Electrotecnia y Conceptos Eléctricos Básicos

Electrotecnia: Ciencia que estudia las múltiples aplicaciones de la electricidad.

Cargas Eléctricas

• Tipos de cargas: Positiva y negativa.
• Cargas del mismo tipo se repelen.
• Aparato de medición de cargas eléctricas: Electroscopio.

Átomo y sus Componentes

• Molécula: Parte más pequeña de la materia que conserva sus propiedades físicas.
• Átomo: Parte más pequeña de la materia que conserva sus propiedades químicas.
• Partes del átomo: Núcleo y corteza.
• Fuerzas en el átomo: Fuerza eléctrica (atracción) y centrífuga (repulsión).
• Ion negativo (anión): Átomo que ha adquirido uno o más electrones.
• Ion positivo (catión): Átomo que ha perdido un electrón.

Conductores y Aislamiento

• Buen conductor: Cede con facilidad electrones libres.
• Mal conductor: Al frotar un cuerpo con otro de naturaleza distinta, solo se electriza la zona afectada por el frotamiento.

Leyes Fundamentales

• Ley de Coulomb: La fuerza de atracción o repulsión entre dos cargas es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.
• 1 Coulomb: 6.23 · 10¹⁸ electrones.
• Ley de Ohm: La corriente que circula por un circuito eléctrico es directamente proporcional a la diferencia de potencial (tensión) aplicada en sus extremos e inversamente proporcional a la resistencia que ofrece el circuito al paso de esta.

Potencial Eléctrico

• Potencial: Cociente entre la energía potencial que tendrá una carga colocada en un punto de un campo eléctrico y el valor de dicha carga.
• Diferencia de potencial: Trabajo necesario para transportar una carga eléctrica de un punto a otro.

Fuerza Electromotriz (F.e.m.)

• F.e.m.: Energía proveniente de cualquier medio o sistema capaz de crear o separar cargas eléctricas. Se mide en voltios.
• Generación de f.e.m.: Se utilizan diferentes dispositivos o generadores, produciéndose diferentes tipos de electrificación: magnética, por presión, fotoeléctrica, química, térmica.

Conceptos Adicionales

• Densidad eléctrica: Cantidad de corriente eléctrica que puede circular por una sección transversal del mismo.
• Intensidad de corriente eléctrica: Cantidad de carga eléctrica que circula por un conductor en la unidad de tiempo (1 segundo).
• Campo: Espacio dotado de propiedades medibles.
• Tipos de campos: Gravitatorio, magnético, eléctrico.
• Campo eléctrico: Espacio que, al ser perturbado por una carga, ejerce una fuerza sobre otra carga colocada en él.

Experimentación con Cargas

• Prueba de la existencia de cargas: Varilla de vidrio frotada con seda, plástico frotado con lana, bola de vidrio y varilla de ebonita. El uso de aceite y semillas de grama permite apreciar el comportamiento de las cargas.

Tipos de Corriente Eléctrica

• Tipos de corriente:
  • Continua: No presenta variación ni en magnitud ni en sentido.
  • Alterna: Varía en amplitud y en sentido. Tipos: senoidal, triangular, cuadrada, diente de sierra.
  • Mixta: Es mixta pero mantiene una componente continua.

Resistencia Eléctrica

• Resistencia eléctrica: Oposición que presentan los cuerpos al paso de la corriente eléctrica.
• Aparato de medición: Ohmiómetro.
• Resistividad: Plata (0.016), cobre (0.017), aluminio (0.028) (valores relativos).

Componentes de un Circuito Eléctrico

• Generador: Órgano capaz de realizar la separación de cargas, produciéndose corriente en el circuito cuando está cerrado (batería).
• Receptor: Elemento que transforma la energía eléctrica en otro tipo de energía.
• Conductores: Vía de comunicación entre la energía generada por el generador y el aprovechamiento de ésta al llegar la corriente al receptor (cables).
• Seccionadores: Componentes que permiten o impiden el paso de la corriente eléctrica, según interese (interruptor).

Magnetismo y Electromagnetismo

Los imanes experimentan una fuerza denominada fuerza magnética. Las cargas eléctricas producen campos magnéticos.

El electromagnetismo relaciona el campo magnético y la corriente eléctrica. La materia está compuesta de cuerpos magnéticos y amagnéticos. Los cuerpos magnéticos son buenos conductores de las líneas magnéticas, pero los amagnéticos se oponen al paso de las líneas de fuerza.

Clasificación de los Imanes

• Clasificación de los imanes: Naturales (magnetita) y artificiales (frotamiento, influencia con otros imanes, corriente eléctrica).

Flujo Magnético e Inducción Magnética

• Flujo magnético: Cantidad total de líneas de fuerza que atraviesa una superficie (S) situada perpendicularmente a la dirección de las mismas. Su unidad es el Maxwell.
• Inducción magnética (densidad de flujo) (B): Cantidad de líneas de fuerza que atraviesa perpendicularmente la unidad de superficie. Su unidad es el Gauss.
• Intensidad de campo magnético (H): Fuerza con que actúa dicho campo sobre una unidad de masa magnética situada en dicho punto. Su unidad es el Oersted (Oe).
• Permeabilidad magnética: Capacidad que tiene una sustancia de atraer o dejar pasar las líneas magnéticas a través suyo.

Tipos de Materiales Magnéticos

• Materiales paramagnéticos: No ofrecen una mayor resistencia que el aire.
• Materiales diamagnéticos: Ofrecen una gran resistencia al paso de las líneas de fuerza a través de ellos.
• Materiales ferromagnéticos: Muy buenos conductores al paso de estas líneas.

Corriente Eléctrica y Reluctancia

• Se denomina corriente eléctrica al movimiento que originan las cargas eléctricas (electrones) por los conductores eléctricos.
• Reluctancia: Característica propia de cada material magnético que indica si éste deja pasar líneas de fuerza en mayor o menor grado. Los materiales no ferromagnéticos poseen una reluctancia muy elevada.

Inducción Magnética y Ley de Faraday

• Inducción magnética: Un conductor que se mueve en el interior de un campo magnético cortando líneas de fuerza, genera una f.e.m.
• Ley de Faraday: En una bobina se induce f.e.m. cuando exista un incremento de flujo. El incremento de flujo se puede dar por: incrementos en la corriente eléctrica, variaciones en el corte de las líneas de fuerza de los imanes.

Energía y Potencia Eléctrica

Energía eléctrica: Capacidad de un sistema para producir trabajo. Unidad de energía eléctrica/trabajo: Julios, W/seg., kW/h.

• Energía: P · T
• Aparato de medida de energía eléctrica: Contador.

Potencia Eléctrica

• Potencia: Trabajo que se realiza en un circuito en la unidad de tiempo.
• Aparatos para medir la potencia: Vatímetro, voltímetro, amperímetro.
• Unidad de potencia: V · I / trabajo entre tiempo / voltaje al cuadrado entre resistencia.
• Unidad de potencia: Vatio.

Calor y Ley de Joule

• Caloría: Cantidad de calor necesario para elevar 1 gramo de agua su temperatura 1 ºC.
• Ley de Joule: Todo cuerpo recorrido por una corriente eléctrica, desprende un calor proporcional al trabajo realizado. 1 J = 0.24 cal/gramo / 1 J = 1 W/seg.

Leyes de Kirchhoff

• Leyes de Kirchhoff: Un circuito es aquel que está compuesto por varios generadores y receptores formando de esta manera una red de conductores.
• Nudo: Unión de tres o más conductores.
• Ramas: Parte de circuito comprendida entre dos nudos.
• Mallas: Zona formada por varias ramas que forman una trayectoria cerrada.

Rendimiento

• Rendimiento: Relación entre la energía útil y la energía absorbida.