CONTENIDOS: Electricidad

Indice
1.- La electricidad en nuestras vidas | 9.- Energía y potencia eléctrica
2.- Estructura de la materia | 10.- Circuitos eléctricos serie y paralelo
3.- Hitos en la historia de la electricidad | 11.- Magnetismo
4.- El recorrido de la electricidad | 11.1.- Relación magnetismo-electricidad
5.- Las corriente eléctrica | 11.2.- Electroimanes
6.- Magnitudes de un circuito eléctrico | 11.3.- Generadores de electricidad
7.- Componentes de un circuito eléctrico | 11.4.- Motor eléctrico de corriente continua
8.- Ley de Ohm | 12.- Recursos utilizados

1.- La electricidad en nuestras vidas.

| En la sociedad actual, es fundamental disponer de electricidad para poder desarrollar nuestra vida cotidiana con normalidad. Sería difícil imaginar todas las actividades que realizamos al cabo del día sin los aparatos y electrodomésticos que funcionan con energía eléctrica (lámparas de iluminación, televisiones, lavadoras, frigoríficos, etc).

La electricidad es un fenómeno físico originado por cargas eléctricas en reposo o movimiento. Existen cargas eléctricas de dos tipos: cargas positivas y negativas. Las cargas del mismo signo se repelen y las cargas de diferente signo se atraen. Para comprender bien la electricidad debemos antes estudiar la estructura de la materia.

2.- Estructura de la materia.

| El físico danés Niels Bohr intentó dar una explicación de la constitución de la materia en 1922. Según el modelo de Bohr, los elementos de la naturaleza están formados por átomos. Los átomos se dividen en corteza y núcleo. En el núcleo se disponen los nucleones, que son los protones o cargas (+) y los neutrones (exentos de carga). En la corteza se encuentran los electrones o cargas (–) que orbitan alrededor del núcleo. Hoy día sabemos que la estructura de la materia es algo más compleja. |

3.- Hitos en la historia de la electricidad.

- 600 a.C: el griego Tales de Mileto descubre que el ámbar (1) al ser frotado intensamente es capaz de producir la atracción de algunos cuerpos. En griego ámbar se traduce como “elektron”, de ahí el origen del término “electricidad”.

- 1752: el científico estadounidense Benjamín Franklin descubrió la naturaleza eléctrica de los rayos de las tormentas y posteriormente inventó el PARARRAYOS (2).

- 1800: el francés Charles Coulomb descubrió la fórmula matemática que explicaba correctamente los procesos de atracción y repulsión entre cargas eléctricas (3). Se conoce como ley de Coulomb.

- 1879: Thomas Alva Edison, hombre de negocios estadounidense, consiguió fabricar una lámpara de incandescencia (4) capaz de permanecer encendida durante 48 horas ininterrumpidas. Utilizó un filamento de bambú carbonizado.

4.- El recorrido de la electricidad.

1. La electricidad se genera mediante alternadores en las centrales térmicas, nucleares, etc.
2. Después, se transporta desde los centros de producción hasta los centros de consumo.
3. Finalmente, se consume en alumbrado (iluminación), grandes maquinarias y electrodomésticos.

5.- La corriente eléctrica.

Existen materiales conductores y materiales aislantes de la electricidad (*).

- conductores: permiten el paso de la electricidad.
- aislantes: no permiten el paso de electricidad o lo hacen difícilmente.

La corriente eléctrica es el movimiento de los electrones a lo largo de toda la longitud de un material conductor. Para que se produzca es necesario:

- un circuito cerrado por donde circulen los electrones continuamente.
- un dispositivo que suministre la energía necesaria para producir el movimiento de los electrones a través del circuito (pilas o baterías).

(*) Nota: también existen materiales "a caballo" entre los conductores y los aislantes eléctricos. Son los semiconductores, materiales que conducen la electricidad únicamente cuando se cumplen ciertas condiciones. Algunos de los más importantes son el Silicio y el Germanio, utilizados para fabricar infinidad de componentes electrónicos (diodos, transistores, circuitos integrados, etc).

6.- Magnitudes de un circuito eléctrico.

- Voltaje, Tensión o Diferencia de potencial (ddp): es la energía que debemos suministrar a un circuito para provocar el movimiento de electrones a través de él. Se expresa en voltios (V).
- Intensidad de corriente: cantidad de carga (electrones) que atraviesan una sección de conductor por unidad de tiempo. Se expresa en amperios (A).
- Resistencia eléctrica: es la oposición que presenta un material a ser atravesado por la electricidad. Se expresa en ohmios (Ω).

Convenio: supondremos por tradición que el flujo de corriente es debido al movimiento de las cargas positivas (del polo + al polo -), aunque en realidad es debido al movimiento de los electrones.

7.- Componentes de un circuito eléctrico.

Elemento | Tipo | Símbolo | Imagen
Pila | Activo |  |
Batería | Activo |  |
Conductor | Pasivo |  |
Bombilla | Pasivo |  |
Motor | Pasivo |  |
Resistencia | Pasivo |  |
Interruptor | Maniobra |  |
Pulsador | Maniobra |  |
Conmutador | Maniobra |  |
Fusible | Protección |  |

8.- Ley de Ohm.

| El físico alemán Georg Simon Ohm encontró la relación que existe entre las tres magnitudes fundamentales de todo circuito eléctrico: La tensión es igual al producto de la intensidad por la resistencia. |

9.- Energía y potencia eléctrica.

| Energía es la cantidad de trabajo que un sistema es capaz de producir. Los aparatos eléctricos consumen energía eléctrica y la transforman en energía luminosa (bombilla), en calor (tostadora) o en energía mecánica (motores). En el Sistema Internacional de medidas (S.I), la energía se expresa en Julios, (Joule en inglés), en honor al físico británico James Prescott Joule (imagen izquierda), que encontró la relación entre la intensidad que recorre una resistencia y el calor que disipa (ley de Joule). La energía se calcula como:

Energía = P·t = Potencia·tiempo

Potencia es la cantidad de energía que suministra o consume un sistema por unidad de tiempo. En el S.I la potencia se expresa en Watios o Julios/Segundo. El Watio procede del ingeniero escocés James Watt (imagen derecha), padre de la primera máquina de vapor industrial eficaz (1ª revolución industrial en 1800). La potencia en componentes eléctricos se calcula como:

Potencia = V·I = Tensión·Intensidad

10.- Circuitos eléctricos serie y paralelo.

- En el circuito serie los elementos se conectan unos a continuación de otros.
- La corriente que recorre cada uno de los elementos es la misma.
- La tensión se reparte entre los diferentes elementos y por lo tanto no funcionan eficazmente.
- Si alguno de los elementos se avería, la corriente se interrumpe y el circuito deja de funcionar.

- En el paralelo todos los elementos se conectan a los terminales + y – de la fuente de tensión.
- La corriente suministrada por la fuente no es la misma que la que circula por los diferentes elementos.
- La tensión que proporciona la fuente sobre cada elemento es la misma, por lo que pueden funcionar eficazmente.
- Si alguno de los elementos falla, no impide el funcionamiento del resto de los componentes.

| CORTOCIRCUITO: es conectar dos puntos de un circuito eléctrico mediante un cable que idealmente presenta resistencia nula. ¡OJO!, porque podemos provocar la explosión de la fuente.

11.- Magnetismo.

| El magnetismo es la propiedad que tienen algunos materiales (imanes) de atraer a los materiales magnéticos (presentan contenido en hierro, níquel, cobalto y algunos otros metales más raros). Los imanes pueden ser:

- naturales: son ciertos minerales de hierro (magnetita) y algunos otros metales (neodimio) que se encuentran en la corteza terrestre.
- artificiales: adquieren temporalmente propiedades magnéticas por ejemplo al ser frotados con otro imán.

Las propiedades de los imanes son las siguientes:

- sólo son capaces de atraer a los materiales magnéticos.
- polos de igual nombre se repelen y de distinto nombre se atraen.
- a día de hoy, no han podido aislarse polos magnéticos.

11.1.- Relación magnetismo-electricidad.

| El danés Hans Christian Oersted demostró, en 1822, que cuando una corriente eléctrica recorre un conductor, éste se comporta como un imán, generando un campo magnético en sus alrededores. Poco después, Michael Faraday (imagen) descubrió la inducción electromagnética (1830). Si el flujo magnético a través de un conductor o circuito varía por cualquier medio, se induce una corriente eléctrica sobre dicho conductor o circuito (principio de funcionamiento de alternadores y motores eléctricos). |

11.2.- Electroimanes.

El británico William Sturgeon construyó en 1825 el primer electroimán de la historia. Enrolló 18 espiras de alambre alrededor de una herradura de caballo. Cuando el alambre se conectaba a una batería, la herradura se magnetizaba y podía atraer pequeñas piezas de hierro.

Un electroimán (imagen inferior) se compone básicamente de 3 elementos:

- un núcleo de material magnético.
- un arrollamiento de hilo conductor llamado solenoide.
- una fuente de tensión.

| Las ventajas de los electroimanes con respecto a los imanes naturales es que generan un campo magnético mucho más intenso y que al depender de una fuente de tensión, podemos controlar el efecto magnético producido a nuestra voluntad. Se utilizan en grúas magnéticas, vehículos de levitación magnética, aplicaciones en circuitos eléctricos como timbres (imagen izquierda), sistema Morse, relés, altavoces, etc.

11.3.- Generadores de electricidad.

Un generador de electricidad es un aparato capaz de transformar la energía mecánica (movimiento) en energía eléctrica (corriente eléctrica o electricidad). Se basan principalmente en el fenómeno de la inducción electromagnética descubierto por Michael Faraday. |

Se clasifican en dos grandes grupos:

1. Dinamos: producen corriente eléctrica continua (c.c).

2. Alternadores: producen corriente eléctrica alterna (c.a).

Tanto dinamos como alternadores están constituidos básicamente por los mismos elementos: un sistema para proporcionar un campo magnético (imán), un arrollamiento de material conductor, las delgas o anillos rozantes y las escobillas estacionarias de grafito. La diferencia entre ambos sistemas consiste en la forma de las delgas. En el alternador son dos anillos completos y en la dinamo es un anillo partido por la mitad.

11.4.- Motor eléctrico de corriente continua.

| Un motor de c.c transforma la electricidad en energía mecánica (movimiento). Esta energía mecánica puede ser aprovechada para realizar trabajo, por ejemplo mover una máquina (ascensor, émbolo, etc). Presentan unas ventajas respecto a los motores de combustión (gasolina y gasoil):

- Para igual potencia su tamaño es menor.
- Su rendimiento en la transformación de energía es superior.
- Son máquinas REVERSIBLES, pueden funcionar como motor y como generador eléctrico.

12.- Recursos utilizados.

- Microsoft Paint version 5.1
- Mozilla Firefox 2.0.0.11
- Google
- Microsoft Frontpage 2003
- http://es.wikipedia.org
- http://bancoimagenes.cnice.mec.es/
- http://www.gifmania.com/
- http://tecnovisual.es
- http://www.iesalquibla.com/TecnoWeb/index.htm
- Armada Simancas M. y otros, “Tecnología 1º ESO”, editorial Santillana
- Martin Alonso Luis y otros, “Tecnología 1º ESO”, editorial SM
- Moreno Márquez Jesús y otros, “Tecnología 1º ESO”, editorial Oxford Educación
- Perucha Sanz Alfredo y otros, “Tecnología 1º ESO”, Akal ediciones
- García Platas Angel y otros, “Tecnología 1º ESO”, editorial Edebé
- Gonzalo R., “Tecnología 1º ESO”, editorial Anaya
- Cardwell Donald, “Historia de la tecnología”, editorial Alianza Universidad
- Alemán F. Javier y otros, “Tecnología: guía didáctica y metodología”, editorial Paraninfo
- Garrat James, “Diseño y tecnología”, Akal ediciones