Guía de Ejercicios Resuelta: Electricidad Aplicada – Primera Prueba
Conceptos Básicos de Electricidad
¿Qué entiende por energía eléctrica?
R.- La energía eléctrica es el flujo de electrones de átomo en átomo.
¿Qué función cumplen los protones en la generación de la energía eléctrica?
R.- Los protones, al tener carga positiva, crean un campo eléctrico que interactúa con los electrones orbitales (de carga negativa).
¿Y qué papel desempeñan los neutrones?
R.- Los neutrones tienen carga eléctrica neutra, por lo tanto, no participan directamente en el fenómeno de la generación de energía eléctrica.
Tipos de Centrales Eléctricas
Nombre los tipos de centrales que generan energía eléctrica y las energías que transforman.
R.-
- Centrales Termoeléctricas: Funcionan con la combustión de hidrocarburos (energía química a eléctrica).
- Centrales Hidroeléctricas: Funcionan con la energía potencial del agua almacenada en embalses y la energía cinética del caudal de un río (energía hidráulica a eléctrica).
- Centrales Solares: Funcionan con la energía lumínica proveniente de los fotones del sol (energía solar a eléctrica).
- Centrales Eólicas: Funcionan con la energía cinética del viento (energía eólica a eléctrica).
- Centrales Químicas: Funcionan mediante reacciones químicas, como en las baterías (energía química a eléctrica).
- Centrales Nucleares: Funcionan con la energía liberada por la fisión nuclear de materiales radiactivos (energía nuclear a eléctrica).
Esquema de la Generación Eléctrica
Muestre un esquema de la generación eléctrica.
R.-
Nota: Se requiere un esquema gráfico para este punto. Se pueden utilizar imágenes o diagramas que representen la generación eléctrica en diferentes tipos de centrales.
Haga un diagrama en bloque de la generación, transporte y distribución de energía eléctrica.
R.-
Generación –> Línea de Transmisión –> Distribución –> Consumo
Conductores y Aislantes Eléctricos
Nombre la causa que produce que un metal sea buen o mal conductor.
R.- La conductividad de un metal depende de la distribución electrónica, es decir, de cuántos electrones de valencia tiene y cómo están distribuidos en los diferentes niveles de energía. Los metales con electrones de valencia débilmente ligados al núcleo son buenos conductores.
Nombre en orden decreciente los buenos conductores.
R.- Plata, Cobre, Oro, Aluminio.
Nombre un mal conductor empleado en la industria eléctrica.
R.- Tungsteno.
Nombre los 4 “mejores” aisladores.
R.- Vidrio, Cerámica, Caucho, Madera seca.
Nombre algún aislante perfecto.
R.- Como material, no existe un aislante perfecto. Sin embargo, el vacío se considera un aislante ideal ya que no contiene materia que pueda conducir la electricidad.
¿El agua destilada es conductor o aislador?
R.- El agua destilada es un aislante muy bueno, ya que al no tener impurezas (iones disueltos) no permite el flujo de corriente eléctrica.
Potencial Eléctrico y Diferencia de Potencial
¿Qué es el potencial eléctrico?
R.- El potencial eléctrico en un punto es el trabajo necesario para mover una partícula cargada eléctricamente desde un punto de referencia (generalmente infinito) hasta ese punto. Se mide en voltios (V) y se puede medir con un voltímetro.
¿Qué es la diferencia de potencial?
R.- La diferencia de potencial (o voltaje) entre dos puntos es la diferencia numérica entre sus potenciales eléctricos. Se mide en voltios (V). Generalmente, se toma un punto de referencia con potencial cero, por lo que el voltaje en un punto se refiere a la diferencia de potencial entre ese punto y el punto de referencia. Por ejemplo, el voltaje domiciliario de 220V significa que hay una diferencia de potencial de 220V entre la línea eléctrica y la tierra (que se considera a 0V).
Instrumentos Eléctricos
Nombre los instrumentos eléctricos que conoce, además nombre sus unidades y cómo se instalan para hacer la medición.
R.-
- Voltímetro: Mide el voltaje en voltios (V). Se instala en paralelo con la carga (lámpara, motor, etc.).
- Amperímetro: Mide la corriente eléctrica en amperios (A). Se instala en serie con la carga.
- Ohmímetro: Mide la resistencia eléctrica en ohmios (Ω). Para medir la resistencia de un componente, este debe desenergizarse.
- Vatímetro: Mide la potencia eléctrica en vatios (W). Para su instalación, se conecta como si fueran dos instrumentos: un voltímetro en paralelo y un amperímetro en serie con la carga.
Analogía Hidráulica-Eléctrica
Haciendo una analogía de un sistema hidráulico con un sistema eléctrico, ¿a qué corresponde: la presión, el caudal y el roce?
R.-
- Presión: Voltaje (V)
- Caudal: Corriente eléctrica (A)
- Roce: Resistencia eléctrica (Ω)
Corriente Continua y Corriente Alterna
En un circuito eléctrico de corriente continua, ¿cuál es la dirección que se marca como corriente eléctrica? ¿Corresponde a los electrones o a los huecos?
R.- En corriente continua, la dirección convencional de la corriente eléctrica se marca como saliendo del borne positivo de la fuente de alimentación y entrando al borne negativo. Esta dirección corresponde al movimiento de los»hueco» (ausencia de electrones), aunque en realidad son los electrones los que se mueven en sentido contrario.
Calcule la resistencia de un conductor de cobre de:
A) 350 m de largo y 2 mm2 de sección. R.- 3.1 Ω
B) 600 m de largo y 2 mm2 de sección.
C) 1000 m de largo y 2,5 mm2 de sección.
Nota: Se requiere aplicar la fórmula de la resistencia eléctrica para calcular los valores de B y C.
Nombre los cuatro mejores conductores de mayor a menor conductividad específica y defina sus unidades.
R.-
- Plata: 1.59 μΩ cm
- Cobre: 1.68 μΩ cm
- Oro: 2.44 μΩ cm
- Aluminio: 2.82 μΩ cm
La conductividad específica se mide en microohmios por centímetro (μΩ cm) y representa la inversa de la resistividad, indicando la capacidad de un material para conducir la corriente eléctrica.
Calcule la variación de resistencia con la temperatura de un conductor de cobre con los siguientes datos:
A) Resistencia inicial 40 ohm a 23º C. Luego de calentarlo hasta 55º C. R.- 45 Ω
B) Resistencia inicial 200 ohm a 30º C. Luego se enfría a -236º C.
C) Resistencia inicial 50 ohm a 100º C. Luego se calienta a 150º C.
Nota: Se requiere aplicar la fórmula de la variación de la resistencia con la temperatura para calcular los valores de B y C.
Exprese de la forma más técnica los siguientes valores:
a) 450.000 Voltios R: 450 KV
b) 0.008 Faradios R: 8 mF
c) 68 x 10-6 Ohm R: 68 μΩ
Determine a qué valor corresponde la siguiente resistencia empleando el código de colores.
Verde – Salmon – Rojo – Amarillo – Dorado
R.- 5620000 Ω ± 5% (o 5.62 MΩ ± 5%)
Conceptos de Corriente Alterna
¿Qué entiende por:
- Ciclo: Un ciclo de una onda de corriente alterna es una oscilación completa, desde un punto inicial hasta que vuelve a ese mismo punto con la misma dirección y sentido.
- Frecuencia: La frecuencia (f) es el número de ciclos que se completan en un segundo. Se mide en Hertz (Hz).
- Periodo: El periodo (T) es el tiempo que tarda en completarse un ciclo. Se mide en segundos (s) y es la inversa de la frecuencia (T = 1/f).
- Valor Máximo: El valor máximo (Vmax o Imax) es el valor más alto que alcanza la onda de voltaje o corriente en un ciclo.
- Valor Instantáneo: El valor instantáneo (v(t) o i(t)) es el valor de la onda de voltaje o corriente en un instante de tiempo específico.
- Valor RMS (o eficaz): El valor RMS (Root Mean Square) o valor eficaz es el valor equivalente de corriente continua que produciría la misma potencia en una resistencia que la corriente alterna. Para una onda sinusoidal, se calcula como VRMS = Vmax / √2.
Haga un gráfico para la corriente continua y otro para la corriente alterna.
Nota: Se requiere realizar dos gráficos. Uno que represente una señal de voltaje de corriente continua (una línea recta horizontal) y otro que represente una señal de voltaje de corriente alterna (una onda sinusoidal).