Lección #2 - Regresar a la página principal

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Electricidad básica
Historia
Aunque sólo con los tiempos modernos la electricidad
empezó a ser útil, el hombre a conocido la electricidad
durante siglos. En efecto, hace más de 5,000 años ya se
conocía cierta piedra (magnéticas) que tenía el poder de
atraer el hierro. Pero no fue sino hasta mucho tiempo
después que los chinos aporvecharon la atración
magnetica que manifiesta esta piedra al usarla como una
brújula que les ayuda en sus viajes por el desierto de
Gobi. Hace aproximadamente mil años alguien notó que el
extremo norte de un imán atraía al polo sur de otro, y que
los extremos iguales de éste se reperían.
Mientras tanto, los griegos habían descubierto que cuando
frotaban ámbas con un paño o lana, atraían objetos
lijeros, como pajas, hojas o papel. Alrededor del siglo IV
a.C., los griegos desarrollaron también la teoría de toda
materia esta compuesta de pequeñisimas partículas
llamadas átomos. Los griegos llamaban el ámbar
electrón, de donde se a derivado el nombre de
Electricidad.
Cronología del desarrollo de la electricidad
350 – se descubren las propiedades que adquieren el
ámbar al ser frotado
1600 – william gilbert (1540 - 1603) sintetiza los trabajos
realizados con anteroridad a la publicación de su
libro. Clasificaba los materiales en eléctricos y no
eléctrico, Según se comportaban como ámbar o no.
Itroduce la palabra Eléctrica, del griego elektro.
1646 – Thomas Browne (1605- 1620) publica el primer
informe acreca de la repulsión eléctrica.
1747 – benjamín Franklin (1706 - 1790) suguiere la
existencia de dos tipos de carga, a las cuales
llaman respectivamente carga positiva y carga
negativa
1775 - benjamín Franklin nota que una bola de corcho
rodeaba por una lámina metálica cargada no
experimenta fuerza alguna. Joseph priestley
(1733 - 1804) infiere que la fuerza eléctrica
deben variar inversamente al cuadrado de la
distancia, a la manera de la fuerza gravitatoria.
1785 - Charles coulomb (1736 - 1806) empieza a publicar los
resultados de los experimentados en los cuales
cuantifica la fuerza ente cargas eléctricas,
confirmando la inferencia de priestley.
1800 – alejandro volta (1745 - 1827) construye la primera
pila eléctrica. Este es una paso fundamental pues
permite estudios controlados con corrientes
eléctricas.
1819 – Hans Christian Oesrted (1777 - 1851) descicrí que una
aguja imantada se desvía colocándose en dirrección
perpendicular a un conductor por el que circula una
corriente eléctrica. Demostró la existencia de un
campo magnético en torno a una corriente eléctrica.
1821 – Michael Faraday – (1791 - 1867) trazó el campo
magnético alrededor de un conductor por el cual
circula una corriente eléctrica (del experimento de
oersted). Construyó lo que se concidera el primer
motor dc del mundo.
1822 – andré marie ampere (1775 - 1836) su teoría
electrodinámica y en sus iterpretaciones sobre la
relación entre la electricidad y el magnetismo se
publicarón en su colección de observación sobre
electrodimánica y en su teoría de los fenómenos
electrodinámicos
1823 – William sturgeon inventó el electroimán. Joseph
henry (1797 – 1878) experimentó y perfeccionó.
1827 - george simon ohm (1787 - 1854) descubre la ley que
habría de llevar su nombre, y que relaciona el
voltaje con la corriente que circula en un
conductor.
1831 – faraday descubrió la inducción electromagnética.
Se le atribuye el invento del generador electrico.
Joseph henry construyó el primer telégrafo
electromagnético e ideó y construyó uno de los
primeros motores eléctricos.
1875 – H.A. Rowland (1848 - 1901) demuestra que moviendo
rápidamente unas placas cargadas
electrostáticamente se producen fenómenos
similares a los ocasionados por corriente
electricas. Estos permiten concluir que las
corrientes electricas son cargas electricas en
movimiento.
1897 – joseph john thomson (1857 - 1940) descubre
partículas eléctricas, ahora llamadas electrones,
y muestra que la carga de cada una es igual a la
carga de la unidad en la electrólisis. Se descubre
asi la unidad natural de carga.
1900 – en adelante - el electron se convierte en un
protagonista relevante del desarrollo tecnológico
Estructura de la materia
Materia:
es todo aquello que tiene peso y ocupa espacio. Puede
Variar de forma o estado de acuerdo a ciertas condiciones
MAsa:
es la cantidad de materia que compone un cuerpo, sea
este un objeto, un átomo, molécula o cualquier partícula.
Átomo:
es la partícula más perqueña de un elemento. De
acuerdo al científico danes Niels Bohr (1882 - 1962), el
átomo se compone de un núcleo cantral de electrones que
dan vueltas a su alrederor. El núcleo contiene protones y
neutrones.
Moléculas:
la molécula es la partícula más pequeña a la que
puede Reducirse un compuesto, antesde que se descomponga
de Sus elementos.
Elementos:
son los materiales básicoa que constituyen toda la
Materia. Los elementos se componen de átomos. Los
Elementos no pueden ser producidos por la simple
combinación química no por la separación de otros
elementos.
Compuesto:
un compuesto es una sustancia formada por la
combinación de dos o más elementos que se pueden
separar entre sí.* ejemplo de un compuesto lo es el agua
está formada por hidrógeno y oxígeno (H O)
2
Mezcla:
los elemtos pueden obtnerse de los compuesto sólo
mediante reacciones químicas. Sin embargo, los elementos
se pueden mezclar de tal manera que después puedan
separarse por simples medios físicos. En este caso, se
trata de combinaciones “ temporales ” de elementos
llamados mezcla.
Estructura atómica
Núcleo:
es la parte central de un átomo. Contiene los protones
y neutrones del átomo. El número de protones en el núcleo
determina la forma en que el átomo de un elemento difiere
de otro.
Protón:
el protón tiene una carga eléctrica positiva. Las
líneas de fuerza de esta carga irradian desde el protón
en toda dirección.
Electrón:
el electrón tiene una carga eléctrica negativa. Las
líneas de fuerza negativas de un electrón llegan
radialmente de todas partes. Los electrones giran en
órbita alrededor del núcleo de un átomo.
Conductores:
los materiales cuyos electrones fácilmente se llaman
conductores. Los átomos de los conductores tienen sólo 1 ó
2 electrones de valencia. Los que sólo tienen 1 electrón de
valencia, son los mejores conductores eléctricos.
Aisladores:
las aisladores son materiales que no dejan que los
electrones se liberen fácilmente. Los átomos de los
aisladores Tienen capas de valencia que están llenas con
8 electrones o bien llenas a más de la mitad.
Semiconductores:
en semiconductor es un material que ofrece una
resitencia relativamente alta en su estado puro, pero
la misma se reduce cuando se le añaden pequeÑas
cantidades de impurezas. Un material semiconductor tiene
cuatro electrones en su órbita de valencia.
Tip0s de electricidad
1. electricicdad produccida por fricción
método descubierto por los griegos. Una carga
eléctrica se produce cuando se frota uno con otro dos
pedazos de ciertos materiales; por ejemplo , seda y una
varilla de vidrio, o cuando se penia el cabello. Las carga
que se consiguen por fricción son mejores conocidas por
electricidad estática, la cual se produce cuando un
material transfiere sus electrones a otro.
2. electricidad producida por reacciones químicas
las sustancias químicas peuden combinarse con
ciertos metales para iniciar una actividad química en la
cual habrá transferencia de electrones, produciéndose
cargas de eléctricas. Esta es la forma en que funciona
una batería ordinaria. El proceso se basa en principio de
la electroquímica. Las aplicaciones químicas dela
corriente eléctrica se basan en el movimiento de los iones
a través de un líquido, hacia los electrodos cargados.
3. electricidad producida por presión
cuando se aplica presión a algunos materiales, la
fuerza de la presión pasa a través del material a sus
átomos, desalojando los electrones de sus órbita y
empujándolos en la misma dirección que tiene la fuerza,
estos huyen de un lado del material y se acumulan en el
lado opuesto. Así pues, se originan carags positivas y
negativas en los lados opuestos. Cuando cesa la presión,
los electrones regresan a sus órbitas. * ejemplo: en
algunos micrófonoes y en agujas para fonógrafos,
circuitos de control, de radio frecuencia e inclusive
relojes eléctricos de cuarzo, donde se ha encontrado una
aplicación comercial amplia.
4. electricidad producida por calor
la energía calorífica se puede usar un forma
directa para producir electricidad usando el método de la
termoelectricidad. Algunos materiales liberan
fácilemente sus electrones y otros materiales los
aceptan, pueden haber transferencia de electrones.
Cuando se ponen en contacto dos metales distintos,
conectados en un extremo de los metales cuando la unión
de los mismos de calientan.
5. electricidad producida por la luz
la luz en sí misma en una forma de energía y muchos
científicos la consideran formada de pequeños “ paquetes ”
de energía llamdos fotones. Cuando los fotonesde un rayo
luminoso inciden sobre un material, liberan su energía. En
algunos materiales, la energ►
1ª producente de los fotones
pueden ocasionar la liberacióm de algunos electrones de
los átomos. Materiales tales como potasio, sodio, cesio,
litio, selenio, germanio, cadmio y solfuro de plomo,
reaccionan a la luz en esta forma.
El efecto fotoeléctrico se puede usar dse tres maneras:
1. fotoemisión – LA ENERGíA FOTóNICA DE UN RAYO E LUZ
PUEDE CAUSAR LIBERACIóN DE ELECTRONES DE LA
SUPERFICIE DE UN CUERPO QUE SE ENCUENTRA EN UN TUBO
AL VACíO. ENTONCES UNA PLACA RECOJE ESTOS
ELECTRONES.
2. FOTOVOLTAICA – LA ENERGíA LUMINOSA QUE SE APLICA
SOBRE UNA DE DOS PLACAS UNIDAS, PRODUCE LA
TRANSMISIóN DE ELCTRONES DE UNA PLACA A LA OTRA.
ENTONCES LAS PLACAS ADQUIEREN CARGAS OPUESTAS, EN
LA MISMA FORMA QUE UNA BATERíA.
3. FOTO CONDUCIóN – LA ENERGíA LUMINOSA, APLICADA A
ALGUNOS MATERIALES QUE NORMALMENTE SON MALOS
CONDUCTORES, CAUSA LA LIBERACIóN DE ELECTRONES EN
LOS MATERIALES, DE MANERA QUE Éstos se vuelven
mejores conductores.
6. electricidad producida por magnetismo
la fuerza de un campo magnético se puede usar para
desplazar electrones. Este fenómeno recibe el nombre de
magnetoelectricidad. Cuando fluye corriente a través de
una bobina de alabre, se establece un campo de magnético
en trono a ella. La fuerza de este campo en una función
del número de vueltas de la bobina y de la intensidad de la
corriente que pasa a través de esas vueltas.
Efectos de electricidad y sus medidas
Cuando los electrones hacen su recorrido por un circuito
eléctrico puede producir uno o varios efectos tales como:
magnetismo, calor, luz, efecto electroquímico y efecto
fisiológico. Cuando se emplean pila y baterías; al
experimentar con la electrólosis para descomponer un
cuerpo ; al aplicar el electrodeposición para cubrir un
objeto con otro metal diferente como plata, oro, níquel; o
al recaragr una batería de automóvil, se estará
esperimentando el efectpo de electroquímico de la
corriente eléctrica. El fluido de la corriente a través de
cualquier medio conductro produce calor y magnetismo en
el mismo. Al encenderse una lámpara se produce calor y
megnteismo en el conductor; y calor, magnetismo y luz en
el filamento de la lámpara. En el motor o generadoro de
energía eléctrica se producirá calor y magnetismo. A
través del organismo vivo los electronesproducen calro,
magnetismo y a su vez, conmoción de los músculos. En
grandes cantidades la corriente eléctrica peude ser
fatal. En pequeÑas cantidades la electricidad puede
emplearse para curar algunas enfermedades. Este es el
efecto fisiológico que se experimenta, en la mayoría de los
casos, por accidente.
Unidades eléctricas de medida
Voltaje:
tambien conocido como fuerza electromotriz o
difernecia de potencial. Es la presión aplicada necesaria
para poner en movimiento a los electrones a lo largo de
un conductor o circuito. (voltaje, presión, tensión y fuerza
electromotriz, son términos sinónimos)
Corriente:
la corriente eléctrica es la velocidad de flujo de la
carga eléctrica. Es la torrente de electrones
impulsados por el voltaje a gran velocidad, a través de
un conductor. (corriente, amperaje e intsidad son términos
sinónimos)
Resistencia:
reisetencia es la oposición que encuentra los
electrones para moverse libremente a trav♪0s de un
conductor. Es la oposición que la materia ofrece a que
fluya por ella los electrones. (resistencia y oposición son
términos sinónimos)
ley de ohm’s
la ley de ohm es la relación que existe entre el voltaje,
la corriente y la reistencia de un circuito eléctrico. La
famosa ley de ohm dice: “ la corriente eléctrica es igual
q la presión dividida por la resietencia del circuito.”
La fórmula de la ley de ohm es como sigue:
Corriene
=
tensión
Resistencia
La corriente o amperaje se expresa como I, la tensión o
voltaje se expresa con la letra E, y la resietncia con la
letra R;
I = e
R
e = I x r
R = e
I
Circuito en serie
Siempre que las partes o componentes de un circuito
estén conectadas, de manera que se constituyan una
trayectoria única para el paso de la corriente, se dice
que las partes están “ conectadas en serie ” ; cuando
todas las partes conectadas estan en serie,
incluytendo la fuente, si tiene un circuito en serie.
“ la resistencia total de un circuito en serie es la suma
de las resistencias individuales ”. r total = r1 + r2 + r3
etc...
circuito en paralelo
un circuito en serie se considera un dividor de voltaje ya
que se pueden medir individualmente las caídas de
voltaje. Un circuito paralelo se conoce como un divisor
de corriente ya que se miden las caídas de corriente de
cada carga.
Un circuito paralelo es uno más de una trayectoría por
la cual puede fluir os electrones. Algunas formas de
conexión de ramas en paralelo se muestran a
continuación:
La resistencia total de un circuito en paraleloes menor
que la resistencia de cualquiers de las ramas, o menor
que la menor de las resistencias.
Fórmula de potencia o ley de watts
Las fórmulas de potencia muestran las relaciones que
hay entre la potencia eléctrica, el voltaje, y la
corriente en un circuito. La fórmula de potencia básica
es: potencia es igual a la multiplicación del voltaje
aplicado por la corriente en el circuito. La ecuación es P
= e x i, donde p es la potencia en watts.
P = exi
e = p
I
i = p
e
*al igual que la ley de ohm, la fórmula de potencia
puede ser expresada por un círculo para simplificar su
uso. Siguiendo el método para recordad la ley de ohm, si
aplicamos en este caso es prácticamente lo mismo.