Electricidad II Clase 4
Resumen
Resumen
Objetivos Al término de la unidad, usted deberá:
Comprender los diferentes sistemas que generan energía eléctrica. Calcular potencia eléctrica. Aplicar la ley de Joule.
Conocer las propiedades de los superconductores.
Reconocer las propiedades de los imanes.
Establecer la relación entre imanes y corriente eléctrica.
Reconocer las aplicaciones del magnetismo.
¿Como se genera la energía eléctrica? Para que podamos entender como se genera la electricidad, debemos primero comprender que el magnetismo es capaz de generar corriente, o sea la mayoría de los sistemas de generación eléctrica a gran escala utilizan este principio, es importante comprender que las redes de transporte requieren de altos voltajes, para que no se disipe energía por el efecto Joule. Finalmente el transformador es capaz de ir reduciendo la diferencia de potencial en varios tramos (subestaciones), hasta llegar a los 220[V], que es el voltaje utilizado en la casa, el colegio y también acá en el preuniversitario. Fuente: upload.wikimedia.org
Generación de energía eléctrica Para la transformación de energía de algún tipo en energía eléctrica, se utilizan centrales o plantas, tales como:
Hidroeléctricas: Aprovechan el potencial eléctrico existente en un río.
Termoeléctricas: Quema de carbón , petróleo o gas, transformando el agua en vapor, el cual mueve una turbina, que acciona un generador eléctrico.
Fuente: cdec-sic.cl
Fuente: elcisne.cl
Generación de energía eléctrica
Nucleares: Utilizan la fisión nuclear para liberar calor y calentar agua hasta obtener vapor, el cual mueve una turbina que acciona un generador eléctrico. Fuente: newton.cnice.mec.es
Fotovoltaicas: Utilizan la propiedad que tienen algunos materiales de generar corriente, cuando incide sobre ellos la luz del sol.
Fuente: educa.madrid.org
Generación de energía eléctrica
Eólicas: Aprovechan la energía del viento, la cual mueve unas hélices que están conectadas directamente a un generador.
Termo solares: Utilizan la luz del sol para calentar agua y transformarla en vapor, el cual hará funcionar un generador adosado a una turbina.
Fuente: cubasolar.cu
Fuente: static.panoramio.com
Generación de energía eléctrica
Geotérmicas: Utiliza depósitos subterráneos de vapor o de agua caliente, que al salir a la superficie hacen rotar unas turbinas que generan electricidad.
Fuente: rivera.ojodigital.net
Mareomotrices: Contienen el agua en un depósito artificial durante la pleamar, la cual se suelta en la bajamar accionando generadores conectados a turbinas. Fuente: energiasrenovaveis06.com.sapo.pt
Transformación de la energía eléctrica En general, los aparatos eléctricos son dispositivos que transforman energía eléctrica en otro tipo de energía.
En un motor, la energía se transforma de eléctrica a mecánica.
Fuente: redecorando.com
En una lámpara, la energía se transforma de eléctrica a lumínica.
Fuente: drinkstuff.com
Transformación de la energía eléctrica En la figura, la batería produce una diferencia de potencial entre los puntos A y B. Como VA > VB, circula corriente entre los dos puntos. Las cargas eléctricas pasan de un punto donde poseen mayor energía potencial eléctrica (A) a otro donde poseen menor energía potencial eléctrica (B). Esta energía se transformará. En sus orígenes, la corriente eléctrica se definió como un flujo de cargas positivas y se fijó el sentido convencional de circulación de la corriente como un flujo de cargas desde el polo positivo al negativo. En la actualidad la corriente se explica por el flujo de electrones, (efecto Hall) por lo cual en muchas ocasiones, se adopta un sentido contrario de movimiento.
Investiga
B A
Fuente: eeppm.com
Potencia eléctrica Si por una aparato eléctrico circula una corriente “i”, y entre sus extremos existe una diferencia de potencial “V”, su potencia eléctrica está dada por
P = i ×V
Fuente: img.decoesfera.com
Fuente: wiki2buy.com.mx
Unidad para potencia S.I.: [Joule/segundo]= [Watt]
Guía “Electricidad II” Ejercicio Nº 9 Un foco incandescente común presenta las siguientes especificaciones: 330 [W], 220 [V]. Si el foco está conectado al voltaje correcto, la corriente que pasa por su filamento es: a) 0,5 [A] b) 1 [A] c) 1,5 [A] d) 2 [A] e) 2,5 [A]
Guía “Electricidad II” Ejercicio Nº 9 Un foco incandescente común presenta las siguientes especificaciones: 330 [W], 220 [V]. Si el foco está conectado al voltaje correcto, la corriente que pasa por su filamento es: a) 0,5 [A] b) 1 [A] c) 1,5 [A] d) 2 [A] e) 2,5 [A]
Energía eléctrica Corresponde a la energía absorbida o disipada por alguna fuente o resistencia, durante un lapso ∆t.
E = P· ∆t
Unidad para Energía eléctrica S.I.: [Watt·segundo], pero se suele utilizar [Watt·hora]
Fuente: kalipedia.com
Guía “Electricidad II” Ejercicio Nº 10 Un foco incandescente común presenta las siguientes especificaciones: 330[W], 220[V]. Determine la energía eléctrica, si el foco permaneció encendido 30 minutos. a) 0,5 [Watt·hora] b) 110 [Watt·hora] c) 165 [Watt·hora] d) 330 [Watt·hora] e) 1320 [Watt·hora]
Guía “Electricidad II” Ejercicio Nº 10 Un foco incandescente común presenta las siguientes especificaciones: 330[W], 220[V]. Determine la energía eléctrica, si el foco permaneció encendido 30 minutos. a) 0,5 [Watt·hora] b) 110 [Watt·hora] c) 165 [Watt·hora] d) 330 [Watt·hora] e) 1320 [Watt·hora]
Ley de Joule Es la transformación de la energía eléctrica en energía calórica en una resistencia recorrida por una corriente. La potencia disipada por una resistencia eléctrica es: James P. Joule
P = i ×R 2
Unidad para potencia S.I.: [Joule/segundo]= [Watt]
Fuente: shipyshop.com
Aplicaciones del efecto Joule Todos los dispositivos elĂŠctricos que se utilizan para calentar se basan en el efecto Joule y consisten, esencialmente, en una resistencia que se calienta al ser recorrida por una corriente.
Fuente: img.auctiva.com
Fuente: mac.com.co
Fuente: paris.cl
Fuente: bluehouse.com.uy
Aplicaciones del efecto Joule Los focos de filamento incandescente inventados por Thomas Edison son también una aplicación del efecto Joule. El filamento de Tungsteno puede alcanzar temperaturas cercanas a los 2.500 ºC, volviéndose incandescente disipando calor y emitiendo gran cantidad de luz.
Fuente: interempresas.net
Fuente: farm3.static.flickr.com
Aplicaciones del efecto Joule Los fusibles están constituidos por una tirilla metálica que tiene un punto de fusión muy bajo, de manera que cuando la corriente en el fusible sobrepasa cierto valor, el calor generado produce la fusión del elemento, interrumpiendo así el paso de la corriente excesiva. Tira de plomo o aluminio
Fuente: tienda.phonia.es Fuente: arqhys.com
Guía “Electricidad II” Ejercicio Nº 7 En el circuito de la figura, el fusible de protección es de 30 [A]. Las corrientes que pasan por los aparatos son: Focos: 2[A] cada uno. Ducha: 25 [A]. Refrigerador: 2,5 [A] Es correcto afirmar que: I) A medida que aumenta el número de aparatos conectados a la instalación la resistencia total de circuito disminuye. II) El fusible se quema si se conectan todos los aparatos simultáneamente. III) El fusible no se quema si se conecta la ducha y uno de los focos. a) sólo I b) sólo II c) sólo III d) sólo I y II e) I, II y III
Guía “Electricidad II” Ejercicio Nº 7 En el circuito de la figura, el fusible de protección es de 30 [A]. Las corrientes que pasan por los aparatos son: Focos: 2[A] cada uno. Ducha: 25 [A]. Refrigerador: 2,5 [A] Es correcto afirmar que: I) A medida que aumenta el número de aparatos conectados a la instalación la resistencia total de circuito disminuye. II) El fusible se quema si se conectan todos los aparatos simultáneamente. III) El fusible no se quema si se conecta la ducha y uno de los focos. a) sólo I b) sólo II c) sólo III d) sólo I y II e) I, II y III
Guía “Electricidad II” Ejercicio Nº 13 Un foco incandescente está conectado a una toma de corriente. Su filamento está incandescente y los cables de conexión permanecen fríos, porque a) los cables tienen mayor resistencia que el filamento. b) los cables tienen menor resistencia que el filamento. c) los cables tienen aislante. d) el filamento está enrollado. e) la corriente en el filamento es mayor que en los cables.
Guía “Electricidad II” Ejercicio Nº 13 Un foco incandescente está conectado a una toma de corriente. Su filamento está incandescente y los cables de conexión permanecen fríos, porque a) los cables tienen mayor resistencia que el filamento. b) los cables tienen menor resistencia que el filamento. c) los cables tienen aislante. d) el filamento está enrollado. e) la corriente en el filamento es mayor que en los cables.
Resistencia y temperatura La resistencia eléctrica de los conductores varía con la temperatura.
En todos los metales, resistencia disminuye en medida que disminuye temperatura.
la la la
Fuente: profisica.cl
Otras sustancias, como el silicio, el germanio y el carbono, se comportan en forma inversa.
Fuente: atelmedia.com
Superconductores Algunas sustancias a temperaturas muy bajas, cercanas al cero absoluto, presentan una resistencia eléctrica prácticamente nula. La temperatura a la que una sustancia se vuelve superconductora se llama temperatura de transición y varía de un material a otro.
Mercurio 4 [K] = -269[°C]
Plomo 7 [K] = -266[°C]
Niobio 9[K] = -264[°C] Fuente: physicstogo.com
Imanes Un imán es un mineral metálico que tiene la propiedad de atraer a otros metales. Los imanes naturales están formados por elementos como hierro, cobalto y níquel.
Fuente: kalipedia.com
Se observó que un trozo de material ferromagnético puesto en las cercanías de un imán muy poderoso (o frotado con él), adquiría las mismas propiedades (imanes artificiales). Fuente: kalipedia.com
¿Atracción o repulsión? Los polos magnéticos del mismo nombre se repelen y los polos magnéticos de distinto nombre se atraen.
Fuente: portaleso.homelinux.com
Fuente: profes.net
Inseparabilidad de los polos Es imposible obtener un polo magnĂŠtico aislado. Al partir un imĂĄn, se obtienen dos nuevos imanes.
Fuente: lightandmatter.com
Polos de un imán Polo Norte de un imán es aquél de sus extremos que, cuando puede girar libremente, apunta hacia el Polo Sur Magnético de la Tierra que corresponde aproximadamente al Norte geográfico terrestre.
Fuente: profisica.cl
Fuente: profisica.cl
Campo Magnético Alrededor de un imán se forma una zona en la que otro imán o un material ferromagnético se ve afectado por la fuerza magnética. El campo magnético se representa mediante líneas que se dirigen del polo norte al polo sur.
Fuente: portaleso.homelinux.com
Fuente: sc.ehu.es/sbweb/fisica
La Tierra un enorme imán La Tierra misma es un enorme imán, porque su núcleo está compuesto de magma en movimiento, el cual contiene gran cantidad de hierro. Dicho hierro presenta electrones libres, los que al moverse generan corriente, induciendo un gran campo magnético, es decir, nuestro planeta es un gran imán.
La Tierra un enorme imán Una brújula apunta hacia sur magnético (cerca del norte geográfico), porque la Tierra es un enorme imán. La brújula se alinea con el campo magnético de la Tierra. Sin embargo, en la actualidad, los polos magnéticos terrestres no coinciden con los polos geográficos.
Fuente: emezeta.com
Corriente eléctrica y campo magnético Cuando se produce circulación de corriente eléctrica se genera un campo magnético, que forma círculos concéntricos en torno al conductor rectilíneo. En un conductor rectilíneo, la intensidad del campo magnético está dada por
µo ×i B= 2πr
donde
Fuente: webdelprofesor.ula.ve
µo = 4π ×10 −7 N ×A −2 r es la distancia al conductor
Unidad para la intensidad de campo magnético S.I.: [Tesla]
Fuente: newton.cnice.mec.es
Corriente eléctrica y campo magnético En una espira, el campo magnético que rodea el alambre se concentra en su interior. En el interior de la espira, la intensidad del campo magnético está dada por
µo ×i B= 2r −7 −2 µ = 4 π × 10 N × A o donde r es la distancia al conductor
Unidad para la intensidad de campo magnético S.I.: [Tesla]
Fuente: portaleso.homelinux.com
Corriente eléctrica y campo magnético En el interior del solenoide, la intensidad del campo magnético que es uniforme está dada por
µoN ×i B= L
−7 −2 donde µo = 4π ×10 N ×A N es el número de espiras L es la longitud del solenoide
Con este principio se construyen los electroimanes.
Fuente: webdelprofesor.ula.ve
Fuente: webdelprofesor.ula.ve
Corriente eléctrica inducida Faraday y Henry descubrieron que se podía generar corriente eléctrica en un alambre con el simple movimiento de meter y sacar un imán de una bobina. Estos científicos descubrieron que el movimiento relativo entre un alambre y un campo magnético inducía un voltaje.
Fuente: kalipedia.com
Fuente: exa.unne.edu.ar
Corriente eléctrica inducida Cada vez que se abre o cierra el interruptor de un circuito llamado primario, éste genera un campo magnético, el cual induce (produce) una cierta cantidad de voltaje en un circuito secundario, que se encuentra junto a este circuito primario. Este principio explica el funcionamiento del transformador.
Fuente: arqhys.com
El transformador Es un dispositivo que permite aumentar o disminuir el voltaje de una corriente alterna. Está compuesto por una bobina primaria y otra secundaria, unidas mediante un núcleo de hierro laminado. El voltaje aumenta o disminuye de acuerdo al número de espiras. Líneas de inducción
Fuente: tienda.hobbymas.com
V1 N1 = V2 N2
Bobina primaria
Bobina secundaria Fuente: portaleso.homelinux.com
Síntesis de la clase
Plantas que generan energía eléctricas
Si se transforma la energía eléctrica
Fotovoltaicas
Hidroeléctricas
Solares
Termoeléctricas
Geotérmicas
Eólicas
Mareomotrices
Nucleares
Ocurre
El efecto Joule
SĂntesis de la clase
Prepara tu próxima clase
Durante la clase 5 revisaremos los contenidos relacionados con:
Vectores, Capitulo I desde la página 12 hasta la página 29 de tu libro Cpech.