9. Corrente eléctrica

Principal Arriba Enunciados

CORRENTE ELÉCTRICA

Hoxe non poderiamos vivir sen infinidade de electrodomésticos que temos nas nosas casas. Iso é así porque nos fan a vida máis cómoda. Basta con observar o vulnerables que somos cando se nos vai a luz en casa. Xa nada funciona! Estamos perdidos! Con todo ata fai moi pouco non tiñamos luz nas casas, nin auga potable, nin electrodomésticos, nin nada disto que nos "fai a vida máis fácil", e a xente era feliz. 

Está claro que nos custaría volver a aquela época. Pero para convivir con tanto aparello eléctrico non vén mal coñecelos un pouco.

No tema anterior estudamos as cargas eléctricas. Estas cargas eléctricas pódense desprazar a través das substancias que chamamos condutoras. Unha substancia condutora é unha substancia que permite o paso de cargas eléctricas a través dela. Entre as substancias condutoras destacan os metais, aínda que hai máis como o grafito ou as disolucións de sales. Todos os metais teñen esta propiedade xa que os seus electróns de valencia están moi pouco retidos e pódense desprazar facilmente a través da rede metálica. 

Pero para que haxa condución de corrente necesitamos un xerador. Un xerador é un dispositivo que se encarga de mover as cargas a través do condutor. As cargas son electróns que se moven entre dous polos, un polo positivo (+) e un polo negativo (-). Nunha pila os electróns saen do polo negativo e desprázanse ao polo positivo. Con todo por convenio considérase que o sentido da corrente é do polo positivo ao negativo, coma se os transportadores de carga fosen cargas positivas.

Que fai que os electróns se movan dun polo a outro? Igual que un corpo cae libremente dunha altura maior (con máis enerxía potencial) a unha menor (con menos enerxía potencial) as cargas desprázanse entre dous polos que teñan diferente potencial, esta diferenza de potencial ou forza electromotriz da pila é a que provoca que as cargas se despracen a través do circuíto. Esta diferenza de potencial ou forza electromotriz mídese en voltios (V) en honra a Alessandro Volta.

Por tanto para que haxa corrente eléctrica necesitamos un xerador que nos proporcione unha diferenza de potencial. 

A corrente eléctrica transporta enerxía que se vai a consumir nos receptores eléctricos, como lámpadas, resistencias ou motores. Neles a enerxía eléctrica transfórmase noutros tipos de enerxía como a enerxía luminosa, térmica ou mecánica.

TIPOS DE XERADORES

Os electróns necesitan enerxía para desprazarse polo condutor, pero os xeradores non crean esa enerxía, o que fan é transformar un tipo de enerxía en enerxía eléctrica. Dependendo de que tipo de enerxía se transforme temos diferentes tipos de xeradores:

Enerxía de partida

Proceso de conversión en enerxía eléctrica

Enerxía magneto-mecánica Son os máis frecuentes:

Corrente continua: Dinamo
Corrente alterna: Alternador

Enerxía química Celdas electroquímicas e os seus derivados: pilas eléctricas, baterías, pilas de combustible.
Radiación electromagnética Fotoelectricidade: Panel fotovoltaico
Enerxía nuclear Xerador termoeléctrico de radioisótopos

Diferentes tipos de pilas:

RECEPTORES ELÉCTRICOS

A electricidade que nos proporcionan os xeradores querémola para algo. Grazas aos receptores eléctricos podémola transformar noutras formas de enerxía.

Tipos de receptores

Proceso de conversión da enerxía eléctrica

Receptores térmicos Transforman a enerxía eléctrica en calor: resistencias, estufas, calefactores.
Receptores mecánicos Transforman a enerxía eléctrica en mecánica: motor eléctrico.
Receptores lumínicos Transforman a enerxía eléctrica en luz: lámpadas, fluorescentes, leds, tubos de neón.
Receptores químicos Transforman a enerxía eléctrica en enerxía química: pila recargable, batería, cuba electrolítica.

COMPOÑENTES DUN CIRCUITO

Para poder aproveitar a enerxía eléctrica e transformala nos receptores eléctricos debemos construír circuítos eléctricos. Un circuíto eléctrico é un sistema que utiliza a enerxía dun xerador para utilizala nun receptor eléctrico.

Algúns dos elementos ou compoñentes dun circuíto e os seus símbolos son os seguintes:

Tipo de compoñente Nome Símbolo
Xeradores Xerador
Xerador de corrente alterna
Xerador de corrente continua
Pila
Batería
Receptores Resistencia
Resistencia
Lámpada
Motor
Zumbador
Elementos de maniobra Interruptor
Conmutador
Pulsador NA
Pulsador NC
Elementos de protección Fusible

A parte destes elementos nun circuíto necesitamos fíos condutores que nos unan os distintos elementos entre si.

Vexamos como representaremos un circuíto sinxelo cunha pila como xerador, unha lámpada e un interruptor.
 

Nesta animación podes ver o circuito real:

En que sentido circulan as cargas no circuíto? Sabendo que as cargas que circulan por un circuíto son electróns deben desprazarse desde o polo negativo da pila ao polo positivo. Pero por convenio o sentido da corrente é o contrario pois se asignou por convenio este sentido cando aínda non se sabía que os portadores de carga eran cargas negativas.

EXERCICIOS PARA PRACTICAR

CIRCUITOS EN SERIE E EN PARALELO

Nun circuíto pódense colocar varios receptores. Hai dúas formas básicas de conectalos, en serie e en paralelo.

Circuito en serie: Todas as cargas que saen do xerador pasan por todos os elementos do circuíto. Se unha lámpada fúndese, as demais apáganse, pois se corta o circuíto. Ademais a enerxía das cargas débese repartir entre todos os elementos conectados en serie.

Circuito en paralelo: As cargas que saen do xerador non pasan por todos os elementos do circuíto. Chegan a un punto, que se chama nodo, no que se teñen que repartir entre os diferentes elementos do circuíto. Se unha lámpada fúndese, as demais non se apagan, pois non se corta o circuíto. Cada elemento dispón da enerxía que pode proporcionar o xerador.

Podemos construír estes circuítos nunha placa de probas ou protoboard.

Observa o seguinte vídeo onde se mostran as diferenzas entre un circuíto en serie e outro en paralelo.

SIMULACIÓN: CIRCUITOS ELÉCTRICOS E ESQUEMAS, en educaplus.org

SIMULACIÓN: MONTAXE EN SERIE, en educaplus.org

SIMULACIÓN: MONTAXE EN PARALELO, en educaplus.org

EXERCICIOS PARA PRACTICAR

INTENSIDADE DE CORRENTE

Imos estudar as magnitudes que interveñen nun circuíto eléctrico.

Xa vimos que o xerador proporciona as cargas que van circular polo circuíto, pero cantas cargas circulan? e fano de forma rápida ou lenta? Para coñecer isto dispoñemos dunha magnitude chamada Intensidade de corrente, I, que representa a cantidade de cargas que atravesan unha sección de condutor na unidade de tempo.

I, é a intensidade da corrente, Q a carga que atravesa unha sección de condutor e t é o tempo.

A unidade de intensidade eléctrica é o amperio en honra ao físico francés André-Marie Ampère (1775-1836), e represéntase por A. O amperio é a intensidade de corrente que circula por un circuíto cando por unha sección do mesmo pasa un culombio cada segundo.

Para medir a intensidade de corrente utilízase un aparello que se chama amperímetro. O amperímetro débese conectar en serie para que poida medir toda a carga que pasa polo circuíto. Ollo, non debemos conectalo en paralelo, xa que debido á súa pouca resistencia a gran intensidade que pasaría polo o queimaría. Adoita ir protexido con fusibles, pero mellor é usalo correctamente.

DIFERENCIA DE POTENCIAL

O xerador do circuíto debe proporcionar a enerxía suficiente ás cargas eléctricas para que circulen dun polo ao outro. A diferenza de potencial é o traballo eléctrico que debe realizar o xerador para desprazar a unidade de carga dun punto a outro.

V, é a diferenza de potencial, W, o traballo eléctrico e Q a carga eléctrica.

A unidade de diferenza de potencial é o voltio, en honra ao físico italiano Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Volta (1745-1827), e represéntase por V. Entre dous puntos dun circuíto hai unha diferenza de potencial dun voltio se para transportar entre eles un culombio de carga necesitamos realizar o traballo dun joule.

Para medir a diferenza de potencial entre dous puntos dun circuíto utilízase un aparello denominado voltímetro. O voltímetro colócase sempre en paralelo entre os puntos que queiramos medir.

EXERCICIOS PARA PRACTICAR

RESISTENCIA ELÉCTRICA

A resistencia eléctrica é unha propiedade dos materiais que mide a dificultade que opoñen ao paso da corrente eléctrica. A súa unidade é o ohmio, Ω, en honra ao físico aleman Georg Simon Ohm (1789-1854). Dentro dos materiais condutores hainos uns mellores que outros. De que depende a resistencia dun material? Depende de varios factores:
  • Depende do tipo de substancia, a través dunha magnitude que chamamos resistividade, ρ.
  • Depende da lonxitude do condutor, L, canto maior sexa a lonxitude maior será a resistencia.
  • Depende da sección do condutor, S, canto menor sexa a sección maior será a resistencia.

A resistividade é a resistencia dun condutor de 1 m de lonxitude e dunha sección de 1 m2. A súa unidade é ohmio·metro, Ω·m.

Material Resistividade (Ω·m) a 25ºC
Grafeno 1,00 · 10-8
Prata 1,59 · 10-8
Cobre 1,71 · 10-8
Aluminio 2,82 · 10-8
Wolframio 5,65 · 10-8
Níquel 6,40 · 10-8
Ferro 9,71 · 10-8
 

SIMULACIÓN: RESISTENCIA ELÉCTRICA, phet.colorado.edu

EXERCICIOS PARA PRACTICAR

ASOCIACIÓN DE RESISTENCIAS

Se temos varias resistencias nun circuíto podemos calcular a resistencia equivalente, que será a resistencia que produza o mesmo efecto que o conxunto de resistencias. A resistencia equivalente depende de que as resistencias estean dispostas en serie ou en paralelo.

Asociación de resistencias en serie:

A resistencia equivalente R é a suma das resistencias.

SIMULACIÓN: RESISTENCIAS EN SERIE, en educaplus.org

Asociación de resistencias en paralelo:

O inverso da resistencia equivalente é a suma dos inversos das resistencias.

SIMULACIÓN: RESISTENCIAS EN PARALELO, en educaplus.org

EXERCICIOS PARA PRACTICAR

LEI DE OHM

A lei de Ohm relaciona as magnitudes fundamentais dun circuíto, a intensidade, a diferenza de potencial e a resistencia.

Para unha mesma diferenza de potencial canto maior sexa a resistencia menor será a intensidade que circula polo circuíto.

A lei de Ohm permítenos definir o ohmio.

O cociente entre a diferenza de potencial e a intensidade é a resistencia do circuíto.

O ohmio é a resistencia dun condutor polo que circula un amperio de corrente cando está sometido a unha diferenza de potencial dun voltio.

 

SIMULACIÓN: LEI DE OHM, en phet.colorado.edu

SIMULACIÓN: LEI DE OHM, en educaplus.org

EXERCICIOS PARA PRACTICAR

EFECTO JOULE

A enerxía fornecida por un xerador é igual ao seu traballo eléctrico. O traballo eléctrico é a carga pola diferenza de potencial.

Se queremos calcular a enerxía que consome un receptor eléctrico multiplicamos a carga que pasa polo mesmo pola diferenza de potencial entre os seus extremos.

Tamén podemos calcular o traballo eléctrico substituíndo o valor da carga na expresión anterior:

Cando a electricidade circula por un condutor libérase calor debida aos choques dos electróns cos átomos do condutor. Este fenómeno que libera enerxía calorífica nos condutores denomínase efecto Joule. A enerxía que se disipa como calor nunha resistencia é:

POTENCIA ELÉCTRICA

Un xerador eléctrico pódenos achegar certa cantidade de enerxía eléctrica na unidade de tempo. Esta magnitude é a potencia eléctrica. Se temos moitos aparellos que consomen enerxía no noso circuíto interésanos que a potencia sexa maior.

A unidade de potencia eléctrica é o watt, W, en honra ao enxeñeiro e inventor escocés James Watt (1736-1819).

A potencia que se consome nunha resistencia será:

Esta expresión coñécese como lei de Joule

Nos electrodomésticos podes atopar o dato da potencia, o que che permite calcular a enerxía que consome nun tempo determinado.

Unha unidade moi utilizada en medidas eléctricas é o kW·h. Non é unha unidade de potencia, é unha unidade de enerxía. Representa a enerxía que consome un aparello de 1000 W durante unha hora. O seu equivalencia en xullos é:

1kW·h = 1kW · 1h = 1000W · 3600s = 3,6·106 W·s = 3,6·106 J

SIMULACIÓN: LEY DE OHM E POTENCIA ELÉCTRICA, en educaplus.org

SIMULACIÓN: RESUMEN DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS, en educaplus.org

EXERCICIOS PARA PRACTICAR

Arriba Enunciados

 

WWW.ALONSOFORMULA.COM
Formulación Inorgánica  Formulación Orgánica 
Formulación Inorgánica  Formulación Orgánica 
Formulació Inorgánica  Formulació Orgánica 
Ezorganikoaren Formulazioa  Nomenclature of Inorganic Q. 
Física y Química de ESO  Física e Química de ESO 
FQ de 1º de Bachillerato  FQ de 1º de Bacharelato 
Química de 2º de Bachillerato  Prácticas de Química