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Electricidad

Contesta las siguientes preguntas.

1. ¿Qué entiendes por carga?2. ¿Qué es electrón?3. ¿Qué es protón?4. ¿Qué es neutrón?5. ¿Cómo se produce un rayo?6. ¿De qué magnitud física es la unidad Joule?7. ¿De qué magnitud física es la unidad Newton?8. ¿Qué es la fuerza?9. ¿Qué es la energía potencial?10.¿Qué es una pila o batería?

Índice

1. Electrostática1.1 Carga eléctrica1.2 Conservación de la carga1.3 Ley de Coulomb1.4 Conductores y aislantes1.5 Carga por contacto, fricción e inducción

2. Campos y potenciales eléctricos2.1 Campos eléctricos2.2 Energía potencial eléctrica2.3 Potencial eléctrico

3. Corriente eléctrica3.1 Flujo de carga3.2 Corriente eléctrica3.3 Fuentes de voltaje3.4 Resistencia eléctrica3.5 Ley de Ohm3.6 Corriente directa y corriente alterna3.7 Potencia eléctrica

4. Circuitos eléctricos4.1 Circuitos eléctricos4.2 Circuitos en serie4.3 Circuitos en paralelo4.4 Circuitos mixtos

Electricidad

Parte 1: Electrostática

TRAS LA HUELLA DE…

La electrostática es el estudio en las de las cargas eléctricas estáticas, todo lo que se pueda describir las cargas eléctricas en reposo, se observa que las cargas eléctricas tienen asociados conceptos como: los campos eléctricos, el potencial eléctrico, la energía potencial y las fuerzas eléctricas.

MIS PRIMEROS HALLAZGOS…

En 1600 Willian Gilbert (1544-1603) estudia los imanes para mejorar la exactitud de las brújulas usadas en la navegación, siendo éste trabajo la base principal para la definición de los fundamentos de la electrostática y el magnetismo.

Gilbert fue el primero en aplicar el término Electricidad del Griego "elektron" = ámbar (resina vegetal fosilizada).

Brújula de 1562

En 1879 el físico inglés Joseph John Thomson (1856-1940) demostró que los rayos catódicos estaban constituido de partículas atómicas de carga negativas la cual el llamo ¨corpúsculos¨ y hoy en día los conocemos como electrones.

Thomson

BUSCANDO PISTAS…

1.1 Carga eléctrica

La carga es una propiedad fundamental y característica de las partículas elementales que forman la materia. Toda la materia se compone átomos. Los átomos a su vez se componen de partículas subatómicas como los neutrones, los protones y los electrones. Estas últimas interactúan con potentes fuerzas eléctricas debido a su tipo carga positiva o negativa, cualquier material contiene una cantidad de cargas iguales de ambos tipos. Los protones tienen carga positiva, los electrones carga negativa y los neutrones son neutros.

En 1733 el francés Francois de Cisternay Du Fay (1698 - 1739) fue el primero en identificar la existencia de dos cargas eléctricas, las cuales denominó electricidad vítrea y resinosa:

Positiva y Negativa.

Se dice que un objeto está cargado cuando tiene un exceso de carga ya sea positiva + (protones) o negativa - (electrones). La carga se representa generalmente por la letra q.

RECREANDO LA ESCENA…

Actividad II

Objetivo

Observar como se comportan algunos materiales al cargarse electrostáticamente.

Material:

Una hoja de acetato

Un grifo de agua cercano

Procedimiento

La hoja de acetato frótala en alguna cabellera de alguna compañera(o) al natural (no gel, no mojada) ya que esto funciona mejor cuando toda esta seco, o con una franela también puedes frotar la hoja de acetato. Una vez cargada electrostáticamente la hoja de acetato, acerca el acetato al un chorro de agua delgado sin que el acetato toque el agua. Observaras que el agua se desviara mientras acercas el acetato.

ATANDO CABOS…

1.2 Conservación de la carga

Las cargas se pueden reagrupar y combinar en distintas formas en un sistema macroscópico (grande), pero se puede establecer que un sistema cerrado la carga neta se conserva.

Experimentalmente se ha probado que la carga no puede crearse ni destruirse. La carga total en un sistema cerrado no puede cambiar.

En 1745 se desarrolla lo que daría paso al “condensador eléctrico” (para almacenar carga), la botella de Leyden por E. G. Von Kleist (1700-1748) y Pieter

Van Musschenbroeck (1692-1761) en la Universidad de Leyden, con esta botella se almacenó electricidad estática.

Van Musschenbroeck Botella de Leyden

En 1840-42 James Prescott Joule (1818-1889) físico inglés, quien descubrió la equivalencia entre trabajo mecánico y la caloría, y el científico alemán Hermann Ludwig Ferdinand Helmholtz (1821-1894), quien definió la primera ley de la termodinámica demostraron que los circuitos eléctricos cumplían con la ley de la conservación de la energía y que la electricidad era una forma de energía.

Joule es la unidad de medida de Energía.

Joule Helmhotz


Actividad III

Objetivo

Observa una erupción por cargas.

Material:

-Globo

-Arena muy fina.

Procedimiento

Vierte 1g de arena sobre la mesa

Infla el globo y amárralo para que no se desinfle.

Frota el globo en la cabellera (no gel, no húmeda, ni mojada) de un compañero(a) y una vez que este cargado electrostáticamente.

Acerca el globo a la arena sin tocarla, observaras una erupción de arena mientras te aproximas con el globo.

REFORZANDO LA EVIDENCIA…

1.3 Ley de Coulomb

La fuerza de atracción o repulsión entre dos cargas puntuales es directamente proporcional al producto de las dos cargas q1 q2 e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa

Las cargas pueden tener signos negativos o positivos q1 y q2 eso dependerá de que la fuerza de Coulomb sea atractiva o repulsiva.

Es decir

o bien

donde k es una constante de proporcionalidad que incluye las propiedades del medio que separa a los cuerpos cargados, se ha mostrado experimentalmente que tiene un valor aproximado y unidades (Newton . metro 2 /Coulomb 2):

En el Sistema Internacional la unidad de carga se le conoce como coulomb y se relaciona con el flujo de una carga a través de un conductor. Y la velocidad de flujo se mide en amperes.

Un coulomb es la carga transferida en un segundo a través de cualquier sección transversal de un conductor, mediante una corriente constante de un ampere.

Una comparativa de 1C y los electrones es:

1C = 6.25 x 1018 electrones

O la carga de un electrón e- expresada en coulombs es:

e- = - 1.6 x 10-19C

En 1776 Charles Agustín de Coulomb (1736-1806) inventó la balanza de torsión con la cual, midió con exactitud la fuerza entre las cargas eléctricas y corroboró que dicha fuerza era proporcional al producto de las cargas individuales e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.

Ya que la fuerza de cargas iguales se repelen y que cargas contrarias se atraen; a esto se le conoce como la primera ley de la electrostática.

Coulomb es la unidad de medida de Carga eléctrica.

En 1766 el químico Joseph Priestley (1733-1804) prueba que la fuerza que se ejerce entre las cargas eléctricas varía inversamente proporcional a la distancia que la separa.

Priestley demostró que la carga eléctrica se distribuye uniformemente en la superficie de una esfera hueca, y que en el interior de la misma, no hay un campo eléctrico, ni una fuerza eléctrica.


Actividad I

Objetivo

Observar como se comportan algunos materiales al cargarse electrostáticamente.

Material:

-Globo

- Cinta de teflón blanca (de venta en ferreterías)

-Tijeras

-Guantes quirúrgicos

-Pedazos pequeños de papel

Procedimiento

Ponte los guantes.

Con los guantes puestos, corta con las tijeras la cinta de teflón aproximadamente 60cm, y dóblala a la mitad de tal forma que te quede como de 30cm, separa las puntas en forma de V y agarra donde está el doblez de la cinta de teflón.

Ahora con los guantes puestos talla o frota entre tus dedos la cinta de teflón de un extremo a otro sin apretarla tanto para no romperla los ambos brazos de la cinta, esto cargara la cinta de teflón. Observaras que los brazos de teflón se separan.

Ahora infla el globo y amárralo para que no se desinfle.

Inflado el globo, frota el globo en tu cabeza o en la de algún compañero que tenga la cabeza (no gel, no mojada) al natural y observaras que el globo se carga electrostáticamente. Una vez cargado el globo acerca la cinta de teflón al globo. Notaras que la cinta de teflón se moverá al acercarle el globo.

BUSCANDO PISTAS…

1.4 Conductores y aislantes

La materia se compone por átomos pero dependiendo de cómo se estructuran o acomodan tienen propiedades físicas distintas, una propiedad eléctrica es como se mueven las cargas en su interior en este caso electrones. Algunos materiales como los metales, los electrones pueden desplazarse con facilidad a través del metal. A estos materiales que pueden trasmitir car con facilidad se les conoce como conductores.

Los conductores son materiales que transfieren la carga fácilmente. Ejemplos de conductores la mayoría de los metales, por eso los cables y alambres están hechos de metal generalmente cobre.

Los aislantes son materiales que se resisten a la transferencia de carga. Ejemplos de aislantes el vidrio, la cerámica, el ámbar (resina vegetal fosilizada), la madera, el acrílico, el corcho, el hule, el aire.

Los semiconductores tienen son materiales que tienen una conductividad intermedia. Ejemplos de superconductores: el silicio, el germanio, el selenio. Estos elementos pueden variar su conductividad dependiendo a la temperatura que se encuentren y se pueden comportar como conductores o aislantes.

Actualmente existen los superconductores son materiales que a temperaturas menores a 100°K o -173°C adquieren una conductividad infinita y experimentalmente se ha encontrado que no necesariamente tienen que ser metálicos.

ATANDO CABOS…

1.5 Carga por inducción

Todos hemos experimentado alguna vez los efectos eléctricos debidos a la fricción. Cuando nos quitamos algún suéter en la oscuridad y sentir una serie de toques y ver pequeñas chispas. O en los días muy secos con tenis puestos y un

suéter de lana y al tocar algo metálico se sienten y escucha un toque acompañado de una chispa. ¿Pero cómo se produce este fenómeno eléctrico?

Hay tres procesos de transferencia de carga por fricción, por contacto y por inducción. Ejemplo de carga por fricción en el caso cuando traemos en suéter de lana hay fricción de nuestras ropas con el suéter. Otro ejemplo es cuando rozamos un globo con nuestro cabello, y el globo se siente como se queda cargado al sentir como atrae nuestro cabello. En estos ejemplos de transferencia electrones por fricción y por contacto cuando un material roza con otro.

Thales de Miletus (630-550 AC) fue el primero, que cerca del 600 AC, conociera el hecho de que el ámbar, al ser frotado adquiere el poder de atracción sobre algunos objetos.

Sin embargo fue el filósofo griego Theophrastus (374-287 AC) el primero, que en un tratado escrito tres siglos después, estableció que otras sustancias tienen este mismo poder, dejando así constancia del primer estudio científico sobre la electricidad.


Actividad VII

Objetivo

Observar como se puede generar cargar electrostáticamente, tan solo con fricción.

Material:

1 cubeta de plástico

1 franela

Recomendable realizar el experimento en la oscuridad

Recomendable en lugares secos

Procedimiento

Asegúrate que la cubeta este bien seca.

Toma la cubeta entre tus brazos y frota las pared interna de la cubeta con la franela después de 1 minuto de estarla frotando observaras que empezaran a brotar chispas.

Este experimento lleva más tiempo en días lluviosos ya que hay mucha humedad en el ambiente.

Diviértete produciendo chispas y dando toques.

En las tormentas eléctricas el proceso de carga se da por que la parte inferior de las nubes, de carga negativa inducen una carga positiva con la superficie de la tierra, este es un ejemplo de carga por inducción.

En 1752 Benjamín Franklin (1706-1790) demostró la naturaleza eléctrica de los rayos e invento el pararrayos.

Desarrolló la teoría de que la electricidad es un fluido que existe en la materia y su flujo se debe al exceso o defecto del mismo en ella.

Franklin

Preguntas

1. ¿Qué es la carga?2. ¿Cuál es la dinámica de las cargas del mismo signo?3. ¿Cuál es la dinámica de las cargas del distinto signo?4. ¿Qué significa que la carga se conserva?5. ¿En el SI cual es la unidad de carga?6. ¿Qué es un conductor7. ¿Qué es un aislante?8. ¿Qué es un semiconductor?9. ¿Qué es un superconductor?10.¿Cuáles son las tres formas de cargar un objeto?11.¿Cómo se produce un rayo?

Glosario 1

Aislante

Carga

Conductor

Conservación de la carga

Coulomb

Electrostática

Fuerza eléctrica

Inducción

Ley de Coulomb

Semiconductor

Superconductor


Parte 2: Campos y potenciales eléctricos

2.1 Campos eléctricos

En cualquier punto del espacio donde exista una carga eléctrica se origina un campo eléctrico que se manifiesta, experimentalmente por la fuerza de origen eléctrico a que se halla sometida cualquier carga que se sitúe en otro punto alrededor.

La intensidad del campo eléctrico en un punto se define como la fuerza ejercida sobre la unidad de carga eléctrica positiva colocada en el punto citado. La unidad de intensidad del campo eléctrico es el newton / coulomb (N / C).

La intensidad del campo eléctrico E es una magnitud vectorial, debido a que estos campos se podría decir que tienen dirección, ejemplo las brújulas se ven afectadas por los campos eléctricos.

Como las fuerzas son una magnitud vectorial los campos eléctricos también lo son, ya que la carga es una magnitud escalar (número), y no afecta la dirección.

Con unidades

De aquí se deduce que la fuerza F, en newtons (N), que actúa sobre una carga q en coulombs (C), situada en un punto del campo eléctrico en la que la intensidad E, está dada por

donde:

E= intensidad del campo

q= magnitud de la carga colocada en el campo

Con unidades

Las cargas iguales se repelen entre sí; las diferentes se atraen. Este fenómeno ocurre aun cuando los objetos cargados no se toquen. Así, las cargas eléctricas deben ejercer una influencia en la región que las rodea; es decir, la zona que en vuelve a una carga eléctrica se altera de algún modo debido a la presencia de dicha carga. Esta región de influencia se le conoce como campo eléctrico. El campo eléctrico es más intenso entre más cerca se este de la carga que lo produce.

Podemos tener cargas positivas o negativas, si la carga es positiva E y F tendrán la misma dirección, si la carga es negativa la F y E estarán en dirección opuesta.

En 1800 Alejandro Volta (1745-1827) construye la primera celda electrostática y la batería capaz de producir corriente eléctrica. Su inspiración le vino del estudio realizado por el físico italiano Luigi Galvani (1737-1798) sobre las corrientes nerviosas-eléctricas en las ancas de ranas.

Galvani propuso la teoría de la electricidad animal, lo cual contrarió a Volta, quien creía que las contracciones musculares eran el resultado del contacto de los dos metales con el músculo.

Sus investigaciones posteriores le permitieron elaborar una celda química capaz de producir corriente continua, fue así como desarrollo la pila.

Volt es la unidad de medida del potencial eléctrico.

Galvani Volta


Actividad V

Advertencia: este experimento puede generar pequeñas descargas eléctricas o toques.

Objetivo

Observar cómo se puede transformar la energía electrostática en energía mecánica.

Material:

1 monitor de computadora o televisión de tubo de rayos catódicos (monitor no plano)

2 latas de 250ml de aluminio de refresco vacías

1 alambre de 50cm de largo

1 Palillo

Papel aluminio

Cinta adhesiva

Tijeras

Hilo

Procedimiento

Con el monitor apagado, recorta un rectángulo de papel aluminio del tamaño de la pantalla del monitor y fija el rectángulo con cinta adhesiva a la pantalla.

Del alambre quita de aislante o plástico aproximadamente 2cm de las puntas.

Haz una bola de papel aluminio de un 1cm de diámetro, y amárrala a un hilo.

Une ambas latas con el palillo por las tapas superiores (como si fuera un puente) fija el palillo a las latas. A la mitad del palillo amarrara el hilo con la bola de aluminio de tal manera que quede centrada a la mitad de la altura de las latas y a la mitad de entre las dos latas.

Las dos puntas del alambre se conectaran de las siguiente forma, una ira en contacto con el papel aluminio del monitor lo puedes pegar con cinta adhesiva, y la otra que este en contacto con una de las latas de refresco, también pégalo con cinta adhesiva.


Ahora que ya está todo listo lo siguiente paso es conectar y prender el monitor, cuando este prendido, acerca la mano a la lata que no está conectada al papel aluminio, observaras que la bola de aluminio que está entre las latas empezara a vibrar.

2.2 Energía potencial eléctrica

Cuando una carga q se mueve en contra de una fuerza eléctrica a lo largo de una distancia d, la energía potencial del sistema es:

donde E es la intensidad del campo eléctrico.

La energía potencial aumenta cuando la carga positiva se mueven contra del campo eléctrico, y la energía potencial disminuye cuando una carga negativa se mueve en contra del mismo campo.

La energía potencial debida a una carga q que se encuentra a una distancia r de otra carga Q es igual al trabajo realizado en contra de las fuerzas eléctricas al mover una carga +q desde el infinito.


Actividad VI

Material

Los mismos que en la actividad anterior.

1 pluma grande (como de tocado para el cabello) o un pedazo de estola.

1 plato de aluminio

Procedimiento

De la actividad anterior sigue las mismas instrucciones solo que ahora en lugar de conectar el alambre a la lata ahora lo conectaras a la orilla del plato de aluminio.

Y sobre el plato de aluminio colocaras una pluma grande o un pedazo de estola, ahora enciende el monitor y acerca lentamente la mano a la pluma.


Diviértete viendo como se hace un ballet con los pelillos de la pluma o la estola.

2.3 Potencial eléctrico

El potencial en un punto es el trabajo necesario para trasladar la unidad de carga positiva desde el infinito hasta el punto en cuestión, en contra de las fuerzas eléctricas del campo. La diferencia de potencial entre dos puntos de un campo eléctrico es el trabajo necesario para trasladar la unidad de carga positiva desde uno a otro punto.

Visto en términos de la energía potencial eléctrica; el potencial eléctrico es igual a la energía potencial eléctrica entre la carga

Si sustituimos la energía potencial eléctrica

V= (k Q q / r) /Q

Obteniendo el mismo resultado

Esto significa que el potencial eléctrico V en un punto ubicado a una distancia r de una carga Q es igual al trabajo por unidad de carga que se realiza contra las fuerzas eléctricas al traer una carga +q desde el infinito.

La unidad del potencial eléctrico con el nombre de volt (V) con unidades:

Como el potencial eléctrico se mide en volts, generalmente al potencial eléctrico se le denomina como voltaje.

La diferencia de potencial entre dos puntos A y B es la diferencia entre los potenciales en esos mismos puntos.

El trabajo realizado para por un campo eléctrico a fin de llevar una carga q desde el punto A hasta el punto B se puede calcular por:


Actividad VIII

Objetivo

Identificar que similitudes hay entre la diferencia de potencial hidráulica y la diferencia de potencial eléctrica.

Material:

2 cubetas de plástico

1 manguera de 1.5m

1 pila (cualquier tipo solo es para comparar)

Agua

Procedimiento

Llena una cubeta de agua a la mitad de su capacidad y colócala sobre la orilla de la mesa sin que se caiga.

Coloca la cubeta vacía en el piso debajo de la cubeta que contiene el agua.

A la cubeta de arriba colócale un signo + con cinta adhesiva y a la cubeta de abajo colócale un signo -.

Inserta un extremo de la manguera hasta el fondo de la cubeta con agua, de preferencia fija la manguera con un alambre o con cinta adhesiva en el borde de la cubeta.

El otro extremo de la manguera insértalo en la cubeta que está vacía.

Como el agua no baja por si sola, se necesitara que succiones un poco en el extremo de la manguera libre para que empiece a bajar el agua por la manguera, y vierte el agua en la cubeta de abajo y esperar a que se termine de pasar toda el agua de la cubeta de arriba.

¿Qué observaras?

Al parecer esto no es ningún experimento de electricidad pero te ayudara a comprender los conceptos electricidad como: flujo de carga o corriente eléctrica, diferencia de potencial este último muy importante.

El flujo de carga se relaciona con el flujo de agua, pero recuerda que no hay flujos de carga si no existe una diferencia de potencial, al tener una cubeta arriba y otra abajo por estar a diferentes alturas están a diferentes potenciales o voltajes y como están a diferentes potenciales es muy fácil que pase por la manguera el agua de una cubeta a otra generando un flujo de agua, que traducido a electricidad un flujo de carga.

La diferencia de potencial las genera una fuente de voltaje como por ejemplo una pila o un generador.

Ahora supón que cada cubeta corresponde a un lado de una pila positivo y otro negativo cuando colocas la manguera es como si cerraras el circuito y empezara a fluir la carga en este caso el agua.

Esta actividad te hará recordar con gran facilidad lo que es el voltaje (diferencia de potencial) y se te facilitaran los conceptos de electricidad.

Preguntas

1. ¿Cómo detectas un campo eléctrico?2. ¿En el SI cual es la unidad de la intensidad del campo eléctrico?3. Explica la diferencia entre la energía potencial eléctrica y potencial eléctrico. 4. ¿En el SI cual es la unidad de potencial eléctrico?5. ¿Con que otro nombre se le conoce al potencial eléctrico?6. ¿Qué significa diferencia de potencial?7. ¿Cómo está dado el trabajo cuando tienes una diferencia de potencial?

Glosario 2

Campo eléctrico

Energía potencial eléctrica

Potencial eléctrico

Volt

Voltaje


Parte 3: Corriente eléctrica

3.1 Flujo de carga

Al conjunto de cargas moviéndose por un conductor, debido a una diferencia de potencial (diferencia de voltaje), se le denomina flujo de carga.

3.2 Corriente eléctrica

La corriente eléctrica es el nombre genérico para el flujo de carga.

Si por un conductor se desplazan cargas eléctricas de un punto a otro, se dice que circula una carga eléctrica. Se llama intensidad I de la corriente eléctrica a la carga q que atraviesa una sección recta del mismo por unidad de tiempo t. La unidad con que se mide la intensidad de corriente es el ampere (A), que corresponden al flujo de cargas de Coulomb por segundo (1A = 1 C/s).

Con unidades

3.3 Fuentes de voltaje

Una fuente de voltaje es toda aquella que produzca una diferencia de potencial, la cual producirá un flujo de carga o corriente eléctrica.

Las pilas son un ejemplo de fuentes de voltaje, la mayoría de los aparatos eléctricos portátiles las utilizan para dar energía.

Los generadores eléctricos son fuentes de voltaje, estos generadores son similares a motores eléctricos que producen flujos de corriente eléctrica mediante efectos eléctricos y magnéticos, ejemplo de estos los generadores (similar a un motor eléctrico) que se encuentran en las presas hidroeléctricas, las aspas de los motores son movidas por el agua que cae, el motor-generador genera flujos de carga.

Otro ejemplo son las plantas de luz a gasolina, las que se utilizan cuando hay un apagón en centros comerciales, aquí funciona como el motor mecánico a gasolina de motocicleta pero conectado a un generador (motor eléctrico) producirá un flujo de carga.

Desde 1801 a 1815 Sir Humphry Davy (1778-1829) desarrolla la electroquímica (nombre asignado por él mismo), explorando el uso de la pila de Volta o batería, y tratando de entender cómo funciona ésta.

En 1807 fabrica una pila con más de 2000 placas doble, con la cual descubre el Cloro y demuestra que es un elemento, en vez de un acido.

En 1831 Michael Faraday (1791-1867) a los 14 años trabajaba como encuadernador, lo cual le permitió tener el tiempo necesario para leer y desarrollar su interés por la física y química. A pesar de su baja preparación formal, dio un paso fundamental en el desarrollo de la electricidad al establecer que el magnetismo produce electricidad a través del movimiento.

Faradio es la unidad de medida de la capacitancia eléctrica.

La tensión inducida en la bobina que se mueve en campo magnético no uniforme fue demostrada por Faraday, en un aparato como el que se muestra.

Faraday

En 1888 Nikola Tesla (1857-1943) serbio-americano inventor e investigador quien desarrolló la teoría de campos rotantes, base de los generadores y motores polifásicos de corriente alterna.

A Tesla se le puede considerar, sin ninguna duda, como padre del sistema eléctrico que hoy en día disfrutamos.

Tesla Motor CA

En 1888 el motor de inducción, la mejora del dinamo, el método para convertir y distribuir corrientes eléctricas, y en 1894 el generador eléctrico. Además de más de 700 patentes.

Los derechos de sus patentes sobre sus sistemas de corriente alterna, transformadores, motores y generadores, los vendió a George Westinghouse (1846-1914) fundador de Westinghouse Company, pionera en el desarrollo comercial de la corriente alterna.

En 1893 en la feria de Chicago Westinghouse y Tesla presentaron todo un sistema eléctrico en CA a escala a fin de demostrar sus bondades.

G. Westinghouse Feria de Chicago 1893

En 1895 Westinghouse pone en servicio la Primera planta de Generación de Electricidad comercial en C.A. La Planta del Niágara.

Niágara

3.4 Resistencia eléctrica

La resistencia eléctrica se define como la oposición al flujo de la carga eléctrica.

Aunque la mayoría de los metales son buenos conductores de electricidad, tienen cierta oposición a que el flujo de carga eléctrica pase a través de ellos. La resistencia de un cable depende de la conductividad (que tan bien fluye las cargas eléctricas) y también del espesor y la longitud del cable.

La resistencia eléctrica en menor en cables gruesos que en los delgados.

Los cables largos oponen mayor resistencia que los cables cortos.

En 1854 el matemático inglés William Thomson (Lord Kelvin) (1824-1907), con su trabajo sobre el análisis teórico sobre transmisión por cable, hizo posible el desarrollo del cable transatlántico, e invento el cable flexible.

Lord Kelvin

Otro factor importante es la temperatura entre mayor es la temperatura, los átomos al están más agitados por la temperatura dentro del conductor lo que dificulta u opone al el flujo de carga, es decir un aumento a la resistencia. Son casos singulares de átomos en los que al aumentar la temperatura disminuya la resistencia del material.

Haciendo un símil con la hidrodinámica, las resistencias serian como llaves de paso en la tubería de agua, están llaves de paso permiten que el flujo de agua se controle abriendo o cerrando la llave produciendo resistencia al flujo de agua.

Otro ejemplo de resistencia en el cuerpo humano es el colesterol cuando se va acumulando en las venas y dificulta el flujo de la sangre, por eso es conveniente mantener niveles óptimos de colesterol para permitir el libre flujo de la sangre por las venas.

3.5 Ley de Ohm

La cantidad de corriente I que circula por un circuito es directamente proporcional al voltaje V (o diferencia de potencial) aplicado e inversamente proporcional a la resistencia R del circuito. Es decir:

A esta relación entre la corriente, el voltaje y la resistencia se le conoce como Ley de Ohm.

Cuando mayor sea la resistencia R, tanto menor será la corriente I para un voltaje dado V. Se puede decir que a mayor resistencia menor corriente.

Para las unidades tenemos: la corriente se mide en amperes (A), el voltaje V en volts (V) y la resistencia en ohms (Ω).

Una corriente de un ampere permitirá una resistencia de un ohm cuando se aplica un voltaje o diferencia de potencial de un volt.

En 1826 el físico alemán Georg Simon Ohm (1789-1854) fue quien formuló con exactitud la ley de las corrientes eléctricas, definiendo la relación exacta entre la tensión y la corriente. Desde entonces, esta ley se conoce como la ley de Ohm.

Ohm

3.6 Corriente directa y corriente alterna

La corriente eléctrica puede ser corriente directa cd o corriente alterna ca. La corriente directa cd, implica una corriente de carga que fluye siempre en una sola dirección. Las baterías o pilas siempre mantienen la misma dirección para la corriente eléctrica generalmente va del lado negativo que repele al lado positivo que atrae. Los electrones siempre se mueven en el circuito en la misma dirección de un lado negativo donde se repelen, al lado positivo donde son atraídos.

Haciendo una similitud a la gente en un estadio de futbol haciendo olas, suponiendo que la gente sea como los electrones. Generalmente se va levantando una tras de la otra, así hasta formar esta reacción en cadena conocida como la ola. Si el estadio de futbol es continuo refiriéndonos a que no tenga cortes entre

las gradas como si fuera una letra o de tal forma que la ola no se vea interrumpida, la gente del estadio hará la ola, dándole vueltas al estadio repetidamente esto último es similar a la corriente directa.

La corriente alterna ca como su nombre lo indica alterna la dirección de la corriente eléctrica en un circuito. Es decir, el flujo de electrones en el circuito primero se desplaza en una dirección y luego en sentido opuesto, con un movimiento de ir y venir en torno a posiciones relativamente fijas. Con esto se consigue alternar la polaridad del voltaje del generador o de otra fuente.

Con el ejemplo de la gente en un estadio de futbol pero ahora con un estadio de futbol que tiene la entrada pasando por las gradas de tal modo que deja un hueco donde no hay gradas, como si fuera una letra c. Si se inicia la ola en un extremo del estadio ira avanzando hasta el otro extremo cuando alcance el extremo opuesto esta ola será rebotada al extremo donde inicio. Es decir la ola se verá como un oscilador, una ola que va y regresa continuamente. La corriente alterna se podría decir que se comporta de una forma similar en los circuitos pero con corrientes de electrones.

Si el flujo de carga se desplaza en una sola dirección se llama corriente directa cd; y cuando el flujo va y viene se dice que se trata de corriente alterna ca.

En 1868 el científico belga Zénobe-Théophile Gramme (1826-1901) construyó la primera máquina de corriente continua “el dinamo” (generador) punto de partida de la nueva industria eléctrica. En 1870 patentó la teoría de la Máquina magneto-eléctrica para producir corriente continua.

3.7 Potencia eléctrica

La potencia eléctrica P es igual al producto de la corriente I por el voltaje V.

Donde la corriente se mide en amperes A, el voltaje en volts V y la potencia queda expresada en watts W.

1 W = 1A x 1V

Como la unidad de 1W es muy pequeña generalmente se ocupa el kiloWatt kW donde:

1 kW = 1000 W

Y un kiloWatt-hora representa la cantidad de energía que se consume en una hora. Ejemplo de esto, los medidores de luz caseros miden en kiloWatt–hora.


Actividad IV

Objetivo

Observar como una descargar electrostática produce luz.

Material:

1 plato de unicel

1 plato de aluminio

1 lápiz

1 franela

1 foco ahorrador de 50w

Cinta adhesiva

Recomendable hacer en la oscuridad

Recomendable en lugares secos

Procedimiento

En una mesa fija el plato de unicel boca abajo y fíjalo con cinta adhesiva.

El lápiz colócalo como si fuera un asta dentro y en el centro del plato de aluminio y fíjalo con cinta adhesiva. El lápiz te servirá como mango para que no toques la parte metálica.

Mantén cerca para cuando lo necesites el plato de aluminio con el lápiz y el foco.

Con la franela frota el plato de unicel que está fijado a la mesa durante 5 minutos, esto para que se cargue electrostáticamente.

Una cargado el unicel, junta ambas bases de los platos déjalos 10 segundos unidos y separa el plato de aluminio sin que toque nada.

En esta parte se recomienda apagar la luz de la habitación.

Mientras sostienes el plato de aluminio desde el lápiz, acerca a contacto la base del foco (contacto metálico) al plato de aluminio y observaras que cuando están por hacer contacto una chispa salta y el foco encenderá como un flash.

En 1881 Thomas Alva Edison (1847-1931) produce la primera lámpara incandescente con un filamento de algodón carbonizado. Este filamento permaneció encendido por 44 horas.

Hoy en día, las lámparas incandescentes de filamento de tungsteno de 100 w tienen un rendimiento del orden de 18 lúmenes por watts.

En 1882 Edison instaló el primer sistema eléctrico para vender energía para la iluminación incandescente, en los Estados Unidos para la estación Pearl Street de la ciudad de New York.

Preguntas

1. ¿Qué es la corriente eléctrica?2. ¿Qué es el ampere?3. ¿Qué el voltaje?4. ¿Qué es la resistencia eléctrica?5. ¿Qué es la ley de Ohm?6. ¿Cuál es la diferencia entre ca y cd?7. Entre ca y cd ¿Qué tipo de corriente le corresponde a un generador y que

tipo a una pila? 8. ¿Qué es la potencia eléctrica?

Glosario 3

Ampere

Corriente alterna

Corriente directa

Corriente eléctrica

Diferencia de potencial

Fuente de voltaje

Ley de Ohm

Ohm

Potencia eléctrica

Resistencia eléctrica


Parte 4: Circuitos eléctricos

4.1 Circuitos eléctricos

Mucho de nosotros estamos relacionados con el termino de circuito eléctrico y es porque en la actualidad la mayoría de los aparatos que utilizamos están ligados no a un solo circuito si no a varios y suelen ser muy complejos a simple vista. Por ejemplo el celular, la computadora, el microondas, los aparatos de sonido, la televisión, los reproductores de video, desde una lámpara de mano hasta la instalación eléctrica de un automóvil o edificio, aunque no tienen sus circuitos a la vista, alguna vez hemos visto por alguna motivo circuitos de alguno de estos aparatos o alguna instalación eléctrica.

Un circuito eléctrico como su nombre lo indica es una trayectoria cerrada o camino por el cual circulará un flujo de electrones, para lograr una función específica.

4.2 Circuitos serie

Calculo de circuitos en Serie

Resistencia en serie

donde R es la resistencia total de todo el circuito constituido por las resistencias R1, R2, R3, … conectadas en serie.

La diferencia de potencial o voltaje total en los bornes de un conjunto en serie de resistencias es igual a la suma de las diferencias de voltaje individuales en los bornes de cada una de las resistencias.

La intensidad de corriente es la misma para todos los elementos.

4.3 Circuitos en paralelo

Resistencia en paralelo

Calculo de circuitos en paralelo.

donde R es la resistencia total de todo el circuito constituido por las resistencias R1, R2, R3, … conectadas en paralelo.

L a diferencia de potencial en los bornes del circuito es igual a la diferencia de potencial en los bornes de uno de cualquiera de sus elementos. Todas las ramas de un circuito en paralelo se hallan a la misma diferencia de potencial.

La suma de las intensidades de corriente que circula por cada rama de circuito es igual a la intensidad de corriente total en el circuito. La intensidad de corriente en cada rama del circuito es inversamente proporcional a su resistencia.

4.4 Circuitos mixtos

Los circuitos mixtos son una combinación de circuitos en serie y en paralelo.

El cálculo de la resistencia se hace igual de forma mixta, las resistencias que estén en serie se suman con las que están en paralelo pero con su respectiva regla al sumar.

Ejemplos de circuitos mixtos tenemos el telégrafo, el teléfono y la radio.

En 1835 Samuel F.B. Morse (1791-1867), mientras regresaba de uno de sus viajes, concibe la idea de un simple circuito electromagnético para transmitir información, el telégrafo.

Morse Primer telégrafo

Primer mensaje transmitido por telegrafo.

“What hath God wrought” “Lo que Dios a forjado”

En 1858 ATC The American Telegraph Company construye el primer cable transatlántico desde la costa este de USA hasta Irlanda.

En 1876 Alexander Graham Bell (1847-1922) escocés-americano inventó el teléfono.

Bell

En 1884 Heinrich Rudolf Hertz (1847-1894) demostró la validez de las ecuaciones de Maxwell y las reescribió, en la forma que hoy en día es conocida. Además que experimentalmente desarrolla la radio.

En 1888 Hertz recibió el reconocimiento por sus trabajos sobre las ondas electromagnéticas: propagación, polarización y reflexión de ondas.

Hertz es la unidad de medida de la frecuencia.

Preguntas

1. ¿Qué es un circuito?2. Explica un circuito en serie.3. Explica un circuito en paralelo.4. ¿Qué es un cortocircuito?

Glosario 4

Circuito

Circuito en serie

Circuito en paralelo

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