magnitudes_electricas

Report
MAGNITUDES ELÉCTRICAS
VOLTAJE
• El voltaje, tensión o diferencia de potencial es la
presión que ejerce una fuente de suministro de energía
eléctrica o fuerza electromotriz (FEM) sobre las cargas
eléctricas o electrones en un circuito eléctrico cerrado,
para que se establezca el flujo de una corriente
eléctrica.
• A mayor diferencia de potencial o presión que ejerza
una fuente de FEM sobre las cargas eléctricas o
electrones contenidos en un conductor, mayor será el
voltaje o tensión existente en el circuito al que
corresponda ese conductor.
VOLTAJE
Las cargas eléctricas en un circuito cerrado fluyen del polo negativo
al polo positivo de la propia fuente de fuerza electromotriz.
CORRIENTE ELÉCTRICA
• Corriente eléctrica: Flujo de cargas
eléctricas que, por unidad de tiempo,
atraviesan un área transversal
q
I
t
Unidad: Amperio
1A = 1C/s
CORRIENTE CONTINUA CC
• La corriente continua (CC) es el flujo continuo de
electrones a través de un conductor entre dos puntos
de distinto potencial.
• En la corriente continua las cargas eléctricas circulan
siempre en la misma dirección (es decir, los terminales
de mayor y de menor potencial son siempre los
mismos).
• Aunque comúnmente se identifica la corriente
continua con la corriente constante (por ejemplo la
suministrada por una batería), es continua toda
corriente que mantenga siempre la misma polaridad.
CORRIENTE CONTINUA CC
Fuente de corriente continua
Símbolo fuente de voltaje de CC
FUENTES DE VOLTAJE DE CC
CORRIENTE ALTERNA
• Se trata de un valor de tensión que varia
constantemente en el tiempo, tomando
valores positivos, cero y negativos.
CORRIENTE ALTERNA
CORRIENTE ALTERNA
•
Los valores que caracterizan a la corriente alterna son:
– Valor pico (Vp): es el valor de cresta que alcanza la corriente alterna,
puede ser positivo o negativo, también se le conoce como valor
máximo(Vmax).
– Valor instantáneo (Vi): Es el valor que toma la corriente en un momento
determinado. Se calcula a partir de la fórmula:
Vi = Vmax * sen (wt).
Donde wt es el ángulo en el que deseamos obtener el valor instantáneo.
– Valor RMS (VRMS): se define como el valor de una corriente rigurosamente
constante que al circular por una determinada resistencia óhmica pura
produce los mismos efectos caloríficos que dicha corriente variable
VRMS = Vp / √2
– Periodo (T): Es el tiempo que tarda en producirse un ciclo completo de la
corriente. Corresponde con 360º. Para la corriente de red es de 16,6 ms.
– La frecuencia (F): Es el número de ciclos completos que se producen en 1
segundo. Se calcula con la fórmula:
f = 1/T
CORRIENTE ALTERNA
• En las redes eléctricas en Colombia se trabaja
con una frecuencia de 60 Hz.
• Los toma corrientes de los hogares son una
fuente de corriente Alterna (AC)
• En Europa la frecuencia típica es de 50 Hz
CORRIENTE ALTERNA
• Ejercicios
1. Determine cada cuanto se repite la señal de la red
eléctrica de su hogar
2. Una señal de AC tiene un valor máximo de 200V y
una frecuencia de 100 Hz. Determine:
a)
b)
El valor RMS de la señal
El periodo de la señal
3. Un electricista mide el voltaje del toma de su hogar
y el multímetro da la lectura de 110V. Sabiendo
que el voltaje entregado por el instrumento de
medida es el valor RMS, determine el valor pico del
voltaje y la expresión para calcular el valor
instantáneo del voltaje.
CORRIENTE ALTERNA
• Con base en el circuito mostrado en la figura
Fuente de Voltaje
de Corriente alterna
• 110VRMS
• f = 60 Hz
Resistencia de 100kΩ
Nivel de referencia
Grafique la onda senoidal y determine el valor de la amplitud, y del
periodo, señalando las magnitudes. Determine adicionalmente la
duración del semiciclo positivo.
VENTAJAS DE LA CORRIENTE ALTERNA
• Una ventaja de la corriente alterna es que en
cada ciclo el valor de la tensión pasa por cero, y
esto facilita la desconexión de los aparatos.
• Permite aumentar o disminuir el voltaje por
medio de transformadores.
• Se transporta a grandes distancias con poca
pérdida de energía.
• Es posible convertirla en corriente continua con
facilidad.
RESISTENCIA (Repaso)
• La resistencia (R), es la dificultad que opone un cuerpo al paso de
los electrones. Su unidad es el Ohmio (Ω), y depende del material
del cuerpo, y de sus dimensiones.
• Cuando su valor es alto decimos que un material es aislante, si por
el contrario es pequeña decimos que es conductor.
• La resistencia de un conductor eléctrico, responde a la siguiente
expresión, que relaciona sus parámetros físicos y la naturaleza del
material conductor
Rc = ρ x l/A
ρ : Resistividad específica del conductor (ρCu=0.017)
l: Longitud del conductor (m)
A: Sección de conductor (mm )
RESISTIVIDAD DE ALGUNOS
MATERIALES
RESISTENCIA
• La unidad de la resistencia es el ohmio y se
simboliza con la letra omega del alfabeto griego
(Ω)
• La letra para la magnitud es R.
• Ejemplo: R = 500 Ω ; Resistencia de 500 ohmios
• El símbolo eléctrico de la resistencia es:
Símbolo Internacional
Símbolo usado algunas veces
RESISTORES
• Se denomina resistor o resistencia al componente
electrónico diseñado para introducir una resistencia
eléctrica determinada entre dos puntos de un
circuito.
• La corriente máxima en un resistor viene
condicionado por la máxima potencia que puede
disipar su cuerpo. Esta potencia se puede identificar
visualmente a partir del diámetro sin que sea
necesaria otra indicación. Los valores más corrientes
son 0,25 W, 0,5 W y 1 W.
• Existen resistencias de valor variable, que reciben el
nombre de potenciómetros.
RESISTORES (CÓDIGO DE COLORES)
RESISTORES (CÓDIGO DE COLORES)
Color de la banda
Valor de la
1°cifra
significativa
Valor de la
2°cifra
significativa
Multiplicador Tolerancia
Coeficiente de
temperatura
Negro
0
0
1
-
-
Marrón
1
1
10
±1%
100ppm/ºC
Rojo
2
2
100
±2%
50ppm/ºC
Naranja
3
3
1000
-
15ppm/ºC
Amarillo
4
4
10000
4%
25ppm/ºC
Verde
5
5
100000
±0,5%
-
Azul
6
6
1 000000
-
10ppm/ºC
Violeta
7
7
-
-
5ppm/ºC
Gris
8
8
-
-
-
Blanco
9
9
-
-
1ppm/ºC
Dorado
-
-
0,1
±5%
-
Plateado
-
-
0,01
±10%
-
Ninguno
-
-
-
±20%
-
ARREGLOS DE RESISTENCIAS
• Resistores (resistencias) en serie
• Resistores paralelo
EJEMPLOS
• Determine la resistencia equivalente de los
circuitos que el instructor mostrará
– Circuito serie
– Circuito paralelo
– Circuito mixto
EJERCICIOS
1. Determine la resistencia de una barra de cobre
de 20 m de longitud y 10 mm2
2. Determina la resistencia de una barra de madera
de 20 m de longitud y 10 mm2
3. Determine el código de colores para las
siguientes resistencias:
–
–
–
–
–
100kΩ
220Ω
5.6kΩ
8Ω
1.5M Ω
EJERCICIOS
4. Determine el valor de las resistencias dadas por el
instructor
5. Busque en la caja de resistencias los siguientes
valores:
–
–
–
–
–
10kΩ
2.2kΩ
4.7kΩ
22Ω
47kΩ
6. Utilice el multímetro para medir el valor real de las
resistencias del numeral anterior y determine el
margen de error.
ARREGLOS DE RESISTENCIAS
• Realizar la actividad: Arreglos de Resistencias
LEY DE OHM
• A principios del siglo XIX, George Simon Ohm
descubrió la relación que existía entre la
corriente, el voltaje y la resistencia de los
circuitos eléctricos y lo enunció con la llamada
Ley de Ohm, de la siguiente manera:
– La Intensidad que circula por un circuito es
proporcional a la tensión que aplicamos en él e
inversamente proporcional a la resistencia que
opone a dicha corriente. Esto se expresa con la
V
fórmula: V
I
R
R
I
LEY DE OHM
• EJEMPLO: En el circuito de la figura, la pila tiene
una diferencia de potencial de 9 Voltios, la
resistencia de la bombilla es de 150 Ω. ¿Qué
intensidad de corriente circulará por el circuito?
DIVISOR DE VOLTAJE
R2
V R 2 V
R1  R2
EJERCICIO LEY DE OHM
• Ejercicio: Determine la corriente total del
circuito mostrado en la figura:
POTENCIA ELÉCTRICA
• La potencia eléctrica que puede desarrollar un
receptor eléctrico se puede calcular con la
fórmula:
P  VI
• Donde:
– P es la potencia en vatios (W).
– V es el voltaje (V).
– I es la intensidad (A).
POTENCIA ELÉCTRICA
Las siguientes expresiones nos permiten
determinar la Potencia en función de la resistencia
2
V
P
R
PI R
2
La resistencia es un característica constructiva, que hace a los
receptores capaces de entregar mayor o menor potencia. Pero
dependiendo de la tensión que aplicamos a dicho receptor el valor
de la potencia variará.
Para que se entienda mejor que es la potencia, podemos pensar en
una bombilla que tiene una potencia de 25 W ilumina poco,
(Resistencia de 2116 Ω), mientras que una bombilla de 100 W,
(Resistencia de 529 Ω), luce mucho más. La cantidad que lucirá cada
una de ellas dependerá de la tensión que le apliquemos en sus
extremos.
POTENCIA ELÉCTRICA
• Por ejemplo:
Calcula la potencia con la que luce una bombilla de
529 Ω, si la conectamos a una tensión de 110 V.
ENERGÍA ELÉCTRICA
• Cuando tenemos una carga
conectada durante un
tiempo lo que necesitamos
conocer es la energía que
consume. La fórmula que lo
calcula es:
E  Pt
Donde:
E es la energía en Joules (J).
P es la potencia en vatios (W).
t es el tiempo en segundos (s).
En el caso de corriente alterna se tratara
de valores eficaces o RMS.
ENERGÍA ELÉCTRICA
• Ejemplo: Calcule la energía que se consume
cuando tenemos encendida una bombilla de 100
vatios durante 10 horas.
Pasamos las horas a segundos:
Luego la energía será:
ENERGÍA ELÉCTRICA
• Como los joules son una unidad muy pequeña
normalmente la energía se expresa en KW·h
(kilo vatios hora) unidad que no pertenece al
Sistema Internacional.
• EPM usa la unidad KW-h para determinar el
valor de la factura cobro por servicios de
energía eléctrica. Existe una tarifa para el kWh ¿Cuál es?
Costo KWh: 301.66
ENERGÍA ELÉCTRICA
• Ejercicios
1. En una bombilla ordinaria puede leerse la inscripción
100 W-110 V. Con estos datos determine:
a) La intensidad de corriente que pasa por la bombilla
cuando está conectada a la red eléctrica.
b) El valor en Ω de su resistencia eléctrica.
c) La energía eléctrica expresada en joules y en kW-h que
consume al cabo de dos horas de estar encendida.
d) Determine el valor en pesos, del consumo de energía
tomando el valor en pesos del kW-h (Tarifa energía EPM)
ENERGÍA ELÉCTRICA
• Ejercicios
2. Una casa tiene:
–
–
–
–
–
–
–
–
–
1 estufa
1 horno microondas
4 bombillas de 100W/110V
4 lámparas ahorra-energía de 30W
2 televisores
1 equipo de sonido
1 reloj despertador
1 Router inalámbrico Linksys WRT54GL
Un calentador (Tina)
ENERGÍA ELÉCTRICA
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
1 Nevecon
1 Teléfono inalámbrico
1 DVD
1 Plancha
1 Lavadora
1 Secador de cabello (Mujeres, mujeres!!!)
1 licuadora
2 computadores
1 Impresora
1 Cargador de celular que permanece conectado todo el
día
Suponga tiempos promedio de consumo y determine la
cantidad de kW-h durante un mes y el precio a pagar.
ENERGÍA ELÉCTRICA
• Realizar actividad: Magnitudes eléctricas en
AC
EFECTO JOULE
• Si en un conductor circula corriente eléctrica, parte de
la energía de los electrones se transforma en calor
debido a los choques que sufren con los átomos del
material conductor por el que circulan, elevando la
temperatura del mismo. Este efecto es conocido como
Efecto Joule.
• La ley de Joule demostró que cuando la corriente
eléctrica atraviesa una resistencia, produce efectos
térmicos, es así como el delgado filamento de
Tungsteno de un foco se vuelve incandescente, la
gruesa resistencia de una hornilla eléctrica se calienta.
EFECTO JOULE
• Las principales aplicaciones de la Ley de Joule
son las lámparas eléctricas incandescentes y
fluorescentes, planchas, parrillas, tostadoras,
sandwicheras, sartenes, cautines, ollas
eléctricas, encendedores de cigarros del
automóvil, termostatos, hornos eléctricos
industriales, arco eléctrico, fusibles.
ELECTROMAGNETISMO
El ser humano hace mucho tiempo se dio
cuenta de que en la naturaleza existen
materiales que eran capaces de atraer al
hierro, como la magnetita. Algunas de las
propiedades que tiene son:
• Atraen al hierro, y otros metales como
cobalto, níquel y sus aleaciones.
ELECTROMAGNETISMO
• Crean dos polos opuestos en sus
extremos, y de ellos salen líneas de fuerza
que van de uno al otro.
ELECTROMAGNETISMO
• Polos opuestos se atraes, polos iguales se repelen
• Sus propiedades atraviesan objetos como papel,
madera, plásticos, etc.
• Si frotamos un objeto de acero con un imán, el objeto
adquiere las propiedades magnéticas del imán y se
comporta como tal.
ELECTROMAGNETISMO
• Los imanes tienen un campo magnético que los rodea, es muy fácil
observarlo si dejamos limaduras de hierro cerca del imán que se sitúan
sobre las líneas de fuerza del mismo.
• Hace más de dos mil quinientos años, los chinos crearon la primera brújula
al concebir la tierra como un enorme imán.
• Con ella podían conocer la orientación del norte y del sur en cualquier
lugar. El polo norte magnético corresponde con el sur geográfico, y el polo
sur magnético corresponde con el polo norte geográfico.
ELECTROMAGNETISMO
Polos norte y sur magnético
•
También se observó que el paso de la
corriente eléctrica por un conductor
creaba un campo magnético
alrededor del conductor siguiendo la
regla de la mano derecha. A este
campo magnético generado
eléctricamente se le llama
electromagnetismo.
ELECTROMAGNETISMO
• Si este conductor lo cerramos
formando espiras, los campos
magnéticos de todas las espiras
se suman en el interior de la
bobina, produciendo un campo
magnético mayor.
• Este proceso es reversible, es
decir, si en el interior de una
bobina hacemos que varíe un
campo magnético,
conseguiremos que circule
corriente por la bobina. El
comportamiento de la bobina es
como el de un imán eléctrico.
EL TRANSFORMADOR
• Un transformador es una máquina que aprovecha la característica que
tiene la corriente eléctrica de crear campos electromagnéticos y que los
campos electromagnéticos crean corriente eléctrica.
• Consiste en dos bobinas unidas por un núcleo de hierro dulce, laminado,
con pequeñas impurezas, para conseguir mejores características frente a
la conducción del electromagnetismo.
EL TRANSFORMADOR
• Cuando circula corriente por una de las bobinas esta se transforma
en campo electromagnético se transmite por medio del hierro
dulce y cuando llega hasta la otra bobina esta convierte en
corriente eléctrica.
• La utilidad del transformador es cambiar de valor la tensión y la
corriente de una bobina a la otra.
EL TRANSFORMADOR
• El símbolo del transformador es:
• Relación de transformación
N1 V1
n

N 2 V2
• Los transformadores se utilizan en el transporte de la energía
eléctrica.
• Cuando se genera, se eleva la tensión con ayuda de ellos, se
transporta por las líneas, y se baja otra vez con transformadores
hasta un valor con el que poder utilizarla, sin demasiados riesgos
para las personas.
INSTRUMENTOS DE MEDIDA
• Para medir las magnitudes eléctricas, deben utilizarse
los aparatos correspondientes, aunque en la actualidad
se utiliza uno que los contiene a todos: el multímetro.
OHMETRO
• Para medir las resistencias debe utilizarse un
Óhmetro, se conecta tocando los terminales de la
resistencia separada del resto del circuito.
• Su símbolo es:
INSTRUMENTOS DE MEDIDA
OHMETRO
• El conexionado para realizar la medición será:
VOLTÍMETRO

El voltímetro mide la tensión en voltios que tienen los
elementos. Debemos elegir un voltímetro de corriente
continua o alterna, dependiendo del tipo de tensión que
queremos medir.
INSTRUMENTOS DE MEDIDA
VOLTÍMETRO
• realizar la medición el circuito debe estar
conectado a la corriente y el voltímetro se
debe colocar en paralelo al elemento del
que queremos conocer su tensión.
• El conexionado para realizar la medición
será:
El voltímetro de corriente continua tiene
polaridad por lo que hay que tener especial
cuidado a la hora de conectar sus terminales.
INSTRUMENTOS DE MEDIDA
AMPERÍMETRO
• El amperímetro mide la corriente en
amperios que circula por una rama de un
circuito. La corriente puede ser continua o
alterna, según el tipo de corriente se debe
elegir el tipo de amperímetro.
• Su símbolo es:
INSTRUMENTOS DE MEDIDA
AMPERÍMETRO
• Para realizar la medición, el amperímetro debe
conectarse en serie con la rama que queremos
conocer su corriente. De manera que nos vemos
obligados a abrir el circuito e intercalarlo.
• El conexionado para realizar la medición será:
El amperímetro de corriente continua tiene
polaridad por lo que hay que tener especial
cuidado a la hora de conectar sus terminales.
Si se conecta en paralelo el amperímetro, se
puede destruir el fusible interno y dejar de
funcionar.
MULTÍMETRO
MULTÍMETRO
MULTÍMETRO
• Para realizar una medida debemos seguir siempre los
siguientes pasos:
– Encender el multímetro.
– Seleccionar la parte en la que queremos realizar la medición
(Voltímetro, Amperímetro, Óhmetro).
– Comprobar que las puntas están en los terminales correctos, en
caso contrario colocarlas.
• Es muy importante fijarse bien en el conexionado de las puntas, si se
conectan unas puntas en un terminal equivocado se puede destruir el
multímetro.
• El terminal negro siempre se conecta en el común y el rojo es que se
conecta en V/ O para resistencias y voltajes, o en 2A o 10A para
intensidades que alcanzan como valor máximo 2 o 10 Amperios.
– Seleccionar el valor más alto de la escala que queremos medir,
con el selector.
– Conectar las puntas en el lugar adecuado del circuito o
resistencia.
– Mover el selector bajando de escala hasta que la lectura sea
posible en el display.
TALLER
• Realizar el taller de magnitudes elétricas

similar documents