Ejercicios

¿Cuál será la potencia o consumo en watt de una bombilla conectada a una red de energía eléctrica doméstica monofásica de 220 volt, si la corriente que circula por el circuito de la bombilla es de 0,45 ampere?


P = V*I

V= 220

I=O.45A

P = 220*0.45 = 100 watt

¿Qué potencia eléctrica desarrolla una parrilla que recibe una diferencia de potencial de 120 V y por su resistencia circula una corriente de 6 amperes.?

P = V*I

V=120

I=6A 

P=120*6= 720 watt 

Obtener la potencia eléctrica de un tostador de pan cuya resistencia es de 40 Ω y por ella circula una corriente de 3 amperes

P = I²R

R = 40 Ω
I² = 3 A

P = (3 A)² x 40 Ω = 360 Watts.

Un foco de 100 W se conecta a una diferencia de potencial de 120 V.
 Determinar la intensidad de la corriente eléctrica que circula por él.

I=P/V

P=100W

V=120

I=100/120= 0.83A

Una batería de automóvil de 12 V de fem proporciona 7,5 A al encender las luces delanteras. Cuando el conductor opera el motor de arranque con las luces encendidas, la corriente total llega a 40 A. Calcule la potencia eléctrica en ambos casos.

 

P=V*I

V= 12 V

I1= 7.5 A

I2 = 40 A

P1= V*I1 = 12 *7.5 = 90 W

P2= V*I2 = 12*40  = 480 W 

Una lámpara cuya I es de 0.5A está conectada a una línea de 220v. Calcular. La potencia eléctrica

P= V*I 

I= 0.5

V=220  

P=220*0.5= 110 w

Un conductor tiene una resistencia de 4 ohmios. Calcular la diferencia de potencial en sus extremos cuando lo atraviesa una intensidad de 2 amperios.

V=I*R

R= 4 Ω

I= 2A 

V= 4*2= 8V

Un artefacto eléctrico tiene una resistencia de 50 ohmios. Calcular que intensidad lo atraviesa , si su potencia es 500 watios?

 P=I²*R

I=√P/R

P=500W

R=50Ω

I= √500/50=3.16 A

Un artefacto eléctrico tiene las siguientes anotaciones 120 voltios y 3200 watios. Calcular su resistencia.

P=V²/R

R=V²/P

V²=120

P=3200

R=120*3200=4.5Ω

Se require conocer la potencia que desarrolla un motor eléctrico monofásico, cuyo consumo de corriente es de 10.4 ampere (A), posee un Factor de Potencia o Cos = 0.96 y está conectado a una red eléctrica de corriente alterna también monofásica, de 220 volt (V).

P=V*I*Cosφ

V=220

I=10.4

Cos=0.96

P = 220 * 10.4 * 0.96 = 2196.48 watt

Un motor trifasico de 200kw, opera a 480v, el factor de potencia es .6.
hallar la potencia aparente

I= P/√3(Vff)(FP)

=200(1000)/√3(480)(.6)= 400.93 A

Un motor trifasico de 350kw, opera a 380v su facor de potencia es .692 y su resistencia de 3 ohm.

hallar el triangulo de potencia

I= P/√3(Vff)(FP)

350(1000)/√3(380)(.692)= 759.67A

S=√3(V)(I)

√3(389)(759.67)=499.99KVA

 

Q=P*k

.692*35O=242.2 KVAR

Cuestionario

¿Qué es Potencia Eléctrica?

 La relación de paso de energía de un flujo por unidad de tiempo

La cantidad de energía entregada

Es la energía absorbida por un elemento en un tiempo determinado.

¿Qué es Potencia?

Es la velocidad a la que se consume la energía.

Es la relación de paso de energía de un flujo por unidad de tiempo

La energía recorrida

En que se mide la Potencia

J/seg.

Watt

Joule

¿Qué Potencias forman el triangulo de potencia?

Potencia aparente

Potencia reactiva

Potencia activa

¿Qué es el Factor de Potencia?

El cociente de la relación de la potencia activa entre la potencia aparente

La cantidad de energía eléctrica que se ha convertido en trabajo

El flujo de la corriente

¿Qué es la potencia activa?

La energía que realmente se aprovecha cuando ponemos a funcionar un equipo eléctrico y realiza un trabajo.

La potencia consumida por todos los aparatos eléctricos que utilizamos normalmente

Es la potencia que realmente se utiliza

¿Cuál es la unidad de la Potencia Activa?

W

VAR

VA

¿Qué es Corriente Eléctrica?

Es la circulación de cargas o electrones a través de un circuito eléctrica

Es la suma de los potencias

Es el consumo de la corriente

¿Cuáles son los factores de la C.E.?

Fuente de fuerza electromotriz (FEM)

Conductor

Carga o resistencia conectada al circuito

¿Qué es la Corriente Directa?

Es el flujo continuo de electricidad a través de un conductor entre dos puntos de distinto voltaje

Toda corriente que mantenga siempre la misma dirección

Es la corriente continua

¿Cuáles son los parámetros de la corriente directa?

Tensión e Intensidad

Resistencia

Potencia

¿Qué es Corriente Alterna?

Es aquella en que la que la intensidad cambia de dirección periódicamente en un conductor.

Es el flujo continuo de electricidad a través de un conductor entre dos puntos de distinto voltaje

Es la corriente continua

¿Cuáles son las formas que toma la Corriente Alterna?

Rectangular o pulsante

Triangular

Sinodal

¿Qué es frecuencia?

Es el nº de ciclos por unidad de tiempo

El tiempo que dura un ciclo completo.

El flujo de la corriente

¿Qué es periodo?

Es el nº de ciclos por unidad de tiempo

El tiempo que dura un ciclo completo.

El flujo de la corriente

¿Qué es la Intensidad?

La relación de paso de energía de un flujo por unidad de tiempo

Es la cantidad de carga eléctrica que pasa a través del conductor por unidad de tiempo

Es el flujo continuo de electricidad a través de un conductor entre dos puntos de distinto voltaje

¿Qué es la Resistencia?

Oposición que encuentra la corriente a su paso por un circuito eléctrico

Fluj0 de la corriente

La cantidad de corriente que pasa atreves de un conductor


¿Qué es diferencia de Potencial? 
Diferencia entre dos puntos
Diferencia de carga
Diferencia de corriente

Diferencia de Potencial

La diferencia de potencial entre dos puntos (1 y 2) de un campo eléctrico es igual al trabajo que realiza dicho campo sobre la unidad de carga positiva para transportarla desde el punto 1 al punto 2.

Es independiente del camino recorrido por la carga y depende exclusivamente del potencial de los puntos 1 y 2 en el campo; se expresa por la fórmula:

V1-V2=E*r

Donde:

V₁ - V₂ : Es la diferencia de potencial

E: Es la Intensidad de campo en newton/culombio

r: Es la distancia en metros entre los puntos 1 y 2

Igual que el potencial, en el Sistema Internacional de Unidades la diferencia de potencial se mide en voltios.

Si dos puntos que tienen una diferencia de potencial se unen mediante un conductor, se producirá un flujo de corriente eléctrica. Parte de la carga que crea el punto de mayor potencial se trasladará a través del conductor al punto de menor potencial y, en ausencia de una fuente externa (generador), esta corriente cesará cuando ambos puntos igualen su potencial eléctrico.

Que dos puntos tengan igual potencial eléctrico no significa que tengan igual carga.

Resistencia

¿Qué es la resistencia eléctrica?

Resistencia eléctrica es toda oposición que encuentra la corriente a su paso por un circuito eléctrico cerrado, atenuando o frenando el libre flujo de circulación de las cargas eléctricas o electrones. Cualquier dispositivo o consumidor conectado a un circuito eléctrico representa en sí una carga, resistencia u obstáculo para la circulación de la corriente eléctrica.

Normalmente los electrones tratan de circular por el circuito eléctrico de una forma más o menos organizada, de acuerdo con la resistencia que encuentren a su paso. Mientras menor sea esa resistencia, mayor será el orden existente en el micro mundo de los electrones; pero cuando la resistencia es elevada, comienzan a chocar unos con otros y a liberar energía en forma de calor. Esa situación hace que siempre se eleve algo la temperatura del conductor y que, además, adquiera valores más altos en el punto donde los electrones encuentren una mayor resistencia a su paso.

Resistencia de los metales al paso de la corriente eléctrica

Todos los materiales y elementos conocidos ofrecen mayor o menor resistencia al paso de la corriente eléctrica, incluyendo los mejores conductores. Los metales que menos resistencia ofrecen son el oro y la plata, pero por lo costoso que resultaría fabricar cables con esos metales, se adoptó utilizar el cobre, que es buen conductor y mucho más barato

.

Con alambre de cobre se fabrican la mayoría de los cables conductores que se emplean en circuitos de baja y media tensión. También se utiliza el aluminio en menor escala para fabricar los cables que vemos colocados en las torres de alta tensión para transportar la energía eléctrica a grandes distancias.

Entre los metales que ofrecen mayor resistencia al paso de la corriente eléctrica se encuentra el alambre nicromo (Ni-Cr), compuesto por una aleación de 80% de níquel (Ni) y 20% de cromo (Cr). Ese es un tipo de alambre ampliamente utilizado como resistencia fija o como resistencia variable (reóstato), para regular la tensión o voltaje en diferentes dispositivos eléctricos. Además se utilizan también resistencias fijas de alambre nicromo de diferentes diámetros o grosores, para producir calor en equipos industriales, así como en electrodomésticos de uso muy generalizado.

Entre esos aparatos o quipos se encuentran las planchas, los calentadores o estufas eléctricas utilizadas para calentar el ambiente de las habitaciones en invierno, los calentadores de agua, las secadoras de ropa, las secadoras para el pelo y la mayoría de los aparatos eléctricos cuya función principal es generar calor.

Cálculo de la resistencia eléctrica de un material al paso de la corriente

Para calcular la resistencia ( R ) que ofrece un material al paso de la corriente eléctrica, es necesario conocer primero cuál es el coeficiente de resistividad o resistencia específica “ρ” (rho) de dicho material, la longitud que posee y el área de su sección transversal. Para realizar el cálculo de la resistencia que ofrece un material al paso de la corriente eléctrica, se utiliza la siguiente formula:                                                R= ρ I/S Para hallar a continuación el área del conductor de cobre, será necesario utilizar la siguiente fórmula: A= π*r² Donde:  A = Área de la circunferencia de la parte metálica del conductor (el alambre cobre en este caso). π = Constante matemática “pi”, equivalente a 3,1416 r = Radio de la circunferencia (equivalente a la mitad del diámetro)

Intensidad

Intensidad de la corriente eléctrica

La intensidad de corriente es la cantidad de carga eléctrica que pasa a través del conductor por unidad de tiempo (por segundo), por lo tanto el valor de la intensidad instantánea. La intensidad del flujo de los electrones de una corriente eléctrica que circula por un circuito cerrado depende fundamentalmente de la tensión o voltaje (V) que se aplique y de la resistencia (R) en ohm que ofrezca al paso de esa corriente la carga o consumidor conectado al circuito. Si una carga ofrece poca resistencia al paso de la corriente, la cantidad de electrones que circulen por el circuito será mayor en comparación con otra carga que ofrezca mayor resistencia y obstaculice más el paso de los electrones.

La intensidad de la corriente eléctrica se designa con la letra (I) y su unidad de medida en el sistema internacional es el Ampere (llamado también “amperio”), que se identifica con la letra (A).

Definición de ampere

Un ampere (1 A) se define como la corriente que produce una tensión de un volt (1 V), cuando se aplica a una resistencia de un ohm (1ῼ).

Un ampere equivale una carga eléctrica de un coulomb por segundo (1C/seg.) circulando por un circuito eléctrico, o lo que es igual, 6 300 000 000 000 000 000 = (6,3 · 10¹⁸⁾ (seis mil trescientos billones) de electrones por segundo fluyendo por el conductor de dicho circuito. Por tanto, la intensidad (I) de una corriente eléctrica equivale a la cantidad de carga eléctrica (Q) en coulomb que fluye por un circuito cerrado en una unidad de tiempo.

Expresado  matemáticamente

Una corriente de electricidad existe en un lugar cuando una carga neta se transporta desde ese lugar a otro en dicha región. Supongamos que la carga se mueve a través de un alambre. Si la carga q se transporta a través de una sección transversal dada del alambre, en un tiempo t, entonces la intensidad de corriente I, a través del alambre es:

 I= Q/T

Aquí Q está dada en culombios, T en segundos. Por lo cual, la equivalencia es:

 1A = 1C/s

 

Según la ley de Ohm, la intensidad de la corriente es igual a la tensión (o voltaje) dividido por la resistencia que oponen los cuerpos:

 I=V/R

Medición de la intensidad de la corriente eléctrica o amperaje

La medición de la corriente que fluye por un circuito cerrado se realiza por medio de un amperímetro o un miliamperímetro, según sea el caso, conectado en serie en el propio circuito eléctrico. para  medir ampere se emplea el "amperímetro" y para medir milésimas de ampere se emplea el miliamperímetro.

La intensidad de circulación de corriente eléctrica por un circuito cerrado se puede medir por medio de un amperímetro conectado en serie con el circuito o mediante inducción electromagnética utilizando un amperímetro de gancho. Para medir intensidades bajas de corriente se puede utilizar también un multímetro que mida miliampere (mA).

Ley de ohm

La ley de ohm, postulada por el físico y matemático alemán Georg Simón Ohm, es una de las leyes fundamentales de la electrodinámica.

El ohmio (también ohm) es la unidad de medida de la resistencia que oponen los materiales al paso de la corriente eléctrica y se representa con la letra w o con el símbolo o letra griega ω (omega).

El ohmio se define como la resistencia que ofrece al paso de la corriente eléctrica una columna de mercurio (hg) de 106,3 cm de alto, con una sección transversal de 1 mm², a una temperatura de 0º Celsius.

Esta ley relaciona los tres componentes que influyen en una corriente eléctrica:

*Tensión o voltaje (V).

*Intensidad de la corriente (I)

*Resistencia (R).

 La ley de ohm establece que "La intensidad de la corriente eléctrica que circula por un conductor eléctrico es directamente proporcional a la diferencia de potencial aplicada e inversamente proporcional a la resistencia del mismo", se puede expresar matemáticamente en la siguiente fórmula o ecuación:

I= V/R

Donde, empleando unidades del Sistema Internacional de Medidas, tenemos que:

·        I = intensidad en amperios (A)

·        V = diferencia de potencial en voltios (V)

·        R = resistencia en ohmios (R oῼ).

Corriente Alterna

Corriente Alterna.- Se diferencia de la directa por el cambio constante de polaridad que efectua por cada ciclo de tiempo

Formas diferentes que toma la corriente alterna

De acuerdo con su forma gráfica, la corriente alterna puede ser:

Rectangular o pulsante Triangular Diente de sierra Sinusoidal o senoidal

De todas estas formas, la onda más común es la sinusoidal o senoidal. 

Cualquier corriente alterna puede fluir a través de diferentes dispositivos eléctricos, como pueden ser resistencias, bobinas, condensadores, etc., sin sufrir deformación.

La onda con la que se representa gráficamente la corriente sinusoidal recibe ese nombre porque su forma se obtiene a partir de la función matemática de seno.

En la siguiente figura se puede ver la representación gráfica de una onda sinusoidal y las diferentes partes que la componen:

  

De donde: A = Amplitud de onda P = Pico o cresta N = Nodo o valor cero V = Valle o vientre T = Período Amplitud de onda: máximo valor que toma una corriente eléctrica. Se llama también valor de pico o valor de cresta. Pico o cresta: punto donde la sinusoide alcanza su máximo valor. Nodo o cero: punto donde la sinusoide toma valor “0”. Valle o vientre: punto donde la sinusoide alcanza su mínimo valor.

Frecuencia y periodo

La frecuencia f es nº de ciclos por unidad de tiempo . Su unidad es el Hz (Herzio) =1 ciclo/s. Industrialmente se usan corrientes de 50 Hz (60Hz en América),
Dimensionalmente la frecuencia son ciclos/tiempo ,o sea t ^–1.
El periodo T es la inversa de la frecuencia, o lo que es lo mismo, el tiempo que dura un ciclo completo.

T= 1/f (dimension; t)

Corriente Directa

Corriente continua.- Es aquella en la que las cargas fluyen siemrpe en el mismo sentido en el circuito moviendose de polo negativo hacia el polo de una fuente de fuerza electromotriz. 

Parámetros de la corriente directa

*Tensión (E o V = Volt).-Es la fuerza con la que son impulsados los electrones libres, de un conductor originado por una diferencia de potencial la cual puede ser originada a su vez por una fuente de electricidad.

*Intensidad ( I = Ampere ).- Es la cantidad de electrones que fluyen por un circuito o un contuctor originado por la aplicacion de un voltaje eléctrico, esta corriente causará diferentes afectos tales como presión, sonido, calor, luz, magnetismo, etc.

*Resistencia ( R = Ohms ).- Es la oposisción que presenta un dispsitivo al paso de la corriente eléctrica.

*Potencia ( P o W = Watts ).- Es el grado de facilidad o dificultad que presentta un elemento para realizar un trabajo, el elemento que realiza una potensia en un circuito electrónico es la resistencia, esta potenci electrónica esta regida por la tensión o intensidad.


Medición de C.C.

Para medir corriente directa se selecciona, en el multímetro que estemos utilizando, la unidad (amperios) en DC.

Se revisa que los cables rojo y negro estén conectados correctamente.
Se selecciona la escala adecuada, si tiene selector de escala (si no tenemos idea de que magnitud de la corriente que vamos a medir, escoger la escala mas grande).
Si no tiene selector de escala seguramente el multímetro escoge la escala automáticamente.

Para medir una corriente con el multímetro, éste tiene que ubicarse en el paso de la corriente que se desea medir.
Para esto se abre el circuito en el lugar donde pasa la corriente a medir y conectamos el multímetro (lo ponemos en "serie").

Si la lectura es negativa significa que la corriente en el componente, circula en sentido opuesto al que se había supuesto, (normalmente se supone que por el cable rojo entra la corriente al multímetro y por el cable negro sale).

En algunas ocasiones no es posible abrir el circuito para colocar el amperímetro. En estos casos, si se desea averiguar la corriente que pasa por un elemento, se utiliza la Ley de Ohm.

Corriente Eléctrica

Corriente eléctrica es la circulación de cargas o electrones a través de un circuito eléctrico cerrado, que se mueven siempre del polo negativo al polo positivo de la fuente de suministro de fuerza electromotriz (FEM).

Al descubrirse los electrones como parte integrante de los átomos y principal componente de las cargas eléctricas, se descubrió también que las cargas eléctricas que proporciona una fuente de FEM, se mueven del signo negativo (-) hacia el positivo (+), de acuerdo con la ley física de que "cargas distintas se atraen y cargas iguales se rechazan". Debido al desconocimiento en aquellos momentos de la existencia de los electrones, la comunidad científica acordó que, convencionalmente, la corriente eléctrica se movía del polo positivo al negativo, de la misma forma que hubieran podido acordar lo contrario, como realmente ocurre. No obstante en la práctica, ese “error histórico” no influye para nada en lo que al estudio de la corriente eléctrica se refiere.

Para que una corriente eléctrica circule por un circuito es necesario que se disponga de tres factores fundamentales:

*Fuente de fuerza electromotriz (FEM): Una fuente de fuerza electromotriz (FEM) como, por ejemplo, una batería, un generador o cualquier otro dispositivo capaz de bombear o poner en movimiento las cargas eléctricas negativas cuando se cierre el circuito eléctrico.

*Conductor: Un camino que permita a los electrones fluir, ininterrumpidamente, desde el polo negativo de la fuente de suministro de energía eléctrica hasta el polo positivo de la propia fuente. En la práctica ese camino lo constituye el conductor o cable metálico, generalmente de cobre.

*Carga o resistencia conectada al circuito: Una carga o consumidor conectado al circuito que ofrezca resistencia al paso de la corriente eléctrica. Se entiende como carga cualquier dispositivo que para funcionar consuma energía eléctrica como, por ejemplo, una bombilla o lámpara para alumbrado, el motor de cualquier equipo, una resistencia que produzca calor (calefacción, cocina, secador de pelo, etc.), un televisor o cualquier otro equipo electrodoméstico o industrial que funcione con corriente eléctrica.

*Sentido de circulación de la corriente eléctrica:  Dirección donde circulara el flujo de la corriente atreves del conductor.

Cuando las cargas eléctricas circulan normalmente por un circuito, sin encontrar en su camino nada que interrumpa el libre flujo de los electrones, decimos que estamos ante un “circuito eléctrico cerrado”. Si, por el contrario, la circulación de la corriente de electrones se interrumpe por cualquier motivo y la carga conectada deja de recibir corriente, estaremos ante un “circuito eléctrico abierto”. Por norma general todos los circuitos eléctricos se pueden abrir o cerrar a voluntad utilizando un interruptor que se instala en el camino de la corriente eléctrica en el propio circuito con la finalidad de impedir su paso cuando se acciona manual, eléctrica o electrónicamente.

Circuito Eléctrico Cerrado 

 Circuito Eléctrico Abierto