Curso acerca de circuitos eléctricos. Conceptos básicos de electricidad aborda desde lo básico los conceptos de electricidad estática, conductores, corriente, voltaje, resistencia y circuitos eléctricos.

1. Conceptos Básicos
de Electricidad
Esteban Padilla, M.Ing.

2. Contenido
 Electricidad estática
 Conductores, aislantes y flujo eléctrico.
 Circuitos eléctricos.
 Corriente y tensión eléctrica.
 Resistencia eléctrica.
 Corriente y tensión en un circuito eléctrico.
 Flujo convencional versus flujo de electrones.

3. Electricidad
Estática

4. Electricidad estática
Algunos experimentadores (T. de Mileto, B. Franklin, C.
Dufay, etc.) sugerían que un “fluido” invisible se generaba
cuando dos materiales se frotaban y que tenía la
capacidad de ejercer una fuerza da atracción o repulsión
sobre los materiales usados para producirlo.

5. Electricidad estática
Según B. Franklin, cuando cierto material perdía fluido,
este se volvía “negativo” (puesto que se suponía que
tenía una deficiencia de fluido) y cuando algún otro
material ganaba fluido, este se volvía “positivo” (puesto
que se suponía que tenía un exceso de fluido) generando
una fuerza de atracción del uno al otro.
Parafina
Lana
Atracción

6. Electricidad estática
El físico francés Charles
Coulomb creó un aparato en
1780 para tratar de medir la
fuerza con que los materiales
se atraían o se repelían.
Ley de Coulomb
𝐹 = 𝜅
𝑞1 𝑞2
𝑟2
𝐹 = 9 × 109
N
Charles-Augustin de Coulomb
(1736 – 1806)

7. Electricidad estática
Los objetos están
compuestos por
“bloques” demasiado
pequeños llamados
átomos, y dichos
átomos están
compuestos por tres
partículas más
pequeñas llamas
protones, neutrones y
electrones.

8. Electricidad estática
Los electrones
tienden a repeler
otros electrones así
como los protones
entre ellos.
Sin embargo, tanto
los electrones como
protones se atraen,
puesto que tienen
carga eléctricas
opuestas.

9. Electricidad estática
Al frotarse dos materiales se produce un desequilibrio de
electrones entre los objetos conocido como electricidad
estática. Se llama estática puesto que los electrones
desplazados tienden a permanecer inmóviles después del
aislamiento de los materiales frotados.

10. Electricidad estática
Michael Faraday
(1791 – 1867)
Un objeto que gana electrones se
está cargado “negativamente”.
Un objeto que pierda electrones se
está cargado “positivamente”.
Lo contario a lo enunciado por
Benjamin Frankiln !
Michael Faraday probó en 1832
que la electricidad estática es la
misma contenida en una batería o
en un generador.

11. Electricidad estática
http://www.youtube.com/watch?v=hLaWK2PsnqU

12. Electricidad estática
Resumen:
• Todos los materiales están hechos de pequeños bloques
llamados átomos.
• Todos los átomos de la naturaleza están conformados por
electrones, protones y neutrones.
• Los electrones tienen carga eléctrica negativa.
• Los protones tienen carga eléctrica positiva.
• Los neutrones no tienen carga.
• Los electrones pueden ser desplazados de los átomos
más fácilmente que los protones o neutrones.
• El número de protones determina la identidad del átomo.

13. Conductores, aislantes
y flujo eléctrico

14. Conductores, aislantes y flujo eléctrico
La movilidad de los electrones en un objeto se conoce como
conductividad eléctrica.
Alta conductividad  Conductores
Baja conductividad  Aislantes
Conductores:
• Plata
• Cobre
• Oro
• Aluminio
• Hierro
• Acero
• Tantalio
• Latón
• Bronce
• Mercurio
• Grafito
• Agua sucia
• Concreto
• Plomo
Aislantes:
• Vidrio
• Caucho
• Aceite
• Fibra de vidrio
• Porcelana
• Cerámica
• Cuarzo
• Algodón
• Papel
• Madera
• Plástico
• Agua pura

15. Conductores, aislantes y flujo eléctrico
El movimiento de
electrones a través de un
conductor es lo que se
conoce como electricidad
o corriente eléctrica.
Tal como el agua fluye a
través de un tubo, los
electrones se mueven a
través de los átomos de un
conductor.
Flujo de Electrones

16. Conductores, aislantes y flujo eléctrico
Una línea continua es el símbolo conexión en un circuito.
A través de una conexión los electrones son capaces de desplazarse e
ir de un lado a otro.
Si la conexión está abierta, los electrones no pueden moverse puesto
que existe un elemento aislante que los separa (el aire).
Fuente de
Electrones
Destino de
Electrones
No hay flujo
Conexión abierta
Continuidad

17. Conductores, aislantes y flujo eléctrico
Resumen:
• En los materiales conductores, los electrones más alejados del
núcleo en cada átomo pueden fácilmente ir o venir.
• En los materiales aislantes, los electrones más alejados del
núcleo no pueden moverse con facilidad.
• Todos los metales son eléctricamente conductores.
• La Electricidad Dinámica o la corriente eléctrica es el
movimiento uniforme de electrones a través de un conductor.
• La Electricidad Estática es una carga acumulada formada por
el exceso o deficiencia de electrones en un objeto. Se forma
típicamente por la separación de materiales diferentes.
• Para que los electrones fluyan continuamente a través de un
conductor, debe existir una conexión ininterrumpida.

18. Circuitos
Eléctricos
Fuente y
destino de
los electrones
Bombillas

19. Circuitos eléctricos
Si el conductor se cierra
formando un lazo cerrado
los electrones podrían
fluir en una conexión sin
comienzo y final de
manera continua.
Circuito eléctrico
Los electrones
pueden fluir en
una conexión sin
comienzo y final
de manera
continua.

20. Circuitos eléctricos
No importa dónde ocurra
una interrupción,
cualquier discontinuidad
en un circuito no
permitirá el flujo de
electrones a través de él
mismo.
Flujo de
Electrones

21. Circuitos eléctricos
Resumen:
• Un circuito es una conexión continua que permite a los
electrones fluir a través de él.
• Si un circuito es interrumpido, es decir la conexión está
abierta, los electrones no pueden fluir a través de dicho
material.
• La localización de la ruptura en un circuito es irrelevante.
Cualquier ruptura, en cualquier lado en un circuito
detendrá el flujo de electrones a través de él.

22. Corriente
y Tensión eléctrica
TensiónPila AAA 1.5V
Corriente

23. Corriente y tensión eléctrica
Si un conductor es puesto entre la parafina y la lana después de
frotarse, los electrones fluirían a través de él.
(corriente eléctrica).
Este flujo es producto de la fuerza de atracción y de repulsión entre
protones y electrones, respectivamente.
(tensión eléctrica)
Parafina
Lana
Flujo de
electrones
Conductor

24. Corriente y tensión eléctrica
Al frotar dos materiales
se almacena energía.
Al empujar una roca cuesta
arriba se almacena energía.
Al bombear agua a un
tanque elevado se
almacena energía.
Tanque
Elevado
Tanque Subterráneo
Energía
almacenada
Motobomba
Flujo de agua

25. Corriente y tensión eléctrica
La gravedad sobre el agua del
tanque elevado produce una
fuerza que moverá el agua
hacia el tanque subterráneo.
Se necesita energía para
bombear agua desde el tanque
subterráneo hasta el elevado.
Si el agua regresa a su nivel
inicial libera la energía
almacenada cuando fue
bombeada.
Tanque
Elevado
Tanque Subterráneo
Energía
almacenada
Energía
liberada
Motobomba

26. Corriente y tensión eléctrica
Cinemática
Energía
Potencial
Energía
Cinética
Electricidad
Voltaje o
tensión eléctrica
Corriente
eléctrica
Tanque
Elevado
Tanque Subterráneo
Motobomba

27. Corriente y tensión eléctrica
Tanque
Elevado
Caída
Caída
Nivel #1
Nivel #2
El voltaje representa la
posibilidad o el potencial
para liberal energía
almacenada por medio
de movimiento de
electrones.
El potencial eléctrico,
tensión eléctrica o
voltaje siempre es
referenciado entre dos
puntos.

28. Corriente y tensión eléctrica
Medíos de generación de voltaje eléctrico:
Reacción
Química
Radiación
Electromagnética
Inducción
Electro-
magnética

29. Corriente y tensión eléctrica
Una fuente de voltaje tiene dos puntos
de contacto.
Las cuatro líneas indican que se trata de
una batería.
Los signos “+” y “-” indican el terminal
cargado “positivamente” y el terminal
cargado “negativamente”.
Desde el terminal (-) se empujarán los
electrones y se atraerán al terminal (+).
Batería
Símbolo

30. Corriente y tensión eléctrica
Analogía con los tanques de agua
Batería
eléctrica
Sin flujo Batería
Tanque
Elevado
Tanque Subterráneo
Sin flujo
(el tanque está lleno)
Motobomba

31. Corriente y tensión eléctrica
Batería
Circuito Eléctrico
Flujo de electrones
Flujo de
agua
Motobomba
Tanque
Elevado
Tanque Subterráneo
Analogía con los tanques de agua

32. Corriente y tensión eléctrica
Sin flujo
Batería Abierto
Caída de
Voltaje
(Polaridad)
Sin flujo

33. Corriente y tensión eléctrica
Resumen:
• Los electrones fluyen a través de un conductor por la
misma fuerza de repulsión y/o atracción manifiesta en la
electricidad estática.
• El voltaje es la medida específica de energía potencial
(energía potencial por unidad de carga) entre dos niveles,
a veces llamada también “caída” de tensión.
• Una fuente de voltaje conectada a un circuito causará un
flujo uniforme de electrones a través del circuito llamado
corriente.
• La orientación (+/-) de la caída de tensión determina la
dirección del flujo, se conoce como polaridad.

34. Resistencia eléctrica
VOLTAJE
RESISTENCIA
CORRIENTE

35. Resistencia eléctrica
Si se cierra un circuito sin
resistencia eléctrica se
produce una gran flujo de
electrones que liberan
grandes cantidades de
energía.
Corto Circuito

36. Resistencia eléctrica
Los electrones fluyen a
través del filamento de la
bombilla que ejerce un
oposición al movimiento.
La oposición depende del
tipo de material, del área
transversal, la longitud y la
temperatura.
Técnicamente se conoce
como resistencia eléctrica.
Flujo de
Electrones

37. Resistencia eléctrica
La resistencia eléctrica limita
la cantidad de corriente a
través del circuito.
Cuando los electrones se
mueven contra la resistencia
eléctrica, se crea una
“fricción” que se manifiesta
en forma de calor.
Flujo de
Electrones
La resistencia del filamento de la lámpara transforma la
energía eléctrica en calor y luz.

38. Resistencia eléctrica
Note que la conmutación
entre encendido y
apagado de la lámpara
esta determinado por la
interrupción intencional
del flujo de electrones
dada por el interruptor.
Circuito Abierto
Flujo de
Electrones
Interruptor

39. Corriente y tensión eléctrica
Resumen:
• La resistencia eléctrica es la medida de oposición de la
corriente eléctrica.
• Un corto circuito es un lazo cerrado que ofrece muy poca
resistencia a el flujo de electrones. Los cortos circuitos
son peligrosos con fuentes de alto voltaje debido a que
una gran cantidad de energía puede ser liberada.
• Un circuito abierto se determina por que la continuidad
ha sido interrumpida y por ende la corriente.
• El dispositivo para abrir o cerrar circuitos bajo
condiciones controladas se denomina interruptor.

40. Corriente y tensión
en un circuito eléctrico
TensiónPila AAA 1.5V
Corriente

41. Corriente y tensión en un circuito eléctrico
Batería
Potencial

42. Flujo convencional
versus flujo de electrones
Potencial
eléctrico
Caída de
voltaje
Electrones
Potencial
eléctrico
Caída de
voltaje
Corriente

43. Corriente y tensión en un circuito eléctrico
Benjamin Franklin sentó un
precedente para la notación
eléctrica que existe hasta hoy.
La verdadera dirección de los
electrones fue descubierta
tiempo después, pero la
nomenclatura de “positivo” y
“negativo” ya estaba bien
establecida y no se cambió.
Batería
-
+
Flujo de corriente
Flujo de electrones

44. Corriente y tensión en un circuito eléctrico
Incluso la nomenclatura de B. Franklin ha sido adoptada tanto
en la simbología como en la fabricación de dispositivos
eléctricos. Tal es el caso del diodo rectificador.
Por esta sola razón, mucha gente escoge trazar el flujo
convencional para el movimiento de la carga en un circuito.
Solo habrá que recordar que el flujo de los electrones es en el
sentido contrario.

45. Corriente y tensión en un circuito eléctrico
https://www.youtube.com/watch?v=bXDJTNQ0-mg