Energía Electrica

Todo sobre la Electricidad

Se define como energía eléctrica al trabajo desarrollado en un circuito eléctrico durante un tiempo determinado, la energía eléctrica se representa con letra E,  y su unidad es el Julio que a su vez se representa con letra j la formula que la relaciona es la siguiente:

E= P * I

1J = 1w  +  1S

Siendo:

E = Energía eléctrica (j)

P = Potencia eléctrica (w)

t = tiempo (s)

al ser el julio una unidad demasiado pequeña, otra de valor mas elevado nos servirá para tomar medidas ; esta es el kilovatio por hora (Kwh)

1 Kwh x h = 1000W x 3600s = 3.6 10^6 julios

Los contadores de Energía miden en Kwh, el coste de la energía es igual a su valor multiplicado por el precio unitario. 

mas adelante veremos como se calcula la energía consumida en el mes en la factura de energía eléctrica.

Efecto Joule

Se conoce como efecto Joule al fenómeno irreversible por el cual si en un conductor circula corriente eléctrica, parte de la energía cinética de los electrones se transforma en calor debido a los choques que sufren con los átomos del material conductor por el que circulan, elevando la temperatura del mismo. El nombre es en honor a su descubridor, el físico británico James Prescott Joule.

El movimiento de los electrones en un cable es desordenado, esto provoca continuas colisiones con los núcleos atómicos y como consecuencia una pérdida de energía cinética y un aumento de la temperatura en el propio cable.

Las unidades de caloria son dos :

Se define la caloría como la cantidad de energía calorífica necesaria para elevar la temperatura de un gramo de agua pura en 1 °C (desde 14,5 °C a 15,5 °C), a una presión normal de una atmósfera.

Una caloría (cal) equivale a 4,1868 julios (J),1 mientras que una kilocaloría (kcal) son 4186,8 julios (J).

Una Kilocaloria (Kcal), es la energía necesaria para elevar la temperatura de un litro de agua en condiciones de presión normales. 

1 Kcal = 1000 cal

También 1 Julio = 0,24 Cal.

La energía eléctrica y la energía calorífica estan relacionadas por la formula que juole determinó; Q= 0,24 *E

Siendo:

Q= Cantidad de Calor

E: Energía electrica (W x s)

0,24 = Constante de Equivalencia

Tabla de Unidades Caloricas

Magnitudes Eléctricas

En todo Circuito Eléctrico hay unas magnitudes que habrá que tener en cuenta, estas se relacionan todas entre sí.

Por medio de ellas el circuito queda tontamente identificado o se podrá calcular según las necesidades que se precisen. 

Entonces Comenzaremos a hablar de:

Fuerza Electromotriz
Diferencia de Potencial
Cantidad de Electricidad
Intensidad de la corriente Eléctrica
Densidad de la corriente Eléctrica
Resistencia Eléctrica
Potencia Eléctrica
Energía Eléctrica

Fuerza Electromotriz
Se representa con el diminutivo f.e.m. y es la causa que hace que los electrones circulen por un circuito eléctrico  como todas las magnitudes tiene una unidad que la define y esta es el Voltio que se representa por la letra  v. 

Diferencia de Potencial

Se denomina habitualmente con su diminutivo d.d.p., a diferencia del potencial eléctrico, se le conoce como tensión eléctrica o voltaje, es el desnivel eléctrico que existe entre dos puntos determinados de un circuito, esta magnitud se representa con la letra v. y tiene como unidad el voltio que como ya dijimos se representa con la letra v. (Minúscula), así por ejemplo un enchufe de una vivienda puede estar a 120 V. o a 220 V.

El voltaje, V, es el valor de la fuerza electromotriz o diferencia de potencial expresado en voltios. El voltaje o tensión se mide siempre entre dos puntos de un circuito

Cantidad de electricidad

Se conoce como Q. la cantidad de electricidad es la cantidad total de electrones que recorren un conductor en un circuito eléctrico como podemos sustituir, al ser el electrón en elemento del átomo de tamaño muy reducido, sería muy difícil poder saber con exactitud cual es su numero, por lo que en la practica  de toma como unidad el Culombio, siendo este 

La carga eléctrica, q, expresa la cantidad de electricidad que tiene un cuerpo, es decir, el exceso o defecto de electrones. Su unidad es el culombio (C).

El culombio como unidad de cantidad de electricidad se representa con la letra C, así si por los conductores circula un numero de electrones igual a 6,3 x 10^18 e- podemos decir que la cantidad de electricidad que recorre este circuito es de un culombio (C) así si la cantidad de electrones es  12,6 x 10^18 e-  esta cantidad será de dos culombios (Q= 2 culombios).

Intensidad de corriente eléctrica
La intensidad es la cantidad de electricidad que atraviesa un conductor en un tiempo igual a un segundo, la unidad de la intensidad es el amperio y el símbolo que se utiliza para representarla es la letra  I,  y el que se utiliza para su unidad es la letra A. 

Intensidad de corriente eléctrica I, es la cantidad de carga eléctrica  o de electrones que atraviesa la sección de conductor en una unidad de tiempo

El voltio se define como la diferencia de potencia capaz de proveer una corriente de intensidad 1A en un conductor cuya resistencia es de 1Ω

Esta magnitud eléctrica se relaciona con la cantidad de corriente y con el tiempo, según la formula:

 Siendo 

I  =  La Intensidad

Q  =  La Cantidad de Electricidad

t  =  Tiempo

A  =  Amperio

c  =  Culombio

s  =  Segundo

Densidad de Corriente Eléctrica
Se denomina Densidad de corriente eléctrica al numero de amperios que circula por cada milímetro cuadrado de conductor, esto es: 
La intensidad que circula por unidad de sección; la densidad de corriente se representa por la letra griega sigma (Õ) y como todas las magnitudes eléctrica tiene una unidad que es el amperio sobre milímetro cuadrado = A/mm², ademas se relaciona con la intensidad y la sección por medio de la formula: 

Siendo:

Õ = densidad

I = Intensidad

s = sección (mm²)

Resistencia Eléctrica Se llama resistencia eléctrica a la dificultad que representa un material al paso de la corriente eléctrica.  un material será mas resistente que otro cuando existiendo una diferencia de potencial igual entre los extremos de los dos materiales en uno habrá mas corriente eléctrica que lo atraviese que en el otro. 

La resistencia eléctrica se representa con la letra R y tiene como unidad el Ohmio que a su vez se representa con la letra griega Omega (Ω).

Dicha dificultad responde a que los núcleos de los átomos del material resistente atraen los  electrones que se desplazan a través suyo, como cada material tiene distintas características atómicas, tienen resistividades diferentes. 

Debemos observar que  al hablar de resistencia de materiales se habla de resistividad y es porque la resistencia de un material no solo depende de la resistencia de 1 mm² de sección sino que además depende de la longitud y por supuesto de la sección (esta puede ser mayor a 1 mm²), la resistividad se representa por p por tanto la resistencia de un material (R) depende directamente de su resistividad p y de su longitud (l) e inversamente proporcional a su sección, viene determinado por la formula: 

Siendo:

R = Resistencia (Ω)

p = Resistividad (mm²/m)

l = Longitud (m)

S = Sección (mm)

Ley de Ohm

La ley de Ohm, postulada por el físico y matemático alemán Georg Simon Ohm, es una ley de la electricidad. Establece que la diferencia de potencial  que aparece entre los extremos de un conductor determinado es proporcional a la intensidad de la corriente  que circula por el citado conductor. Ohm completó la ley introduciendo la noción de resistencia eléctrica ; que es el factor de proporcionalidad que aparece en la relación entre  e :

 

 "En un circuito eléctrico la intensidad de corriente que lo recorre es directamente proporcional a la  tensión aplicada e inversamente proporcional a la resistencia que le presenta este. "

Ver triangulo mágico

Potencia Eléctrica

Se define como la cantidad de trabajo desarrollado en una unidad de tiempo, en un circuito eléctrico la potencia viene relacionada con la la tensión   o la intensidad la potencia se representa con la letra P  y su unidad es el watio que se representa con la letra w la formula que la relaciona es:

P = V * I 

1w = 1V * 1A

Siendo:

P  = Potencia

W  = Watio

V  = Voltio

I  = Corriente

A  = Amperio

Si se toma la ley de ohm y se sustituyen términos nos quedan otras dos formulas que también son validas

Corriente Electrica

Corriente Eléctrica

Recibe el nombre de corriente eléctrica el desplazamiento de electrones a través de un cuerpo conductor. si partimos de la idea de que los cuerpos siempre tienden a equilibrio eléctrico, uniendo dos materiales, uno con defecto de electrones (Cargado positivamente) y otro con exceso  de estos (Cargado negativamente) por medio de un Conductor Habrá un traslado de estos electrones por medio del conductor hasta que los dos materiales tengan un equilibrio eléctrico. 

El movimiento de electrones de un material a otro se denomina, por tanto, CORRIENTE ELÉCTRICA. 

A mayor movimiento de electrones, habrá mayor corriente.

Sentido de la Corriente Eléctrica.

Los pioneros del estudio de la electricidad pensaron que lo que se trasladaba no eran los electrones sino que eran los protones, y por tanto creyeron que el sentido de la corriente era desde el polo Positivo al Polo negativo, pero las siguientes investigaciones consideraron que el electrón no era un elemento estático y que giraba al rededor del Núcleo  y por tanto son los que tienen la capacidad de Trasladarse.

De tal forma que entre dos átomos uno carga positiva y otro con carga negativa en el ultimo orbital, se produce entre ellos un intercambio de electrones desde el que posee carga negativa hacia el que posee carga positiva siempre que se aproximen lo suficiente, el sentido que aporta esta teoría es que la Corriente eléctrica circula desde el polo Negativo al Polo Positivo. 

Circuito Eléctrico. 

Es el camino a través del cual se trasladan los electrones. buscando la neutralidad eléctrica de los materiales conectados por medio de un conductor.

También podemos definirlo como un conjunto de operadores unidos de tal forma que permitan el paso o la circulación de la corriente eléctrica (electrones) para conseguir algún efecto útil (luz, calor, movimiento,etcétera).

Todo circuito eléctrico debe disponer como mínimo de Generador,conductores y receptores (elementos imprescindibles).Sin embargo, no es frecuente que estos elementos se conecten de forma aislada en un circuito, ya que esta disposición presenta varios inconvenientes. Por un lado, el receptor (bombilla) se encontrará

funcionando continuamente hasta que la pila se gaste o alguien modifique la instalación. Por otro lado, tanto el circuito anterior como los usuarios que lo utilicen no se encuentran protegidos.

Se pueden identificar también como elementos Activos que son los que generan la energía (Acumuladores, generadores, etc) y elementos Pasivos que son los que la consumen. 

Para evitar los problemas anteriores, los circuitos suelen completarse con los elementos de maniobra y protección, si bien de momento, como trabajaremos siempre con pilas de 4,5 V, prescindiremos en algunos casos de estos últimos al montar nuestros circuitos.

Para poder entender que es un circuito eléctrico se podrá establecer una comparación con un dispositivo Hidráulico.

Como puede observarse la válvula que separa los dos tanques mientras permanece cerrada, mantiene en sus niveles originales los recipientes, pero al momento de abrirla se sucede una corriente de agua desde el tanque mas alto y mas lleno, al mas bajo y vacío, esto se conocerá como diferencia de potencial. 

Así entonces se llega al símil Hidráulico

Tanques           = Materiales con carga eléctrica

Tubería           = Hilo Conductor

Compuerta         = Interruptor

Nivel del Liquido = Deficiencia o exceso de electrones

Ahora bien para conseguir un flujo de corriente constante tendremos que tener siempre la misma cantidad de carga eléctrica en los materiales vamos a introducir un componente que generará entre sus extremos o bornes  una diferencia de carga eléctrica que no variara con el tiempo, lo llamaremos Generador Eléctrico, elemento del que hablaremos mas adelante. 

También tendremos que agregar otro elemento al símil Hidráulico que en este caso es:

La Turbina        =  que rota gracias al flujo del liquido.

La bomba de agua  =  que hace las veces del Motor en el circuito eléctrico proporcionado el flujo constante de agua en el símil Hidráulico, por favor tenerlo en cuanta para mas adelante. 

Teoría Electronica

Electricidad

La Electricidad es un fenómeno Físico cuyo origen son la cargas eléctricas y cuya energía se puede transformar en fenómenos mecánicos, térmicos, luminosos, químicos, etc. y viceversa. Ese Fenómeno se puede observar en la naturaleza y como ejemplo tenemos a los Rayos en las Tormentas que son descargas eléctricas producidas por la transferencia de energía entre la ionosfera y la superficie terrestre.

Luego la electricidad se formó como una rama de la física que estudia todos los fenómenos eléctricos.

De una forma u otra, la electricidad interviene en la mayoría de los aspectos de nuestra vida y según avanza la tecnología se hace cada vez mas imprescindible, de tal forma que si tuviéramos que prescindir de ella la humanidad se vería inmersa en una segunda edad media, ya que veríamos desaparecer elementos esenciales de nuestra vida desde el transporte, luz y calor hasta lo mas superficial como una maquina de afeitar. 

Desde que la electricidad se comprendió como fenómeno físico, se han dado a conocer muchas teorías que pueden explicar este fenómeno invisible, entre todas ellas la mas comprensible es la teoría electrónica ya que sus postulados son sencillos y empíricos.

Teoría Electrónica

Esta teoría se basa en la que hasta ahora se consideraba el elemento mas pequeño que conformaba la materia: El Átomo. 

El Átomo esta constituido por un núcleo subdivido en Protones neutrones  y por los electrones que giran en torno a ese Núcleo describiendo Órbitas. 

El Neutron tiene carga eléctrica Neutra, 

El Proton tiene carga eléctrica positiva y

El Electron tiene carga eléctrica Negativa. 

Si el numero de Electrones de un átomo es igual de los Protones entonces podemos decir que el átomo es electricamente Neutro. 

en cambio si el numero de Electrones de un átomo es mayor al de los Protones entonces podemos decir que el átomo es electricamente Negativo.

Ahora si el numero de Protones de un átomo es mayor al de los Electrones entonces podemos decir que el átomo es electricamente Positivo.

El electrón es la parte mas importante de un átomo, ya que tiene movilidad y es capaz de separarse de su átomo y dejarle con una carga mas positiva de la que tenia con él presente en una órbita, por tanto si, somos capaces de controlar el movimiento de muchos electrones en un material seremos capaces de controlar la energía eléctrica de dicho material. 

La gran velocidad a la que giran los electrones en sus órbitas tiende a Desprenderlos, pero es la fuerza positiva del núcleo la que se los impide, se necesita de una fuerza externa lo suficientemente fuerte que sea capaz de liberarlos y así producir energía eléctrica. 

Así entonces los electrones que giran cerca del núcleo son mas difíciles de liberar que los que se encuentran en capas orbitales mas alejadas. 

Los átomos de todos los elementos conocidos pueden tener hasta siete capas. 

La capa exterior de un átomo no tendrá más de 8 electrones. La capa exterior de un átomo recibe el nombre de capa de valencia y sus electrones reciben el nombre de electrones de valencia. El número de electrones en la capa de valencia de un átomo es importante en la electricidad.

Si se añade suficiente energía a un electrón, saldrá fuera de su órbita, hacia la órbita de orden inmediato superior. Y, si se aplica suficiente energía a un electrón de valencia, el electrón se desligará de su átomo, ya que no existe una órbita inmediata superior. la energía aplicada para desprender un electrón se distribuye de manera equitativa entre los electrones presentes en la órbita, por lo que los mejores conductores serán aquellos que solo tengan un electrón en la capa de valencia o capa exterior.

la tabla siguiente contiene 103 elementos, indicando el número de electrones en cada capa, para cada átomo.

Si se examina la tabla de los elementos en la parte superior, pueden determinarse los buenos conductores. Todos tienen un electrón en su capa exterior. La mayor parte de los metales son buenos conductores. Los más conocidos son: cobre (núm. 29), plata (núm. 47) y oro (núm. 79).

No todos los materiales son iguales, y por ello no en todos los materiales se podrá controlar el movimiento de los electrones. por tanto, el movimiento de electrones a través de un material definirá si este material es conductor o aislante, a efectos de corriente eléctrica. 

De allí que tengamos materiales conductores que son materiales que tienen electrones cuya liberación es fácil. La mayor parte de los metales que son buenos conductores eléctricos, generalmente se describen como materiales con muchos electrones "libres".

Los aisladores, son materiales que se oponen al paso de la energía, los más usados son el vidrio, hule, plástico, madera y cerámica. Es muy difícil liberar los electrones en estos materiales. Por ello se dice que contienen muy pocos electrones libres.

Los semiconductores son materiales con mayor número de electrones libres que los aisladores pero menor que los conductores, aunque lo restringen permiten el paso de la energía pero en menor cantidad que los conductores. 

Los fenómenos que consiguen arrancar electrones y establecer una corriente pueden ser de diverso origen:

Tipos de Energía

las Energías renovables que pueden convertirse en energía eléctrica son las siguientes: 

 Y las no renovables las siguientes:

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