Download DIAPOSITIVA 1 INTRODUCCIÓN. La electricidad es una forma de

DIAPOSITIVA 1
INTRODUCCIÓN.
La electricidad es una forma de energía que tiene innumerables aplicaciones en la vida:
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Iluminación.
Calor (calefacción, hornos eléctricos, cocinas, etc).
Frío (aire acondicionado y refrigeración).
Motricidad (herramientas, motores, vehículos, etc).
Sistemas de telecomunicación (televisión radio, etc).
Automatización.
Sistemas informáticos, robótica, etc.
Es indudable que todas estas aplicaciones proporcionan gran cantidad de comodidades al hombre.
Las centrales eléctricas son los centros donde se produce la energía eléctrica a partir de otras fuentes
energéticas. Por lo tanto se trata de transformar una forma de energía en otra (electricidad en este caso).
La ventaja de la energía eléctrica es que se puede transportar con facilidad, cosa que no ocurre con otros
tipos de energía.
La electricidad es un fenómeno físico que encuentra su explicación a escala microscópica. Por lo tanto, es
esencial conocer como está formada la materia para poder comprender el cómo se produce este fenómeno
de la electricidad.
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CAPÍTULO
CAPÍTULO
CAPÍTULO
CAPÍTULO
CAPÍTULO
CAPÍTULO
I. El Átomo (salto a diapositiva 2)
II. La Corriente Eléctrica (salto a diapositiva 3).
III. La Tensión Eléctrica (salto a diapositiva 8).
IV. La Resistencia Eléctrica (salto a diapositiva 10).
V. El Circuito Eléctrico (salto a la diapositiva 12).
VI. Las Leyes Eléctricas (salto a la diapositiva 35).
DIAPOSITIVA 2
CAPÍTULO I. EL ÁTOMO.
Piense en lo siguiente:
Imagine un trozo de cualquier material, por ejemplo una lámina de cobre muy delgada. Cogemos dicha
lámina y la dividimos en dos partes. A continuación volvemos a dividir una de las partes en otras dos y así
sucesivamente. Llegará un momento en el que la lámina de cobre a dividir sea extremadamente pequeña.
La pregunta es la siguiente: ¿Cree usted que podrá seguir dividiendo la lámina una y otra vez en trozos
infinitamente pequeños? O por el contrario llegará un momento en el que la lámina de cobre ya no pueda
ser dividida en trozos más pequeños; momento en el que se alcance el tamaño de un bloque básico e
indivisible de la materia.
Este planteamiento es muy antiguo. Fue postulado en la antigua Grecia por la escuela atomista que
defendía la idea de que la materia estaba constituida por átomos (del griego άτομος, indivisible). Así que el
pedazo mas pequeño que podemos obtener de nuestra lámina de cobre es un átomo de cobre, que ya no
podremos seguir dividiendo.
En el siglo XIX se comprobó la existencia del átomo como la unidad más pequeña de un elemento químico
que mantiene su identidad o sus propiedades y que no es posible dividir mediante procesos químicos. El
tamaño del átomo es extremadamente pequeño, del orden de una diezmillonésima parte de milímetro.
Hoy en día se acepta que el átomo se compone de un núcleo de carga positiva formado por protones y
neutrones, alrededor del cual se encuentra una nube de electrones de carga negativa. Para nuestro estudio
utilizaremos el Modelo atómico de Rutherford que, aunque difiere del modelo atómico aceptado en la
actualidad, resulta adecuado para nuestros propósitos. Según este modelo el átomo está constituido por:
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El núcleo. Que alberga los protones, a los cuales se les ha atribuido la carga positiva (1+); y los
neutrones, que no tienen carga, son neutros.
La corteza: Constituida por los electrones, de carga negativa (1-), que giran en orbitas alrededor del
núcleo.
El átomo en estado normal tiene carga neutra debido a que posee igual número de protones que de
electrones. No obstante, un átomo puede perder o ganar electrones.
De esta manera, cuando un átomo pierde un electrón, adquiere una carga neta (1+) formando lo que se
conoce como ión positivo o catión.
Cuando un átomo gana un electrón extra se queda con una carga de (1–) formando un ión negativo o anión.
CATIÓN
ANIÓN
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CAPÍTULO II. LA CORRIENTE ELÉCTRICA.
Tal y como se comento anteriormente, las cargas de diferente signo se atraen y las de signo contrario se
repelen.
Supongamos el siguiente caso:
Se dota a una barra de ebonita de carga negativa y otra barra, de vidrio, de carga positiva.
Entre estas dos barras existirá una diferencia de cargas (una tiene exceso de electrones y otra defecto).
Si estas dos barras las unimos mediante un hilo de cobre, ¿qué ocurrirá?
Lógicamente, como las cargas de diferente signo se atraen, se producirá, a través del conductor, una fuga
de los electrones de la barra de ebonita hacia la barra de vidrio al verse atraídos por la carga positiva.
El paso o circulación de los electrones a través del hilo de cobre se conoce como corriente eléctrica.
Esta corriente eléctrica cesará cuando no exista diferencia de cargas entre las dos barras.
La diferencia entre las cargas de las dos barras se denomina diferencia de potencial o voltaje.
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Intensidad de la Corriente Eléctrica (salto a la diapositiva 4).
Sentido de la Corriente Eléctrica (salto a la diapositiva 7).
Corriente Continua (salto a la diapositiva 41).
Corriente Alterna (salto a la diapositiva 42).
Corriente Pulsatoria (salto a la diapositiva 43).
DIAPOSITIVA 4
INTENSIDAD DE CORRIENTE ELÉCTRICA.
La intensidad es la cantidad de carga que circula en un segundo, y nos da una idea de cómo es de intensa
la corriente eléctrica.
Se representa con la letra “I”
La unidad de medida de la intensidad es el amperio (A), en honor a André-Marie Ampère.
Concretamente, la intensidad de corriente eléctrica se define como la cantidad de carga que atraviesa una
sección de un conductor en la unidad de tiempo
Donde “I” es la intensidad en amperios “Q” es la carga en culombios y “t” es el tiempo en segundos.
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Ejemplo 1 (salto a la diapositiva 5).
Ejemplo 2 (salto a la diapositiva 6).
DIAPOSITIVA 5
EJEMPLO 1.
Calcule la corriente eléctrica que circula por un conductor sabiendo que han circulado 20 Culombios
durante 2 minutos.
Como el tiempo se debe expresar en segundos para que el resultado de la intensidad sean Amperios
Por lo tanto, sabiendo que:
DIAPOSITIVA 6
EJEMPLO 2.
Una esfera cargada se conecta a tierra mediante un conductor y se comprueba que se descarga por
completo con una intensidad I = 200 A en tan solo 10 segundos. ¿Qué carga tenía la esfera?.
Despejamos la carga de la expresión de la intensidad de corriente.
DIAPOSITIVA 7
SENTIDO DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA.
Como hemos comentado con anterioridad, la corriente eléctrica es debida a la circulación de electrones, los
cuales tienen carga negativa (sentido electrónico de la corriente eléctrica).
Por lo tanto, el sentido de circulación de la corriente eléctrica va desde el polo negativo, desde donde salen
los electrones, al polo positivo.
No obstante, se establece como sentido convencional de la corriente la que circula desde el polo positivo
hasta el polo negativo. Si esto fuera cierto, la corriente consistiría en un flujo de cargas positivas.
¿Por qué se establece este sentido de la corriente entonces?
La respuesta es que, históricamente, la corriente eléctrica se definió como un flujo de cargas positivas
desde el polo positivo al polo negativo, y, en consecuencia, se fijó el sentido convencional de circulación de
la corriente como un flujo de cargas positivas.
Piense que la electricidad es un fenómeno físico conocido desde hace mucho tiempo, y, aunque ya
entonces se desarrolló toda una teoría sobre la electricidad, no se supo hasta mucho tiempo después cómo
se producía en realidad.
En consecuencia, toda la teoría de la electricidad se desarrolló pensando, y está basada, en el sentido
convencional de la corriente, de manera que resulta más cómodo utilizar dicho sentido convencional.
En la bibliografía que trata sobre la electricidad se pueden encontrar autores que utilizan en sus
explicaciones el sentido convencional de la corriente (sobre todo en el campo de las ciencias físicas) y
autores que utilizan el sentido real de la corriente (cosa que suele ocurrir en el campo técnico).
No obstante, este manual se realiza utilizando el sentido real de la corriente, pero recuerde que, si consulta
algún libro de teoría de la electricidad, puede encontrarse con explicaciones basadas en el sentido
convencional de la corriente.
DIAPOSITIVA 8
CAPÍTULO III. LA TENSIÓN ELÉCTRICA.
Como ya hemos visto en el circuito eléctrico, el generador es encargado de impulsar los electrones del polo
negativo al positivo, gracias a que entre dichos polos aparece una diferencia de cargas o diferencia de
potencial.
Esta deferencia de potencial también se denomina f.e.m. (fuerza electro-motriz) o tensión.
La tensión se representa con la letra “V” y tiene como unidad de medida fundamental el voltio (V).
La tensión eléctrica nos da una idea de con que ímpetu se impulsan los electrones o la corriente.
Esto no quiere decir que un voltaje elevado suponga una corriente elevada; todo depende del receptor (es
otro elemento más del circuito eléctrico; consulte el punto 7 EL CIRCUITO ELÉCTRICO) que haya en el
circuito.
Lo que si es cierto es que, para un mismo receptor, la corriente aumentará si aumenta el voltaje y viceversa.
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Símil hidráulico para voltaje-corriente (salto a la diapositiva 9).
DIAPOSITIVA 9
SÍMIL HIDRÁULICO PARA VOLTAJE-CORRIENTE.
Para explicar el comportamiento de un circuito eléctrico y la relación que existe entre tensión y corriente, se
utiliza a menudo el siguiente circuito hidráulico.
Imagine un depósito lleno de agua suspendido a cierta altura, desde cuya parte inferior de este depósito
sale una tubería que baja verticalmente hasta el suelo (ver figura a continuación).
Para una tubería de la misma sección se comprueba que:
- Elevando el depósito hasta una altura h1 el chorro de agua alcanza a su salida una distancia l1.
- Suspendiendo el depósito a una altura h2 (menor que h1) el chorro de agua alcanza una distancia l2
(menor que l1).
En este símil, la altura del depósito representa la diferencia de potencial o tensión.
Cuanto más alto se encuentre el depósito más fuerte impulsará el agua; ese es el motivo por el cual el
chorro de agua alcanza mayor distancia cuanto más alto se coloque el depósito.
Es decir: cuanto más alto se encuentre el depósito, en el transcurso del mismo tiempo, más litros salen por
la boca de la tubería; esto significa que a mayor altura se produce un mayor caudal.
El caudal del circuito hidráulico representa la intensidad de corriente en un circuito eléctrico.
Ahora ya sabemos de que manera están relacionadas la tensión y la intensidad.
DIAPOSITIVA 10
CAPÍTULO IV. LA RESISTENCIA ELÉCTRICA.
Hasta el momento hemos hablado de tensión y de corriente y de cómo estas están relacionadas entre si.
No obstante, todavía queda un parámetro por definir que, a su vez, guarda relación con la tensión y la
corriente y del cual no hemos hablado hasta ahora.
Nos referimos a la resistencia eléctrica (R).
La unidad fundamental de medida es el ohmio y se representa con la letra griega omega Ω.
La resistencia nos da una idea de cómo un receptor o como un circuito se oponen al paso de la corriente.
Cuanto mayor es la resistencia más oposición ofrece al paso de la corriente, es decir, a mayor resistencia
menor corriente y viceversa.
El símbolo esquemático de la resistencia se representa a continuación.
De hecho, en el esquema de circuito eléctrico podríamos haber dibujado como receptor el símbolo de la
resistencia, ya que, después de todo, ese sería el circuito equivalente.
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Símil hidráulico para voltaje-corriente-resistencia (salto a la 11).
DIAPOSITIVA 11
SÍMIL HIDRÁULICO PARA VOLTAJE-CORRIENTE-RESISTENCIA.
Observe la siguiente figura.
De nuevo usaremos el símil hidráulico para explicar la relación existente entre voltaje corriente y resistencia.
En este caso la altura h de los depósitos es la misma, lo cual significa que la diferencia de potencial o
tensión es idéntica; puede observar que la distancia I que alcanza el chorro de agua en ambos depósitos es
la misma, el agua es empujada con la misma fuerza, como cabe esperar.
Pero el caudal del depósito de la derecha es mayor que el de la izquierda debido a que la sección o grosor
del tubo es también mayor; el agua corre más fácilmente por el tubo de mayor sección.
En definitiva, podemos decir, que la resistencia guarda similitud con la sección del tubo; cuanto menor es la
sección del tubo mayor es la resistencia que hay al paso del agua.
En un circuito hidráulico ocurre que, para una misma altura del depósito, si aumenta la sección del tubo
(disminuye la resistencia al paso del agua) aumenta el caudal y viceversa.
En el circuito eléctrico ocurre exactamente igual: para una misma diferencia de potencial ocurrirá que, si la
resistencia aumenta la corriente disminuye y viceversa.
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CAPÍTULO V. EL CIRCUITO ELÉCTRICO.
A continuación se muestra un circuito eléctrico.
Para formar un circuito eléctrico es necesario que se den cuatro requisitos, a saber:
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Que exista un generador: un elemento que proporcione una diferencia de potencial entre sus
extremos, que llamaremos polos: el polo negativo con carga negativa y el polo positivo con carga
positiva, capaz de impulsar los electrones del polo negativo al polo positivo. Por ejemplo una pila.
Que haya un conductor: parte del circuito que une un polo del generador con otro y permite
que circule la corriente eléctrica a través del mismo. Por ejemplo un hilo de cobre.
Que exista un receptor: un elemento que consigue transformar la energía eléctrica en otro
tipo de energía. Por ejemplo una bombilla (transforma la energía eléctrica en luminosa).
Que el circuito sea cerrado: es decir, que no esté interrumpido en ningún punto. Si el
circuito estuviese abierto no sería posible la circulación de corriente. Es necesario proporcionar un
camino cerrado para que la corriente pueda circular desde un polo al otro.
Conexión de los Generadores (salto a la diapositiva 13).
Resistencia de los conductores y aislantes (salto a la diapositiva 19).
Acoplamiento de Resistencias en Serie (salto a la diapositiva 31).
Acoplamiento de Reisistencias en Paralelo (salto a la diapositiva 32).
Circuitos Mixtos (salto a la diapositiva 33).
DIAPOSITIVA 13
CONEXIÓN DE LOS GENERADORES.
Los generadores pueden conectarse en serie y en paralelo del mismo modo que las resistencias o
receptores.
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Conexión de Generadores en Serie (salto a diapositiva 14).
Conexión de Generadores en Paralelo (salto a la diapositiva 17).
DIAPOSITIVA 14
CONEXIÓN DE GENERADORES EN SERIE.
Los generadores están conectados en serie cuando se coloca uno a continuación del otro en la misma
rama.
Esto implica que la misma corriente debe atravesar a todos los generadores.
Lo que se consigue con una conexión de generadores en serie es que el voltaje resultante sea la suma
algebraica de las tensiones de cada uno de los generadores.
Por el contrario, la intensidad que pueda entregar el conjunto serie se ve limitada a la corriente máxima que
pueda entregar una sola de las baterías; si las baterías tienen corrientes máximas de salida diferentes, la
corriente máxima de todo el conjunto serie está limitada a la menor de esas corrientes máximas de salida.
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Elemplo 3 (salto a diapositiva 15).
Elemplo 4 (salto a diapositiva 16).
DIAPOSITIVA 15
Ejemplo 3.
Calcular el voltaje entre los puntos A y B de la siguiente conexión de generadores. Diga que
corriente máxima puede entregar el conjunto si, según las especificaciones del fabricante, la
corriente máxima de las baterías es de 0,5 A.
Los dos generadores están conectados en serie y además los dos generan el voltaje o impulsan la corriente
en el mismo sentido
El resultado es como si sólo existiese un generador de 25 voltios capaz de suministrar una corriente de
0,5 A.
DIAPOSITIVA 16
Ejemplo 4.
Calcular el voltaje entre los puntos A y B de la siguiente conexión de generadores.
Los dos generadores están en serie, pero cada uno de ellos impulsa la corriente en sentido contrario; están
en oposición.
El voltaje de salida será la resta del voltaje mayor menos el menor y la polaridad la del mayor de ellos.
En definitiva, es como si sólo existiese un único generador de 5 V con la polaridad que tenía el de 15 V.
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CONEXIÓN DE GENERADORES EN PARALELO.
Con la conexión de baterías en paralelo se consigue aumentar la corriente máxima de suministro, puesto
que esta será la suma algebraica de las corrientes máximas de cada una de las baterías.
El voltaje de salida obtenido del conjunto paralelo es el mismo voltaje que el obtenido con cada una de las
baterías.
La conexión de baterías en paralelo se hace interconectando los polos positivos entre si y los negativos
entre si.
No se deben conectar generadores en paralelo si estos tiene distintos voltajes.
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Ejemplo 5 (salto a diapositiva 18).
Ejemplo 6 (salto a diapositiva 19).
DIAPOSITIVA 18
Ejemplo 5
Calcular el voltaje de salida y la corriente máxima del conjunto siguiente, sabiendo que la corriente máxima
de salida de cada batería es de 1,5 A:
El voltaje de salida es de 15 voltios y la corriente máxima es de 3 A, el doble de cada batería.
DIAPOSITIVA 19
Ejemplo 6
Los generadores de 15, 5 y 1 voltio están polarizados en el mismo sentido, esto es que impulsan la corriente
en el mismo sentido.
El generador de 10 V en cambio impulsa la corriente en sentido contrario al de los demás.
Por lo tanto el voltaje del conjunto es:
La polaridad es la que se muestra en la figura.
DIAPOSITIVA 20
RESISTENCIA DE LOS CONDUCTORES Y DE LOS AISLANTES.
La resistencia eléctrica es una propiedad inherente de los materiales que depende, no sólo del material con
el que estén fabricados, sino de sus dimensiones físicas.
Dependiendo de la resistencia de los diferentes materiales podemos clasificarlos en:
-
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Conductores: conducen muy bien la electricidad y, por lo tanto, presentan muy poca resistencia.
Aislantes: ofrecen una resistencia elevada.
Semiconductores: son materiales que bajo determinadas condiciones se comportan como
conductores, y en otras condiciones como aislantes.
Superconductores: es un material que no opone resistencia al flujo de corriente eléctrica por él. La
superconductividad es una propiedad presente en muchos metales y algunas cerámicas, que
aparece a bajas temperaturas, caracterizada por la pérdida de resistividad a partir de cierta
temperatura característica de cada material, denominada temperatura crítica.
Resistencia de los Conductores (salto a la diapositiva 21).
Resistencia de los Aislantes (salto a la diapositiva 26).
Influencia de Temperatura en la Resistencia (salto a la diapositiva 28).
DIAPOSITIVA 21
RESISTENCIA DE LOS CONDUCTORES.
Resulta muy conveniente saber calcular la resistencia eléctrica de los materiales, en especial de los
conductores, debido a que es fundamental para un posterior cálculo de pérdidas por efecto de la corriente
que circula.
Cojamos una tira cobre de 1 m de largo y una sección de 1 mm 2 y con un ohmetro (aparato de medida para
medir resistencia eléctrica que se estudiará más adelante) midamos la resistencia. Podremos comprobar
que la resistencia que se mide es de 0,017 Ω Por lo tanto diremos que la resistencia de un hilo de cobre de
1 m de longitud y una sección de 1 mm 2 es de 0,017 Ω.
Esta dimensión física la utilizaremos como patrón de
medida para otros materiales; por ejemplo: la resistencia
de un hilo de aluminio de 1 m de longitud y una sección de
1 mm2 es de 0,028 Ω. Este patrón de medida nos da una
idea de cómo se comportan los materiales en cuanto a su
resistencia eléctrica se refiere. El valor óhmico obtenido es
en realidad el coeficiente de resistividad (). Cada material
tiene su propio coeficiente de resistividad.
El coeficiente de resistividad nos indica la resistencia eléctrica que ofrece un material cuyas dimensiones
son 1 m de longitud y una sección de 1 mm2. La unidad de medida del coeficiente de resistividad es Ω •
mm2/m La resistividad de los diferentes materiales se recoge en tablas como la que a continuación se
muestra.
Material
Símbolo
 (Ω • mm2/m)
Plata
Cobre
Aluminio
Cinc
Latón
Estaño
Hierro
Plomo
Maillechort
Constantán
Ferroniquel
Mercurio
Micrón
Carbón
Ag
Cu
Al
Zn
Cu-Ni
Sn
Fe
Pb
Cu-Zn-Ni
Cu-Ni
Fe-Ni
Hg
Ni-Cr
C
0,0163
0,017
0,028
0.061
0.07
0,12
0,13
0,204
0,3
0,5
0,8
0,957
1
63
Si medimos la resistencia de un hilo de cobre de 2 m de longitud y 1 mm2 de sección podremos comprobar
que es de 0,017 • 2 = 0,034 Ω, puesto que la corriente debe atravesar una longitud el doble de larga y
encuentra, por lo tanto, el doble de resistencia. Por lo que podemos afirmar que: La resistencia eléctrica
aumenta con la longitud de los conductores. Si medimos la resistencia de un hilo de cobre de 1 m de
longitud y 2 mm2 de sección podremos comprobar que es de 0,017 / 2 = 0,0085 Ω, porque los electrones
tiene más libertad para moverse facilitando el paso de la corriente.De tal manera que podemos decir que:
La resistencia eléctrica disminuye si la sección del conductor aumenta. De todo lo anteriormente
comentado se deduce que la expresión física que relaciona la resistividad con la longitud y la sección de un
conductor es:
Donde:
- R es la resistencia en Ω.
-  es el coeficiente de resistividad en Ω • mm2/m.
- L es la longitud del conductor en m.
- S es la sección del conductor en mm2.
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Ejemplo
Ejemplo
Ejemplo
Ejemplo
7 (salto a la diapositiva 22).
8 (salto a la diapositiva 23).
9. Salto a la diapositiva 24).
10 (salto a la diapositiva 25).
DIAPOSITIVA 22
Ejemplo 7.
Calcule la resistencia de un conductor de aluminio de 20 m de longitud y 5 mm2 de sección.
Aplicamos la fórmula de la resistencia de los conductores y sustituimos los valores:
DIAPOSITIVA 23
Ejemplo 8.
Calcule la resistencia eléctrica de la siguiente pieza de carbón.
La longitud de la pieza es de 10 m.
La sección de la pieza es:
Aplicamos ahora la fórmula de la resistencia de los conductores y sustituimos los valores:
DIAPOSITIVA 24
Ejemplo 9.
Calcule la resistencia eléctrica de la misma pieza que el ejemplo anterior pero con los electrodos
conectados como se muestra en la siguiente figura.
La longitud de la pieza es de 5 mm, es decir 0,005 m.
La sección de la pieza es:
Aplicamos ahora la fórmula de la resistencia de los conductores y sustituimos los valores:
Note la gran diferencia que existe en hacer circular la corriente a través de una sección o de otra.
En el ejemplo 8. la longitud es grande y la sección pequeña.
En el ejemplo 9 ocurre exactamente lo contrario, la longitud es de tan solo de unos mm y la sección es
extremadamente grande.
DIAPOSITIVA 25
Ejemplo 10.
Un electricista encuentra un rollo de cable de cobre de 4 mm de diámetro. Como no sabe cuantos
metros quedan en el rollo decide calcular la longitud del cable midiendo la resistencia eléctrica del
mismo. La medida obtenida es de 3,4 Ω.
En primer lugar vamos a calcular la sección del cable, pues tan solo tenemos el diámetro:
Donde:
-
d es el diámetro en mm.
r es el radio en mm.
S es la sección en mm2.
De la fórmula de la resistencia eléctrica despejamos la longitud L:
Sustituyendo valores:
DIAPOSITIVA 26
RESISTENCIA DE LOS AISLANTES.
Los aislantes en electricidad tiene tanta importancia como los conductores.
Gracias a los aislantes es posible separar circuitos que portan tensiones diferentes entre si y, lo que es más
importante, aislar circuitos con tensiones de zonas inactivas; como chapas, bastidores, estructuras
metálicas, etc, que puedan ser tocadas por personas o animales, proporcionando asi un medio de
seguridad.
Al igual que existen materiales que son mejores o peores conductores, existen aislantes mejores y peores.
Para definir el grado de aislamiento de un material no se emplea el coeficiente de resistividad.
Para expresar la medida de calidad de un aislante se utiliza la rigidez dieléctrica.
Esta medida nos indica la tensión que soporta el aislante antes de ser perforado por un arco voltaico
(corriente eléctrica que atraviesa el aislante perforándolo y destruyéndolo).
Por tal motivo es de vital importancia conocer ese voltaje a partir del cual el aislante se perfora.
A nadie se le ocurriría utilizar un aislante que aguantase menos tensión que la que porta el conductor.
La tensión que es capaz de soportar el aislante se da, normalmente en KV/mm.
Esta es la tensión que aguantaría el aislante de 1 mm de grosor.
Ni que decir tiene que, si aumentamos el grosor del aislante, también aumentamos la tensión de ruptura.
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Ejemplo 11 (salto a diapositiva 27).
DIAPOSITIVA 27
Ejemplo 11.
Si un material de 10 KV/mm de rigidez dieléctrica se emplea como aislante para conductores de 0,5 mm de
grosor, es capaz de aguantar una tensión de:
Donde.
-
V es el voltaje que aguanta el aislante.
RIGIDEZ es la rigidez dieléctrica del aislante.
L es el grosor del aislante.
A continuación se muestra una tabla con diferentes materiales y su correspondiente rigidez dieléctrica.
Material
Agua (pura)
Aceite mineral
Aire seco
Papel
Cloruro de polivinilo
Polietileno
Rigidez dieléctrica (KV/mm)
12
4
3,1
16
50
16
DIAPOSITIVA 28
INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA EN LA RESISTENCIA.
La temperatura influye en la resistencia de los materiales.
En la mayoría de los casos la resistencia aumenta si aumenta la temperatura: es el caso de materiales con
coeficiente de resistencia positivo.
En otros casos, los menos, la resistencia eléctrica disminuye cuando la temperatura aumenta: es el caso de
los materiales con coeficiente de resistencia negativo.
Para ponderar este incremento o disminución de la resistencia de los materiales se utiliza la siguiente
expresión:
Donde:
-
Rt es la resistencia a la temperatura t
Ro es la resistencia a 0º centígrados.
α es el coeficiente de temperatura.
Δt es la diferencia de temperatura entre 0o centígrados y la temperatura para la cual se calcula el
valor de la resistencia.
A continuación se muestra una tabla que recoge los diferentes coeficientes de temperatura:
Α
Material
Oro
Plata
ALUMINIO
Cobre
Estaño
Constantán
Wolframio
Hierro
Ferroniquel
Maillechort
0,0035
0,0036
0,00446
0,0039
0,0044
0,0001
0,0005
0,00625
0,00093
0,00036
El aumento o disminución de la resistencia con la temperatura puede resultar un inconveniente: casos en
los que la medida de resistencia pueda afectar a un circuito; en este caso es conveniente elegir un material
con un coeficiente de temperatura lo más pequeño posible.
Otras veces puede resultar interesante: circuitos que miden temperaturas aprovechando este fenómeno; en
este otro caso elegiremos un material con un elevado coeficiente de temperatura.


Ejemplo 12 (salto a la diapositiva 29).
Ejemplo 13 (salto a la diapositiva 30).
DIAPOSITIVA 29
Ejemplo 12.
Una bombilla con filamento de wolframio tiene una resistencia eléctrica de 900 Ω a una temperatura de 20o
C. Calcular la resistencia a 0o C.
Consultando la tabla de coeficientes eléctricos se observa que el wolframio tiene un coeficiente de 0,0005.
Como la resistencia se ha medido a 20º C., esto es Rt, es entonces Ro lo que debemos calcular.
El salto de temperatura t es de:
Despejando Ro:
Sustituyendo valores:
DIAPOSITIVA 30
Ejemplo 13.
Calcular la temperatura que alcanza una bombilla con filamento de wolframio que tiene una resistencia de
195 Ω a 0o C cuando luce normalmente si se sabe que, conectada a 220 V circula una corriente a través de
la misma de 0,5 A.
El circuito equivalente es el que a continuación se muestra.
Calculamos la resistencia del filamento de la bombilla utilizando la ley de Ohm.
Esta es la resistencia eléctrica que tiene el filamento de wolframio a la temperatura de funcionamiento, es
decir Rt.
Aplicamos la fórmula del coeficiente de temperatura, sustituimos valores y despejamos Δt para obtener su
valor.
DIAPOSITIVA 31
ACOPLAMIENTO DE RESISTENCIAS EN SERIE.
Dos resistencias están en serie cuando se colocan una a continuación de la otra, pasando la misma
corriente por ambas.
La resistencia total de este circuito es la suma de las resistencias R1 + R2.
Esta es la resistencia que realmente ve la fuente de voltaje y que debe atravesar la corriente eléctrica.
Si se colocan mas resistencias en serie, la resistencia total será la suma de todas las resistencias:
DIAPOSITIVA 32
ACOPLAMIENTO DE RESISTENCIAS EN PARALELO.
Decimos que dos resistencias están en paralelo cuando se coloca una al lado de la otra, teniendo la misma
tensión aplicada en sus extremos.
La resistencia total del circuito es:
Despejando Rtotal:
Esta última expresión sólo es valida para el cálculo de dos resistencias en paralelo
Si se colocan más resistencias en paralelo:
DIAPOSITIVA 33
CIRCUITOS MIXTOS.
Por circuito mixto se entiende aquel circuito en el que se acoplan resistencias en serie y en paralelo.
El cálculo de la resistencia total del circuito consiste en ir calculando paso a paso los diferentes conjuntos en
paralelo y en serie tal y como se muestra en el siguiente ejemplo:

Ejemplo 14 (salto a diapositiva 34).
DIAPOSITIVA 34
Ejemplo 14.
Calcular la resistencia total del circuito.
Lo primero que trataremos de buscar es un circuito con resistencias en serie, de modo que, una vez
obtenido, sólo tengamos que sumarlas.
Por lo tanto, debemos simplificar el conjunto de resistencias en paralelo formado por R2 y R3 enuna única
resistencia R2//R3.
Ahora el circuito queda como se muestra:
Nos encontramos pues con un circuito constituido por tres resistencias en serie R1, R2//R3 y R4.
El último cálculo que debemos realizar es el de sumar las tres resistencias para obtener la Rt.
Luego el circuito inicial queda como un circuito con una única resistencia Rt.
DIAPOSITIVA 35
CAPÍTULO VI. LAS LEYES DE ELÉCTRICAS
Las leyes eléctricas se utilizan para comprender la relación entre las magnitudes de intensidad, voltaje y
resistencia y para resolver circuitos eléctricos que tienen cierta complejidad, con varias resistencias y
generadores de voltaje.
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La Ley de Ohm (salto a la diapositiva 36).
Las Leyes de Kirchhoff (salto a la diapositiva 40).
DIAPOSITIVA 36
LA LEY DE OHM.
Hasta el momento hemos visto como se relacionan la tensión la corriente y la resistencia de una forma
cualitativa.
Para comprender mejor como se relacionan estas tres magnitudes, es necesario recurrir a la Ley de Ohm,
una expresión matemática o fórmula que relaciona cuantitativamente estas tres magnitudes.
La Ley de Ohm:
Donde V es el voltaje expresado en voltios (V) , I es la intensidad de corriente expresada en amperios (A) y
R es la resistencia expresada en ohmios (Ω).
Gracias a la Ley de Ohm, conociendo dos magnitudes, es posible averiguar la tercera de ellas:
Veamos algunos ejemplos que nos ayuden a aclararnos del todo.
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Ejemplo 15 (salto a diapositiva 37).
Ejemplo 16 (salto a diapositiva 38).
Ejemplo 17 (salto a diapositiva 39).
DIAPOSITIVA 37
EJEMPLO 15.
Calcule la resistencia eléctrica que ofrece una bombilla que está conectada a 220 V y por la cual
circula una intensidad de 0,3 A.
El circuito equivalente es el siguiente.
Aplicando la Ley de Ohm:
DIAPOSITIVA 38
EJEMPLO 16.
Una persona con una resistencia eléctrica corporal de 2500 Ω toca accidentalmente una placa
metálica que tiene un voltaje de 230 V cerrando circuito a tierra. Calcular la intensidad que circula
por su cuerpo.
Aplicando la Ley de Ohm:
DIAPOSITIVA 39
EJEMPLO 17.
Se enchufa una estufa eléctrica a 220 V y se mide una corriente de 11 A.
A continuación se enchufa la misma estufa a una tensión de 110 V. ¿Qué intensidad circulará?
El circuito equivalente es el que a continuación se muestra.
Aplicando la Ley de Ohm calculamos la resistencia eléctrica que tiene la estufa:
Podemos considerar que la resistencia de la estufa es algo que solo depende de cómo esté fabricada. Es
decir, la resistencia eléctrica de la estufa no depende en absoluto de la tensión a la cual se conecte.
Por lo tanto, al volver a enchufar la estufa a un voltaje de 110 V obtendremos el siguiente circuito
equivalente.
La situación a cambiado, ahora la tensión del generador es de 110 V.
Aplicando la Ley de Ohm calculamos la intensidad del circuito.
DIAPOSITIVA 40
PRIMERA LEY DE KIRCHHOFF.
En todo circuito eléctrico se cumple que la suma de las corrientes que entran en un nudo es igual a la suma
de las corrientes que salen del nudo.
SEGUNDA LEY DE KIRCHHOFF.
En todo circuito eléctrico, la suma de las tensiones de una malla en igual a cero.
Esto es: en una malla o camino cerrado, el voltaje aplicado es igual a la caida de tensión de las resistencias.
DIAPOSITIVA 41
CORRIENTE CONTINUA.
Definimos corriente continua como aquella en el que las cargas eléctricas /electrones) siempre recorren el
conductor eléctrico en el mismo sentido.
Forma de onda de corriente continua:
Ejemplos de generadores de corriente continua:
PILA
BATERÍA
PANEL SOLAR FOTOVOLTAICO
DIAPOSITIVA 42
CORRIENTE ALTERNA.
Definimos corriente alterna como aquella en la que las cargas eléctricas (electrones) recorren el conductor
eléctrico en unos instantes en un sentido y en tros en sentido contrario.
Forma de ondas de corriente alterna:
Ejemplos de generadores de corriente alterna:
ALTERNADOR DE COCHE
GENERADOR DE CENTRAL HIDROELÉCTRICA
DIAPOSITIVA 43
CORRIENTE PULSATORIA.
Definimos corriente pulsatoria como aquella en las que las cargas eléctricas (electrones) se encuentran en
determinados momentos en movimiento, permaneciendo en reposo durante otros momentos.
Formas de onda de corriente pulsatoria: