ELECTRICIDAD

Protón: De carga Eléctrica Natural Positiva

Electrón:De carga Eléctrica Natural Negativa

Qp = +1,6x10-19 (Cb)

Qe = - 1,6x10-19 (Cb)

CORRIENTE ELÉCTRICA

La corriente eléctrica es un flujo de cargas eléctricas o flujo de electrones

Intensidad de corriente eléctrica.

La intensidad de corriente eléctrica es la cantidad de carga eléctrica que pasa en una unidad de tiempo (segundo), es decir:

seg

Cb

dt

dq

t

q

t

qi

q = Carga Eléctrica en Coulomb

t = tiempo en segundos

i = intensidad de corriente en Amperes

Amperseg

Cb

Energía eléctrica a energía mecánica (motores)Energía mecánica a energía eléctrica (generadores)Energía eléctrica a energía luminosa (lámparas)Energía luminosa a energía eléctrica ( celdas Fotovoltáicas)Energía eléctrica a energía calórica (calefactores)Energía calórica a energía eléctrica (termopares)Energía eléctrica a energía sonora (parlantes)Energía sonora a energía eléctrica (micrófono)Etc.

DIVERSAS TRANSFORMACIONES DE ENERGÍA

La electricidad se manifiesta en forma: - Estática

- Dinámica

La estática aparece cuando existe frotamiento entre dos sustancias diferentes. Por ejemplo, una varilla de vidrio con una seda. El vidrio se carga

positivamente, es decir, pierde electrones volviéndose sus átomos iones positivos. En

cambio, la seda se carga en forma negativa, absorbiendo electrones, volviéndose sus átomos

iones negativos.“Las cargas de distinto signo se atraen y cargas de igual signo se repelen”.

Electricidad Dinámica• La electricidad dinámica aparece cuando

se provoca en un material un flujo de electrones, por la aplicación de una fuerza externa, llamada Fuerza Electromotriz (Fem), es decir, la causa de la corriente eléctrica es la fuerza electromotriz.

Cb

Joule

q

wv

v = Energía necesaria para transportar la carga de 1 Cb de un potencial a otro.

v recibe el nombre de: Fem, Diferencia de Potencial o Tensión Eléctrica

1Joule/Cb = 1 Volt

¿Cómo se produce una fuerza electromotriz?

Debido a una reacción química (pilas y baterías) Si se calienta una unión de dos materiales distintos, se

origina una tensión entre ellos (termopares) Si un cristal, se somete a una presión, en éste se origina

una fem (sensores de cuarzo) Frotamiento (corriente estática) Si un haz de luz se proyecta sobre un material

semiconductor, en éste se produce una diferencia de potencial (Celdas)

Si un conductor se mueve en un campo magnético, en éste se induce una fem (generadores rotatorios, alternadores). Los alternadores producen cerca del 95 % de la energía eléctrica que se consume en todo el mundo.

Calor : Termocupla o TermoparSensor de cristalReacción Química. Batería

Celda Fotovoltaica (Luz) Campo magnético

Estática. Botella de Leyden

Clasificación de los materiales según su conductividad

• Conductores.- De 1 a 3 electrones libre (Cu, Al, Ag, Au, Fe,etc.)

• Semiconductores.- 4 electrones libres (Si,Ge)

• Aislantes.- de 5 o más electrones libres (P,Sb, Ir,etc.)

Para que una corriente eléctrica pueda realizar un trabajo útil, por ejemplo encender una lámpara o accionar un motor, ésta necesita un camino cerrado para su circulación. Esta trayectoria cerrada, se denomina “circuito eléctrico”.

CIRCUITO ELÉCTRICO

-Corriente Continua-Corriente Alterna

Elementos de Circuitos- Elementos Pasivos-Elementos Activos

Onda Sinusoidal

seg

ciclos

tiempo

ciclosfrecuencia

22

1

mm II

VV

segfrecuencia

TPeríodo

seg

radaxfrecuenciangularFrecuencia 2

Vm = al valor máximo de la tensión sinusoidal y V = valor RMS de la tensión

Im = al valor máximo de la corriente y I = al valor RMS de la corriente

Tera (1012) = T Giga(109) = G

Mega (106) = M Kilo (103) = K

mili (10-3) = m micro (10-6) =

nano (10-9) = n pico (10-12) = p

Ejemplo:

13.200 V = 13,2 KV = 0,0132 MV

0,0000357 A = 0,0357 mA = 35,7A

Resistencia

S

lR

= resistividad específica en mm2/m

l = Longitud del dispositivo en m

S = Sección transversal en mm2

R = Resistencia en ohm (

Ley de Ohm

R

vi

v = Fem, diferencia de potencial o tensión en Volt

R = Resistencia en ohm()

i = Intensidad de corriente en Amperes

Ampérmetro

i = 12/150 = 0,08 (A) =80( mA) I = 12/1,5 = 8 (A)

Vóltmetro

i = 12/1.400 = 8,57 mA

v = 600x8,57x10-3

v = 5,14 (V)

I = 12/2x106 = 6 A

v = 6x10-6x1x106 = 6(V)

ERROR

RV = 1 M RV = 1 M

1ºLey de Kirchhoff

01

k

nni

3,36 +(-1,44)+(-1,92) = 0

2º Ley de Kirchhoff 01

k

nnv

-12 + 4,67 + 5 + 2,33 = 0

Resistencias en serie

eqeq iRVRRRR

RRRiV

iRiRiRVVVVV

;

)(

;

321

321

321321

Resistencias en paralelo

VGeqiRRR

Geq

RRRVi

R

V

R

V

R

Viiii

;111

)111

(

321

321

321321

Variación de la resistencia con la temperatura

0038,0

0003,0

0039,0

)(1

20

20

20

122012

Cobre

Carbón

Aluminio

ttRR tt

Potencia

seg

Joule

t

wP [

)(WattviP

)()( WFPVIP

En corriente Continua

En corriente Alterna

W = Trabajo o Energía en Joule

V = Tensión RMS ; I = Corriente RMS

FP = Factor de Potencia de la carga

Energía

R

vP

R

vvP

RiP

iRiviP

2

2

;

)(24,0

)(

2

2

CaloríasRtiw

óJouleRtiw

Wáttmetro

División de Tensión

VRR

RV

21

22 V

RR

RV

21

11

División de Corriente

iRR

Ri

21

21 i

RR

Ri

21

12

Campo Magnético

Electroimán

Inductancia)(0

2

Hl

ANL r

N = Nº de vueltas o espiras

= permeabilidad del aire

r = permeabilidad relativa

A = área de la bobina

l = longitud de la bobina

L = Inductancia en Henrios

Ley de Faraday

)()()(

ln

Vdt

tdiL

t

tiLv

ó

Bvdt

dN

tNv

Capacidad

C = Capacidad en FaradiosPermitividad del aire = 8,89x10-12 (F/m)r = Constante dieléctrica relativa al aireA = Area de las placas en m2

d = distancia entre placas o espesor del dieléctrico en m

)(0 Faradiosd

AC r

Relación tensión-corrienteen la capacidad

)()(

)(

)(

Adt

tdvCi

odt

tdvC

dt

dq

tCvq

Resumen

ANÁLISIS SINUSOIDAL

v (t) = Vm cos(t + v) (V)

i(t) = Im cos (t + i) (A)

Resistencia en corriente alterna

)()cos(1

)(

)(1

)(

AtVR

ti

tvR

ti

vm

Inductancia en corriente alterna

)()º90cos()(

)sen()(

)cos()(

)()(

VtLItv

tLItv

tIdt

dLtv

dt

tdiLtv

im

im

im

mm LIV

Capacidad en corriente alterna

mm

vm

vm

CVI

donde

tCVti

entonces

tVtvsi

dt

tdvCti

:

)º90cos()(

)cos()(

)()(

mm CVI

Representación Fasorial

Impedancia

)(.

i

v

I

VZ

Potencia en Corriente Alterna

Triángulo de Potencia

Z

VZIVIS

X

VXIVIQ

R

VRIVIP

22

22

22

sen

cos

Factor de Potencia

S

P

IV

cos)2

cos)1

Mejoramiento del F. P.

1. Disminuye las pérdidas por efecto joule en las líneas o conductores.2. Mejora el nivel de tensión en las cargas.3. Los alternadores trabajan con mejores rendimientos.¿Cómo se mejora el F.P.?Conectando banco de condensadores en paralelo con la carga.

Z=13+j17,28 ohm CargaZ=1+j0,785 ohm Línea

Motriz : de combustión, turbinas a gas o

a vapor, nuclear,etc.Excitatriz: Una fuente de corriente continua

GRUPO MOTOR-GENERADOR (GRUPO ELECTROGENO)

Circuitos Trifásicos

p

fnS 120

f = Frecuencia de la tensión inducida en Hz.

p = Número de polos del rotor.

n = Velocidad sincrónica en rpm.

)(º303

32

15,01

º60º0

VVV

jVV

VVV

VVV

FAB

FAB

FFAB

BNANAB

)(º1503

)(º903

VVV

VVV

FCA

FBC

Conexiones Cargas Trifásicas- Conexión Estrella- Conexión en triángulo o delta

Conexión Y-Y

OIIIJXR

VI

JXR

VI

JXR

VI

CBA

CNC

BNB

ANA

FLFL IIVV 3

Conexión Y- D

FLFL

BCCACABBCBCAABA

IIVVaclaEn

IIIIIIIII

3arg

.........

CARGA DESEQUILIBRADA EN Y CON NEUTRO CONECTADO

CARGA DESEQUILIBRADA EN YCON NEUTRO DESCONECTADO

CARGA DESEQUILIBRADA EN DELTA

Potencia en circuitos trifásicos

)(sen3

)(3

)(cos3

cos3

3

cos3

VARIVQ

VAIVS

WIVP

IV

P

IVP

LL

LL

LL

LL

FF

)(sen3

)(3

)(cos3

cos3

3

cos3

VARIVQ

VAIVS

WIVP

IVP

IVP

LL

LL

LL

LL

FF