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1.4 Potencia Eléctrica (P)

1.4 Potencia Eléctrica (P)

Desarrollo de la clase

Objetivo: Definir el parámetro de Potencia Eléctrica

Definición: Es la rapidez conque se desarrolla un trabajo en la unidad de tiempo. Su unidad de medida es el Watt (W) o vatio. en el sistema internacional y en el sistema ingles el Horse Power (HP). Investiga la equivalencia entre los sistemas.

 P = W/t  [Joul/segundos= Watt] [W, mW, KW, MW] 

¿Donde has visto esta unidad de medida?

En términos de parámetros eléctricos se define así:

• P = VxI (voltios*amperios=Watt)
• P = I ²xR (amperios²* ohmios=Watt)
• P = V²/R  (voltios²/ohmios=Watt)

La expresión a utilizar dependerá de los parámetros  con los que se cuentan, así por ejemplo si se tiene corriente y resistencia eléctrica se utilizara la expresión P= I²xR

En el análisis de circuitos eléctricos de corriente directa existen dos tipos de potencias, potencia entregada o generada y potencia disipada o absorbida 

Normalmente las resistencias disipan o absorben potencia y las fuentes de voltaje o corriente generan o entregan potencia, pero puede darse el caso que absorban energía y esto depende del sentido de la corriente. Si la corriente es positiva de sale de la terminal positiva de la fuente se dice que genera energía, en caso que la corriente sea positiva y entra por la terminal positiva de la fuente, se dice que absorbe energía, este es el caso cuando se cargan las baterías recargables como la batería de tu celular cuando le conectas el cargador.

En la potencia se cumple el principio de conservación de energía, es decir que la sumatoria de la potencia generada debe ser igual a la sumatoria de la potencia absorbida.

De la definición de potencia, sí despejamos el trabajo ó energía "W" obtenemos 

W = P*t , sí la potencia la damos en Kw y el tiempo en horas H obtenemos KwH, que es una unidad utilizada en los recibos de energía eléctrica 

Consigue un recibo de energía eléctrica y busca cuantos KwH se consumieron en tu casa.

Les dejo un video

1.3 Resistencia Eléctrica (R)

1.3 Resistencia Eléctrica (R)

Desarrollo de la clase

Objetivo: Defenir el parámetro de Resistencia Eléctrica

Definición: Es la oposición que ofrece un cuerpo al paso de la corriente eléctrica

Su definición en términos de parámetros eléctricos

 R = V/I [voltio/amperio= ohmio] [Ω, KΩ, MΩ] 

Su unidad de medida es el ohmio que se representa por la letra griega omega (Ω). Esta es unidad pequeña por lo que usamos prefijos como Kilo-ohmio (KΩ = 10³ Ω), Mega-ohmios (MΩ = 10³ Ω). La función de una resistencia prácticamente es limitar el paso de corriente en un circuito eléctrico. Se fabrican de carbón, alambre, cerámica, cemento, las hay fijas y variables.

Además de los circuitos electrónicos donde se utilizan este tipo de resistencias también se utilizan en algunos aparatos eléctricos como hornos, duchas eléctricas, hornillas de cocina, planchas eléctricas, cafeteras, calentadores de agua, laminadoras cuya aplicación es el efecto joul (calentamiento al  paso de una corriente eléctrica).

Las resistencias variables son conocidas como potenciómetros, reóstatos, trimpot, se utilizan para calibración, regulación de volumen, brillo, color, etc.

Las resistencias de carbón utilizan un código de colores para representar su valor, el código puede ser de cuatro bandas ó de cinco bandas; las de cuatro bandas son las convencionales y las de cinco bandas son las de precisión, utilizadas en aparatos de medición.como osciloscopios, generadores de señales, multímetros.

Para leer el código de colores debes ubicar primero la banda de tolerancia, esta banda es la que esta más separada de las demás, una vez ubicada la colocas a la derecha y lees de izquierda a derecha.

En las resistencias convencionales la primera y segunda banda (A, B) representan las cifras significativas, la tercer banda (C) es llamada multiplicador y es una potencia de diez, la cuarta (D) es la banda de tolerancia, se da en porcentaje ry representa el rango en que la resistencia puede variar su valor por efecto de la temperatura.

Para determinar su valor se utiliza la expresión siguiente.

R = ABx10^C ± D (para cuatro bandas)

R = ABCx10^D ± E (para cinco bandas)

Utilizando la expresión y viendo el código de colores determinemos el valor de la resistencia 

Primero debes colocar la expresión matemática

R = ABx10^C ± D

El código leido es: amarillo (A), violeta (B), rojo (C), dorado (D)

Ahora de acuerdo el código dado por la tabla sustituímos el color por su valor numérico

El criterio para expresar el valor es el siguiente, sí la resistencia es menor de 1000 ohmios su valor se dará en ohmios (Ω), sí la resistencia es mayor de 1000 ohmios y menor de un millo de ohmios, su valor se dará en KΩ, si la resistencia es mayor de un millón de ohmios su valor se dará en MΩ

Práctica con los siguientes códigos;

1. café, negro, negro, rojo
2. rojo, rojo, rojo, dorado
3. gris, banco, verde, dorado

Ahora haremos el proceso inverso a partir del valor óhmico y la tolerancia vamos a determinar el código de colores, por ejemplo

R= 1Ω ± 2%

Lo que se hace es llevar el valor a la forma de la expresión matemática R=ABx10^C±D, para ello debemos correr el punto decimal ya sea a la izquierda o a la derecha según se requiera. Para el ejemplo debemos correr el punto decimal un espacio a la derecha, lo que genera una potencia de diez negativa.

R= 10x10^-1 ± 2%  Ahora si podemos leer el código café, negro, dorado,rojo

Otro ejemplo:

R= 100KΩ±5%, en este caso debemos sustituir el prefijo por su potencia de diez y llevarlo a la expresión matemática así, R= 100x10³ ±5%, en este caso demos correr el punto decimal a la izquierda, esto genera una potencia de diez positiva, R= 100x10³ ±5%= 10x10⁽³⁺¹⁾ ±5%= 10x10⁴±5%, y ahora leemos el código café, negro, amarillo, dorado

Ahora práctica con los sigueintes valores:

1. R= 3.7KΩ±2%
2. R= 33KΩ±5%
3. R= 2.2MΩ±10%

Las resistencias de carbón, cemento, y de alambre son afectadas por el calentamiento lo que requiere una capacidad para poder disipar el calor por lo que estas resistencias, además del valor óhmico es necesario especificar la potencia disipada, los valores comerciales son de 1/8, 1/4, 1/2, t1, 2........50 Watts. Las de carbón puedes encontrarlas desde 1/8 hasta 2 Watt, las de cemento, cerámica de 2 hasta 10Watts y las de alambre de 10 hasta 50 Watts o más. Entre mayor es el wattaje la resistencia es más robusta. Algo importante a tomar en cuenta cuando sustituyas una resistencia debes considerar su wattaje. ¿Que pasaría si sustituyes una resistencia con un wattaje menor al sugerido?

Existen otros tipos de resistencias especiales como las fotoresistencias (LDR) o resistencias dependientes de la luz, los termistores, y los varistores.

Atividad: Investiga sus definición, símbolo, y aplicaciones.

Finalmente diremos que una resistencia no tiene polaridad y para medirla debes colocar el multímeto en paralelo. Debes de tener presente que para tomar una lectura de resistencia esta no debe de estar energizada. En este caso el multímetro es llamado Ohmetro 

1.2 Voltaje (V, v)

Desarrollo de la clase

Objetivo: Definir la magnitud de voltaje

Este parámetro eléctrico tiene otros sinónimos como tensión eléctrica, diferencia de potencial eléctrica, fuerza electromotriz, potencial eléctrico, caída de voltaje, elevación del voltaje, etc.

Definición: Se define como el trabajo que es necesario desarrollar para mover una carga de un punto a otro.

Su definición matemática:

V = Wab/Q [Joul/coulomb = Voltio (V)] 

 V = I*R [Amperios *ohmios = Voltios] esta es la definición en términos eléctricos que utilizaremos en el curso 

Para esta magnitud eléctrica también se emplean prefijos (submultiplos y multipos ) como mV (mili-voltios= 10^-3Voltios), KV (kilo-voltios= 10³Voltios)

Ahora recuerda donde has vista esta unidad de medida.

1.2.1 Representación del Voltaje. 

El voltaje normalmente se representa con la letra "V" con las polaridades (+ y -) , de la siguiente manera:

1.2.2 Tipos de Voltaje

• Voltaje Directo (V_DC ó V_CD)

Se entiendo por voltaje directo aquel que no varía en el tiempo, se representa por una línea horizontal

• Voltaje Alterno (V_AC ó V_CA) 

Se entiendo por voltaje alterno aquel que cambia de polaridad constantemente

1.2.3 Fuentes de Voltaje Independiente

Son los tipos más comunes de fuentes de alimentación que encontramos en cualquier circuito electrónico. Entre sus bornes proveen un voltaje constante, por ese motivo la corriente que entregan depende de la resistencia de carga que conectemos.

• Fuentes de Voltaje Directo

Son aquellas que su valor no varía en el tiempo

Observa la equivalencia de la fuente de voltaje negativa, basta con cambiar la polaridad de la fuente para trabajar con un valor positivo. ¿Qué harías para obtener el equivalente sí la fuente es negativa y la polaridad positiva se encuentra en la parte inferior?

• Fuentes de Voltaje Alterno

Son aquellas en las que su polaridad cambia constantemente

Sabía que la generación de energía eléctrica normalmente es de esta forma por razones de transformación de alto voltaje para transmisión y bajo voltaje para distribución, se reducen las perdidas por el efecto joul, los calibres de los conductores son reducidos comparados con los que se requieren para corriente directa.

¿Por qué sí el voltaje alterno está cambiando constantemente de polaridad no se nota ese cambio en las luminarias que alimentan este tipo de voltaje?

¿Qué fuentes de voltaje alterno conoces?

1.2.4 Criterio para asignar la polaridad de voltaje

El criterio a tomar será que el terminal por donde entra la corriente eléctrica será positivo y por donde sale es negativo 

Normalmente a estos voltaje se les llama caídas de voltaje porque van de un potencial mayor a un potencial menor. En las fuentes, es lo opuesto se les llama elevaciones de voltaje porque van de un potencial menor a un potencial mayor.

Actividad

Siguiendo el criterio que acabamos de definir y considerando el sentido de corriente coloca las polaridades a las caídas de voltaje en los circuitos que se muestran a continuación.

1.2.5 Medición de Voltaje

Para la medición de voltaje, lo primero que debes preguntarte es ¿Que tipo de voltaje voy a medir? voltaje directo (Vdc) ó voltaje alterno (Vac) para poder configurar tu multímetro como voltímetro de voltaje directo o voltímetro de voltaje alterno. La forma en que debes conectarlo es en paralelo. Recuerda que en voltaje directo debes considerar la polaridad en alterna no es necesario.

Parámetros Eléctricos

Unidad I: Parámetros Eléctricos

1.1 Corriente Eléctrica (I, i)

Desarrollo de la clase

Objetivo: Definir la magnitud de corriente eléctrica

Saludos, como pueden ver el objetivo de la clase es definir  la magnitud de corriente eléctrica, conocer su unidad de medida y sus diversas representaciones, tipos, criterios para asignar su sentido.

Definición: Es el flujo de carga en la unidad de tiempo y su unidad de medida es el amperio (A)

Sabías que esta es una magnitud eléctrica con la que debemos tomar todas las medidas de seguridad, pues de no hacerlo puede provocar quemaduras de primero, segundo, tercer grado hasta la muerte

Su expresión matemática se puede expresar de la siguiente manera:

 I = Q/t [coulomb/segundo= Amperio (A)]

 I = V/R [voltios/ohmios= Amperio (A)] , esta es una definición en función de los parámetros eléctricos, la cual estaremos usando en todo el curso.

La unidad de medida del Amperio es bastante grande para las áreas de electrónica y de sistemas digitales por lo que se emplean prefijos (submultiplos) como:

·         mili-Amperio (mA) = 10^-3A = 1/10³ = 0.001, como puedes ver la "m" representa la potencia de diez (m=10^-3)

·         micro-Amperio (uA) = 10^-6 A= 1/10⁶ , al igual que la anterior la letra "u" representa la potencia de diez. (u=10^-6)

·         nano-Amperio (nA) = 10^-9A = 1/10⁹ .  (n=10^-9)

Es importante respetar que las letras sean minúsculas, ya que si utilizas letras mayúsculas representan otros prefijos.

Donde has visto esta unidad de medida

Además de las aplicaciones que tiene la corriente eléctrica en la industria, puede ser utilizada en nuestro cuerpo en cantidades graduales. ¿Puedes mencionar algunos ejemplos?

Actividad:

Investiga los efectos que puede provocar la corriente eléctrica en el ser humano de no tomar las medidas de seguridad

1.1.1 Representación de la Corriente Eléctrica.

La corriente eléctrica para representarla completamente lo haremos a través de un segmento de recta dirigido.

1.1.2 Tipos de Corriente Eléctrica.

·         Corriente Directa (DC o CD)

Se entiende por corriente directa aquella que no varía en el tiempo, y se representa por una línea horizontal

·         Corriente Alterna (AC o CA)

Se entiende por corriente alterna aquella que cambia de dirección constantemente.

1.1.3 Fuentes de Corriente Independiente

Son aquellas que proveen una corriente constante al circuito o resistencia que se les conecta. Por lo tanto si cambia el valor de la resistencia de carga, la fuente aumenta o disminuye el potencial entre sus bornes, de tal forma de mantener constante la corriente por la variación de la resistencia.

·         Fuente de Corriente Directa

Son aquellas que su valor no varía en el tiempo

Observa la equivalencia de la fuente de corriente negativa, basta con cambiar el sentido de la flecha para trabajar con un valor positivo. ¿Que harías para obtener el equivalente  sí la fuente es negativa y la flecha apunta hacia abajo?

·         Fuente de Corriente Alterna

Son aquellas en las que su dirección cambia constantemente 

1.1.4 Criterio para asignar sentidos de corriente

El criterio a tomar será saliendo de la polaridad positiva de la fuente de voltaje

·         En el caso de existir más de una fuente de voltaje, puede darse tres casos:Que las fuentes tengan la misma polaridad, en este caso el sentido sera el mismo, lo que indica que las fuentes se están sumando.

En el ejemplo se tiene una fuente equivalente de 17Voltios

·         Que las fuentes tengan polaridades opuestas, en este caso los sentidos son opuestos y predomina la fuente de mayor valor para asignar el sentido, en este caso las fuentes se restan 

1.1.5 Medición de la corriente eléctrica

En algunos casos es importante saber el valor de corriente que esta circulando a través de un circuito eléctrico o un conductor, para ello se utilizan los instrumentos de medición como el multímetro que en este caso se llama amperímetro y la tenaza amperimétrica o clamper respectivamente.

En el caso del amperímetro, para tomar la lectura de corriente debes abrir el circuito y conectar el amperímetro en serie tomando en cuenta la polaridad. Una lectura de corriente negativa significa que el amperímetro se ha conectado con la polaridad opuesta.

una imagen más real de la medición de corriente

Para tomar la lectura de corriente con la tenaza amperimétrica o clamper lo que debes hacer es abrir las tenazas y encerrar un solo cable, si encierras ambos cables anulas el efecto y no tendrás lectura.

Les dejo un vídeo de la corriente eléctrica