Conceptos de Electricidad Básica

Tecnología en Mantenimiento Equipo De Computo Diseño De Cableado Estructurado. Taller N°1: Fundamentos de Electricidad. SENA/COLSUTEC 908171 ____________________________________________________________________________________ Conceptos de Electricidad Básica. Constitución de la Materia. La materia es cualquier cosa que tenga peso y ocupe un lugar en el espacio y también puede ser considerada como una forma de energía. Se puede encontrar en tres formas: sólido, líquido y gaseoso. La materia se compone de elementos, los cuales son sustancias que no pueden ser modificadas, sino por medios químicos solamente. Los elementos se combinan para producir compuestos. Una molécula es la parte más pequeña en que se puede dividir un compuesto, sin partirlo en sus elementos. El Átomo. Un átomo es la partícula más pequeña en que se puede dividir un elemento, está formado por protones, neutrones y electrones. El núcleo se compone de protones y neutrones.  El neutrón es la partícula neutra dentro del núcleo y el protón es la carga positiva.  El electrón es la pequeñísima partícula con carga negativa, que prácticamente carece de peso y gira en órbita alrededor del núcleo.  Los electrones libres son aquellos que han abandonado la órbita de un átomo y se mueven libremente por un material. Página 1 de 6 Tecnología en Mantenimiento Equipo De Computo Diseño De Cableado Estructurado. Taller N°1: Fundamentos de Electricidad. SENA/COLSUTEC 908171 ____________________________________________________________________________________  El exceso o falta de electrones determina que en un material pueda haber una transferencia o toma de electrones. Los protones y neutrones se unen para formar el núcleo del átomo. Los electrones orbitan alrededor de los protones y neutrones en capas. Es la atracción mutua entre los electrones cargados negativamente y los protones cargados positivamente lo que tiende a mantener a los electrones en órbita alrededor del núcleo, incluso aunque ellos están moviéndose a un régimen de velocidad muy alta. Esta fuerza es similar a la fuerza gravitatoria que mantiene a los planetas en órbita alrededor del sol. Cuando el número de electrones corresponde con el número de protones, se dice que el átomo está e u estado ala eado y elé t i a e te eut o . Las substancias cuyos átomos no ceden fácilmente electrones se llaman aisladores. Estos tipos de materiales se usan para impedir el flujo de electricidad tal como con el recubrimiento en un cable eléctrico. Ejemplos de buenos aisladores incluyen: plástico, hule, vidrio. Los materiales cuyos átomos no son ni muy buenos o malos al ceder electrones se llaman semiconductores. Los semiconductores son importantes en la electrónica porque ellos se usan para hacer transistores y circuitos integrados. Un ejemplo de este tipo de material es el silicio. Corriente eléctrica. Los componentes de los átomos permanecen agrupados por el efecto de poderosas fuerzas de atracción existentes entre el núcleo y sus electrones. Los electrones situados en las órbitas exteriores de un átomo son atraídos por su núcleo con menos fuerza que los electrones cuyas órbitas están más cercanas al núcleo. En ciertos materiales (denominados conductores eléctricos) estos electrones exteriores están débilmente ligados al núcleo, que pueden separarse fácilmente de él y quedar errantes entre los otros átomos, moviéndose fortuitamente. Estos electrones se denominan electrones libres, y es precisamente el movimiento de estos electrones libres lo que constituye la corriente eléctrica. Es el efecto que producen los electrones al trasladarse de un punto a otro. Página 2 de 6 Tecnología en Mantenimiento Equipo De Computo Diseño De Cableado Estructurado. Taller N°1: Fundamentos de Electricidad. SENA/COLSUTEC 908171 ____________________________________________________________________________________ Cuando los científicos descubrieron el electrón, el científico Charles-Augustin de Coulomb logró realizar una medida de los electrones que fuera significativa y se pudiera medir, a esta cantidad de electrones le llamó por su apellido COULOMB, que equivale a 6.28 billones de billones de electrones (6.28x1018 ). Después, otro científico de apellido AndréMarie Ampère estableció que si esa cantidad de electrones llamada COULOMB pasara por un conductor en un segundo se llamaría AMPERE, por lo tanto: 1Amper = 1 COULOMB / 1 Segundo La corriente es la medida de electrones que pasan por un punto en el circuito. Deben fluir muchos electrones para realizar cualquier trabajo. Nota: en un conductor la intensidad de corriente es la cantidad de electrones que pasa por un segundo, (los electrones se van transfiriendo de un átomo a otro). La electricidad es un fluido porque pasa a través de un conductor y como tal se comporta como los demás fluidos, para entender los conceptos de medición la compararemos con el fluido más conocido que es el agua, en el agua el conductor pudiera ser la tubería, la cantidad de agua que pasa pudiera ser la CORRIENTE o Intensidad de corriente, una llave de paso o algo que impide el paso del agua, eléctricamente pudiera ser la RESISTENCIA, la presión de agua en la tubería es equivalente al VOLTAJE y el consumo de agua, pudiera ser equivalente a la POTENCIA. Como se produce la electricidad. En los átomos de cada trocito de material existentes en el universo hay enormes cantidades de electricidad latente o, por decirlo así, durmiendo. Sin embargo, en tanto que estos átomos pe a ez a elé t i a e te e uili ados , esta electricidad no puede ser liberada ni aprovechada en el uso práctico. Para que esto ocurra es necesario que sea aplicada de una forma de energía externa a una cantidad dada de átomos, de modo que separe de su núcleo positivo algunos de sus electrones negativos. De esta manera, la energía externa aplicada originará energía eléctrica. Página 3 de 6 Tecnología en Mantenimiento Equipo De Computo Diseño De Cableado Estructurado. Taller N°1: Fundamentos de Electricidad. SENA/COLSUTEC 908171 ____________________________________________________________________________________ Las seis fuentes de energía externa que son capaces de separar los electrones negativos de los núcleos positivos de un átomo son: • El alo . • El oza ie to. • La a ió uí i a. • La luz. • La p esió . • El ag etis o. Como produce electricidad el calor. La primera fuente de energía externa que puede separar los electrones de su átomo es el calor y la manera más usual de aplicar el calor para este fin es aplicarlo en la zona donde dos metales diferentes están unidos. Por ejemplo, si se retuercen los extremos de un hilo de cobre y un hilo de hierro formando una unión, y se calienta esta unión, aparecerá una carga eléctrica. El que esta carga sea mayor o menor dependerá de la diferencia de temperatura entre la unión y los extremos opuesto de los hilos, cuanto mayor sea la diferencia de temperatura, mayor será la carga. Una unión de este tipo se llama termopar y producirá electricidad mientras se le aplique calor. Esta relación puede emplearse para la medida precisa de temperaturas mediante un termopar en el que una de las uniones se mantiene a una temperatura de referencia conocida (por ejemplo, un baño de hielo) y la otra se coloca en el lugar cuya temperatura quiere medirse. Como produce electricidad el rozamiento. La segunda fuente de energía externa que puede separar los electrones de su átomo es el rozamiento. Si se frotan entre sí materiales diferentes, se puede conseguir que los electrones que pertenecen a uno de los dos materiales salgan de sus órbitas, transferirlos al otro material y retenerlos en él. Naturalmente el material que pierde los electrones adquiere una carga positiva y el material que los captura, adquiere una carga negativa. La distribución resultante de carga eléctrica recibe el nombre de electricidad estática. Entre los materiales que adquieren fácilmente electricidad estática se incluyen el vidrio, el ámbar, el caucho, las ceras, la franela, la seda, el rayón y el nylon. Página 4 de 6 Tecnología en Mantenimiento Equipo De Computo Diseño De Cableado Estructurado. Taller N°1: Fundamentos de Electricidad. SENA/COLSUTEC 908171 ____________________________________________________________________________________ Como produce electricidad la acción química. La tercera fuente de energía externa que puede separar los electrones de su átomo es la acción química. La acción o reacción química que tiene lugar en las pilas y baterías se aprovecha en la práctica para producir electricidad. Cuando dos o más pilas se conectan entre sí se forma una batería. Observando las partes de una pila y los electrones, veríamos que el líquido llamado electrolito está expulsando los electrones de una de las placas y conduciéndolos a la otra placa. El resultado de esta acción es un exceso de electrones, o carga negativa, en una de las placas, por lo que el hilo unido a esta placa se llama Terminal negativo. La otra placa se pierde electrones y se carga positivamente, por lo que el hilo unido a ella se le denomina Terminal positivo. Como produce electricidad la luz. La cuarta fuente de energía externa que puede separar los electrones de su átomo es la luz. La manera más usual de utilizar la luz para producir electricidad, consiste en emplear una clase especial de célula o pila que contiene material fotosensible, el cual tiene la propiedad de crear una carga eléctrica cuando la luz incide en él. Esta fotocélula consiste en un conjunto metálico en forma de disco que s e compone de tres capas de material diferentes. Una de las capas exteriores es de hierro y la otra está formada por una película de material a través del cual puede pasar la luz. La capa interior o intermedia del conjunto está formada por una aleación de selenio. Como produce electricidad la presión. La quinta fuente de energía externa que puede separar los electrones de su átomo es la presión. Cuando hablamos por teléfono o delante de cualquier otro tipo de micrófono análogo, las ondas de presión de la energía sonora que la voz genera ponen en movimiento a un diafragma. El movimiento del diafragma se puede utilizar para generar una carga eléctrica de la siguiente manera: Página 5 de 6 Tecnología en Mantenimiento Equipo De Computo Diseño De Cableado Estructurado. Taller N°1: Fundamentos de Electricidad. SENA/COLSUTEC 908171 ____________________________________________________________________________________ Existen en la naturaleza ciertos materiales cuyos cristales generan una carga eléctrica cuando se ejerce presión sobre ellos (como ocurre cuando se mueve el diafragma). Son ejemplos el cuarzo, la turmalina, las sales de Rochelle. Si se colocase un cristal de uno de estos materiales entre las placas metálicas y se ejerciese presión sobre las placas de la manera ilustrada en la figura, aparecerían cargas eléctricas opuestas en las placas. La cantidad de estas cargas eléctricas dependerá de la magnitud de la presión ejercida. Como produce electricidad el magnetismo. La sexta fuente (y la más comúnmente utilizada) de energía externa que puede separar los electrones de su átomo es el magnetismo. El propio magnetismo no se utiliza como fuente directa de esta energía externa. Son producidas grandes cantidades de energía eléctrica en las máquinas giratorias llamadas generadores, en virtud de una acción que tiene lugar entre el devanado del generado y algunos potentes imanes colocados en éste de manera apropiada. Como es natural para que el generador entregue energía eléctrica, debe recibir energía mecánica. Esta energía mecánica puede serle suministrada mediante una turbina hidráulica, un motor de combustión interna o una turbina de vapor. Al girar el generador, hace uso de las propiedades del magnetismo para la suficiente energía externa al átomo para separar de él alguno de sus electrones, lo que hace posible la obtención de la corriente eléctrica. Cómo funciona la energía eléctrica. Los electrones de las órbitas exteriores de un átomo pueden ser fácilmente obligados a salir de ellas, porque están atraídos por el núcleo con menos fuerza que los electrones cuyas órbitas están más cerca del núcleo. En ciertos materiales, llamados conductores, se necesita muy poca energía para extraer del átomo sus electrones exteriores, ya que su última capa está incompleta (es inestable) y muy alejada del núcleo, con lo cual, la fuerza de atracción es reducida. Página 6 de 6