Electricidad

La electricidad

yel circuito eléctrico

puedes ver la jauta

inlluencia de los campos e! y estudiar va¡ios fenó¡nenos lo la¡go de las:primeras r avances en el mundo de ta

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r.Z Naturaleza de la electricidad

¿Qué es [a electricidad? ¿Cómo se produce? ¿Cuá[ es su naturaleza? Intentaremos responder a todas estas preguntas en esta lJnidad. E[ átomo será e[ elemento base de todo e[ proceso; por eso hay que comenzar con elestudio de su estructura.

En la naturaleza encontramos 107 e[ementos o cuerpos simples diferentes, que se encuentran reflejados en ta tabla periódica. E[ átomo es [a pafte más pequeña de estos elementos. sin que se pierdan, sjn embargo. sus propiedades fisicas y químicas.

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www.simbologia-electronica.com www. s c. ehu. es / sbweb /fisic elecmagnet/elecmagnet.htm

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n. Estructura de los átomos

significa en griego indivisibte, y así se consideró durante .nucho tiempo. Posteriormente, los trabajos de Rutherford, Bohr y otros investigadores revetarcn que está formado por partículas subatómicas mucho más pequeñas, como los etectrones, los lrotones, Los neutrones, [os positrones, los mesones, los neutrinos, los antiprotones. etc. Cen:remos nuestra atención en los tres primeros (figura 1.2). Como ya sabes, [a palabra d¿omo

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Electrones: giran a gran velocidad atrededor del núcteo describiendo órbitas etípticas y se m¿ntienen en estas órbitas gracjas a [a energía de atracción del núcleo. A diferencia del sistema planetario, esta fuerza no es gravitatoria sino eléctrica. La carga eléctrica de los e[ectrones es neqativa y su masa es de 9,1091 . 10-31 kg.

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Protones: forman e[ núcleo del átomo. E[ vaLor absotuto de su carga etéctrica es iguaLa [a del etectrón pero positiva. Su masa es 1 836,11 veces superior a [a del electrón.

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Neutrones: son partícutas etementales si¡ carga, situadas en e[ núcteo del átomo y con una masa aproximadamente iguaI a [a deI protón.

Gda átomo tjene e[ mismo número de etectrones que de protones. 5i [a carga det eiectrón

es

'guaI que [a del protón, podemos considerar e[ átomo etéctricamente neutro. -os electrones, en su recorrido orbitat, están sometidos a [a fuerza de atracción del campo eLéc dei núcLeo y a [a fuerza de repulsión de los etectrones de las capas inferiores (enerqía =ico rotencjal). Además, a causa de su veLocidad, üenen también energía cinética. Sj sumamos es zs dos energías, obtenem0s [a energía total del etectrón en una determinada órbita o capa.

Eíq. 1.2. Átama de cdrbano.

Cuanto más alejados estén los electrones del núcteo, más pequeña será [a fuerza de atracción :e este núcteo y, por [o tanto, más pequeña será [a energía que [e debemos suministrar para ¡encer la fuerza de atracción y hacer que satte de [a úttima capa o capa periférjca.

n átomo, aI perder un electrón, queda instantáneamente sjn equilibrio eléctrico. ya que e[ númerc de protones es superior aI de electrones. En este caso, direr¡os que e[ átomo quedará cargado msitivamente y se convertirá en un ión positivo o catión. Si, en elcaso contrario, un átomo cap:urd un electrón, quedará cargado ¡egativamente y se convertjrá en un ión negativo o anión.

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g. Cargas electrostát¡cas

Gsi seguro que en cursos anteriores has reaiizado

eL experimento de frotar tu bolígrafo con un paño para ver cómo después atraía pequeños trozos de pape[. Este fenóme¡o es un fenón]eno etec, Jostático, observado por e[ griego Tales de Mileto en el sigto vu a.C.. cuando comprobó que a[ ñ'otar u¡ trozo de ár¡bar con un paño de [ana, éste, de manera prodigiosa, atraía pequeñas plu mas, pequeñas pajas, etcétera.

El nomb¡e de electncrdcd de-

¡iva del nomb¡e gñego det Ambar (elekton).

I.

La electri

La diferencja de potencjat entre dos puntos situados a una djstancr'a de 1,5 V 1 m respectivamente es de -90 0OO V. Catcula elvalor de [a carga que crea este campo.

m

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Di cuát es et potenciat en un punto situado en e[ vacío según ta distribución de cargas de ta fiqura 1.16.

Fig. 1.16

r* .:w ;"i.".É'l F.i*iáii 'r:o,

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t.+ Conductores, semiconductores yaislantes

Teniendo en cuenta cieftas propjedades etéctrjcas, los cuerpos se pueden c[asjficar tores, qi sLontes y seni conductores.

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e¡ co¡duc-

n. Conductores

En los metates. los diferentes átomo5 están unidos por entaces metálicos, por to que dan una estructuE geométrica muy rígida. Para este tipo de entace no son necesarios todos los electrones del átomo, y atgunos de e[[os que-

dan poco sujetos a[ núcleo atómico, Estos electrones recorren e[ metat de manera tibre y desordenada y se denominan eledrones librcs (fiqura 1.17). Los etectrones libres son [a causa de que los rietales sea¡ buenos conducto-

Eig,

1

,17 , Elecúanes libres en

un ñetdL

res de [a eLectricidad y del cator,

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s. Semiconductores

A[gunos etementos, como e[ selenio, e[ siticio y el' germanio. tienen cuatro etectrones de valencia y para formaf su estructura comparten estos etectrones con electrones de átomos pró ximos (figura 1.18). Este tjpo de enlace se denomina enlace covalente y proporciona fuerzas atractivas muy fuertes entre los diferentes átomos. Al, aume¡tar ta temperatura en estos materiates se rompen atgunos de estos enlaces y quedan electrones [ibres; por [o tanto, se conv¡erten en conductores en determinadas cir cunstancias. Su conductividad dependerá del número de electrones [ibres existentes.

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Fig. 1.18. ¡nl¿c€J

covalentes

en un oístaL semt

condudot

C. Aislantesonoconductores

Estas sustancias, a diferencia de los metales. no disponen de etectrones libres porque necesitan todos sus etectrones de valencia para realizar sus enlaces.

En determinadas circunstancjas, atguno de estos enlaces motecutares se puede romper, de taL manera que quede atgún electrón tibre y haga que e[ material conduzca muy poco ta electricr'dad.

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¿Qué

quiere dec¡ eledrón líbre si no [oestá?

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¿Qué diferencia hay entre [a estructura atómica de los me tales y [a de los no metales?

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t.s

Circuito eléctrico

Fara que una [ámpara se encienda o un motor se ponga en funcionamiento es necesario conecrarlos a una pita o batería (acumutador) mediante conductores e[éctricos. La unión correcta de estos etementos forma un circuito elédico. Un circuito eléctrico está formado por un generador (pita o acumulado| que proporciona [a energía necesaria. eI receptor (támpara, motor, etc.) y los conductores que unen los diferentes

conponentes (figura 1.19).

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Los generadores son los aparatos que transforman eLtrabajo u otro quiera en energía eléctrica.

tipo de energía cual

Los rec€ptores etéctricos transforman [a energía etéctrica en otra forma de energía, es decir, realizan la función r'¡versa a La de tos generadores. El conductor eléctrico es cualquier sistema materiaI que tenga tas siguientes propiedades: que no ofrezca resistencia apreciable a[ paso de ta corriente y que no dparezca ninguna diferencia de potenciaI entre sus extremos cuando circute una corriente etéctrica.

fig.

1.19. Cirdríto eléctrico.

Para poder gobernar los circuitos hacen fatta unos componentes ltamados etementos de maniobra o controh los más irnportantes son los interruptores, los pulsadores y los conmutadores,

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n. Componentes básicos. Símbolos

Todos los componentes de un circuito eléctrico son representados gráficamente mediante símbotos elementates. que han sido normalizados de manera que sea idéntica su interpretación para

todo e[ mundo. En la tabta 1.2 se muestran los diferentes símbolos etéctricos más frecuentes utiUzados en e[ectrotecnia y normalizados según las normas españotas (uNE) y otras internacionales (DIN, ANSI, CEI, etcétera).

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)) En ios

g. La corrienteeléctrica. lntensidad circuitos etéctricos hay un desplazamiento de cargas eléctricas a través de los conducto-

res, que recibe

La

el nombre de coriente eLécticct.