Introducción a la electricidad y los fenómenos eléctricos

Antes de iniciarse en la electrónica aplicada, es conveniente concocer algo de Mates, que nos van a venir muy bien para la resolución y compresión de las diferentes actividades.

2º Sistema internacional y cambio de unidades.

Cada unidad física, por ejemplo el Kilo cuando hablamos de peso, tiene una serie de múltiplos y submúltiplos para referirnos a pesos mayores o menores, por ejemplo, si estamos en un laboratorio, no podemos decir que esta pastilla o sobre contiene 0,005 de paracetamol. Lo mas normal y cómodo es hablar de 5 miligramos de paracetamol , porque lo anterior, entre otras cosas, nos puede llevar a errores. Veremos una tabla donde se muestra el cambio de una unidad, entre múltiplos ( mas grandes ) y submúltiplos ( mas pequeños ) En nuestro caso , cada paso va a ser mil veces mayor ( o menor ).

Hay otros múltiplos mayores, como el Tera ( caso del terabyte ) y otros más pequeños como femto.

Utilizando esta tabla se puede hacer las conversiones para todas las unidades. Por ejemplo, si hablamos de la unidad de resistencia, que se simboliza por la letra griega Ω, tenemos que si un componente nos dice que tiene una resistencia de 2,2 kΩ, pasarlo a su unidad básica es tan sencillo como multiplicar por 1000 CADA PASO QUE BAJAMOS hasta llegar a la unidad. En éste caso, como tenemos un paso, es multiplicar por 1000 y tenemos 2,2 * 1000 = 2200 Ω

3. Números exponenciales

En la tecnología se manejan números muy grandes y muy pequeños y, por ello, hemos visto antes la tabla de múltiplos y submúltiplos, pero cuando tenemos que trabajar con operaciones, lo mas práctico es utilizar los números exponenciales.

 3.1  ¿ Qué son ?.  Es una notación de dos números. El de abajo se llama base y el de arriba , exponente y tienen la forma 5³, donde 5 es la base y 3 el exponente

3.2 ¿ Qué representan ?. La respuesta sería un número comprimido, de forma que se puede decir una cifra sin tanto número, por ejemplo, el caso anterior, 5³, como 5 está elevado a 3, para obtener el número , tendríamos que multiplicar 5 tantas veces como diga el exponente, o sea 5*5*5 = 125.

 Tenemos algunos casos particulares.

1. Un número elevado a 1 es el mismo número, por ejemplo 10¹ = 10, 5¹ = 5, etc.
2. Cualquier base elevado a 0 vale 1, por ejemplo 25⁰= 1

Veremos porqué esto mas adelante

3.3 Cuidadin con los signos negatin.. Pues eso, cuidado con los negativos que según donde estén una cosa vale diferente a otra. Por ejemplo, -3⁴  no es lo mismo a (-3)⁴. En el primer caso , tenemos:

  -3⁴ = – (3 • 3 • 3 • 3) = -81 

 y en el segundo (-3)⁴ = -3 • -3 • -3 • -3 = 81.

En este caso, el resultado ha sido diferente. Qué pasaría si cambiamos el exponente a un número impar ?.

 Veremos ahora: -3⁵ = – (3 • 3 • 3 • 3• 3) = -243

(-3)5 = -3 • -3 • -3 • -3 • -3 = -243

 ¡ En este caso han coincidido ! Esto se debe a que impar por impar es par, pero par * impar es impar. ¿ Nos acordamos ?

3.4 Reglas para Calcular Exponentes

1.  Si tenemos un paréntesis, lo primero es hacer las operaciones que tenemos dentro y luego el exponente. Por ejemplo, (4 + 6)² = (10)² = 10 • 10 = 100. NO podemos elevar y luego sumar. Si hacemos esto tenemos 4² + 6² = 16 + 36 = 52 . Ves?
2. 2 números en forma exponencial  con la  misma base pueden tomar la misma base y trabajar con los exponentes. Por ejemplo, en el caso de que se multipliquen, tenemos (2³)(2⁴), que sería lo mismo a escribir  (2 • 2 • 2) * (2 • 2 • 2 • 2) , o sea, que tenemos 7 números 2 que se están multiplicando, por tanto , llegamos a obtener el número en exponencial 2⁷. Cuando se multiplican dos números exponenciales con la misma base, simplemente sumas los exponentes.
3. Lo mismo podemos decir para el caso de la división. Si dos números exponenciales de la misma base se están dividiendo, el resultado es la base con la diferencia de los exponentes ( el de arriba menos el de abajo ). Por ejemplo, dos números de base 10, el 10⁵  y el 10² en una división sería 10⁵  : 10² = 10 ^{( 5 - 2 )} = 10 ³

Resistividad

Se llama Resistividad a la oposición específica que tiene cada material para oponerse al paso de una corriente eléctrica. Se representa  por la letra griega ρ y se mide en  [Ω·mm²/m].

Cada material, independientemente de sus dimensiones, tiene una resistividad única, pero puede subir o bajar al modificar la temperatura ambiente.
Un cable con unas dimensiones concretas, va a tener una resistencia total que viene por la expresión:

donde :

l = Longitud del cable
A = Área Transversal
ρ =  resistividad
 

Ejemplo

Solución

Problemas

1º Pasa las siguientes unidades al sistema internacional:

1.  Estos tres valores de corrientes. 21 mA, 68 KA, 0.05 MA
2. Para el tiempo, estos tres valores 45 ms, 2200000 µs, 0,005 Ks
3. En tensiones, estas tres: 98 kV, 228 MV y 12566 mV
4. También se puede pedir que se pase a un múltiplo o submúltiplo específico. Por ejemplo, pasar 0,05 KΩ a pΩ
5. Pasar 56522236 mV a KV
6. Pasar 25000 mA a KA
    

2º Ejercicios con números expoenciales

1. Demuestra con divisiones tradicionales que 10⁵  : 10² = 10 ^{( 5 - 2 )} = 10 ³
2.  Calcular el valor de 10^{5  *} 10² 3º
3. Calcular 10⁵   * 10² * 10⁷  : 10⁴
4. Obtener el resultado de dividir 10⁵  entre 10^-7
5. Calcular en forma exponencial (2³ • 2²)
6. Anteriormente hemos dicho que cualquier número elevado a 1 es la base y cualquier número elevado a cero vale 1. Inventa un  ejercicio , por ejemplo 10, para que el resultado de la operación sea 10.
7.  Haz lo mismo que en el apartado 6 , pero en este caso, el resultado de la operación sea 1, y así demostrar el 2º postulado ( el que nos dice que cualquier número elevado a cero es 1 )  

3º Ejercicios sobre electricidad , energía y calor

1. Un circuito es alimentado con una tensión de 14 voltios y absorbe una intensidad de 2 amperios. Calcular la potencia que se está suministrando
2. Una lámpara de 400 mW está conectada durante dos horas a una toma de 220 voltios. Calcular la energía que produce en ese tiempo en julios y calorías
3. Un calefactor eléctrico está conectado a la red de 220 V . Si la resistencia eléctrica es de 10 ohmios ¿Qué potencia consume?
4. Una resistencia eléctrica de un calefactor tiene un valor de 0,094 kΩ y funciona a una tensión de 220 voltios. Si consideramos que tenemos una habitación con un aislamiento perfecto ( no tenemos pérdidas de calor por ningún sitio ) a ) ¿Cuánto tiempo tiene que estar conectado el calefactor para calentar esa habitación, que necesita 14 K calorías? y b) Hacer los mismos cálculos en las mismas circunstancias si la tensión de alimentación es de 110 voltios.
5. Calcular la carga eléctrica, si por un circuito pasa una intensidad de 23 mA en un tiempo de 4 s.
    

3º Ejercicios resistividad

1. Calcular la resistencia de un cable de plata de 3 km y sección 16 mm² 
2. Calcular la resistencia de 4400 cm de cable de plata, si tiene un diámetro de 20 centímetros.
3. Un hilo de 6400 metros de hierro tiene un radio de 4 mm. Calcular la resistencia total del hilo

 

Prácticas con circuitos

1º

Montar el circuito del libro con el programa crocodile  y contestar a las cuestiones.   Subir a DRIVE un pdf con el circuito ( pantallazo ) y las respuestas.

 2º Trabajo de investigación. Un conmutador es parecido a un interruptor sólo que con "dos salidas" por donde puede circular la corriente que entra por el punto común. Utilizando dos conmutadores, realizar un circuito que cambie el sentido de giro de un motor

El relé

El relé es un dispositivo electro-mecánico compuesto de un bobinado que, al ser alimentado, mueve un sistema de elementos mecánicos que provocan la conmutación de los terminales eléctricos. Son muy utilizados en el automóvil para manejar corrientes elevadas ( corriente de luces, activar motor arranque, etc al  activar los  mandos que tenemos en volante, llave contacto, etc,   que manejan pequeñas  corrientes. Por ejemplo, al activar la llave de contacto, se produce una conmutación en un pequeño conmutador del bombín, que alimenta el bobinado de un relé  y este provoca que los terminales del mismo se cierre para alimentar un motor de arranque que necesita gran amperaje.

 

 

 

 

 Veremos un vídeo explicativo

3º Hacer lo mismo que en el ejercicio 2,  utilizando un relé, con  dobles contactos.  

 Trabajo sobre consumo eléctrico en la vivienda A modo de mostrar una experiencia sobre el gasto de electricidad en una vivienda, os dejo un estudio sobre si es interesante contratar tarifa nocturna