tema 1.3. contenido teórico-práctico

8/18/2019 Tema 1.3. Contenido Teórico-práctico

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Academia Moddle PABERAELECTROTECNIA 2º Bachillerato

1.3 Corriente eléctrica. Comportaelectrones. Resistencia y conductividad eléc

eneraci!n de una d.d.p. ("enerador# f.e.ener" a eléctrica. )fecto *oule. 'otencia y en

Corriente eléctricaSabemos que para -ue pue

car"as entre dos puntos La u!i"! d!i$elar las car%as e!tre ellos& co!ducihacia el eleme!to co! 'alto de ele¿Cómo es que se consigue un movimi

Comportamientos de los con

E! los co!ductores& los electlibremente moviéndose al azar en el

La u!i"! de dichos cuer#material co!ductor hace que losconductor, sean repelidos porne"ativamente co! u!a 'uer(a .

Al e)istir u! termi!al *#ositia#arece u! cam#o el-ctrico E Estelectro!es libres co! u!a 'uer(a

Movimiento térmico de los

El mo$imie!to de los electr

&ay campo eléctrico en el &ilo&los econ celeridades relativamente "ranmo$imie!to ca"tico& choca! co! disat"micos& otras car%as& bordes del c

Como los $ectores $elocidaest.! orie!tados al a(ar& la velocidaa"itaci!n térmica es nula

Cuando se aplica un campou!a di'ere!cia de #ote!cial al hilo& l

Curs

iento de los conductores bajo fuerzas eléctricas. Movitrica del material (R,l, S, ,/ ,0 ,2 #. ensidad de corrie. eneradores ideales y reales. Circuito eléctrico. $ey

er" a total, +til y pérdida. Rendimiento.

a e5istir una corriente eléctrica debe e5istire dichos cuer#os #or medio de u! material co!

e!do los electro!es sobra!tes del cuer#o car%actro!es& hasta restablecer el equilibrio el-ctriento ordenado de carga eléctrica en un metal?

ductores bajo fuerzas eléctricas.

ones est.! distribuidosinterior del conductor

os #or medio de u!electrones libres delel cuerpo car"ado

$o+ , otro *!e%ati$o+&cam#o tirar. de los

lectrones. Corriente eléctrica.

!es libres e! u! hilo co!ductor es mu, com#li

lectrones libres se mueven aleatoriamente endes debidas a la a"itaci!n térmica Los electroti!tos obst.culos/ im#er'eccio!es o de'ectos c!ductor& etc1&

d de los electro!esd media debida a la

léctrico& #or e7em#lo co!ecta!do el hilo a u!aos electro!es libres e)#erime!ta! u!a acelera

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1

iento térmico de loste. 4oltaje eléctrico.de %&m. 'otencia y

na diferencia deductor& te!der. ao !e%ati$ame!te

co !atural . Pero&

cado Cuando no

odas direcciones!es libres & e! suistali!os& !0cleos

#ila& la cual a#licai"! mome!t.!ea


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Academia Moddle PABERAELECTROTECNIA 2º Bachillerato Curso 2 34536

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debida a la 'uer(a F & si bie! #ro!to choca! co! los io!es 'i7os del co!ductor El resultado es que loselectrones ad-uieren una pe-ue7a velocidad de arrastre de sentido opuesto al del campo eléctrico &la cual se su#er#o!e a las %ra!des $elocidades t-rmicas aleatorias El comportamiento de loselectrones libres en un metal se parece al de las moléculas gaseosas en el aire. Si el aire está quieto, las

moléculas se mueven con grandes velocidades instantáneas entre choque y choque, pero su velocidadmedia es nula. Cuando sople una brisa, las moléculas del aire adquieren una peque a velocidad de

arrastre de igual dirección y sentido que la brisa, superpuesta a sus muchas velocidades instantáneas

Resistencia eléctrica del material (R , l , S, , 0 , 2#

8emos $isto como& e! su mo$imie!to #or el metal& los electrones libres c&ocan con distintosobst8culos / im#er'eccio!es o de'ectos cristali!os& !0cleos at"micos& otras car%as& bordes delco!ductor& etc1& #roduci-!dose u!a es#ecie de rozamiento *resistencia al movimiento de loselectrones + que se tra!s'orma e! calor * efecto *oule+ Estos choques so! me!ores e! los bue!osco!ductores que e! los malos Conclusi!n la resistencia de los diferentes materiales al movimientode electrones, depende fundamentalmente de su naturaleza.

9actores de los -ue depende la resistencia de un conductor

_ E7 / Si midi-semos la resistencia de un conductor de cobre de un metro de lon"itud ,de un mil metro cuadrado de secci!n & obte!dr9amos u! resultado de 0,01786Ω Est.claro que cada material te!dr. u! determi!ado $alor de resiste!cia #or cada metro ,mil9metro cuadrado A este $alor se lo de!omi!a : coeficiente de resistividad ; , sere#rese!ta co! la letra %rie%a ρ Es decir& la resisti$idad del cobre es/

0,01786 Ωmm m⁄

_ Por otro lado es l"%ico #e!sar que& si la resiste!cia el-ctrica es la di'icultad que o'receu! co!ductor al mo$imie!to de electro!es& esta di'icultad ir. aume!ta!do e! 'u!ci"!del cami!o que te!%a que recorrer< es decir& a mayor lon"itud, mayor ser8 laresistencia $a resistencia de un conductor aumenta con su lon"itud

_ Si& #or el co!trario& se aume!ta la secci"! del co!ductor& los electro!es te!dr.! m.s

libertad #ara mo$erse ,& #or ta!to& la resiste!cia ser. me!or $a resistencia de unconductor disminuye con su secci!n

Te!ie!do e! cue!ta todas estas co!sideracio!es& la e)#resi"! matem.tica !ecesaria #aradetermi!ar la resiste!cia de u! co!ductor #odr. quedar as9/

= mm 2 >m !" Sección del conductor #mm $ %

L "&ongitud del conductor #m%


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3

:nfluencia de la temperatura sobre la resistividad

Por lo %e!eral& la resistencia aumenta con la temperatura e! los co!ductores met.licos Esteaume!to de#e!de del i!creme!to de la tem#eratura , de la materia de que est- co!stituido dichoco!ductor

(1 ! " #$%

'esistencia en caliente' ( "'esistencia a $( &C! "Coe)iciente de temperatura a $(*C

+ " elevación de la temperatura en *C.

_ )l aumento de la resistencia con la temperatura es a veces un "ran inconveniente < as9ocurre& #or e7em#lo& e! los a#aratos de medida& do!de las medidas #uede! $ersedistorsio!adas #or este 'e!"me!o Por esta ra("!& es co!$e!ie!te utili(ar materialesco! u! ba7o coe'icie!te de tem#eratura #ara la co!strucci"! de los a#aratos demedida

_ )n otros casos, este aumento de resistencia con la temperatura puede serbeneficioso < como #or e7em#lo& #ara medir tem#eraturas #or medio de resiste!cias*term"metros electr"!icos+

_ ?e u!a 'orma es#ecial& e 5isten materiales donde se reduce la resistencia al aumentar

la temperatura E! estos casos se dice que #osee! u! coe'icie!te de tem#eratura!e%ati$o E! %e!eral los materiales semico!ductores #erte!ece! a este %ru#o

Conductividad eléctrica del material ( #

Otra 'orma de e)#resar que u! material es me7or co!ductor que otro es a tra$-s del co!ce#tode conductividad ( '%& que nos indica la facilidad -ue presentan los conductores al paso de la

corriente eléctrica Esta ma%!itud es i!$ersa a la resisti$idad * % , su u!idad es el sieme!s5metro*S5m+

'

) * + - .+ ( / %

(- mm $ m%


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Corriente eléctrica :ntensi%&m#

8a, que #e!sar que& al i%ualtambi-! est. lle!o de electro!es libral resto& estableci-!dose u! e'ecto d

Sea u! se%me!to de co!ducorrie!te E! este dibu7o se ha te!ido

¿CuSu#o!%amos u! co!

i!ter$alo dt es i%ual a la que

Curs

ad de corriente. ensidad de corri

que e! u!a tuber9a que est. lle!a de a%ua& u! ces dis#uestos a mo$erse E! cua!to al%u!os se

traslaci!n uniforme de electro!es e! todo el cctor de .rea tra!s$ersal co!sta!te * ! + #or ele! cue!ta el se!tido co!$e!cio!al de la corrie!

¿Cuánta carga atraviesa esa sección en la u

:ntensidad Ca!tidad de car%secci"! tras$ersal ! & #or u!idad de ti

2

La u!idad de medida decorrie!te el-ctrica es el amperio (;# cua!do e! u! circuito se mue$eculombio e! el tiem#o de un se"uncorrie!te tie!e u!a i!te!sidad de un

nta carga atraviesa una sección unidad en la uuctor de secci"! tra!s$ersal ! , u! cam#o el-ct

Sea V el volumen del segmen

3 45

La car%a que atra$iesa la secci e co!tabili(a de!tro del se%me!to de cili!dro

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<

ente. ($ey de

!ductor el-ctricoue$a!& em#u7a!

o!ductorque circula u!a

te

nidad de tiempo ?

a que atra$iesa lam#o

la i!te!sidad de ?e esta ma!era&!a car%a de uno& se dice que la

amperio

nidad de tiempo ?rico a#licado E

to:

! ! dura!te u!


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La de!sidad de corrie!te @

$ey de %&mOhm se dio cue!ta q

que su propia naturaleza incorrie!te #uede circular #or

Pro'u!dicemos e! ecorrie!te& se establece u!a dun campo eléctrico E . Com*,que e! muchos casos es #r

Curs

- ( 9:;?@: A

%

ue u! conductor !o s"lo sir$e como 'ue!te deluye en el movimiento de dic&as car"as & detl #ara u!a di'ere!cia de #ote!cial a#licada

sta idea/ Cua!do se co!ecta u! co!ductor ai'ere!cia de #ote!cial e! los e)tremos del co!co!secue!cia& sur"e en el conductor una dens#orcio!al a E /

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=

car%as libres& si!ormi!a!do cua!ta

u! %e!erador deuctor& , co! -l ,idad de corriente


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amos a deducir& a #

co!ductor de conductividad como co!secue!cia de u!a di

Sabemos que/

B C &

Sustituimos e! la e)#resi"! a

* D C

* "E

C%>C)

Primero establecemos u!a cdebido a la di'ere!cia de #ote!cial #Al 'luir car%a *#ositi$a+ #or dicho coque se crea reali(a u! traba7o #ara lsu tra,ecto las car"as positivas pier

Para e!te!der -ué es un circco!ectada a u!a bater9a Si a tra$-s*a+ hasta *b+&ver8 como su ener" aha pasado?¿Se ha destruido energ/a

Se%0! el #ri!ci#io de co!sedestruido& si!o que se ha tra!s'ormesta ener" a depende de lo -ue &ay

a+ Si ha, u! motor el-ctri

traba7o mec.!icob+ Si ha, u! co!de!sador& lc+ Resistor& la e!er%9a se

lumi!osa1d+ Bobi!a& la e!er%9a se al

?n circuito eléctricoy bobinas unidos mediantepotencial eléctrica se transfo

Curs

artir de -sta& la ley de %&m que t0 ,a co!oces* +&lon"itud *l ) , secci!n * ! +& #or el que circulaferencia de potencial *0 +

3 F5 G , que/

!terior/

D H I"

" J D H K" " J

' % ) C:RC?: % )$@C R:C%.

rrie!te el-ctrica/ como ,a sabr.s& la corrie!te eoducido #or u!a #ila o 'ue!te e!tre dos #u!tosductor *se!tido de la corrie!te co!$e!cio!al+&le$ar las car%as #ositi$as del bor!e #ositi$o al ben ener" a potencial *$a! del bor!e #ositi$o al

uito eléctrico ima%i!emos u!a :ca7a !e%ra;de la ca7a se mue$e la car"a #ositi$a desdepotencial disminuye Te #re%u!tar.s/ ¿1ué

r$aci"! de la e!er%9a& la e!er%9a !o se hado $a forma en c!mo se &a transformadoen el interior de la caja As9/

co& la e!er%9a se co!$ierte e!

a e!er%9a se almace!ae%rada como e!er%9a t-rmica&

ace!a

!o es m.s que una combinaci!n de resistencia &ilos conductores a una fuente o "enerador,

rma en otros tipos de ener" a

2 34536

A

Su#o!%amos u!

u!a corrie!te * I +

H L " J

l-ctrica se %e!erade u! co!ductorl cam#o el-ctricoor!e !e%ati$o E!e%ati$o+

s, condensadoresdo!de la ener" a


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';RBM)

eneradores de corriente.

Como ,a hemos estudiaddiferencia de car"as una diferenci

$as car"as (positivas# y,corriente eléctrica (corriente coener" a debido a la resistencia de¿cómo es posible mantener el )lu2oen un circuito? )s imprescindible rcontinuamente dic&as pérdidas de e

)l "enerador de corriente /

)l "enerador de corriente celéctrica manteniendo su circulaci!

ne"ativo y depositarlos en el polo puna fuerza. A la 'uer(a !ecesaria #acrear la di'ere!cia de car%as& se de!o

Re#rese!taci"! esquem.ticaDe!eradores CC/ #ilaDe!eradores CA/ tra

Curs

%S )> ?> C:RC?: % )$@C R:C%

nsi!n eléctrica y fuerza electromotri

& e! u! circuito el "enerador es el encar"aa de potencial una di)erencia de alturas

por tanto, toda lanvencional# pierdenl material. E!to!ces&de corriente eléctricaeponer o compensarner" a.

mpensa continuamente las pérdidas de ener"n 'ara ello, el "enerador tiene -ue arrancar

sitivo. 'ara realizar esta tarea el "enerador nera trasladar los #roto!es desde el #olo !e%ati$mi!a fuerza electromotriz (f.e.m#.

de u! co!de!sador *CC o CA+/s& bater9as& di!amoss'ormadores& red el-ctrica& turbi!as

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z.

do de crear una

a de la corrienterotones del polo

cesita desarrollaral #ositi$o& , as9


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enerador ideal de tensi!n.Es u!a 'ue!te de te!si"! q

te!si"! co! resiste!cia i!ter!a cero

enerador real de tensi!nAl%u!os e7em#los de 'ue!tes

de u!a 'ue!te de alime!taci"! e! el l

C.lculo de la te!si"!

Curs

ue #roduce u!a te!si"! de salida co!sta!te&

de tensiones reales / el de u!a #ila& u!a bater9aaboratorio

de los bor!es 3MN del %e!erador/

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D s u!a 'ue!te de

de autom"$il , el


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:ntensidad de la corriente el

_ Sentido real y cE! u! circuito& el s

electro!es Si! embar%o& loscar%ado #ositi$ame!te al !em.s se ha utili(ado hasta aho

_ Medida de la intPara medir la i!te!

llamado amper metro Elcircuito e! la u!idad de tie#u!tos del circuito& es i!dico!ectar el am#er9metro se l

Corriente c Corrien

Corriente cocorrie!te co!ti!ua#orque los electro!

Curs

ctrica

nvencional de la corriente!tido de la corrie!te el-ctrica lo determi!a!ti%uos cie!t9'icos cr9a! que la corrie!te el-ctri

%ati$ame!te Este se!tido& de!omi!ado conve ra

ensidad de corrientesidad de corrie!te el-ctrica utili(amos u! a#m#er9metro mide la ca!tidad de car%a que#o ?ado que la i!te!sidad de la corrie!te es i

'ere!te d"!de co!ectemos el am#er9metroha de!omi!ado : en serie ;

ntinuae alterna

tinua !ase caracteri(a

s libres siem#re

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E

l mo$imie!to dea 'lu9a del cuer#ocional, es el que

arato de medidae mue$e #or u!%ual e! todos los

esta 'orma de


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se mue$e! e! el mis

Corriente alterelectro!es se mue$e

$olta7e , la corrie!te

8a%amos ahora la retiempo

Curs

o se!tido #or el co!ductor co! u!a intensidad

a !a corrie!te alter!a se caracteri(a #o#or el co!ductor e! u! se!tido , e! otro& , ad

el-ctrica so! $ariables

rese!taci"! %r.'ica de la i!te!sidad de corrien

2 34536

1F

constante

rque el 'lu7o de

em.s& el $alor del

e eléctrica co! el


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La corrie!te circulalos #rimeros 3 m*$alores !e%ati$os+3 ms Este mismo

co!ti!uame!te mieestu$iese sumi!iel-ctrica al circuitoE! u! #ri!ci#io$er9amos a la l.m#r.#idos de la corrie!huma!o !o es ca#a(

Se #odr9a decir quepolaridad de sus ter$$(0 en los enchu)e? Como la te!si"! $aTensión Eficaz. La!ecesaria #ara que le'ecto cal"rico que scorrie!te alter!a Esu! radiador el-ctricco!ti!ua *siem#re

mismo calor que sicorrie!te alter!a co42F *te!si"! $aridir9amos que la te!u!a te!si"! e'ica(realme!te !o sea$ariable

)ner" a eléctrica

Recordemos que el co!ce#ttrabajo como : la ener" a -ue se n#u!tos al a#licar u!a 'uer(a ?e arealizado por el campo eléctrico pa!e%ati$o * G+

Cua!do u!a car%a #ositi$a *de u! hilo co!ductor e!tre cu,os e)tla disminuci!n de ener" a -ue e5pconsumida en circuito , es equi$ale

H → G G q * GG + H I t * G G+

Curs

! u! se!tido dura!te& , e! el co!trarioura!te los si%uie!tes#roceso se re#etir9a

!tras el %e!eradorstra!do corrie!te

cabr9a #e!sar quera e!ce!derse , a#a%arse r.#idame!te& si%uie Pero e! realidad !o #odemos $er este 'e!"mde #ercibirlo

! este caso el "enerador produce peri!dicameminales de salida Pero ¿3or qué se dice que h

9a co!sta!teme!te se co%e u!a te!si"! de re!si"! e'ica( equi$ale a u!a te!si"! e! c

a corrie!te que circule #or u!a resiste!cia& #i #or ella circula u!adecir si co!ectamosa 22 e! corrie!te

co!sta!te+& dar9a el

lo co!ectamos a u!ate!si"! m.)ima de

ble+& e! este casosi"! e! alter!a tie!e

de 22 & au!queu! $alor 'i7o si!o

o de energ/a #arte de los #ri!ci#ios de la mcesita #ara trasladar u! cuer#o u!a cierta di9 que la ener" a eléctrica tambi-! se defina a trasladar una car"a positiva - del bor!e #os

orrie!te co!$e!cio!al+ circula a lo lar%oremos e)iste u!a di'ere!cia de #ote!cial&rimenta la car"a, representa la ener" al trabajo -ue el campo eléctrico realiza /

q * G G+ como q I t

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!do los cambiose!o& ,a que el o7o

te cambios en lay una tensión de

'ere!cia llamadarrie!te co!ti!ua

odu(ca el mismo

ec.!ica al de'i!irsta!cia e!tre doscomo el trabajo

iti$o * + al bor!e


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, como G G I R G (trabajo#H:6Rt

_ i!te!sidad la e)#resamos e! am#erios

_ la resiste!cia e! ohmios _ el tiem#o e! se%u!dos _ el traba7o $ie!e e)#resado e! @ulios .

'otencia eléctrica.

La u!idad de potencia eléctrica es el Jatio *H+ Si !os #re%u!ta! qu- l.m#ara luce m.s& u!ade K H o u!a de 6 H la res#uesta ser9a mu, clara/ la de K H& que es la que ma,or #ote!cia tie!ePero&¿qué es la potencia eléctrica?

'otencia.I La #ote!cia de u!a corrie!te el-ctrica& es la raz!n entre el trabajo realizado por elcampo y el tiempo empleado en realizarlo

E! 9sica& se de'i!e potencia como la ra#ide( co! la que se e7ecuta u! traba7o& es decir& larelaci!n -ue e5iste entre el trabajo realizado (Hdisminuci!n de ener" a potencial, consumo deener" a eléctrica# y el tiempo invertido en realizarlo

O P

Q O

RS "(TUVWA%

Q P I * 3G 2+ P I

2R

Las u!idades so!/ X YZ [\] ^Z_ \]

'otencia "enerada #or u!a bater9a *real+/


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isipaci!n de potencia e! u!

Rendimiento ener"ético.

E! u! circuito ha, u! eleme

que la e!er%9a NO SE CREA NI SECONS ME& es #orque ha, otro que S

)$@C R:C; es el )>)R; %R *#ila&

)$@C R:C; es el R)C)' %R *resiste!

_ POTENCIA CE?I?A que es i%ual

3MN " ` a b ` [%5 ̀

_ POTENCIA CONS MI?A que es i

ella O 3 c " ̀

Curs

resistor

to que CE?E , otros que CONS MEN e!er%9a

ESTR E& SOLO SE TRANS ORMA& , #or ta!tMINISTRA O CE?E Pues bie!&el elemento -u

alter!ador& di!amo1 +& , el elemento -ue C%

ias+ As9 la e)#resi"! de la #ote!cia/

la te!si"! del %e!erador * 0 ab %#or la i!te!sidad

%ual a la te!si"! de la resiste!cia #or la i!te!sid

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13

Es l"%ico& #uesto

& si u! eleme!toC) ) '% )>C:;

S?M) '% )>C:;

4. O

ad que circula #or


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1<

Ta!to e! %e!eradores como e! rece#tores ha, u!a tra!s'ormaci"! de la e!er%9a E! los%e!eradores la e!er%9a qu9mica se tra!s'orma e! el-ctrica& , e! u! rece#tor #or e7em#lo u! motor& lae!er%9a el-ctrica se tra!s'orma e! mo$imie!to #ero tambi-! se #ierde e! 'orma de calor Siem#re quee)iste u!a tra!s'ormaci"! #odemos hablar de rendimiento ener"ético

Llamamos rendimiento ener"ético a la #orci"! o #orce!ta7e de e!er%9a *o #ote!cia+ que sea#ro$echa e! u!a tra!s'ormaci"! ?o!de/FMN]\dN[ M F eQ[ F f d [ M

El rendimiento se e)#resa matem.ticame!te como/

g FZQ[

FMN]\dN[ M

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