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La electricidad y la energía
1.
La electricidad
2.
La corriente eléctrica
3.
Circuitos eléctricos
4.
La energía eléctrica
5.
Efecto Joule
6.
La electricidad en el hogar
7.
Tipos de energía
8.
Fuentes de energía
9.
Energías renovables
10. Energías no renovables
11. ¿Cómo utilizamos la energía?
Índice del libro
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La electricidad y la energía
1. La electricidad
CARGA ELÉCTRICA
Un cuerpo está cargado positivamente cuando tiene un defecto de electrones,
y negativamente, si tiene un exceso de electrones.
La unidad de carga eléctrica en el Sistema Internacional, SI, es el culombio, C
La relación entre el culombio y la carga del electrón es
1 e– = 1,602 · 10–19 C
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La electricidad y la energía
1. La electricidad
LEY DE COULOMB
La fuerza de atracción o de repulsión entre dos cargas es directamente
proporcional al producto de las mismas e inversamente proporcional al
cuadrado de la distancia que las separa.
Q2
Q1

F
F
F F





d
F K
Q1  Q2
d2
K constante de Coulomb
F
K depende del medio
En el vacío
F
N  m2
K  9 ,0  10  2
C
Q1 ,Q
 2 cargas eléctricas
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ddistancia
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La electricidad y la energía
1. La electricidad
POTENCIAL ELÉCTRICO Y DIFERENCIA DE POTENCIAL ELÉCTRICO
W
VA  VB  V 
Q
VA , VB potencial eléctrico en los puntos A y B
ΔV diferencia de potencial eléctrico entre los puntos A y B
W trabajo realizado
Q carga transportada
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La electricidad y la energía
2. La corriente eléctrica
CORRIENTE ELÉCTRICA
La corriente eléctrica es un flujo de electrones que se desplazan a lo largo
de un conductor desde el punto de mayor potencial eléctrico al de menor
potencial.
Corriente continua:
Los electrones se mueven siempre en el mismo sentido.
Corriente alterna:
Los electrones se mueven cambiando el sentido del movimiento.
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2. La corriente eléctrica
INTENSIDAD DE CORRIENTE
Intensidad de corriente: número de cargas, o cantidad de electricidad,
que atraviesa una sección de un conductor en la unidad de tiempo.
La intensidad de una corriente se denomina I
Q
I
t
La intensidad de una corriente se mide en amperios, A
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La electricidad y la energía
2. La corriente eléctrica
RESISTENCIA DE UN CONDUCTOR
Todas las sustancias, en mayor o menor medida, oponen resistencia al paso de
la corriente eléctrica.
La resistencia de un conductor viene dada por la siguiente fórmula:
R  ρ
l
S
Rresistencia
ρresistencia específica, o resistividad del material
llongitud
Ssección
La unidad de resistencia en el Sistema Internacional es el ohmio, Ω
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2. La corriente eléctrica
CONDUCTORES,
SEMICONDUCTORES
Y AISLANTES
Resistividad
a 20 °C
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La electricidad y la energía
2. La corriente eléctrica
LEY DE OHM
Ley de Ohm:
La intensidad de corriente eléctrica que circula por un conductor es
directamente proporcional a la diferencia de potencial e inversamente
proporcional a su resistencia.
I
V
R
Iintensidad de corriente
V diferencia de potencial
Rresistencia
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La electricidad y la energía
3. Circuitos eléctricos
CIRCUITO ELÉCTRICO
1 de 3
Podemos definir un circuito eléctrico como el movimiento continuo y ordenado
de los electrones.
Circuito abierto
Circuito cerrado
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3. Circuitos eléctricos
CIRCUITO ELÉCTRICO
Circuito básico
2 de 3
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3. Circuitos eléctricos
CIRCUITO ELÉCTRICO
3 de 3
Componentes más habituales
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La electricidad y la energía
3. Circuitos eléctricos
SENTIDO DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA
El sentido real del flujo de electrones es del polo negativo al positivo.
Sentido real de la corriente: del polo negativo al positivo.
Sentido convencional de la corriente: del polo positivo al negativo.
I
Sentido real
I
Sentido convencional
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La electricidad y la energía
3. Circuitos eléctricos
ASOCIACIÓN DE RESISTENCIAS EN SERIE
Asociación en serie: la intensidad es la misma para todas las resistencias.
I
R1
Circuito
Circuito equivalente
VT
VT
R2
R3
Misma intensidad
I
I
R
VT  I  R
I1  I2  I3  I
Potencial suma
VT  V1  V2  V3
VT  I1  R1  I2  R2  I3  R3
VT  I  (R1  R2  R3 )
R  R1  R2  R3
I
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3. Circuitos eléctricos
ASOCIACIÓN DE RESISTENCIAS EN PARALELO
Asociación en paralelo:
La diferencia de potencial es la misma para todas las resistencias.
Circuito
R1
Circuito equivalente
VT
R
I1
VT
R2
I
I
I2
I
I3
R3
I
Flujo continuo de cargas
Mismo potencial
I  I1  I2  I3
V1  V2  V3  VT
I
V1 V2 V3


R1
R2
R3
VT VT VT


R1
R2
R3
1 1 1
I  VT     
 R1 R2 R3 
I
I
VT
R
I  VT 
1
R
1 1 1 1
  
R R1 R2 R3
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La electricidad y la energía
4. La energía eléctrica
TRABAJO DEBIDO A LAS FUERZAS DEL CAMPO ELÉCTRICO
El movimiento de las cargas que producen la corriente eléctrica es debido
a las fuerzas del campo eléctrico.
La diferencia de potencial, o tensión, es
W
VA  VB  V 
Q
La intensidad es
I
Q
t
Sustituyendo
W  Q  (VA  VB )  I  t  (VA  VB )  I  t  V
La unidad de trabajo en el Sistema Internacional es el julio, J
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La electricidad y la energía
4. La energía eléctrica
POTENCIA DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA
Potencia: trabajo realizado en la unidad de tiempo.
P
W
t
Sustituyendo en la expresión del trabajo de las fuerzas del campo eléctrico
W  I  t  V
Queda
P
W
 I  V
t
La unidad de potencia en el Sistema Internacional es el vatio, W
Para medir la energía eléctrica es muy frecuente utilizar el kilovatio hora, kWh
1 kWh = 1 000 W ⋅ 3 600 s = 3 600 000 J = 3,6 ⋅ 106 J
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La electricidad y la energía
5. La energía eléctrica
EFECTO JOULE
Efecto Joule: al pasar una corriente eléctrica por un conductor, este se calienta
al cabo del tiempo.
Los choques de los electrones hacen que la temperatura del conductor se
eleve y que se emita calor.
El calor es una forma de energía.
Podemos calcular el calor, Q, de esa forma:
Calor Q  P  t
Potencia P  I  V
Q  P  t  I  V  t
Ley de Ohm V  I  R
Q  P  t  I  V  t  I  I  R  t  I 2  R  t
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La electricidad y la energía
5. La energía eléctrica
TRABAJO, ENERGÍA Y CALOR
El calor, como toda energía, se expresa en el Sistema Internacional de unidades
en julios, J
También se utiliza mucho otra unidad, la caloría, cal
1 cal = 4,19 J
1 J = 0,24 cal
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La electricidad y la energía
6. La electricidad en el hogar
CUADRO ELÉCTRICO DE UNA CASA
Todas las instalaciones eléctricas de una casa tienen un cuadro eléctrico
con los siguientes dispositivos:
Interruptor de Control de Potencia, ICP
Interruptor General Automático, IGA
Interruptor Diferencial, ID
Pequeño Interruptor Automático, PIA
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La electricidad y la energía
7. Tipos de energía
ENERGÍA
Energía: capacidad o propiedad que presentan los cuerpos y los sistemas físicos
para producir transformaciones a su alrededor.
La energía está presente en cualquier cambio que se produzca a nuestro
alrededor, tanto físico como químico.
Durante estos cambios la energía ni se crea ni se destruye, solo se transforma.
La energía se puede presentar en la naturaleza de diferentes formas
transformables entre sí.
La unidad de energía en el Sistema Internacional es el julio, J, en honor de
James P. Joule.
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La electricidad y la energía
7. Tipos de energía
TIPOS DE ENERGÍA
Energía
térmica
o calorífica
Energía
cinética
1 de 3
Cuanto más rápido se mueven sus partículas, mayor energía
térmica tiene un cuerpo. La manifestación macroscópica de este
movimiento es la temperatura.
Los cuerpos adquieren energía cinética al ser acelerados por
acción de las fuerzas o, lo que es lo mismo, cuando se realiza un
trabajo sobre ellos.
1
Ec   m  v 2
2
Es la energía que poseen los objetos por estar situados a una
Energía
cierta altura.
potencial
gravitatoria
Ep  m g  h
Energía
mecánica
Suma de energía cinética más energía potencial gravitatoria.
Em  E c  E p
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La electricidad y la energía
7. Tipos de energía
TIPOS DE ENERGÍA
Energía
potencial
elástica
2 de 3
Es la energía que se libera cuando un muelle, o un resorte, que
estaba comprimido se suelta.
1
Ep   k  x 2
2
Asociada a las reacciones químicas.
Energía
química
 Reacciones exotérmicas: ceden energía al medio exterior.
 Reacciones endotérmicas: captan energía del medio exterior.
Energía
eléctrica
Energía
nuclear
Asociada a la corriente eléctrica, es decir, a las cargas en
movimiento.
Se obtiene al producirse cambios en el núcleo de los átomos.
Las fuerzas que mantienen unido el núcleo son muy fuertes.
 Fisión nuclear: fraccionar un núcleo.
 Fusión nuclear: unir dos núcleos.
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La electricidad y la energía
7. Tipos de energía
TIPOS DE ENERGÍA
3 de 3
Energía
electromagnética
Se debe a las ondas electromagnéticas que se producen al
hacer oscilar campos magnéticos y campos eléctricos.
Energía
del sonido
Es una energía de vibración. El sonido está formado por ondas
sonoras, que son oscilaciones que se propagan en un medio
elástico.
Las mitocondrias producen la energía necesaria para la célula.
Energía
de los
seres vivos
El organismo transforma lo que comemos en agua, dióxido de
carbono y energía, utilizando el oxígeno de la respiración.
Nuestro cuerpo aprovecha la energía obtenida transformándola
en energía mecánica (movimiento), térmica (calor) y eléctrica
(transmisión de impulsos nerviosos).
Los vegetales absorben la luz solar para producir energía
química, mediante la fotosíntesis.
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La electricidad y la energía
8. Fuentes de energía
FUENTES DE ENERGÍA
Fuentes de energía:
Son aquellas que tienen capacidad de generar energía
en forma de calor, luz, etc.
 Renovables:
Su generación es continua y son relativamente limpias.
 No renovables:
Al ser consumidas, disminuyen sus reservas ya que no hay tiempo
suficiente para su renovación.
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La electricidad y la energía
8. Fuentes de energía
PRINCIPALES FUENTES DE ENERGÍA
Energías renovables
1 de 2
Energías no renovables
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La electricidad y la energía
8. Fuentes de energía
PRINCIPALES FUENTES DE ENERGÍA
2 de 2
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La electricidad y la energía
9. Energías renovables
ENERGÍAS RENOVABLES
Energía solar
Energía eólica
Energía hidráulica
Energía de las mareas (mareomotriz)
Energía geotérmica
Energía de la biomasa
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10. Energías no renovables
ENERGÍAS NO RENOVABLES
Carbón
Petróleo
Gas natural
Energía nuclear
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La electricidad y la energía
11. ¿Cómo utilizamos la energía?
AHORRO ENERGÉTICO
La mejor fuente de energía del futuro es la racionalización de la ya disponible
y el fomento de la utilización de las energías renovables, si no queremos
contribuir a la destrucción de nuestro planeta.
 Racionalizar el uso de los recursos y fomentar el uso de las energías
renovables, disminuyendo gradualmente el uso y la dependencia de los
combustibles fósiles.
 Rechazar los productos contaminantes o que dañen el entorno y eliminar las
fuentes contaminantes en el origen.
 Investigar fuentes de energías nuevas y renovables, eficientes y limpias.
 Utilizar tecnologías y materiales reciclables no contaminantes.