprovecharse en el electroimán.El instrumento usado para detectar y medir la intensidad de la corriente eléctrica es el galvanómetro que, calibrado en amperios, se llama amperímetro, colocado en serie con el conductor cuya intensidad se desea medir.
Galvanómetro y amperímetro.
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1. Circuito abierto: Cuando un circuito está abierto no hay consumo de electricidad y por lo tanto no funcionan los dispositivos receptores al no llegarle la electricidad.
2. Circuito Cerrado: Para que haya un consumo en los receptores eléctricos elegidos (lámparas, motores, alarmas, cocinas eléctricas, etc.) es necesario que los circuitos estén cerrados, con el fin de que la electricidad circule del polo (+) al polo (-).
Con el Polímetro se mide la continuidad o resistencia del circuito
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La ecuación matemática que describe esta relación es:
Esta ley permite relacionar la “Intensidad Eléctrica” con la “Fuerza Electromotriz” y la “Resistencia”.
Intensidad= voltaje/resistencia, …así pues, resistencia= voltaje/intensidad
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Para entender mejor esta fórmula veamos las siguientes definiciones:
Intensidad Eléctrica: Es la cantidad de carga eléctrica que pasa por un punto del circuito en un segundo. Se mide en Amperios con el Amperímetro.
1 AMPERIO= 6.250 x 10 elevado a 15 electrones.
Voltaje: fuerza electromotriz medida en voltios, que hace que los generadores eléctricos puedan producir corriente eléctrica en un circuito eléctrico cerrado y mantener una tensión eléctrica o diferencia potencial que se produce entre sus polos cuando el circuito está abierto.
La resistencia eléctrica de un objeto es una medida de su oposición al paso de corriente. Descubierta por Georg Ohm en 1827, la resistencia eléctrica tiene un parecido conceptual a la fricción en la física mecánica. La unidad de la resistencia en el Sistema Internacional de Unidades es el ohmio (Ω). Para su medición en la práctica existen diversos métodos, entre los que se encuentra el uso de un ohmnímetro. Además, su cantidad recíproca es la conductancia, medida en Siemens.
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Una central eléctrica es una instalación capaz de convertir la energía mecánica, obtenida mediante otras fuentes de energía primaria, en energía eléctrica.
En general, la energía mecánica procede de la transformación de la energía potencial del agua almacenada en un embalse; de la energía térmica suministrada al agua mediante la combustión del carbón, gas natural, o fuel, o a través de la energía de fisión del uranio, entre otros ejemplos.
LOS ELEMENTOS PRINCIPALES DE LAS CENTRALES ELÉCTRICAS SON LAS TURBINAS Y LOS GENERADORES QUE VEREMOS A CONTINUACIÓN:
LAS TURBINAS: son enormes ruedas con distintos engranajes provistos de rodetes con forma de paleta denominados alabes que se encargan de recepcionar y conducir la energía cinética o mecánica generada por una corriente (de agua, de vapor de agua, de aire, etc.) y transformarla y almacenarla, a su vez, en forma de energía eléctrica.
Turbinas.
Rotor de una turbina de una central termoeléctrica / Rotor de una turbina de una central hidroeléctrica
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LOS GENERADORES: son los dispositivos capaces de transformar o convertir la energía mecánica en energía eléctrica,
Para realizar la conversión de energía mecánica en eléctrica, se emplean unos generadores, más complicados que los alternadores que ya hemos visto, en realidad posee unas características similares a éstos, la diferencia principal radica en el tamaño ya que los generadores son mucho más grandes, constan de dos piezas fundamentales:
El estator: Armadura metálica, que permanece en reposo, cubierta en su interior por unos hilos de cobre, que forman diversos circuitos.
El rotor: Está en el interior del estator y gira accionado por la turbina. Está formado en su parte interior por un eje, y en su parte más externa por unos circuitos, donde gracias a la acción de un campo magnético (electroimanes) se transforma
Generador
TIPOS DE CENTRALES ELÉCTRICAS:
1. CENTRALES TERMOELÉCTRICAS.
2. CENTRALES HIDROELÉCTRICAS.
3. CENTRALES EÓLICAS.
4. CENTRALES FOTOVOLTAICAS.
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1. Centrales Termoeléctricas: utilizan calor para calentar agua u otros líquidos, gas natural, o los dos a la vez, con el objetivo de obtener el vapor necesario para mover una turbina y así poderla transformar ese movimiento (energía mecánica) en energía eléctrica.
El calor se obtiene entre otros de:
Combustibles Fósiles (petróleo gas natural, carbón…). Por Fisión Nuclear del Uranio u otro combustible nuclear (es el caso de las centrales nucleares). El Sol (centrales térmicas o solares). La Energía Geotérmica (el calor se extrae del interior de la tierra a cierta profundidad).
La centrales térmicas que usan combustibles fósiles liberan a la atmósfera grandes cantidades de dióxido de carbono (CO2) tan perjudicial para el calentamiento del planeta
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2. Centrales Hidroeléctricas: Utilizan la fuerza y velocidad del agua para hacer girar unas turbinas, posteriormente y al igual que en el caso anterior unos generadores transformarán esas energía mecánica producida en energía eléctrica.
Existen 2 tipos de Centrales Hidroeléctricas.
De Pasada: aprovechan la energía generada por propio movimiento del agua de los ríos.
Central hidroeléctrica de pasada.
De Embalse: el agua se acumula en embalses situados en un nivel más alto que la propia central, el agua se canaliza a través de una tubería para que posteriormente se transforme esa energía mecánica en electricidad.
Central hidroeléctrica de embalse.
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3. Centrales Eólicas: Los alabes de los aerogeneradores reciben la energía del viento por efecto de las corrientes de aire – Tienen un impacto ambiental relativamente bajo –
4. Centrales Fotovoltaicas: Recogen la radiación del sol en forma de fotones creando una diferencia potencial en sus extremos (placas de silicio u otras) acumulando la electricidad generada en baterías.
Actualmente también se utilizan “Centrales Mareomotrices” que obtienen el movimiento del oleaje del mar.
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Pensemos en un día sin electricidad en casa, no funcionarían los ordenadores, no podríamos cargar la batería del teléfono móvil ni de la consola; la luz, la televisión, el frigorífico o el agua caliente no funcionarían, sería un auténtico caos.
¿Te has parado a pensar lo que sería nuestra vida sin electricidad?
Con este PROYECTO hemos aprendido determinados aspectos acerca de la electricidad y de las utilidades que posee que desconocíamos, ¿Cómo se genera?, y los tipos de corriente eléctrica o de circuitos eléctricos que existen, ¿cómo funcionan las distintas Centrales Eléctricas? y la importancia que tienen en nuestra sociedad, tan dependiente del petróleo.
Lo que más me ha llamado la atención es que se puede conseguir energía a través de medios que en principio no contaminan (energías renovables: sol, viento, agua, aire, etc.), y que perjudican mucho menos al medio ambiente.
Por último otro aspecto que me gustaría destacar es cómo determinadas personas fueron capaces de idear y hacer posible el milagro de la electricidad, estoy seguro que no podían imaginar las consecuencias que traerían consigo en la sociedad actual, por eso pienso que estamos en deuda con ellos ya que nos han cambiado la vida y la forma de entenderla.
En la siguiente página otro personaje notable que ha contribuido al desarrollo de la electricidad
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ALBERT EINSTEIN (Ulm, Alemania, 1.879-Princeton, Estados Unidos, 1.955). Fue un físico alemán, nacionalizado suizo y estadounidense. Está considerado como el científico más importante del siglo XX. En 1.915 presentó la teoría de la relatividad general, en la que reformuló por completo el concepto de gravedad. Una de las consecuencias fue el surgimiento del estudio científico del origen y evolución del Universo por la rama de la física cosmológica. Por sus explicaciones sobre el efecto fotoeléctrico y sus numerosas contribuciones a la física teórica, en 1921 obtuvo el Premio Nobel de Física y no por la Teoría de la
Relatividad, pues el científico a quien se encomendó la tarea de evaluarla, no la entendió.
Curiosidades: Se dice que Albert no habló ni una sola palabra en sus 4 primeros años y que un día durante la cena dijo: “la sopa está caliente”. Sus padres asombrados le preguntaron por qué si podía hablar, nunca lo había hecho. Albert respondió: “Porque hasta ahora, todo estaba bien”. En el año 1913 recibió una oferta que no pudo rechazar: Una universidad en Berlín le pagaría simplemente para que fuera a “pensar”. Era un sueño hecho realidad, lastimosamente, no todo era perfecto, él había salido de Alemania hacía años después de que lo echaron de la escuela y sus recuerdos no eran los mejores, la situación política en Europa estaba muy tensa y su esposa no quiso acompañarlo. Así que la dejó a ella y a sus dos hijos y se fue solo a Alemania.