Traballo Ruido,Relatos de Guerra por Daniel Carcamo Avalo..pdf
Electricidade
1. TEMA 2.1. PRINCIPIOS DA ELECTRICIDADE.
CORRENTE CONTINUA E ALTERNA.
PRINCIPIOS DE MAGNETISMO E
ELECTROMAGNETISMO.
COMPOÑENTES ELECTROMAGNÉTICOS. RELÉS.
2. Electricidade
É unha manifestación física que se relaciona coas modificacións que se
dan nas partes máis pequenas da materia, nos átomos e,
concretamente, no electrón.
A materia componse de moléculas, e as moléculas de átomos, que á
vez están formadas por:
Protóns e neutróns, que forman o núcleo do átomo. Os protóns teñen
carga eléctrica positiva e masa e os neutrón só teñen masa.
Electróns, que se moven arredor do núcleo describindo órbitas
elípticas. Teñen unha masa moi pequena e unha carga eléctrica
negativa.
3. As cargas do mesmo signo repélense e as de signo contrario atráense.
Un átomo en estado neutro ten o mesmo número de protóns que de
electróns, un átomo cargado positivamente terá maior número de
protóns que de electróns e viceversa se o átomo está cargado
negativamente.
Podemos clasificar electricamente os corpos en corpos cargados
positivamente, negativamente e neutros.
Segundo a facilidade para conducir os electróns polo seu interior,
podemos clasificalos en condutores, semicondutores e illantes.
4. Condutores: presentan unha resistencia eléctrica pequena.
Os máis empregados o cobre e o aluminio, recubertos dun material
illante como o plástico ou unha capa de barniz illante, no caso dos
motores.
Semicondutores: son sustancias intermediarias entre os bos
condutores e os illantes.
Son moi empregados en electrónica, un dos máis coñecidos é o silicio.
Illantes: son sustancias que impiden o paso da corrente eléctrica, e
polo tanto dificultan a condutividade.
Os máis empregados son o vidro, o cuarzo, a cerámica, a madeira, o
papel, o caucho, o polietileno,…
5. Se temos dous corpos , un cargado positivamente e outro cargado
negativamente, e os poñemos en contacto, o exceso de electróns do
corpo negativo pasará ao corpo positivo para que os dous corpos teñan
estado neutro.
Este movemento de electróns ou cargas eléctricas é o que se denomina
corrente eléctrica. Polo tanto, podemos definir a corrente eléctrica como
a circulación de electróns entre corpos de carga diferente.
6. A corrente eléctrica vai do corpo negativo ao corpo positivo; este
sentido de movemento de electróns denomínase sentido real da
corrente.
Antigamente, pensábase que a corrente eléctrica circulaba do corpo
positivo ao corpo negativo. Este criterio aínda se mantén e recibe o
nome de sentido convencional da corrente.
7. Carga eléctrica
Defínese a carga eléctrica (Q) dun corpo como o exceso ou o defecto
de electróns que este posúe. Así, temos:
Carga negativa significa exceso de electróns.
Carga positiva significa defecto de electróns.
A unidade de carga eléctrica que se estableceu no Sistema
Internacional é o coulomb ou culombio (C).
1 coulomb = 6,3 · 1018 electróns
Para medir cargas moi elevadas, a veces, emprégase o amperio-hora
(Ah), a súa equivalencia é:
1 Ah = 3.600 coulombs
8. Intensidade da corrente eléctrica
A magnitude que indica a cantidade de electróns que pasan por
un condutor nun tempo determinado denomínase intensidade de
corrente eléctrica ou simplemente intensidade. A intensidade
mídese en amperios (A).
I = Q/t
I: Intensidade (A)
Q: Carga eléctrica (C)
t: Tempo (s)
9. Unha corrente de 1 amperio indica que por un condutor circula unha
carga eléctrica de 1 coulomb por segundo.
1 A = 1 coulomb (C)/ 1 segundo (s)
Unidades empregadas
Kiloamperios kA 103 A
Amperios A 1A
Miliamperios mA 10-3 A
Microamperios μA 10-6 A
10. Para medir a intensidade nun circuíto eléctrico, é necesario
dispoñer dun aparato denominado amperímetro. Este aparato ten
dous bornes e intercálase no circuíto en serie.
11. Exemplos
1. Que cantidade de carga eléctrica corre por un circuíto polo
que circula durante 10 segundos unha corrente de 3 A?
I = Q/t
Q = I · t = 3 · 10 = 30 C
2. 3 milésimas de amperio-hora circulan polo motor dun vídeo
durante 120 milisegundos, que intensidade atravesará o motor
durante este tempo?
I = Q/t = [(3· 10-3 A·h ) / (120·10-3s)] x (3.600s/1 h) = 90 A
12. Densidade de corrente eléctrica
A densidade de corrente eléctrica ( é a relación existente entre a
intensidade de corrente que circula por un condutor e a súa
sección.
= I/ S
: Densidade de corrente (A / m2).
I: Intensidade (A).
S: Sección do condutor (m2).
13. Resistencia eléctrica
Demostrouse que a corrente eléctrica non circula coa mesma
facilidade por tódolos materiais, xa que as súas estruturas
internas non son iguais.
Denomínase resistencia eléctrica a dificultade que pon un materia
ao paso da corrente eléctrica.
A unidade con que se mide a resistencia é o ohm (Ω).
O aparato que serve para medir a resistencia recibe o nome de
ohmímetro.
14. A resistencia que ofrece un condutor ao paso da corrente eléctrica
depende de diversos factores como:
Lonxitude: canto máis longo sexa o condutor, a súa resistencia
aumentará.
Sección: canto máis grande sexa a sección, máis pequena será a
resistencia, xa que facilita o paso dos electróns.
Natureza do material: exprésase mediante a resistividade, que
depende de cada material.
O valor da resistencia virá determinado pola expresión:
R = ρ · (L/S)
ρ: Resistividade eléctrica do material (Ω· m)
L: Lonxitude do condutor (m)
S: Sección do condutor (m2)
15. A resistividade (ρ) é o parámetro que indica a resistencia que presenta
un condutor ao paso da corrente eléctrica.
A resistividade ten un valor para cada material.
Os valores de resistividade baixos serán específicos de bos condutores,
mentres que os valores de resistividade altos serán propios de
materiais illantes.
Outro parámetro característico é a condutividade (σ), que indica a
facilidade que ten un material para o paso da corrente eléctrica. Polo
tanto, a condutividade será inversa da resistividade. Canto máis alta
sexa a condutividade mellor condutor será o material.
σ =1/ ρ
σ : Condutividade eléctrica ( 1/(Ω·m))
16. Influenza da temperatura na resistencia
A resistividade dun material non é constante, senón que aumenta ou
diminúe en función da temperatura.
Xeralmente, nos metais, se aumentamos a temperatura aumenta a súa
resistividade; en materiais como o carbono, diminúe ao aumentar a
temperatura.
Nalgúns materiais, si diminuímos a temperatura ata -270 ºC, podemos
chegar á denominada supercondutividade, é dicir, case á ausencia de
resistencia.
Nestes casos, os condutores reciben o nome de supercondutores.
17. Influenza da temperatura na resistencia
Para determinar a resistencia dun condutor a unha temperatura
calquera mediante a súa resistencia a 20 ºC emprégase a seguinte
expresión:
Rt = R20º + (1+ α ΔT)
Rt: Resistencia a unha temperatura determinada.
R20º: Resistencia a 20 ºC.
α: Coeficiente de temperatura do material.
ΔT: Incremento de temperatura.
18. Exemplos
1. O devanado con condutores de cobre dunha máquina ten
unha resistencia de 70 Ω a 20 ºC de temperatura. Determine a
resistencia do devanado a unha temperatura de 80 ºC.
Dato (αCu: 0,004 1/ºC)
2. Un condutor de cobre ten 200 m de lonxitude e 4 mm2 de
sección. Determine a resistencia . Se se cambia o condutor de
cobre por un de aluminio, cal será a nova resistencia do
condutor? (ρCu:0,01724 Ω·mm2/m ; ρAl:0,0278 Ω· mm2/m)
19. O xerador de corrente
Se temos dous corpos de carga diferente unidos por un condutor, os
electróns circularán por el ata que os dous corpos queden en estado
neutro, co que a corrente eléctrica é nula.
Se o queremos manter indefinidamente, temos que transportar os
electróns do corpo positivo ao negativo sen parar. O elemento que fai
esta unión, a partir dunha enerxía externa, é o xerador de corrente.
20. Forza electromotriz e diferenza de potencial
O xerador transporta electróns do corpo positivo ao negativo.
A forza necesaria para realizar o transporte denomínase forza
electromotriz (f.e.m). Esta forza electromotriz do xerador crea unha
diferenza de potencial (d.d.p.) entre os dous corpos; canto máis intensa
sexa a forza electromotriz, máis grande será a diferenza de potencial
creada.
A forza electromotriz non se pode medir directamente, pero si se pode
medir o efecto que produce a diferenza de potencial ou tensión. A
tensión mídese en voltios mediante un aparato denominado voltímetro,
que ten dous bornes e conéctase en paralelo.
22. Clases de corrente eléctrica
Existen diferentes tipos de corrente segundo o fluxo de cargas
eléctricas:
A corrente continua prodúcese cando conseguimos manter o exceso
de electróns no corpo negativo, polo tanto, o fluxo de cargas é sempre
no mesmo sentido.
A corrente alterna establécese cando o exceso de electróns se
produce alternativamente nun corpo e no outro. O resultado é unha
corrente eléctrica que cambia periodicamente de sentido. O ciclo
repítese constantemente.
Segundo a forma da sinal, a corrente alterna pode ser pulsativa ou
sinusoidal.
23.
24. Lei de Ohm
Establecida no ano 1827 polo físico alemán Georg Simon Ohm, que
nos di:
A intensidade de corrente eléctrica nun circuíto é directamente
proporcional á diferenza de potencial ou voltaxe aplicado e
inversamente proporcional á resistencia entre estes dous puntos do
circuíto.
I = V/ R
I: Intensidade de corrente (A)
V: Voltaxe aplicado (V)
R: Resistencia do material a través do cal pasa a corrente (Ω)
25. Exemplos
1. Un circuíto funciona cunha pila de 4,5 V e un lámpada de 20 Ω de
resistencia. Que intensidade ten o circuíto?
2. Por un condutor circula unha corrente de 4 A e entre os seus
extremos hai unha diferenza de potencial de 24 V. Que resistencia
ten o condutor?
3. Que tensión terán os extremos dun condutor, e por este circula
unha intensidade de 1 A e a súa resistencia é de 20 Ω ?
26. Potencia e enerxía eléctrica
A enerxía é a capacidade dun sistema físico de producir traballo. A
enerxía mídese nas mesmas unidades que o traballo, no sistema
internacional, Julios (J).
A enerxía non vai unida soamente o traballo mecánico, senón tamén ao
traballo eléctrico, químico ou calorífico, e pódese falar de enerxía
eléctrica, química, calorífica, nuclear,…
A enerxía non se crea nin se destrúe, senón que unicamente se
transforma. Polo tanto, a enerxía que absorbe unha central, despois de
ser transformada en enerxía eléctrica, produce luz, calor , movemento
nos motores, etc.
27. A potencia é a enerxía producida ou consumida por unidade de
tempo.
A potencia eléctrica ven determinada pola seguinte ecuación:
P = V·I
P: Potencia (W).
V: Tensión (V).
I: Intensidade (A).
A unidade de potencia é o watt ou vatio (1 W= 1J/1s).
Esta unidade resulta, en ocasións, pequena e utilízanse os
múltiplos.
30. Se queremos determinar a potencia que se perde nun condutor
cando o recorre una corrente, só teremos que relacionar a
ecuación da potencia e a lei de Ohm.
Esta potencia denomínase potencia perdida por efecto Joule.
P = V·I e I = V/R
P = I2·R
A enerxía ou traballo eléctrico, ven determinado por:
E= P·t
P: Potencia (W).
t: Tempo (s).
31. A enerxía consumida ou producida mídese en vatios-hora (Wh),
ou en kilovatios-hora (kWh), que é a unidade máis empregada.
Os aparatos para medir a enerxía eléctrica son os contadores
eléctricos. A equivalencia entre o vatio-hora e o julio é:
1Wh= 1W· 1h= 1(J/s)·1h = 1(J/s)· (3600s/1h)·1h= 3600 J
Para determinar a cantidade de enerxía eléctrica transformada en
calor:
Q= I2·R·t (J)
Q= 0,24·I2·R·t (cal)
32. Exemplos
1. Que resistencia ofrece unha estufa de 2.200 W / 230 V? Que
cantidade de corrente absorbe? Cal será o importe de enerxía
eléctrica consumida en 8 h de uso, se o prezo do kWh é de 0,20 €?
2. Unha intensidade de 20 mA circula por unha resistencia dun valor
de 8 kΩ. Calcule:
a) A tensión que hai nos bornes da resistencia.
b) A potencia que consume a resistencia.
c) O calor producido pola resistencia durante 14 minutos.
33. Produción e distribución da electricidade
A produción de enerxía eléctrica levase a cabo en centrais, que
principalmente son térmicas, nucleares e hidráulicas.
Nas centrais produtoras, a enerxía eléctrica prodúcese no alternador e
distribúese co mínimo número de perdas posibles.
Isto conséguese elevando a tensión da electricidade mediante a
colocación de transformadores na saída das centrais produtoras.
A subida da tensión permite o transporte da enerxía eléctrica por medio
de liñas de alta tensión.
Normalmente as centrais produtoras de electricidade soen estar moi
afastados dos lugares de consumo.
34.
35. Cando se chega aos lugares de consumo volvese a baixar a tensión
mediante as denominadas subestacións transformadoras.
A distribución das novas tensión levase a cabo a través das liñas de
media tensión.
Cando esta enerxía se distribúe para realizar un uso cotiá da mesma
redúcese de novo a tensión e distribúese mediante as liñas de baixa
tensión ata os valores comerciais establecidos de 400/230 V que antes
era 380/220 V.
36. Hai que subministrar unha potencia P= 1.000 kW a unha fábrica que
dista 100 km do punto de subministro. Para iso, emprégase un cable de
aluminio cunha sección 400 mm2 . A resistencia que ofrece o cable é:
R= (ρ·L)/S = (0,027·200.000)/400=13,5 Ω
A) Elévase a tensión mediante un transformador ata 10.000 V.
A intensidade que circularía polos condutores sería:
I= P/V= 1.000.000/10.000= 100A
A potencia disipada en calor, debido á resistencia dos cables, sería:
P =V·I = I2· R = 1002·13,5 = 135.000 W = 135 kW
A potencia que chega á fábrica é de 865 kW, perdéndose un 13,5 %.
37. B) Elévase a tensión mediante un transformador ata 100.000 V.
A intensidade que circularía polos condutores sería:
I= P/V= 1.000.000/100.000= 10A
A potencia disipada en calor, debido á resistencia dos cables, sería:
P =V·I = I2· R = 102·13,5 = 1.350 W = 1,35 kW
A potencia que chega á fábrica é de 998,65 kW, perdéndose o 0,13 %.
38. Compoñentes eléctricos
O circuíto eléctrico é un camiño pechado polo que circula a
corrente eléctrica.
Como mínimo, un circuíto eléctrico consta de receptores,
xeradores e condutores.
39. Resistores
En moitas aplicacións eléctricas e electrónicas é preciso regular a
circulación da corrente eléctrica. Esta regulación acádase mediante
materiais que ofrecen unha determinada resistencia á circulación da
corrente eléctrica.
Os resistores teñen como misión ofrecer unha resistencia ao paso da
corrente e transformar a enerxía eléctrica en calor. En moitos casos,
desta transformación sacase proveito, como en estufas, filamento da
lámpada incandescente, etc., pero é perxudicial noutros, como por
exemplo no quentamento dos condutores que provoca unha perda de
potencia por efecto Joule.
Tamén permiten distribuír correctamente a tensión e a intensidade da
corrente eléctrica nos diferentes puntos do circuíto.
40. Características dos resistores
As características principais dos resistores, ao definir as condicións de
traballo, son o valor nominal, a tolerancia e a potencia de disipación.
O valor óhmico real dun resitor non é igual ao valor indicado no mesmo
resistor.
No proceso de elaboración é moi difícil fabricar un resistor cun valor
exacto, ademais, canto máis exacto máis caro será o resistor.
De aquí que se fale de valor nominal e de tolerancia.
41. Características dos resistores
Valor nominal dun resistor é o valor indicado que nos subministra o
fabricante.
Tolerancia é a diferenza entre o valor resistivo real e o valor nominal.
O intervalo comprendido entre os valores máximo e mínimo dun resistor
é a súa tolerancia, e calquera valor comprendido dentro deste intervalo
considérase apto para o seu uso.
O valor da tolerancia nos resistores proporcionao o fabricante, que
garantiza que o valor real dos seus resistores está dentro dos marxes
que establece a tolerancia.
42. Exemplo:
Determina os valores máximo e mínimo que pode ter un resistor de
valor nominal de 560 Ω cunha tolerancia de ±20%.
43. Potencia de disipación nun resistor
A misión dun resistor nun circuíto electrónico non é o quentamento, sen
embargo, é inevitable que se produza este fenómeno.
O quentamento dependerá directamente da potencia de traballo e dos
valores de tensión e intensidade a que está sometido o resistor.
Canto maior sexa a potencia de traballo do resistor, maior será o
quentamento, e pode chegar a queimarse se o seu deseño non é o
axeitado.
44. Potencia de disipación nun resistor
Un resistor de maior tamaño poderá disipar máis calor que outro
resistor máis pequeno.
Fabrícanse resistores de diferentes medidas.
Salvo os resistores bobinados, que teñen potencias de disipación
elevadas (100W, 250W, 400W e 500W), as potencias máis comúns dos
resistores comerciais son: 1/4 W, 1/3 W, 1/2W, 1W, 2W e 4 W.
45. Código de cores
O uso dunha serie de aneis de cores pintados por enriba da superficie
dos resistores é unha forma de indicar o valor da resistencia para que
sexa facilmente identificable.
Esta identificación xorde debido a que os resistores presentan un
volume reducido e impide que podan inscribirse números e que estes
sexan lexibles.
Se observamos un resistor comercial, podemos ver que hai tres aneis
de cores e un cuarto color un pouco máis separado.
As tres primeiras cores dan o valor óhmico do resistor, mentres que o
cuarto indica a súa tolerancia.
46.
47. As dúas primeiras cores da esquerda indican a primeira e a segunda
cifra significativa, mentres que o terceiro da o factor multiplicador (o
número de ceros que vai despois das dúas primeiras cifras).
Podemos atopar resistores que non teñan a franxa de cor da tolerancia,
neste caso, admítese que a tolerancia é de ±20%.
Tamén podemos atopar resistores con cinco franxas de cores, en caso
de resistores de precisión.
48.
49. Exemplo:
Determine o valor resistivo da seguinte resistencia a partir das franxas
de cor que se indican na seguinte figura:
50. Clasificación dos resistores
RESISTORES
Lineais Non Lineais
Fixos Variables Resistores sensibles á luz (LDR)
Resistores sensibles á temperatura
Aglomerados Bobinados
(PTC, NTC)
De película de carbón De película
Resistores sensibles á tensión (VDR)
De película metálica
Bobinados
53. Resistores lineais variables
Son aqueles nos que se pode modificar o seu valor óhmico mediante un
dispositivo móbil denominado cursor.
Estes resistores varían entre cero e un valor máximo (R).
Denomínanse tamén potenciómetros e, normalmente, empréganse para
axustar as magnitudes eléctricas dos circuítos e para o control externo
de aparellos de uso xeral, como o volume da radio.
54. Resistores non lineais
Estes resistores modifican o seu valor óhmico ante a acción de
determinadas magnitudes físicas.
Os tres resitores máis importantes son: resistores sensibles á luz,
resistores sensibles á temperatura e resistores sensibles á tensión.
55. Resistores sensibles á luz (LDR: Light Dependent Resistor),
dependen da luz e modifican a súa resistencia segundo a intensidade
luminosa que incide na superficie.
O material utilizado normalmente para a súa construción é o sulfuro de
cadmio.
Aplicacións: acendido da luz das rúas, detección de persoas e obxectos
como elementos de seguridade en portas automáticas,…
56. Resistores sensibles á temperatura ou termistores, a súa
resistencia varía en función da temperatura.
Segundo sexa positivo ou negativo o coeficiente de temperatura,
podemos diferenciar NTC (Negative Temperature Coeficient) e PTC
(Positive Temperatura Coeficient); nos NTC a resistencia baixa a
medida que sube a temperatura e nos PTC aumenta a resistencia ao
subir a temperatura.
57. Resistores sensibles á tensión, tamén chamados VDR (Voltage
Dependent Resistor), modifican a súa resistencia en función da
tensión aplicada.
Están construídos normalmente con materiais semicondutores, como o
carburo de silicio e o óxido de zinc.
Normalmente emprégase na limitación de tensións, na protección de
contactos, etc.
58. Asociación en serie
Un conxunto de resistencias están conectadas en serie cando a saída
dunha está conectada ao principio doutra.
59. As características principais dunha asociación en serie son:
A intensidade de cada resistencia é a mesma xa que hai unha única
dirección de conducción:
IT = I1 = I2 = I3
A suma de caídas de tensión das resistencias é igual á tensión total
aplicada:
VT = V1 + V2 + V3
A resistencia equivalente é igual á suma de resistencias en serie.
RT = R1 + R2 + R3
60. Exemplo:
Un circuíto eléctrico componse de tres resistencias conectadas en
serie, con valores de R1= 4Ω, R2= 2 Ω, R3= 6 Ω. A tensión aplicada no
circuíto é de 12 V. Determine a resistencia equivalente, a intensidade
de corrente e a caída de tensión en cada resistencia.
61. Asociación en paralelo
Un conxunto de resistencias están conectadas en paralelo cando todas
as entradas se conectan nun punto común, e as saídas, tamén.
62. As características principais dunha asociación en paralelo son:
A intensidade repártese entre as resistencias de xeito que:
IT = I1 + I2 + I3
As caídas de tensión nas resistencias son iguais á tensión aplicada:
VT = V1 = V2 = V3
A resistencia equivalente é igual a:
1/ RT = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3
63. Exemplo:
Un circuíto eléctrico componse de tres resistencias conectadas en
paralelo, con valores de R1= 5Ω, R2= 30 Ω, R3= 25 Ω. A tensión
aplicada no circuíto é de 12 V. Determine a resistencia equivalente e a
intensidade de corrente en cada resistencia.
64. Asociación mixta
É unha combinación de agrupacións en serie e en paralelo. Para
resolver este tipo de circuítos é preciso resolver independentemente as
partes asociadas en serie e en paralelo que os compoñen.
65. Exemplo :
Determine a resistencia equivalente, a intensidade total, as intensidade
en cada resistencia e as caídas de tensión en cada resistencia do
circuíto da figura:
66. PILAS E ACUMULADORES
A primeira pila foi creada por Alessandro Volta en 1793 e consistía
nunha serie de discos de cobre e zinc colocados alternativamente,
entres os que había fragmentos de cartón ou de paño empapado de
ácido sulfúrico.
67. A pila é un xerador electroquímico que produce unha tensión continua
entre os eléctrodos, un positivo e outro negativo, pola acción dunha
reacción química.
Co tempo decrece a tensión a medida que se consumen as substancias
que provocan a reacción.
Na actualidade, as pilas están presentes en todos aqueles aparatos
eléctricos e electrónicos móbiles de pouco consumo e que son
autónomos, como as calculadoras, as radios, os casetes, os teléfonos
móbiles, as máquinas e ferramentas portátiles…
68. Os acumuladores teñen a característica de descargarse e volverse a
cargar ao pasar por eles unha corrente eléctrica continua que os
rexenera, mentres que a pila só pode descargarse unha vez.
Hai acumuladores Ni-Cd miniaturizados co mesmo formato que as pilas
utilizadas en aparatos portátiles, máquinas e ferramentas e tamén en
diferentes obxectos como por exemplo teléfonos móbiles e
calculadoras, onde substitúen con gran vantaxe ás pilas.
69. Características de pilas e acumuladores
•Forza electromotriz
É o efecto capaz de manter unha diferenza de potencial eléctrico entre
dous puntos dun circuíto aberto ou de manter unha corrente eléctrica
nun circuíto pechado. Indícase coa abreviatura f.e.m.
O símbolo é E i a unidade de medida é o voltio (V).
• Resistencia interna
A resistencia interna dunha pila ou dun acumulador depende de
diferentes factores, como por exemplo tipo de placas, os contactos, os
elementos de unión, o electrólito, etc.
En xeral, o seu valor é pequeno (miliohms); canto máis pequena a
resistencia interna de mellor calidade é a pila.
70. •Diferenza de potencial
A diferenza de potencial é a tensión nos bornes exteriores da pila.
Indícase coa abreviatura (d.d.p) e a unidade de medida é o voltio (V).
A relación matemática é a seguinte:
V= E- ri · I
E: Forza electromotriz (f.e.m.) (V)
V: Diferenza de potencial (d.d.p.) (V)
ri: Resistencia interna (Ω)
I: Intensidade (A)
71. Rendemento dun xerador
η= (V·I) / (E·I)
η= V / E
η: Rendemento do xerador, en tanto por un ou en tanto por cen(%)
E: Forza electromotriz (f.e.m.) (V)
V: Diferenza de potencial (d.d.p.) (V)
72. Clases de pilas e acumuladores
Pilas Primarias
Entre as pilas primarias atopamos as salinas, as alcalinas e as de botón.
Pilas Salinas
Pilas Alcalinas
Pilas de Botón
73. Pilas Secundarias ou acumuladores
Acumulador de chumbo
Acumulador de chumbo-calcio
Pilas de níquel-cadmio
74. Asociación de pilas en serie
Un conxunto de pilas agrúpase en serie cando o polo positivo dunha
está conectado ao polo negativo da seguinte, e así sucesivamente.
A corrente total é a mesma que as corrente parciais de cada unha
delas.
En cambio, a forza electromotriz total é a suma das forzas
electromotrices parciais, e a resistencia interna é a suma de
resistencias internas parciais de cada pila.
75. Asociación de pilas en serie
ET = E1 + E2 + E3 +… + En
rT = r1 + r2 + r3 +… + rn
Cando tódolos xeradores son iguais, pódese dicir:
ET = n · E
rT =n · r
76. Asociación de n pilas iguais en paralelo
Un conxunto de pilas están en paralelo ou en derivación cando tódolos
polos positivos se conectan a un punto en común e os polos negativos,
tamén.
Se son iguais, a f.e.m. total é a mesma que a de cada pila.
ET = E1 = E2 = E3 =…= En
E a resistencia total rT=r/n, sendo r a resistencia de cada xerador xa
que:
IT = I1 + I2 +… + In
77. Exemplo:
Disponse dun conxunto de seis pilas cunha f.e.m. de 1,5 V cada unha e
unha resistencia interna de 1 Ω, conectadas a unha resistencia de
carga de 1,5 Ω. Calcule:
a) As características da pila equivalente en conexión en serie.
b) As intensidades total e parcial nunha conexión en serie.
c) As características da pila equivalente nunha conexión en paralelo.
d) A intensidade total nunha conexión en paralelo.
78. ILLANTES
Os illantes son materiais que normalmente se empregan como
recubrimento dos fíos condutores para evitar que se produzan
contactos nas instalacións eléctricas.
Unha das características dos illantes é que a súa resistividade ten que
ser moi alta, para poder ofrecer unha resistencia moi elevada e non
deixar circular a correntes eléctrica o seu través.
A rixidez dieléctrica (Rd) é a relación entre a tensión máxima que pode
soportar o illante sen perforarse e o seu espesor.
Rd = V/e
Rd: Rixidez dieléctrica (kV/mm)
V: Tensión (kV)
E: Espesor (mm)
79. Isto quere dicir que si collemos un illante, o colocamos entre dúas
placas condutoras e o sometemos a unha tensión elevada, pero que se
poda regular, observamos que ao principio, a medida que aumenta a
tensión, o illante non deixar circular o paso da corrente.
Se continuamos subindo a tensión, chega un momento en que salta un
arco entre as dúas placas condutoras; isto quere dicir que o illante se
perforou, e a partir deste momento xa non nos serve para a finalidade
que se construíu.
80. CONDENSADORES
O condensador é un compoñente que permite acumular e
descargar unha corrente eléctrica nun intervalo de tempo moi
pequeno.
Esta característica faino importante no campo da electricidade e
da electrónica.
Segundo o circuíto que se deseñe, tamén se pode modificar o
tempo de carga e descarga do condensador.
81. CONDENSADORES
Un condensador está formado por dúas ou máis placas condutoras,
denominadas armaduras, separadas por un material illante,
denominado dieléctrico.
82. Capacidade dun condensador
Denomínase capacidade dun condensador a propiedade que ten para
almacenar máis ou menos carga eléctrica. A carga eléctrica que pode
almacenar un condensador depende da tensión aplicada entre as súas
armaduras e das súas características construtivas, e ven dado por:
C= Q/V
C: Capacidade do condensador (F)
Q: Carga eléctrica almacenada (C)
V: Diferenza de potencial entre as armaduras (V)
83. A unidade da capacidade eléctrica dun condensador é o faradio (F).
Esta unidade é moi grande e acostumase a empregar os submúltiplos:
1 mF (milifaradio) 10-3 F
1μF (microfaradio) 10-6 F
1 nF (nanofaradio) 10-9 F
1 pF (picofaradio) 10-12 F
84. A capacidade dun condensador depende das súas características
construtivas.
A súa capacidade será máis grande se a superficie das armaduras é
máis grande, xa que si aumentamos a superficie das cargas
enfrontadas aumentamos tamén a carga.
Outro aspecto é a distancia entre as armaduras, que ao medrar fai
diminuír a capacidade do condensador.
A capacidade tamén variará segundo a materia illante que se introduce
entre as armaduras.
Este factor denomínase constante dieléctrica ou permitividade (ε).
85. Así a capacidade dun condensador plano está determinada por:
C= ε· (S/d)
ε: Permitividade do dieléctrico (F/m)
S: Superficie enfrontada das armaduras (m2)
d: Espesor do dieléctrico (m)
A permitividade do baleiro represéntase por ε0 (ε0= 8,84 · 10-12 F/m)
Denomínase permitividade relativa εr ao cociente entre a
permitividade do dieléctrico e a permitividade do baleiro.
εr = ε / ε0
86. A permitividade relativa dos dieléctricos teñen moita importancia na
construción dos condensadores,xa que tamén pode empregarse a
ecuación:
εr = C/C0
C: Capacidade do condensador co dieléctrico empregado.
C0: Capacidade do condensador usando o baleiro como dieléctrico.
87. Código de cores nos condensadores
Como no caso dos resistores, moitos condensadores non incorporan
inscritas as súas características principais, pero sí que as indican por
medio dunha serie de franxas de cor.
A continuación pódense ver exemplos:
88.
89. Carga e descarga dun condensador
Para explicar o proceso de carga e descarga dun condensador imos a
empregar o seguinte circuíto:
Na primeira posición do conmutador, o condensador está conectado ao xerador
e comeza o proceso de carga.
Neste momento, a diferenza de cargas no condensador é cero, e a intensidade
que indicará o amperímetro será: I0 = V/R
90. A medida que o condensador se vai cargando, a tensión irá
aumentando; polo tanto, a intensidade diminuirá.
Cando a tensión do condensador é igual á do xerador, a carga do
condensador finaliza e a intensidade é cero.
A expresión que relaciona a tensión de carga dun condensador é a
seguinte:
VC = E (1- e-1/RC)
VC: Tensión de carga do condensador (V)
E: F.e.m. da pila ou tensión nos bornes do condensador (V)
t: Tempo
R: Resistencia de carga (Ω)
C: Capacidade do condensador (F)
91. Na teoría, o tempo preciso para que o condensador se cargue é infinito , xa
que nunca se carga de todo.
Na práctica considérase cargado cando pasou un tempo igual a cinco veces a
súa constante de tempo:
t= 5·(R·C)
O produto (R·C) denomínase constante de tempo (τ) do condensador.
92. Na segunda posición do conmutador, ao principio a intensidade é
elevada, xa que o condensador está cargado e entre os seus extremos
está toda a tensión.
A medida que o condensador se descarga, a intensidade vai diminuíndo
ata que o condutor se descarga totalmente.
93. No proceso de carga dun condensador, este almacena unha cantidade de
enerxía que despois cede no proceso de descarga.
O valor da enerxía acumulada nun condensador é:
W= (1/2)·C·V2
W: Enerxía acumulada no condensador (J)
C: Capacidade do condensador (F)
V: Tensión aplicada no condensador (V)
94. Exemplo:
No circuíto da figura, determine:
a) A carga total acumulada no condensador.
b) A enerxía almacenada no condensador.
c) O valor da tensión no condensador transcorrido un tempo igual a
cinco veces a constante de tempo.
95. Clasificación dos condensadores
Os condensadores pódense clasificar en fixos e en variables.
Condensadores fixos
Son aqueles que non modifican a súa capacidade.
Clasifícanse segundo o tipo de dieléctrico empregado; os máis importantes son
os condensadores de papel, mica, plástico, vidro, cerámicos e electrolíticos.
96. Condensadores variables
Caracterízanse porque poden modificar a súa capacidade.
Constan dun grupo de armaduras que xiran sobre un eixe, de maneira que a
superficie enfrontada coa armadura fixa sexa variable.
O dieléctrico xeralmente é o aire, pero a veces colócanse láminas de plástico
ou de mica, como separador.
Normalmente, empréganse en circuítos para sintonizar emisoras con
receptores de radio.
Unha variante destes condensadores son os condensadores axustables.
Pódeselles regular a capacidade e, unha vez axustada, practicamente non se
teñen que modificar.
97. ASOCIACIÓN DE CONDENSADORES
Os condensadores asócianse en serie, en paralelo e de maneira mixta.
Asociación en serie
Nunha asociación en serie, cada saída do condensador conéctase á
entrada do seguinte, e así sucesivamente.
98. Nun circuíto en serie, a carga é igual para cada condensador, xa que a
intensidade que chega a cada condensador é a mesma, e o tempo de carga
para cada un tamén. Por tanto, si chamamos Q1, Q2, Q3, á carga de cada
condensador, e QT, á carga total, cumprirase:
Q= I·t
QT = Q1= Q2 = Q3
Nunha asociación en serie, a suma de tensións parciais é igual á tensión total:
VT = V1 + V2 + V3
Como V=Q/C, substituíndo na ecuación anterior obtemos:
(QT/CT) = (Q1/C1 ) + (Q2/C2) + ( Q3/C3)
Como QT = Q1= Q2 = Q3, podemos sacar factor común QT:
(1 /CT) = (1 /C1 ) + (1 /C2) + (1 /C3)
99. Exemplo:
Determine a capacidade equivalente, a carga de cada condensador e a
tensión a que están sometidos tres condensadores en serie de
capacidade C1= 6 μF, C2= 12 μF, C3= 24 μF, se o conxunto está
sometido a unha tensión de 230 V.
100. Asociación en paralelo
Nunha asociación en paralelo ou derivación, tódalas entradas se conectan a un
punto común, e as saídas tamén.
Tódolos condensadores quedan soltos na mesma tensión, polo tanto:
VT = V1= V2 = V3
A carga dependerá da capacidade do condensador, xa que, como é circuíto en
paralelo, a suma de intensidades en cada rama terá que ser igual que a
intensidade total. Q1= C1 · VT Q2 = C2 · VT Q3= C3 · VT
101. Como I=Q/t , e nunha asociación en paralelo cumprese:
IT = I1+ I2 +I3
Obtense:
Q T = Q 1+ Q 2 + Q 3
Polo tanto, nun circuíto en paralelo a carga total do circuíto é igual á
suma das cargas dos condensadores.
Para determinar a carga equivalente so hai que substituír o valor da
carga:
Q T = Q 1+ Q 2 + Q 3
CT · VT = C1 · V1 + C2 · V2 + C3 · V3
Como VT = V1= V2 = V3 obtense a relación:
CT = C1+ C2 + C3
102. Exemplo:
Determine a capacidade equivalente, a carga de cada condensador e a
tensión á que están sometidos os tres condensadores do exercicio
anterior, conectados en paralelo, se o conxunto está sometido a unha
tensión de 230 V.
103. Asociación mixta
É unha combinación de condensadores conectados en serie e en
paralelo.
Para resolver este tipo de circuítos calcúlanse por separado os
montaxes en serie i en paralelo para obter un circuíto único.
