Tema 6. Circuitos eléctricos sencillos Circuito eléctrico. Elementos fundamentales. Definición de circuito eléctrico: es un conjunto de operadores unidos de tal forma que permitan el paso o circulación de la corriente eléctrica (electrones) para conseguir algún efecto útil. Elementos imprescindibles o fundamentales de un circuito: generadores o acumuladores, conductores, aislante y receptores. Grupo de elementos
Finalidad
Generadores o acumuladores
Suministrar la energía eléctrica acumulada o generada al circuito
Conductores
Materiales que sirven de unión entre los distintos operadores eléctricos y permiten la circulación de la corriente eléctrica Materiales que impiden el paso o derivación de la corriente eléctrica que atraviesa el circuito Operadores que transforman la energía eléctrica en otros tipos de energía útil
Aislantes Receptores
Elementos complementarios: elementos de maniobra o elementos de protección. Grupo de elementos Elementos de maniobra Elementos de protección
Finalidad Son operadores que, sin necesidad de modificar las conexiones del circuito, permiten gobernar a voluntad la instalación Son elementos que, intercalados en el circuito, tienen por misión proteger a las instalaciones (fusibles), a los usuarios, o ambos a la vez (diferenciales)
La circulación de la corriente eléctrica siempre va del (-) al (+) Magnitudes eléctricas básicas A. Carga eléctrica (q) Definición: expresa la cantidad de electricidad que tiene un cuerpo, es decir, el exceso o defecto de electrones. Su unidad es el Culombio ©. 1e- ____________ 1,6 · 10 -19 C 1 C ____________ 6,24 · 10 18 e-
B. Intensidad Definición: es la cantidad de corriente eléctrica que atraviesa un conductor por unidad de tiempo. Se mide en amperios (A). q I= --------t C. Resistencia Definición: expresa la mayor o menor dificultad que presenta un conductor al paso de la corriente eléctrica. A mayor dificultad, mayor resistencia y, por tanto, peor conductor. Su unidad es el ohmio (Ω). R = p · L/S C. Tensión o voltaje Definición: indica la diferencia de potencial o fuerza electromotriz que hay entre dos conductores o cuerpos cargados eléctricamente. Su unidad es el voltio (V). Relación entre magnitudes eléctricas. Ley de Ohm Fórmula que relaciona tensión, intensidad de corriente y resistencia Tensión (V) Intensidad (I)= −−−−−−−−−− Resistencia ® D. Energía eléctrica Definición: es el producto de la fem necesaria para transportar las cargas eléctricas por el valor de estas cargas. Su unidad es el julio (watio · segundo). E= W= fem · carga= V·q= V·I·t E. Potencia eléctrica Definición: cantidad de energía eléctrica (W) generada o transformada por unidad de tiempo. W V P= -------- ; P= VI = ------ = I2R t R
Circuitos en serie Los circuitos en serie son aquellos que disponen de dos o más operadores conectados seguidos, es decir, en el mismo cable o conductor. Se cumple: It= I1 = I2 Vt = V1 + V2 Rt = R 1 + R 2 Circuitos en paralelo Un circuito en paralelo es aquel que dispone de dos o más operadores conectados en distintos cables. Se cumple: It= I1 + I2 V1= V1 = V2 1 1 1 −−= −− + −− Rt R1 R2
Problemas para practicar 1. Halla el consumo de energía en euros, en el transcurso de un mes de una lavadora (1200 W) y un frigorífico (200 W) si la lavadora se conecta dos horas cada tres días y el frigorífico está siempre encendido, si el coste del Kwh. es de 0,14 euros. 2. Utilizando la ley de Ohm, rellena la siguiente tabla:
Resistencia Tensión Intensidad
Ej. 1 50
Ej. 2 100
Eje. 3
100
50
9 1
Ej. 4
4,5 0,5
Ej. 5 20
3
Ej. 6
Ej. 7
Ej. 8 120
Ej. 9
75 0,34
12
40 2
220
0,1
3. Una pequeña pila fotovoltaica suministra al circuito de una calculadora una intensidad de 2 µA. Calcula la carga eléctrica en 5 s y el número de electrones que circulan en ese tiempo. 4. Determina la sección de un hilo de cobre de 200 m para que su resistencia eléctrica sea de 12 Ω. (Resistividad del cobre: 1,7 10-8 Ω m.
Ej. 10 50
0,01
5. Completa las casillas de la tabla siguiente: R (Ω)
ρ (Ω m)
12
1,7 10-8
4
5,5 10-8
50
-8
20
3,1 10
L (m)
S ( mm2) 0,1 0,2
6. La longitud de una instalación hecha con hilo de cobre de 1mm2 de sección desde el generador al aparato de consumo es de 100m. Si la intensidad es de 4 A, calcula la pérdida de tensión en el conductor. 7. Calcula cuánto deben marcar los siguientes aparatos de medida: A1, A2, V1, V2, y V3. Supón que VAB= 4,5 V 8. Una bombilla incandescencia lleva al inscripción: 60W, 220V. a) ¿Qué significan esos datos? b) Calcula la resistencia del filamento si está conectada correctamente y la energía consumida en 8h. c) Si el Kwh. se paga a 0,14 euros. ¿Cuál ha sido el coste de la energía? 9. La resistencia de una estufa tiene una potencia de 600 W cuando funciona a una tensión de 220 V. Calcula: a) La intensidad de la corriente. b) La resistencia de la estufa. c) La potencia que tendría la estufa eléctrica si funcionara a 110 V. 10. Una bombilla lleva la indicación: 220 V y 100W, deduce de estas indicaciones: A) La intensidad de la corriente que tiene la bombilla cuando funciona normalmente. B) La resistencia que ofrece el filamento de la bombilla. C) El gasto mensual de la bombilla si está encendida 4 horas al día y el kilovatio hora cuesta 0,14 euro.