Tallerelectricidad[1] by ANA MARTINEZ JUAREZ

I. INTRODUCCIÓN

stamos acostumbrados a utilizar aparatos eléctricos sin saber cómo funciona la electricidad. Pero, ¿por qué se enciende una bombilla cuando le damos al interruptor? ¿Por qué es más fácil que nos dé un calambrazo si estamos mojados? ¿Por qué los enchufes tienen dos agujeros en vez de uno? En este tema vamos a aprender cómo funciona la electricidad, para poder responder preguntas sobre ésta, sin sabernos la respuesta de memoria, sino razonando sobre lo que sabemos. Vamos a aprender también a diseñar circuitos eléctricos que hagan lo que nosotros queramos. Para poder entender los fenómenos eléctricos debemos conocer cómo está constituida la materia. La materia está formada por partículas muy pequeñas llamadas átomos. A su vez, los átomos están constituidos por electrones que se mueven alrededor de un núcleo, constituido por protones y neutrones. Los protones y los electrones tienen una Fig 2: Formación de iones a partir de un átomo neutro. propiedad conocida como carga eléctrica. Esta propiedad es la responsable de que ocurran los fenómenos eléctricos. Una característica de las cargas, es que las cargas del mismo signo se repelen, mientras que las cargas con diferente signo se atraen (tal y como muestra la figura). Si frotamos un bolígrafo con nuestro jersey de lana, veremos que este es capaz de atraer pequeños trozos de papel. Decimos que el bolígrafo se ha electrizado.

Fig 1: Estructura básica de un átomo. Mientras que los neutrones no poseen carga eléctrica, la carga de un electrón es igual a la carga eléctrica de un protón, pero de distinto signo, y por convenio: Los electrones tienen carga negativa Los protones poseen carga positiva. Como la carga de un electrón es muy pequeña, en el Sistema Internacional (S.I.), para expresar la cantidad de carga se emplea como unidad la carga de 6,242· ·1018 electrones (6,242 trillones de electrones), llamada Culombio o Coulomb (C). En general, los materiales son neutros; es decir existe un equilibrio entre el número de cargas negativas (electrones) y positivas (protones). Sin embargo, en ciertas ocasiones los electrones pueden moverse de un material a otro originando cuerpos con cargas positivas (con defecto en electrones) y cuerpos con carga negativa (con exceso de electrones), pudiendo actuar sobre otros cuerpos que también están cargados.

II. CORRIENTE ELÉCTRICA Y MAGNITUDES ELÉCTRICAS 1.MATERIALES AISLANTES Y CONDUCTORES:

Hay materiales, como los plásticos, en los que los electrones Por tanto, para adquirir carga eléctrica, es decir, para no se mueven de un átomo a otro. Estos materiales se llaman electrizarse, los cuerpos tienen que ganar o perder aislantes. electrones.

En otros materiales, los electrones se pueden mover con cierta facilidad. Estos materiales se denominan conductores. Son buenos conductores los materiales que ofrecen poca resistencia al paso de los electrones, como por ejemplo los metales (plata, cobre, aluminio, etc.).

2.CORRIENTE ELÉCTRICA Y TENSIÓN (V) Si conectamos dos elementos entre sí (por medio de un material conductor) y uno de ellos tiene mayor carga eléctrica negativa que el otro, decimos que tiene mayor tensión o potencial eléctrico. Una vez conectados, los electrones en exceso de uno serán atraídos a través del hilo conductor (que permite el paso de electrones) hacia el elemento de menor potencial, hasta que las cargas eléctricas de los dos cuerpos se equilibren. Se trata de un fenómeno similar al que tiene lugar cuando colocamos dos recipientes con distinto nivel de agua y los conectamos entres sí mediante un tubo: el líquido pasa de un recipiente a otro a través del tubo hasta que los niveles se igualan. La corriente eléctrica se puede definir como el flujo de electrones a través de un material conductor desde un cuerpo con carga negativa (exceso de electrones) a un cuerpo con carga positiva (deficitario en electrones). Sentido de la corriente

agujeros? En cierto sentido, el funcionamiento de la electricidad se parece a la circulación de agua por tuberías. En el ejemplo del agua sería como colocar una punta de la tubería en un punto alto (polo negativo) y la otra punta en un punto bajo (polo positivo) Entonces el agua bajará hacia el extremo inferior de la tubería. Cuanto mayor sea la tensión eléctrica, con más fuerza recorrerán los electrones el conductor (al igual que cuanto mayor sea el desnivel en una tubería por la que circula el agua, mayor será su velocidad y fuerza). Por tanto, si no hay tensión entre dos puntos no habrá corriente eléctrica.

3.INTENSIDAD DE CORRIENTE (I) En el ejemplo del agua, la cantidad de agua que pasa por una tubería en un segundo se llama caudal. Por ejemplo, podemos decir que una tubería tiene un caudal de 1 L litro por segundo. Eso quiere decir que cada segundo pasa 1L de agua por la tubería. A semejanza del ejemplo del agua, en un punto de un circuito, la intensidad de corriente será la cantidad de carga (Q) que pasa por un punto del circuito por unidad de tiempo (t).

Intensidad (I) =

Cantidad de c arg a ( Q) tiempo ( s )

Su unidad, en el S.I; es el Amperio (A) que se podrá definir como la intensidad de corriente que transporta 1 culombio en un segundo.

1 Amperio = Flujo de electrones

Fig 3: Flujo de electrones hacia el polo positivo de una pila.

1Culombio 1segundo

La intensidad de corriente se mide con un dispositivo llamado amperímetro, que se colocará en serie con el receptor cuya intensidad queremos medir. Cuanto mayor sea el número de electrones que pase por el cable cada segundo, mayor será la intensidad.

Por tanto, para la corriente eléctrica se produzca es necesario que entre los extremos del conductor exista una diferencia Mientras mayor sea la tensión. en los extremos de la pila, de potencial eléctrico; es decir, que en entre ambos mayor será la intensidad de corriente que circule por el circuito, es decir, más cantidad de electrones por segundo extremos exista un desnivel eléctrico o tensión (V). estarán atravesando el hilo conductor. La diferencia de potencial (d.d.p.), tensión o voltaje (V) es el trabajo que hay que realizar para transportar una carga positiva entre dos puntos de un circuito; es decir mide el desnivel eléctrico entre dos puntos del circuito. Su unidad, en el SI es el Voltio (V). La tensión entre dos puntos del circuito se mide con un voltímetro que se colocará en paralelo con el componente cuya tensión se va a medir. Esto lo podemos conseguir conectando cargas de distinto signo en los extremos del conductor (por ejemplo colocando una pila). Piensa: ¿por qué los los enchufes tienen dos

4.RESISTIVIDAD (ρ) Y RESISTENCIA (R) En cualquier conductor las cargas encuentran una oposición o resistencia a su movimiento (al igual que el agua en una tubería puede encontrarse con obstáculos que dificulten el flujo de agua). La resistividad (ρ) es una propiedad intrínseca de cada material (cada material tiene la suya), que indica la dificultad que encuentran los electrones a su paso.

La resistencia eléctrica (R) es la oposición que ofrece un material al paso de la corriente eléctrica. Se mide con el óhmetro y se expresa en ohmios (Ω). Esta resistencia (R) depende del material con qué está hecho (de la resistividad), de la longitud del cable, y de su sección, según la fórmula:

R = Re sistividad (ρ ) ·

Longitud del elemento (L ) L = ρ· Sección del elemento ( S ) S

5.MÚLTIPLOS Y SUBMÚLTIPLOS Al igual que pasa con las unidades de volumen o masa, en electricidad muchas veces es aconsejable expresar el voltaje, la intensidad de corriente o la resistencia en múltiplos o submúltiplos de sus unidades. Así, por ejemplo podemos expresar la intensidad en miliamperios (mA); es decir la milésima parte de un amperio; el voltaje en milivoltios (mV) o la resistencia en kiloohmios (kΩ) o megaohmios (MΩ).

III. CIRCUITOS ELÉCTRICOS Un circuito eléctrico es un conjunto de elementos conectados entre sí, que permiten establecer una corriente entre dos puntos, para aprovechar la energía eléctrica.

toda la tubería). Cuando ambos polos se unen mediante el hilo conductor, los electrones se mueven a través de él, desde el polo negativo al polo positivo.

SENTIDO DE LA CORRIENTE En una pila los electrones siempre salen de la pila por el polo negativo (cátodo), recorren todos los elementos del circuito y entran de nuevo en la pila, pero ahora por el polo positivo (ánodo). Antes de que se descubriese que la corriente eléctrica es el resultado del movimiento de los electrones por un circuito, se pensaba que era debida al movimiento de cargas positivas. Los electrones circulan siempre hacia el polo positivo (ánodo de la pila); por lo que la corriente circulará en sentido contrario (desde el polo positivo hacia el negativo). En la figura el sentido de la corriente viene indicado por el sentido de las flechas.

Todo circuito eléctrico se compone, al menos, de unos elementos mínimos (generador, receptor y conductor). Sin 2.LOS RECEPTORES embargo la en la mayoría de los casos los circuitos suelen incorporar otros dispositivos, los elementos de maniobra y Los receptores: son los elementos encargados de convertir la los de protección. energía eléctrica en otro tipo de energía útil de manera directa, como la lumínica, la mecánica (movimiento), 1.LOS GENERADORES O FUENTES DE calorífica, etc. Los receptores eléctricos más usuales en TENSIÓN nuestro taller serán las lámparas o bombillas, timbres, resistencias eléctricas, motores.... Los generadores son los elementos que transforman cualquier forma de energía en energía eléctrica. Proveen al 3.LOS CONDUCTORES circuito de la necesaria diferencia de cargas entre sus dos polos o bornes (tensión), y además, son capaces de Los conductores son los elementos que conectan los mantenerla eficazmente durante el funcionamiento del distintos elementos del circuito permitiendo el flujo de circuito. Ejemplos de ellos son las pilas y baterías y las fuentes electrones. de alimentación. Un generador consta de dos polos, uno negativo (cátodo) y uno positivo (ánodo). No basta con conectar un extremo del conductor al polo negativo del que salen los electrones. Hay que conectar el Para transportar los electrones de un sitio a otro se utilizan otro extremo al polo positivo, al que vuelven los electrones. Si cortamos el cables de metal, normalmente de cobre, y recubiertos de cable en un punto, los electrones se detienen en todo el cable plástico para que los electrones no salgan del cable. (al igual que cuando cerramos un grifo el agua se detiene en

4.ELEMENTOS DE CONTROL (DE MANIOBRA) 5.ELEMENTOS DE PROTECCIÓN Son los dispositivos usados para dirigir o interrumpir el paso Son los elementos encargados de proteger al resto de los de corriente. Los más importantes son los interruptores, elementos del circuito frente corrientes demasiado elevadas conmutadores, pulsadores y relés. o frente a derivaciones o fugas de potencia. Son los fusibles, interruptores diferenciales y los interruptores magnetotérmicos.

SIMBOLOGÍA NORMALIZADA A la hora de dibujar los circuitos eléctricos en un plano, no se utiliza una representación realista de los diferentes elementos que los componen (sería más lento y costoso). En su lugar, utilizamos una serie de símbolos para representar dichos dispositivos. En la siguiente tabla vemos algunos de ellos, así como su función SÍMBOLOS

DISPOSITIVO

FUNCIÓN

Pila GENERADORES

Generan corriente continua Batería

RECEPTORES

ELEMENTOS DE CONTROL O MANIOBRA

ELEMENTO DE PROTECCIÓN INSTRUMENTOS DE MEDIDA

Lámpara o bombilla

Produce luz

Resistencia

Produce calor y limita el paso de corriente

Motor de corriente continua

Genera movimiento

Timbre o zumbador

Produce sonido

Altavoz

Produce sonido

Interruptor

Permite o impide el paso de corriente

Conmutador

Permite alternar la corriente entre dos circuitos

Pulsador (NC)

Interruptor que permite el paso de corriente mientras no es accionado, impidiéndolo en caso contrario.

Pulsador (NA)

Interruptor que permite el paso de corriente sólo mientras es presionado, impidiéndolo en caso contrario.

Fusible

Protege al circuito

Amperímetro

Mide intensidades de corriente

Voltímetro

Mide voltajes o tensiones

EJEMPLOS DE CIRCUITOS A la derecha podemos ver un circuito formado por: ➢ una pila de 9 V ➢ una bombilla ➢ y un interruptor. A su derecha figura el esquema simbólico del mismo

A la derecha podemos ver un circuito formado por: ➢ una pila de 9 V ➢ una resistencia ➢ una bombilla ➢ un pulsador A su derecha figura el esquema simbólico del mismo

A la derecha podemos ver un circuito formado por: ➢ una pila de 9 V ➢ una resistencia ➢ dos bombillas ➢ y un pulsador. A su derecha figura el esquema simbólico del mismo A la derecha podemos ver un circuito formado por: ➢ una pila de 9 V ➢ una resistencia ➢ una bombilla ➢ un zumbador ➢ y un conmutador Fíjate que a diferencia del interruptor, el conmutador tiene tres contactos (en lugar de 2). A su derecha figura el esquema simbólico del mismo. A la derecha podemos ver un circuito formado por: ➢ una pila de 9 V ➢ un interruptor ➢ tres bombillas A su derecha figura el esquema simbólico del mismo.

CIRCUITOS BÁSICOS (SERIE,PARALELO Y MIXTO) Un CIRCUITO EN SERIE, es aquel que tiene conectados sus receptores uno a continuación del otro. (En el circuito de la derecha, las bombillas y la resistencia están conectadas en serie). Las características de este tipo de circuito son: ✔ Si uno de los elementos del circuito deja de

Fig 4: Circuito donde las tres bombillas están colocadas en

funcionar el resto tampoco funcionan. serie (una a continuación de las otras). ✔ El voltaje de la pila se reparte entre todos los receptores conectados en serie (por eso las bombillas brillan poco) ✔ La intensidad de la corriente que atraviesa cada receptor es la misma para todos los receptores. Un CIRCUITO PARALELO, es aquel que tiene conectados los terminales de sus receptores unidos entre si. (En el circuito de la derecha, las bombillas y la resistencia están conectadas en paralelo.) Las características de este tipo de circuitos son: ✔ Si uno de los elementos deja de funcionar, el

Fig 5: Circuito donde las tres bombillas están colocadas en

resto funciona normalmente, como si no paralelo (con los terminales unidos entre sí). hubiese pasado nada. ✔ Todos los receptores funcionan con la misma tensión (todas las bombillas lucen con la misma intensidad e igual a como lucirían si estuviesen ellas solas conectadas a la batería). ✔ La intensidad de la corriente que genere la pila se reparte entre todos los receptores. Cabe citar que los elementos eléctricos de nuestras viviendas están conectados en paralelo. Un CIRCUITO MIXTO, es aquel que tiene elementos en paralelo y en serie. (Por ejemplo, las bombillas 2 y 3 están conectadas en paralelo; al mismo tiempo que están conectadas en serie con la 1). Estos circuitos poseen las características de los dos circuitos, por lo que se tiene que resolver poco a poco por partes: en primer lugar se resuelven los elementos que están en paralelo, y luego los que están en serie

IV. LEY DE OHM 1.LEY DE OHM En 1822 científico George Simon Ohm, relacionó la intensidad de corriente, la tensión y la resistencia, enunciando la ley de Ohm de la forma siguiente:

Ley de Ohm: La intensidad de corriente que circula por un hilo conductor es directamente proporcional a la tensión entre sus extremos e inversamente proporcional a la resistencia Esta ley, que se cumple siempre en todos los elementos sometidos a tensión y por los que circula intensidad de

Fig 6: Circuito mixto, donde las bombilla 1 está en serie con respecto a las bombillas 2 y 3, que están en paralelo una con respecto a la otra. corriente, se puede expresar de forma matemática como:

Intensidad (I) =

Voltaje ( V ) Re sistencia (R )

De donde se deduce que:

1Amperio =

1 Voltio 1 Ohmio

Así, en un conductor cuya resistencia sea de 1, y en el se aplique una tensión de 1 V la intensidad de corriente será de 1 A. Es importante saber que no podemos variar la intensidad de un circuito de forma directa. Según la Ley de Ohm para hacerlo tendremos que, obligatoriamente, modificar la tensión o la resistencia.

2.APLICACIONES DE LA LEY DE OHM La ley de Ohm nos va permitir conocer la tensión, intensidad o resistencia en cualquier punto del circuito. Vamos a ver algunos ejemplos:

Los cálculos de las magnitudes en un circuito es relativamente fácil cuando únicamente se tiene conectado un receptor al generador. Sin embargo, estos cálculos son más complejos cuando se integran dos o más receptores en el mismo circuito, ya que dependen de como estén colocados dichos receptores.

EJERCICIO RESUELTO Se conecta una resistencia de 3 kΩ a una pila de 9 V. ¿Cuál será la intensidad que recorre el circuito? El primer paso es expresar las magnitudes en unidades apropiadas. En nuestro caso, 3 kΩ = 3000 Ω. A continuación, substituimos las magnitudes conocidas (en el ejemplo, la tensión y la resistencia) en la fórmula de la ley de Ohm, para calcular la magnitud desconocida (en este caso la intensidad).

CIRCUITO EN SERIE En el circuito mostrado la pila tiene una diferencia de potencial de 9 Voltios y la resistencia de las bombillas es de 200 Ω cada una. Calcular la resistencia total o resistencia equivalente, la intensidad de corriente y la tensión en cada una de las bombillas.

V 9V = = 0.003 A = 3mA R 3000 Ω

Por último, expresaremos el resultado en la unidad adecuada (en este caso mA). Por tanto, por el circuito circularán 3 mA. Como se trata de un circuito en serie, se cumplirá: Del ejemplo anterior podemos intuir las funciones de las resistencias. Estas funciones son el limitar y regular la cantidad de corriente que circula por un determinado circuito; y proteger algunos componentes por los que no debe circular una intensidad de corriente elevada. Por ejemplo, si a una pila de 9 V le conectamos directamente una bombilla de 3 V, ésta se fundirá (Figura 7A). Para evitar que se funda, podemos colocar una resistencia en serie con la bombilla para que se quede con, al menos, los 6 V que nos sobran (Figura 7B). Así, sólo le llegarán 3 V a la bombilla.

Fig 7: Función de la resistencia. A B

✗ La resistencia total del circuito o resistencia

equivalente es la suma de las resistencias que lo componen (RT = R1 + R2). RT = R1 + R2 =200 Ω + 200 Ω = 400 Ω ✗ La intensidad de corriente que circula es la misma

por todos los elementos (IT = I1 = I2). Empleando la ley de Ohm IT =

V 9V = = 0.0225 A = 22,5 mA R T 400 Ω

✗ Puesto que la intensidad que circula por cada

bombilla es la misma, las dos lámparas lucirán igual (con la misma intensidad)

✗ La tensión generada por el generador se reparte

EJERCICIO RESUELTO Para el circuito de la figura 7A, calcular cuál debe ser el valor mínimo de la resistencia para que no se funda la bombilla, suponiendo que ésta soporte una tensión máxima de 3 V y que la intensidad que circula por la lámpara es de 0,2 A.. Como la lámpara soporta una tensión de 3V, y la fuente proporciona 9V, la resistencia que coloquemos deberá reducir la tensión en 6 V. Aplicando la Ley de Ohm.

V 6V R= = = 30Ω I 0,2 A

Por tanto, deberemos conectar una resistencia de al menos 30 Ω

entre los distintos elementos (VT = V1 + V2). De la ley de Ohm podemos obtener la tensión en cada elemento: V1 = I1· R1 = 0,0225 A · 200 Ω = 4,5V V2 = I2 · R 2 = 0,0225 A · 200 Ω = 4,5V pudiendo comprobar que realmente se cumple: VT = V1 + V2 = 4,5 V +4,5 V =9 voltios Como resultado del reparto de tensiones entre las dos bombillas éstas lucirán menos de lo que lo harían si sólo estuviera una sola de ellas.

CIRCUITO EN PARALELO En el circuito de la figura la tensión proporcionada por la batería es de 9 V y la resistencia de las bombillas es de 200 Ω cada una. Calcular la resistencia total o resistencia equivalente, la intensidad de corriente y la tensión en cada una de las bombillas.

CIRCUITO MIXTO En el circuito mostrado, la pila proporciona una tensión de 9 V y la resistencia individual de las bombillas es de 200 Ω. Calcular la resistencia total o resistencia equivalente, la intensidad de corriente y la tensión en cada una de las bombillas.

Como se trata de un circuito en paralelo, se cumplirá: ✗ La resistencia total o resistencia equivalente se

R ·R I I I 200Ω · 200Ω = + ⇒ RT = 1 2 = = 100Ω R T R1 R 2 R1 + R 2 200Ω + 200Ω

Estos circuitos poseen las características de los dos circuitos, por lo que se tiene que resolver poco a poco por partes. En primer lugar se resuelven los elementos que están en paralelo (bombillas 2 y 3), y luego los que están en serie.

✗ La intensidad de corriente total que sale del

✗ La resistencia equivalente de las bombillas en paralelo

podrá obtener sabiendo que su inversa es la suma de las inversas de las resistencias que lo componen.

generador se reparte por todos los elementos (IT = I1 + I2). Empleando la ley de Ohm. V 9V IT = = = 0.09 A = 90 mA R T 100 Ω

✗ La tensión en cada receptor es igual a la del

generador (VT = V1 = V2):

VT = V1 = V2=9 V ✗ Aplicando

la Ley de Ohm, conoceremos las intensidades de corriente individuales:: I1 =

V 9V = = 0.045 A = 45 mA R1 200 Ω

V 9V I2 = = = 0.045 A = 45 mA R 2 200 Ω

(RP) será: R ·R I I I 200Ω · 200Ω = + ⇒ RT = 2 3 = = 100Ω RP R 2 R3 R 3 + R 3 200Ω + 200Ω ✗ La resistencia total será la suma de RP y R1.

RT =RP + R1=100Ω + 200Ω =300Ω ✗ De la ley de Ohm podemos obtener la intensidad

de corriente total: IT =

V 9V = = 0.03 A = 30 mA R T 300 Ω

✗ Ahora, que ya conocemos la resistencia y la

intensidad total, podemos tratar el circuito como si fuese un circuito en serie como el de la figura:

✗ Como comprobación :

IT = I1 + I2 = 90 mA ✗ Resumiendo: ✔ En este caso la intensidad de corriente, es decir el

número de electrones que atraviesa el circuito por segundo es mucho mayor que en el caso del circuito en serie. Por consiguiente la batería se agotará mucho antes. ✔ Puesto que la tensión aplicada entre los terminales de cada bombilla es la misma, e igual a la de la fuente, las bombillas alumbrarán ambas con la misma intensidad. ✔ Además como la intensidad en cada bombilla es

mayor (45 mA) que en el circuito en serie (22,5 mA) las bombillas iluminarán en mayor medida que cuando están colocadas en serie.

✗ La intensidad de corriente que circula tanto por la

bombilla 1 como por la resistencia equivalente del paralelo, será igual a la total. IT = I1 = IP = 30 mA

✗ Aplicando la ley de Ohm, conoceremos la tensión

que hay tanto en la bombilla 1 como en la resistencia equivalente del paralelo (VP)de las bombillas 2 y 3. V1 = I1· R1 = 0,030 A · 200 Ω = 6 V VP = V2 = V3 = IP · R P = 0,030 A ·100 Ω = 3V

✗ Como comprobación:

VT = V1 +VP =6V + 3 V =9V ✗ Aplicando de nuevo la Ley de Ohm conoceremos las

intensidades de corriente en las bombillas 2 y 3:

I2 =

VP 3V = = 0.015 A = 15mA R 2 200 Ω

I3 =

VP 3V = = 0.015 A = 15mA R 3 200 Ω

✗ Como comprobación:

Su expresión matemática es: Energía (E) = Potencia (P) · tiempo (t) = P · t

Tabla 1: Potencia eléctrica aproximada de algunos electrodomésticos. Electrodoméstico

Potencia orientativa

Aire acondicionado

4000 W

Horno eléctrico

2500 W

Secadora

2300 W

Secador de pelo

1500 W

IP = I2 +I1 =15 mA + 15 mA = 30 mA

Aspiradora

1200 W

✗ Resumiendo: la intensidad de corriente que circula a

Tostadora

1200 W

Horno microondas

1000 W

Plancha

1000 W

Lavadora

400 W

Nevera

500 W

través de la bombilla 2 y 3 es la mitad de la que circula a través de la bombilla 1. Como consecuencia las bombillas 2 y 3 lucirán menos que la 1.

V. POTENCIA ELÉCTRICA Y ENERGÍA ELÉCTRICA La energía eléctrica que se consume en los circuitos eléctricos se transforma en luz, movimiento, calor... para expresar la energía consumida por unidad de tiempo se recurre a la potencia eléctrica. Se define la potencia (P) de un aparato eléctrico como la cantidad de trabajo que es capaz de realizar en un tiempo determinado. Su unidad en el S.I. es el vatio (W), que equivale a un julio (J) por segundo (s). Un múltiplo muy utilizado es el Kilovatio (kW), que equivale a 1.000 vatios.

Tabla 2: Comparativa de potencias de las lámparas incandescentes y las de bajo consumo. Las lámparas bajo consumo ahorran un 80% de energía y duran un promedio de 6000 horas; seis veces más que las incandescentes Bombilla tradicional de incandescencia

Lámparas de bajo consumo fluorescentes

25 W

6-7 W

40 W

7-9 W

60W

11-12 W

100W

18-20 W

150W

23-27 W

Por ejemplo, un aparato de 50 W de potencia es capaz de proporcionar una energía de 50 Julios cada segundo, o una bombilla de 100 vatios, consumirá una energía de 100 Julios cada segundo. La potencia está relacionada con el voltaje de la fuente de alimentación o generador y con la intensidad de corriente mediante la expresión: Potencia (P) = Tensión (V) · Intensidad (I) = V·I Aplicando la ley de Ohm podemos obtener fórmulas equivalentes para conocer la potencia eléctrica P = V · I =I2 · R = V2 / R Se llama la energía eléctrica a la energía que puede obtenerse a partir de una corriente eléctrica. En el S.I. en Julios (J). Sin embargo, en el caso de la energía eléctrica suele emplearse el kilovatio hora (kWh)

75 W

EJERCICIO RESUELTO La lámpara de tu mesa de estudio posee la siguientes indicaciones 230V y 60 W. Calcula la intensidad de corriente y el valor de la resistencia. De la fórmula de la potencia: P = V· I ⇒ I = P=

P 60 W = = 0,261A V 230 V

V2 V 2 60 2 W 2 3600 W 2 ⇒ R= = = = 15,65 Ω R P 230 V 230 V

EJERCICIO RESUELTO La secadora de tu casa tiene una potencia de 1500 W, y el secado dura 2 horas. ¿Cuánta energía consumirá? ¿Cuánto me cuesta cada secado si el precio del kWh es de 15 céntimos? Energía consumida: E =1,5 kW · 2 h =3 kWh Precio: 3 kW · 0,15 €/kWh = 0,45 €

EJERCICIO RESUELTO Calcula cuánto ahorrarías al año al substituir las 20 lámparas de 100 W de una casa, por otras tantas de bajo consumo equivalentes (20 W). Supondremos una media de 400 h de funcionamiento al año para cada lámpara y un coste del kWh de 15 céntimos . La diferencia entre las potencias de las lámparas es de 80 W, por lo que en un año nos ahorraremos:

2.ENERGÍA LUMÍNICA (LUZ) Al ser atravesados por la corriente, los cuerpos incrementan su temperatura. Si este aumento es importante, los cuerpos se vuelven incandescentes, es decir, comienzan a emitir luz. Al principio la luz es roja y a medida que sigue aumentando la temperatura la luz tiende al blanco. En este fenómeno de incandescencia se basa el funcionamiento de las bombillas convencionales, llamadas por ello, lámparas de incandescencia. En dichas lámparas, el filamento de wolframio (un metal) alcanza unas temperaturas de 2000-3000ºC al pasar por el la corriente. Para evitar que se queme, el filamento se encierra en una ampolla de vidrio en la que se elimina el oxígeno (haciendo vacío o conteniendo una mezcla de argón y nitrógeno).

80 W · 400 h = 32000 Wh = 32 kWh por cada lámpara. 32 kWh · 20 lámparas = 640 kWh Si consideramos un precio de 0,15 €/kWh entonces nos ahorraremos: 640 kWh · 0,15 €/kWh = 96 €

VI. EFECTOS DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA La corriente eléctrica causa diversos efectos sobre los elementos que atraviesa, transformándose en otros tipos de energía. Este año estudiaremos algunos de dichos efecto.

1.ENERGÍA CALORÍFICA (CALOR) Cuando los electrones circulan por un conductor, chocan contra las partículas (núcleos y electrones) del material por el que circulan. De este modo la energía que transportan se convierte en energía calorífica. Este fenómeno se conoce con el nombre de efecto Joule. Dicho efecto es por un lado un inconveniente, ya que se pierde energía eléctrica al hacer circular la corriente por cualquier conductor. Sin embargo, puede aprovecharse en equipos como planchas, hornos, secadores, cafeteras y en cualquier dispositivo eléctrico que transforma la energía eléctrica en calor. Los elementos empleados para producir calor a partir de la luz eléctrica son las resistencias.

3.ENERGÍA MECÁNICA (MOVIMIENTO) La conversión de energía eléctrica en mecánica se realiza a través de motores, por ejemplo, en un tren eléctrico, en una batidora, en un exprimidor, en un ventilador... Su funcionamiento se basa en el fenómeno de inducción electromagnética. En dicho efecto, la corriente que pasa por un conductor genera a su alrededor un campo electromagnético, comportándose como un imán. Este efecto se utiliza en los motores eléctricos, los cuales aprovechan las fuerzas de atracción y repulsión entre un imán y un hilo conductor enrollado colocado en su interior. Estas fuerzas provocan el movimiento del eje del motor.

EJERCICIOS TEMA 6: ELECTRÓNICA 1. Indica la carga total de los átomos que poseen las siguientes partículas: a) 8 protones y 6 electrones

b) 20 protones y 18 electrones

c) 13 protones y 10 electrones

d) 17 protones y 18 electrones

2. Calcula la cantidad de carga y la intensidad de corriente que atraviesa un conductor por el que circulan: a) 6,24 ·1018 electrones en 2 segundos

b) 12,48 ·1018 electrones en 1 segundo

c) 3,12 ·1018 electrones en 5 segundos

d) 18,72 ·1018 electrones en 10 segundos

e) 3.12 ·1018 electrones en 2 segundos

f) 12,48 ·1018 electrones en 0,5 segundos

3. Calcula la cantidad de carga que circula por un conductor en 5 s si las intensidades de corriente son: a) 2A b) 100 mA c) 0,5 A

d) 15 mA

4. Relaciona mediante flechas los términos de las siguientes columnas: a) Intensidad 1. Cantidad de carga que circula por un punto determinado de un circuito por unidad de tiempo. b) Resistencia 2. Desnivel eléctrico entre dos puntos de un circuito. c) Cantidad de carga 3. Carga total que circula a través de un circuito eléctrico. d) Tensión 4. Oposición que ofrecen los elementos del circuito al paso de corriente. e) Corriente eléctrica 5. Flujo de electrones a través de un material conductor 5. Relaciona mediante flechas los términos de las siguientes columnas: a) b) c) d)

Tensión Intensidad Cantidad de carga Resistencia

1. 2. 3. 4.

● ● ● ●

Amperio Culombio Ohmio Voltio

V A C Ω

6. Relaciona cada magnitud con su instrumento de medida a) Tensión b) Intensidad c) Resistencia

1. Amperímetro 2. Óhmetro 3. Voltímetro

7. Relaciona mediante flechas los términos de las siguientes columnas: ABREVIATURA MAGNITUD ● ● ● ●

I V Q R

MAGNITUD ● ● ● ●

Resistencia Intensidad Cantidad de carga Tensión

DEFINICIÓN ● ● ● ●

Cantidad de carga que circula por un punto determinado de un circuito por unidad de tiempo. Desnivel eléctrico entre dos puntos de un circuito. Cantidad de carga que circula por un circuito Oposición que ofrecen los elementos del circuito al paso de corriente.

UNIDAD ● ● ● ●

Amperio Ohmio Voltio Culombio

8. Indica cuál de las siguientes frases es falsa y corrígela: a) Los electrones poseen carga positiva b) Las cargas con mismo signo se atraen, mientras que las cargas con distinto signo se repelen. c) Para que los electrones circulen a lo largo del circuito únicamente se precisa conectar el circuito a uno de los terminales de la pila o batería. d) El sentido de la corriente eléctrica es contrario al del flujo de electrones. e) Las cargas positivas atraen a las cargas positivas, mientras que las cargas negativas atraen a las negativas. f) Los electrones circulan hacia el polo positivo de la pila o batería. g) En un circuito donde no exista tensión eléctrica no existirá corriente eléctrica. h) La intensidad de corriente es la cantidad de electrones que circula por un circuito. 9. Haz un esquema de los componentes de un circuito

10. Dibuja los esquemas simbólicos de los siguientes circuitos. a) b)

11. Sobre los esquemas dibujados en el ejercicio anterior indica mediante flechas el sentido de la corriente eléctrica: (considera que los pulsadores y/o los interruptores que aparecen representados están cerrados). 12. Para cada símbolo representado indica el dispositivo eléctrico que representa: b) c) a)

13. Clasifica cada elemento de un circuito con el tipo de dispositivo DISPOSITIVO a) b) c) d) e) f) g)

Hilo de cobre Pila Voltímetro Interruptor Fusible Lámpara Resistencia

TIPOS DE DISPOSITIVO

h) i) j) k) l) m) n)

Zumbador Altavoz Interruptor diferencial Pulsador Batería Conmutador Amperímetro

1. 2. 3. 4. 5. 6.

Generador Conductor Receptor Elemento de control Elemento de protección Instrumento de medida

14. Identifica qué elementos de los siguientes circuitos están en serie y cuales en paralelo:

15. En un circuito se quieren conectar 2 baterías en serie y un voltímetro para medir la tensión resultante. (tal y como muestran las figuras) ¿Cuál es la tensión resultante para cada caso? a)

16. A partir del circuito de la figura, y despreciando la resistencia interna de cada bombilla contesta las siguientes preguntas razonando tus respuestas (sin hacer ningún cálculo): a) b) c) d) e)

¿Están todas las bombillas sometidas a la misma tensión? ¿Por qué bombilla circulará una mayor intensidad de corriente? ¿Cuál de las bombillas lucirá más? ¿Duraría más la pila si se conectaran las bombillas en serie? ¿Qué pasaría si se fundiese la bombilla conectada a la resistencia de 150 Ω?

17. Indica que pasará en el circuito de la figura en los siguientes casos: a) Se cierra el interruptor b) Se funde el motor con el interruptor cerrado c) Se abre el interruptor d) Se funde la lámpara con el interruptor cerrado

18. Indica que pasará en el circuito de la figura cuando: a) b) c) d)

Se abre el interruptor Se cierra el interruptor Se funde el motor con el interruptor cerrado Se funde cualquiera de las lámparas con el interruptor cerrado

19. Indica que pasará en el circuito de la figura cuando: a) Se abre el interruptor b) Se cierra el interruptor c) Se funde el motor con el interruptor cerrado d) Se funde el zumbador con el interruptor cerrado e) Se funde la lámpara con el interruptor cerrado 20. Indica que pasará en el circuito de la figura cuando: a) b) c) d)

Se cierre el interruptor 1 Se cierre el interruptor 2 (manteniendo el interruptor 1 cerrado). Con los dos interruptores cerrados, se funda la lámpara 2. Con los dos interruptores cerrados, se funda la el motor.

21. A la vista del siguiente circuito contesta a las siguientes preguntas: a) Indica para cada símbolo numerado el dispositivo eléctrico que representa. b) ¿Qué ocurre cuando el circuito se muestra en el estado representado? Indica mediante flechas el sentido de la corriente. c) ¿Qué ocurrirá cuando accionemos el elemento nº 6? d) ¿Qué pasará si accionamos el elemento nº 2, y después el elemento nº 6? e) ¿Qué pasará si se funde el dispositivo nº 5? 22. Relaciona las siguientes frases con el tipo de conexión de los elementos de un circuito (en serie o paralelo). a) Todos los receptores funcionan con la misma tensión b) Si uno de los elementos del circuito deja de funcionar el resto tampoco funcionan. c) La resistencia equivalente es igual a la suma de las resistencias individuales de cada receptor. d) Si uno de los elementos deja de funcionar, el resto funciona normalmente, como si no hubiese pasado nada. e) La intensidad de la corriente que genera la pila se reparte entre todos los receptores. f) La inversa de la resistencia equivalente es igual a la suma de las inversas de las resistencias individuales de cada receptor. g) El voltaje de la pila se reparte entre todos los receptores conectados. h) La intensidad de la corriente que atraviesa cada receptor es la misma para todos los receptores. 23. Vamos a repetir el experimento llevado a cabo por George Simon Ohm. En su experimento Ohm utilizó pilas de 5 V, las cuales fue incorporando, de una en una, a un circuito. Al mismo tiempo que iba incorporando pilas al circuito, Ohm fue midiendo, con un aparato llamado amperímetro, la intensidad de corriente en los circuitos resultantes; obteniendo los datos de voltaje e intensidad que figuran en la tabla. Voltaje

10 V

15 V

20 V

Intensidad

0,2 A

0,4 A

0,6 A

0,8 Ω

Relación V/I

a) Cubre los huecos de la tabla: b) ¿Permanece constante la relación V/I, o varía con la tensión? c) ¿Qué nombre recibe dicha relación? d) ¿Podrías decir cuál es la resistencia del circuito que empleó Ohm?

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TEMA 6: ELECTRICIDAD

24. ¿Cómo se llama la ley que relaciona la intensidad de corriente, su tensión y la resistencia? Enúnciala, y escribe la fórmula de dicha ley. 25. La siguiente tabla muestra los valores de la intensidad, resistencia y tensión de varios elementos de un circuito. Sin embargo se han borrado diversos valores. Calcula los valores que faltan indicando las operaciones necesarias. Voltaje

Resistencia

200 Ω

Intensidad

30 mA

10 V

12 mV

20 V 4Ω

60mA

26. La ley de Ohm se puede expresar como: a) V = I · R b) I = V · R

12 V

2 kΩ

50000 mA

R = V/I.

4 kΩ

10 Ω

0,015 A

0,1 kΩ

d) I = V/R

27. Es importante saber que no podemos variar la intensidad de un circuito de forma directa. Según la Ley de Ohm para hacerlo tendremos que, obligatoriamente, modificar la tensión o la resistencia. Di cuáles de las siguientes frases son verdaderas con respecto a la ley de Ohm:

a) b) c) d)

Al aumentar la resistencia de un circuito, disminuye la intensidad de corriente. Al disminuir la tensión, disminuye la intensidad de corriente que circula por el circuito. Al disminuir la resistencia, disminuye la intensidad de corriente que circula por el circuito. En un circuito dado, el producto de la resistencia por la intensidad permanece constante.

28. Obtén el valor de la resistencia equivalente a las siguientes resistencias: a)

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TEMA 6: ELECTRICIDAD

v) x)

29. Un circuito dispone de una pila de 9V, un pequeño motor eléctrico con una resistencia de 12 Ω, y dos pequeñas lamparas de 30 Ω cada una (todos los receptores están instalados en paralelo). Dibuja el esquema del circuito y averigua la resistencia equivalente del mismo, la intensidad total que sale del generador, y la que atraviesa cada uno de los receptores. 30. Relaciona mediante flechas los términos de las siguientes columnas: ABREVIATURA MAGNITUD ● ● ● ● ● ●

II VV QQ RR P E

MAGNITUD ● ● ● ● ● ●

Resistencia Intensidad Energía eléctrica Cantidad de carga Tensión Potencia

DEFINICIÓN ● ● ● ● ● ●

Cantidad de trabajo que es capaz de realizar un receptor en un tiempo determinado Cantidad de carga que circula por un punto determinado de un circuito por unidad de tiempo. Energía que puede obtenerse a partir de una corriente eléctrica. Desnivel eléctrico entre dos puntos de un circuito. Cantidad de carga que circula por un circuito Oposición que ofrecen los elementos del circuito al paso de corriente.

UNIDAD ● ● ● ● ● ●

Amperio Ohmio Vatio Kilovatio-hora Voltio Culombio

31. Una estufa funciona con una tensión de 127 V, a la cual la intensidad que circula por ella es de 7,87 A. ¿Cuál es la potencia de la estufa?. ¿Cuanta energía, expresada en kWh, consumirá en 90 minutos de funcionamiento? ¿Cuánto costará tener la estufa encendida durante 150 min si el precio del kWh es de 0,16 €? 32. Calcular la potencia de un horno eléctrico cuya resistencia es de 96,8 Ω cuando se conecta a una fuente de tensión de 220 V. ¿Cuanta energía, expresada en kWh, consumirá en 120 minutos de funcionamiento? ¿Cuánto costará tener el horno eléctrico calentando durante 75 min si el precio del kWh es de 0,16 €? 33. Un secador de pelo posee las siguientes indicaciones: 230 V y 2300W. Calcula la resistencia interna del secador y la intensidad de corriente. 34. Una batería de automóvil de 12 V proporciona 7,5 A al encender las luces delanteras. Cuando el conductor acciona la lleva de contacto con las luces encendidas, la corriente total llega a 40 A. Calcule la potencia eléctrica de las luces y del sistema de arranque del motor. 35. Calcula cuánto costará tener encendido toda la noche (8 horas) un radiador de 2500 W sabiendo que el precio del kWh es de 16 céntimos.

37. ¿Con qué nombre se conoce el efecto mediante el cual se produce calor al pasar los electrones a través de un conductor? ● Inducción electromagnético ● Efecto Coulomb ● Efecto Joule ● Efecto fotoeléctrico 38. ¿Con qué nombre se conoce el efecto en el que al circular la corriente a través de un conductor se genera un campo electromagnético a su alrededor? ● Efecto fotoeléctrico ● Efecto Joule ● Efecto Coulomb ● Inducción electromagnético 39. Elabora una lista con objetos que produzcan alguno de estos efectos (al menos 4 por efecto): ●

Calor:

●

Luz:

●

Movimiento

40. Indica en qué tipo de energía se transforma la electricidad en los siguientes aparatos (en algunos se transformará en varios tipos de energía)

(Refuerzo)

I. INTRODUCCIÓN La materia está formada por partículas muy pequeñas llamadas átomos. A su vez, los átomos están constituidos por electrones que se mueven alrededor de un núcleo, constituido por protones y neutrones. Los protones y los electrones tienen una propiedad conocida como carga eléctrica. Esta propiedad es la responsable de que ocurran los fenómenos eléctricos. Mientras que los neutrones no poseen carga eléctrica, la carga de un electrón es igual a la carga eléctrica de un protón, pero de distinto signo, y por convenio: Los electrones tienen carga negativa Los protones poseen carga positiva.

Fig 1: Estructura básica de un átomo. Como la carga de un electrón es muy pequeña, en el Sistema Internacional (S.I.), para expresar la cantidad de carga se emplea como unidad la carga de 6,242· ·1018 electrones (6,242 trillones de electrones), llamada Culombio o Coulomb (C). En general, los materiales son neutros; es decir existe un equilibrio entre el número de cargas negativas (electrones) y positivas (protones). Sin embargo, en ciertas ocasiones los electrones pueden moverse de un material a otro originando cuerpos con cargas positivas (con defecto en electrones) y cuerpos con carga negativa (con exceso de electrones). Por tanto, para adquirir carga eléctrica, es decir, para electrizarse, los cuerpos tienen que ganar o perder electrones.

Fig 2: Estructura básica de un átomo.

Una característica de las cargas, es que las cargas del mismo signo se repelen, mientras que las cargas con diferente signo se atraen (tal y como muestra la figura).

ACTIVIDADES 1. Rellena los huecos con las palabras apropiadas (electrones, neutrones, negativa, con cargas positivas electrones, neutros, átomos, positiva, carga eléctrica , protones, Culombio, con cargas positivas), ➢ La materia está formada por partículas muy pequeñas llamadas.......................... A su vez, los átomos están constituidos por ....................................que se mueven alrededor de un núcleo, constituido por......................... y..................................... Los protones y los electrones tienen una propiedad conocida como. Esta propiedad es la responsable de que ocurran los fenómenos eléctricos. ➢

En general, los materiales son.................................; es decir existe un equilibrio entre el número de cargas negativas (electrones) y positivas (protones). Sin embargo, en ciertas ocasiones los electrones pueden moverse de un material a otro originando cuerpos ............................... (con defecto en electrones) y ...................................... (con exceso de electrones).

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➢

Los protones poseen carga .....................................

➢

Los electrones tienen carga ....................................

➢

Para electrizarse (cargarse) los cuerpos tienen que ganar o perder ........................................

➢

Para expresar la cantidad de carga se emplea como unidad el ..............................................., que equivale a la carga de 6,242 trillones de electrones.

2. Indica cuales de estas frases son verdaderas (V) y cuáles son falsas (F) ➢ ➢ ➢ ➢ ➢

Los electrones tienen carga positiva. Las cargas positivas se repelen Las cargas negativas se atraen Las cargas de distinto signo se atraen. Las cargas del mismo signo se repelen.

3. Indica la carga total de los átomos que poseen las siguientes partículas (indica las cuentas): ➢

8 protones y 6 electrones

➢

20 protones y 18 electrones

➢

13 protones y 10 electrones

➢

17 protones y 18 electrones

➢

21 protones, 21 neutrones y 19 electrones

➢

45 protones, 45 neutrones y 47 electrones

II. CORRIENTE ELÉCTRICA Y MAGNITUDES ELÉCTRICAS Hay materiales, como los plásticos, la madera o los materiales cerámicos, en los que los electrones no se mueven de un átomo a otro. Estos materiales se llaman aislantes. En otros materiales, los electrones se pueden mover fácilmente entre los átomos que lo componen. Estos materiales se denominan conductores. Son buenos conductores los materiales que ofrecen poca resistencia al paso de los electrones, como por ejemplo los metales (plata, cobre, aluminio, etc.). La corriente eléctrica se puede definir como el movimiento de electrones a través de un material

conductor desde un cuerpo con carga negativa (exceso de electrones) a un cuerpo con carga positiva (deficitario en electrones). La corriente eléctrica se parece, en cierto sentido, a una corriente de agua. Para que el agua circule entre dos depósitos unidos por una tubería, éstos deben situarse a diferentes alturas. Púes bien, para que exista circulación de corriente eléctrica entre dos puntos, es necesario que exista diferencia de cargas entre ellos, es decir que en uno de los puntos haya más electrones que en el otro. (En el caso del agua si no hubiese diferencia de altura entre los depósitos, el agua no circularía de un depósito al otro). A esta diferencia de cargas (y por tanto de energía) entre dos puntos se le denomina Voltaje (V).

Fig 3: Símil de dos depósitos de agua conectados entre sí por una tubería. Si existe diferencia de alturas al agua circulará hacia el depósito situado más abajo. Si no hay diferencia de altura el agua no circulará entre ambos depósitos.

El voltaje o tensión (V) es la diferencia de energía entre dos puntos de un conductor (provocada por la diferencia de cargas). Su unidad es el Voltio(V). En el ejemplo del agua, la cantidad de agua que pasa por una tubería en un segundo se llama caudal. Por ejemplo, podemos decir que una tubería tiene un caudal de 1 L litro por segundo. Eso quiere decir que cada segundo pasa 1L de agua por la tubería. A semejanza del ejemplo del agua, en un punto de un circuito, la intensidad de corriente será la cantidad de carga que pasa por un punto del circuito por unidad de tiempo (t). Su unidad, es el Amperio (A) Cuanto mayor sea el número de electrones que pase por el cable cada segundo, mayor será la intensidad. En cualquier conductor las cargas encuentran una oposición o resistencia a su movimiento (al igual que el agua en una tubería puede encontrarse con obstáculos que dificulten el flujo de agua). La resistencia eléctrica (R) es la oposición o dificultad que ofrece un material al paso de la corriente eléctrica. Su unidad es el ohmios (Ω).

ACTIVIDADES 4. Relaciona mediante flechas los términos de las siguientes columnas:

a) b) c) d) e) f) g) h)

Madera Plásticos Materiales que permiten el paso de la corriente eléctrica a su través. Metales Cobre Cerámica Plata Materiales que no dejan pasar la corriente eléctrica a su través.

1. Conductor eléctrico 2. Aislante eléctrico.

5. Relaciona mediante flechas los términos de las siguientes columnas:

1. 2. 3. 4. 5. 6.

Intensidad Electrones Cantidad de carga Resistencia Tensión Corriente eléctrica

1. Partículas de los átomos con carga negativa 2. cantidad de carga que pasa por un punto del circuito por unidad de tiempo 3. diferencia de energía entre dos puntos de un conductor (provocada por la diferencia de cargas). 4. Cantidad total de carga que circula por un circuito 5. dificultad que ofrece un material al paso de la corriente eléctrica 6. movimiento de electrones a través de un material conductor

6. Relaciona mediante flechas los términos de las siguientes columnas: ● ● ● ●

Tensión o voltaje Intensidad Cantidad de carga Resistencia

● ● ● ●

Amperio Culombio Ohmio Voltio

● ● ● ●

VV A CC Ω

7. Relaciona las frases de la columna de la izquierda con las palabras o símbolos de la columna de la derecha.

1. Intensidad 2. Amperio 3. Aislante 4. Electrones 5. Culombio 6. Cantidad de carga 7. Resistencia 8. Tensión 9. Ohmio 10.Voltio 11.Corriente eléctrica

a) b) c) d) e) f) g) h) i) j) k) l)

Unidad en la que se mide la tensión o voltaje. Partículas de los átomos con carga negativa. Cantidad de carga que pasa por un punto del circuito por unidad de tiempo Unidad en la que se mide la resistencia eléctrica. Diferencia de energía entre dos puntos de un conductor (provocada por la diferencia de cargas). Materiales que no dejan pasar la corriente eléctrica a su través. Unidad en la que se mide la cantidad de carga. Cantidad total de carga que circula por un circuito Dificultad que ofrece un material al paso de la corriente eléctrica Movimiento de electrones a través de un material conductor Unidad en la que se mide la intensidad de corriente. Materiales que permiten el paso de la corriente eléctrica a su través.

III. CIRCUITOS ELÉCTRICOS Un circuito eléctrico es un conjunto de elementos conectados entre sí, que permiten establecer una corriente entre dos puntos, para aprovechar la energía eléctrica. Los circuitos se componen de: Generadores Conductores Receptores Elementos de control Elementos de protección

Sentido de la corriente

LOS GENERADORES: son los elementos que transforman cualquier forma de energía en energía eléctrica. Ejemplos de ellos son las pilas y baterías. Una pila consta de dos polos o terminales, uno negativo y uno positivo. Cuando ambos polos se unen mediante el hilo conductor, los electrones se mueven a través de él, desde el polo negativo al polo positivo. LOS CONDUCTORES: son los elementos que conectan los distintos elementos del circuito permitiendo el flujo de electrones. Para transportar los electrones de un sitio a otro se utilizan cables de metal, normalmente de cobre, y recubiertos de plástico para que los electrones no salgan del cable. Una pila consta de dos polos, uno negativo y uno positivo. No basta con conectar un extremo del conductor al polo negativo del que salen los electrones. Hay que conectar el otro extremo al polo positivo, al que vuelven los electrones. Si cortamos el cable en un punto, los electrones se detienen en todo el cable (al igual que cuando cerramos un grifo el agua se detiene en toda la tubería).

Flujo de electrones

Fig 4: Flujo de electrones hacia el polo positivo de una pila.

SENTIDO DE LA CORRIENTE En una pila los electrones siempre salen de la pila por el polo negativo, recorren todos los elementos del circuito y entran de nuevo en la pila, pero ahora por el polo positivo. Antes de que se descubriese que la corriente eléctrica es el resultado del movimiento de los electrones por un circuito, se pensaba que era debida al movimiento de cargas positivas. Los electrones circulan siempre hacia el polo positivo (ánodo de la pila); por lo que la corriente circulará en sentido contrario (desde el polo positivo hacia el negativo). En la figura el sentido de la corriente viene indicado por el sentido de las flechas.

LOS RECEPTORES: Son los elementos en los que se produce algún efecto (luz, calor, sonido, movimiento...) al pasar por ellos la corriente. Los receptores eléctricos más usuales en nuestro taller serán las lámparas o bombillas, timbres, resistencias eléctricas, motores.... ELEMENTOS DE CONTROL: Son los dispositivos usados para dirigir o interrumpir el paso de corriente. Los más importantes son los interruptores, conmutadores, y pulsadores. ELEMENTOS DE PROTECCIÓN: Son los elementos encargados de proteger al resto de los elementos del circuito frente corrientes demasiado elevadas. Un ejemplo de elemento de protección es el fusible.

Pila Generan corriente continua

GENERADOR

Batería

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TEMA 6: ELECTRICIDAD

SIMBOLOGÍA NORMALIZADA (continuación)

DE CONTROL

ELEMENTOS

RECEPTORES

SÍMBOLOS

ELEMENTO PROTECCIÓN

DISPOSITIVO

FUNCIÓN

Lámpara o bombilla

Produce luz

Resistencia

Produce calor y limita el paso de corriente

Motor

Genera movimiento

Timbre o zumbador

Produce sonido

Altavoz

Produce sonido

Interruptor

Permite o impide el paso de corriente

Conmutador

Permite alternar la corriente entre dos circuitos

Pulsador (NA)

Interruptor que permite el paso de corriente sólo mientras es presionado, impidiéndolo en caso contrario.

Fusible

Proteje el circuito frente a intensidades altas de corriente

EJEMPLOS DE CIRCUITOS

ACTIVIDADES 8. Rellena los huecos que faltan con las palabras adecuadas (Generador, Receptor, Conductor , Elemento de protección , Elemento de Control, circuito): ●

Los interruptores, conmutadores, y pulsadores son ejemplos de ............................................................

●

Las pilas y baterías son algunos ejemplos de ............................................

●

Los elementos que conectan los distintos elementos del circuito permitiendo el flujo de electrones se llaman .............................................................................

●

Los elementos en los que se produce algún efecto (luz, calor, sonido, movimiento...) al pasar por ellos la corriente se denomina.........................................................

●

Las lámparas, bombillas, timbres, motores eléctricos son algunos ejemplos de ......................................

●

El conjunto de elementos conectados entre sí, que permiten establecer una corriente entre dos puntos, se denomina ..........................................

●

Los dispositivos utilizados para dirigir o interrumpir el paso de corriente se llaman ...........................

●

Los ............................................... son los elementos que transforman cualquier forma de energía en energía eléctrica.

●

Los ........................................................son los elementos encargados de proteger al resto de los elementos del circuito frente corrientes demasiado elevadas.

●

El fusible es un ejemplo de ..................................................................

9. Clasifica cada elemento de un circuito con el tipo de dispositivo:

a) Interruptor b) Fusible

DISPOSITIVO f) Zumbador g) Altavoz

TIPOS DE DISPOSITIVO 1. Generador 2. Conductor

c) Lámpara d) Resistencia

h) Pulsador i) Batería

3. Receptor 4. Elemento de control

e) Conmutador

5. Elemento de protección

Hilo de cobre

10.Para cada símbolo representado indica el dispositivo eléctrico que representa:

11.Indica para cada figura el tipo de elemento de que se trata (Generador, Receptor, Conductor , Elemento de protecci贸n , Elemento de Control)

12.Nombra los dispositivos el茅ctricos que aparecen en los siguientes circuitos.

13. Representa mediante los sĂmbolos adecuados los siguientes circuitos

14.En los circuitos anteriores, indica con flechas el sentido de la corriente (considera todos los elementos de control estuviesen cerrados).

15.En el siguiente circuito:

a) Identifica los elementos del circuito b) Indica sobre el esquema el sentido de la corriente eléctrica mediante flechas (considerando el elemento de control cerrado). c) ¿Qué ocurre cuando cerramos el elemento de control del circuito?

16.En el siguiente circuito:

a) Identifica los elementos del circuito b) Indica sobre el esquema el sentido de la corriente eléctrica mediante flechas (considerando los dispositivos 1 y 2 cerrados). c) ¿Qué ocurre cuando cerramos el dispositivo 1?

d) ¿Qué ocurre cuando cerramos el dispositivo 2? e) ¿Qué ocurre cuando cerramos los dispositivos 1 y 2 al mismo tiempo?

17.En el siguiente circuito:

a) Identifica los elementos del circuito b) Indica sobre el esquema el sentido de la corriente eléctrica mediante flechas (tal y como se muestra el esquema). c) ¿Qué está ocurriendo en el circuito, en el estado en que se encuentra representado?

d) ¿Qué ocurre cuando cambiamos el elemento de control de posición?

18. Contesta a las siguientes preguntas a la vista del circuito mostrado:

a) Tal y como se muestra el circuito, ¿Qué bombillas están iluminando? b) ¿Qué bombillas se iluminan cuando cerramos el interruptor nº 2? c) ¿Qué bombillas se iluminan cuando cerramos los dos interruptores?

19.Contesta a las siguientes preguntas a la vista del circuito mostrado:

a) Tal y como se muestra el circuito, ¿Qué bombillas están iluminando? b) ¿Qué bombillas se iluminan cuando cerramos el interruptor?

c) ¿Qué bombillas se iluminan si se funde la lámpara A manteniendo el interruptor cerrado? d) ¿Qué bombillas se iluminan si se funde la lámpara B manteniendo el interruptor cerrado? e) ¿Qué bombillas se iluminan si se funde la lámpara B manteniendo el interruptor cerrado? 20.Contesta a las siguientes preguntas a la vista del circuito mostrado:

a) Tal y como se muestra el circuito, ¿Qué bombillas están iluminando? b) ¿Qué bombillas se iluminan cuando cerramos el interruptor?

IV. LEY DE OHM En 1822 científico George Simon Ohm, relacionó la

intensidad de corriente, la tensión y la resistencia, enunciando la ley de Ohm de la forma siguiente: Ley de Ohm: La intensidad de corriente que circula por un hilo conductor es directamente proporcional a la tensión entre sus extremos e inversamente proporcional a la resistencia

Esta ley, que se cumple siempre en todos los elementos sometidos a tensión y por los que circula intensidad de corriente, se puede expresar de forma matemática como: Intensidad (I) =

Voltaje ( V ) Re sistencia (R )

De donde se deduce que: 1 Voltio 1Amperio = 1 Ohmio

La ley de Ohm nos va permitir conocer la tensión, intensidad o resistencia en cualquier punto del circuito. Vamos a ver algunos ejemplos:

V 9V = = 0.003 A = 3mA R 3000 Ω

Por último, expresaremos el resultado en la unidad adecuada (en este caso mA). Por tanto, por el circuito circularán 3 mA.

EJERCICIO RESUELTO

Por un circuito, alimentado por una pila de 9 V, circula una corriente de 2 A. Si la tensión Se conecta una resistencia de 3 kΩ a una pila de 9 V. ¿Cuál será la resistencia del circuito?

La resistencia de un circuito, por el que circula una intensidad de corriente de 3 A, es de 12 A. ¿Cuál es la tensión que proporciona el generador? I=

V V 9V I= ⇒ R = = = 4,5Ω R I 2A

V ⇒ I · R = V ⇒ V = 3A ·12Ω = 36 V R

ACTIVIDADES 21.Vamos a repetir el experimento llevado a cabo por George Simon Ohm. En su experimento Ohm utilizó pilas de 5 V, las cuales fue incorporando, de una en una, a un circuito. Al mismo tiempo que iba incorporando pilas al circuito, Ohm fue midiendo, con un aparato llamado amperímetro, la intensidad de corriente en los circuitos resultantes; obteniendo los datos de voltaje e intensidad que figuran en la tabla.

Voltaje

10 V

15 V

20 V

Intensidad

0,2 A

0,4 A

0,6 A

0,8 Ω

Relación V/I

e) V = I · R

f) I = V · R

g) R = V/I.

h) I = V/R

23.La siguiente tabla muestra los valores de la intensidad, resistencia y tensión de varios elementos de un circuito. Sin embargo se han borrado diversos valores. Calcula los valores que faltan indicando las operaciones necesarias.

Voltaje

Resistencia

200 Ω

Intensidad

30 mA

10 V

12 mV

20 V 4Ω

60mA

2 kΩ

50000 mA

12 V 4 kΩ

10 Ω

0,015 A

24.Di cuáles de las siguientes frases son verdaderas con respecto a la ley de Ohm:

a) Al aumentar la resistencia de un circuito, disminuye la intensidad de corriente. b) Al disminuir la tensión, disminuye la intensidad de corriente que circula por el circuito. c) Al disminuir la resistencia, disminuye la intensidad de corriente que circula por el circuito. d) En un circuito dado, el producto de la resistencia por la intensidad permanece constante.

0,1 kΩ

V. EFECTOS DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA La corriente eléctrica causa diversos efectos sobre los elementos que atraviesa, transformándose en otros tipos de energía. Este año estudiaremos algunos de dichos efecto. 1. ENERGÍA CALORÍFICA (CALOR) Cuando los electrones circulan por un conductor, chocan contra las partículas (núcleos y electrones) del material por el que circulan. De este modo la energía que transportan se convierte en energía calorífica. Este fenómeno se conoce con el nombre de efecto Joule. Dicho efecto es por un lado un inconveniente, ya que se pierde energía eléctrica al hacer circular la corriente por cualquier conductor. Sin embargo, puede aprovecharse en equipos como planchas, hornos, secadores, cafeteras y en cualquier dispositivo eléctrico que transforma la energía eléctrica en calor. Los elementos empleados para producir calor a partir de la luz eléctrica son las resistencias. 2. ENERGÍA LUMÍNICA (LUZ) Al ser atravesados por la corriente, los cuerpos incrementan su temperatura. Si este aumento es importante, los cuerpos se vuelven incandescentes, es decir, comienzan a emitir luz. Al principio la luz es roja y a medida que sigue aumentando la temperatura la luz tiende al blanco. En este fenómeno de incandescencia se basa el funcionamiento de las bombillas convencionales, llamadas por ello, lámparas de incandescencia. En dichas lámparas, el filamento de wolframio (un metal) alcanza unas temperaturas de 2000-3000ºC al pasar por el la corriente. Para evitar que se queme, el filamento se encierra en una ampolla de vidrio en la que se elimina el oxígeno (haciendo vacío o conteniendo una mezcla de argón y nitrógeno). 3. ENERGÍA MECÁNICA (MOVIMIENTO) La conversión de energía eléctrica en mecánica se realiza a través de motores, por ejemplo, en un tren eléctrico, en una batidora, en un exprimidor, en un ventilador... Su funcionamiento se basa en el fenómeno de inducción electromagnética en el que la corriente que pasa por un conductor actúa como un imán. Empleando las fuerzas de atracción y repulsión entre un imán y un hilo conductor colocado en su interior puede obtenerse el movimiento del imán.

ACTIVIDADES 25.Elabora una lista con objetos que produzcan alguno de estos efectos (al menos 4 por ejemplo): CALOR:

ejemplo: tostadora

LUZ:

ejemplo: bombilla incandescente

MOVIMIENTO: ejemplo: motor de batidora

26.Di en que se transforma la electricidad ,en los siguientes aparatos, para su funcionamiento (en algunos se transformarĂĄ en varios tipos de energĂa)

Prácticas de Electricidad

1 EJERCICIOS TEÓRICOS 1.1 Circuito eléctrico Ejercicio: En la ilustración 1 tenemos un circuito simple, un esquema eléctrico del circuito: Ilustración 1

Realiza el esquema eléctrico de los siguientes circuitos : Circuito 3

Circuito 1

Ilustración 2

Circuito 2

Circuito 4

Prácticas de Electricidad

1.2 Magnitudes eléctricas En la ilustración 3 tienes un circuito eléctrico simple, un voltímetro, un amperímetro y un polímetro. Dibuja el circuito pero con los instrumentos de medición para conseguir lo que marcan los recuadros: Medición corriente con el amperímetro

Ilustración 3

Medición de los ohmios de la lámpara con el polímetro

Medición de la tensión en la lámpara con el voltímetro

Medición de los voltios de la lámpara con el polímetro

Medición de la corriente con el polímetro

Observa la ilustración 4 y señala qué instrumento está mal conectado y por qué

Prácticas de Electricidad

1.3 Ley de Ohm En el siguiente circuito, calcula la corriente y la tensión que existe en el circuito en cada posición del distribuidor (como es un interruptor múltiple, se le llama distribuidor)

Ilustración 4 Lámpara 5Ohmios

Posición distribuidor A B C D E f

Tensión

Corriente

Calcula la corriente de los siguientes circuitos: Cto 1

Ilustración 5

Cto 2

Cto 3

Cto 4

Cto 5

Pr谩cticas de Electricidad

1.4 Ley de Ohm II Calcula los n煤meros que faltan en la ilustraci贸n

Ilustraci贸n 6

Circuito 1

Circuito 2

Circuito 3

Circuito 4

Prácticas de Electricidad

1.5 Conexiones en serie, paralelo y mixto Pon de forma ordenada, de tal manera que se note qué elementos están en serie y qué elementos están en paralelo

Ilustración 7

Por ejemplo, el circuito 1 sería de la forma:

Prácticas de Electricidad

1.6 Cálculo de circuitos serie paralelo y mixto Resuelve los valores de los amperímetros y voltímetros de los siguientes circuitos:

Prácticas de Electricidad

1.7 Energía eléctrica. Factura de la luz Supongamos una vivienda normal como en el se muestra en la figura:

fig. 1

Si observamos, tiene unos cuantos aparatos electrodomésticos, rellena la siguiente tabla, pero ten en cuenta que 0.08€ es un kWh (si un electrodoméstico tiene standby, el tiempo en que no se utiliza, consume la potencia indicada en standby). Electrodoméstico Potencia Standby Horas/día Energía diaria en Wh KWh*0.08 = € TV, vídeo, 3*100W 3*10W 4h (3*100*4)+(3*10*20)=1400 1.4*0.08=0.112€ DVD 4 Farolas 4*60W 12h 4 luces 4*300W 12h esquinas 2 luces entrada 2*60h 0.5h Lámpara de pie

100W

2*tubos neon 3*lamb bajo cons. Ordenador Calentador agua Nevera

2*8W

3*9W

100W

20W

1500W

20h

40W

18h

4000W

Vitrocerámica

TOTAL IVA (16%) Multiplícalo por 61 días, y tendrás la factura de la luz (que llega a tu casa cada 2 meses) : ¿Qué medidas recomendarías para reducir la factura de la luz?

Prácticas de Electricidad

1.8 Elementos de maniobra y protección 1.8.1 Elementos de maniobra ¿Qué diferencia existe entre ...? UN INTERRUPTOR UN PULSADOR UN CONMUTADOR En la figura tienes varios elementos eléctricos, entre los que se encuentran estos elementos de maniobra. Une los elementos para conseguir tres circuitos  Un circuito para encender y apagar una bombilla  Un circuito para un timbre de una puerta  Un circuito que se pueda accionar una luz, o un ventilador o ninguna de las dos Decide que elementos de maniobra hay que disponer en cada uno de ellos y conecta los elementos:

Ilustración 8

1.8.2 Cortocircuitos En la siguiente figura, señala dónde están los cortocircuitos:  Pon una CPel en el cable donde exista un cortocircuito peligroso

 Pon un CAn donde exista un cortocircuito que anula algún elemento  Pon un CPos donde exista una posibilidad de cortocircuito Ilustración 9

1.8.3 Elementos de maniobra Describir los siguientes elementos de maniobra ¿Cómo se llama? ¿Cómo funciona?

¿dónde se usa?

¿Cómo se llama?

¿Cómo funciona?

¿dónde se usa?

¿Cómo se llama?

¿Cómo funciona?

¿dónde se usa?

Ilustración 10

Prácticas de Electricidad

1.9 Electromagnetismo Contesta a las siguientes preguntas: ¿Qué le ocurre a la brújula al conectar el circuito? ¿por qué?

¿qué le ocurre al amperímetro al pasar el hilo a través del campo magnético? ¿por qué?

Dibuja cómo es un electroimán:

Si a un motor de corriente continua no lo conectamos a la corriente y le damos muchas vueltas ¿qué ocurre?

En la figura de la derecha tienes un alternador, que convierte la energía mecánico (giro) en energía eléctrica, pero corriente alterna, por eso se llama alternador ¿qué modificación habría que hacer para que generase corriente continua?

Dibuja cómo es por dentro una dinamo de la bici (búscalo en el libro)

Prácticas de Electricidad

1.10 Timbres y relés En la ilustración siguiente tienes un esquema de un timbre cómo es por dentro

Ilustración 11

Dibuja cómo es el esquema del timbre de la ilustración

En la ilustración siguiente tienes un esquema de funcionamiento de un relé conectado:

Conecta en esta ilustración los elementos según el esquema anterior:

En la siguiente ilustración, describe qué ocurre en las tres posiciones del conmutador.

Prácticas de Electricidad

2 PRÁCTICAS EN ORDENADOR 2.1 CONDUCTIBILIDAD Monta el siguiente circuito en VLABS: Entre los puntos A y B ves insertando los diferentes objetos que se muestran y rellena la

fig. 2

siguiente tabla: Objeto

Aislante/Conductor

Lápiz de cera Goma de borrar Papel Clip Madera Moneda Llave Anillo Cuchara de plástico ¿Qué tienen en común todos los conductores?

Respuesta:

Dibuja el esquema eléctrico del circuito (con cualquier objeto entre A y B) para ello pulsa en View Schematic : Cuando hayas terminado de rellenar la práctica llama al profesor con el circuito en la pantalla para que firme

Prácticas de Electricidad

2.2 EMISOR, RECEPTOR Y ELEMENTOS DE CONTROL Monta el siguiente circuito en VLABS, y contesta: ¿Quiénes son los emisores de estos circuitos?

¿Quiénes son los receptores?

¿Cuáles son los elementos de control? fig. 3

Pulsa en “view charges” Traducción:_______________ y dibuja en la fig. 2 el sentido de la corriente de los electrones. ¿Qué diferencia hay entre un interruptor y un pulsador?

Dibuja los dos esquemas eléctricos correspondientes a los dos circuitos de la figura 2: Cuando hayas terminado de rellenar la práctica llama al profesor con el circuito en la pantalla para que firme firma

Prácticas de Electricidad

2.3 CIRCUITO SIMPLE Monta el siguiente circuito en VLAB (la lámpara es de 30W y 5) con el amperímetro y pon un voltímetro en los extremos de la lámpara. Haz el cálculo de la corriente eléctrica: Cálculo de la corriente con la ley de Ohm

fig. 4

indicado en el voltímetro y amperímetro Rellena la siguiente tabla: Unidades

Resultado teórico

Resultado de VLABS

Corriente Voltaje Dibuja con flechas en la figura 3 el sentido de la corriente de los electrones Dibuja el esquema eléctrico de la figura 3

firma

Prácticas de Electricidad

2.4 CIRCUITO PARALELO Monta el siguiente circuito en VLAB (lámparas de 30W y 5) con los amperímetros y pon un voltímetro en los extremos de cada lámpara. Haz el cálculo de la corriente eléctrica de cada bombilla: Cálculo de la corriente con la ley de Ohm en la bombilla de arriba

fig. 5

Cálculo de corriente con la ley de Ohm en la bombilla de abajo

Rellena la siguiente tabla

Lámp. arriba

Corriente

Lámp. abajo

Unidades

Corriente

Resultado teórico

Resultado de VLABS

Voltaje

Voltaje Corriente

general Voltaje Dibuja con flechas en la figura 4 el sentido de la corriente de los electrones. Dibuja el esquema eléctrico de la figura 4

firma

Prácticas de Electricidad

2.5 CIRCUITO SERIE Monta el circuito de la figura 5 en VLAB (lámparas de 20W y 5). Coloca un voltímetro en cada lámpara y toma nota de los voltios de cada lámpara Voltios lampara1= ______ Voltios lampara2= ______ Voltios lampara3= ______ Después pon un voltímetro general tal y como lo indica la figura 7 y toma nota de los voltios Voltios totales = _______

fig. 6

fig. 8

fig. 7

Luego mide los ohmios como lo indica la figura 6. Ohmios totales = _______ Haz los siguientes cálculos Cálculo de la resistencia total

Cálculo de la corriente total con la ley de Ohm utilizando los voltios del generador y la resistencia total calculado en el cuadrado anterior:

Cálculo de la corriente de cada lámpara con los voltios de cada lámpara (medidos en VLABS rellenados al principio de la práctica y los ohmios de cada lámpara 5): Corriente lámpara 1

Corriente lámpara 2

Corriente lámpara 3

Prácticas de Electricidad Rellena la siguiente tabla Unidades

Resultado

Lámp. derecha Lámp. medio

Corriente

Lámp. Izq.

cálculos anteriores Corriente

Corriente

medido en VLABS al principio de la práctica

Voltaje

Voltaje 2º recuadro

Corriente Todas

el del generador

Voltaje

1º recuadro

Resistencia Con los datos de esta tabla de circuito serie ¿cómo son la corriente por cada lámpara en serie, iguales o diferentes?

¿como son los voltios de cada lámpara en serie, iguales o diferentes?

Dibuja con flechas en la figura 5 el sentido de la corriente de los electrones. Dibuja el esquema eléctrico de la figura 5

firma

Prácticas de Electricidad

2.6 Efectos de la corriente eléctrica Construye el siguiente circuito en VLABS, el mando es un potenciómetro o resistencia variable de 10 que encontrarás en el conjunto de objetos resistor. En los puntos A y B ves colocando los diferentes objetos y mueve el potenciómetro. Con los fenómenos observados, rellena la siguiente tabla: Nombre del Fenómeno (calor, mecánico, objeto luminoso...)

fig. 9

¿Qué ocurre al mover el potenciómetro?

¿Cómo se comporta la corriente de electrones al mover el potenciómetro? (pulsa view charges y mira el potenciómetro)

Dibuja el esquema eléctrico del circuito de la figura 7

Monta estos 4 circuitos y contesta: firma

¿En serie hay más o menos o igual luz que la bombilla sola? ¿En serie el ventilador va más rápido o más lento o igual que el ventilador solo? ¿En paralelo hay más o menos o igual luz que la bombilla sola? ¿En paralelo el ventilador va más rápido o más lento o igual que el ventilador solo? ¿Por qué? ¿Cómo están conectados todos los elementos de nuestra casa serie o paralelo? 18

Prácticas de Electricidad

2.7 Protección de circuitos: Automáticos Monta el siguiente circuito en VLABS, la lámpara es de 10W y 5, y el automático (en ingles breaker) protege hasta 1 A Intercambia las pilas y pon y quita el automático, con lo que observas rellena la siguiente tabla:

fig. 10

Batería

Con automático

Corriente en A

Sin automático

1.5V pequeña 1.5V grande 6V

Contesta a las siguientes preguntas según lo rellenado en la tabla: ¿Para qué sirve un automático?

¿Qué diferencia hay entre una pila pequeña de 1.5V con otra de la misma tensión pero más grande?

firma

Prácticas de Electricidad

2.8 Potencias Realiza el siguiente circuito en VLABS

fig. 11

Rellena en la siguiente tabla la POTENCIA que recibe cada bombilla al cerrar el V2 interruptor, la fórmula es P  ¡¡¡Acuérdate de poner las unidades!! R Batería

Lámpara A

Lámpara B

Lámpara C

Lámpara D

1.5V 9V 12V Ahora rellena en la siguiente tabla si se rompe o no las lámparas: Batería

Lámpara A

Lámpara B

Lámpara C

Lámpara D

1.5V 9V 12V Según lo rellenado ¿cuales son las bombillas más difíciles de romper?

Mirando la corriente ¿qué bombillas consumen más corriente, las más potentes o las menos? firma

Prácticas de Electricidad

2.9 Fusibles y automáticos Monta el siguiente circuito en VLABS

fig. 12

Calcula la corriente que circula por una lámpara y multiplícala por 2, 3 y 4 y rellena el otro cuadro: Corriente para 2 lámparas: Ley de Ohm para una lámpara Corriente para 3 lámparas: Corriente para 4 lámparas: Rellena la siguiente tabla las corrientes que se visualizan en VLABS y por una X cuando el fusible se rompe o cuando el automático salta: Con 1 lámpara Con 2 lámparas Con 3 lámparas Con 4 lámparas Corriente I (A) Fusible 1 A Fusible 1.5 A Fusible 2 A Fusible 3 A Fusible 4 A Fusible 5 A Fusible 8.5 A Fusible 10 A Automático 1 A Automático 2 A Automático 5 A Automático 10 A Cuanto más lámparas conectadas en paralelo ¿ más corriente o menos?

¿Qué ventajas ves a los automáticos frente a los fusibles?

firma

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2.10 Asociación baterías Monta el siguiente circuito en VLABS. La lámpara tiene que ser de 20W y 5.

Calcula la tensión y la corriente en los puntos del distribuidor fig. 13

Cálculo V

Cálculo I con la ley de Ohm

Medido V

Punto A

Punto B

Punto C

Punto D

Punto E

Punto F

¿Qué relación existe entre la asociación directa de las baterías y la corriente y la tensión?

Dibuja el esquema del circuito de la figura 12

firma

Medido I

Prácticas de Electricidad

2.11 Conmutadores En la figura 13, se muestra los dos tipos de conmutadores que tiene VLABS, diseña unos experimentos, para investigar cómo funcionan, y así poder rellenar la tabla:

fig. 14

Conmutad or simple

Conmutad or doble

Posición

¿Qué ocurre? (por ejemplo: se une A con C)

2 3

3 Dibuja el esquema de los circuitos ideados para tus experimentos, enseña los circuitos al profesor (lee el principio de la práctica):

firma

Entendiendo cómo funciona el conmutador simple, diseña un circuito donde se pueda abrir y cerrar una luz desde dos lugares diferentes (típico circuito que existen en las habitaciones para apagar y encender la luz desde dos lugares) Firma Cuando lo tengas, enséñalo al profesor y dibújalo aquí

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2.12 Cálculo de resistencias 2.12.1 RESISTENCIAS EN PUNTOS DE ENMEDIO Monta el siguiente circuito firma en VLABS y rellena la tabla siguiente Tensión

Lápiz

Corriente

Pepino

Posición conmutador

fig. 15

Cálculo en ley de Ohm de la resistencia

2.12.2 MANEJO DE OHMETRO Construye los experimentos de la figura 15. Intercambia la lámpara por el timbre, el ventilador, la estufa, el lápiz de cera, la goma de borrar, el papel, la madera, la cuchara de plástico, el clip, las tijeras, la llave inglesa, el anillo de oro y la moneda. fig. 16 Construye la siguiente tabla: Elemento Resistencia en Ohmios Lámpara Timbre Estufa Ventilador Goma de borrar Moneda Lápiz de cera Papel Clip Cuchara de plástico Tijeras Llave inglesa Anillo de oro Según los resultados obtenidos, contesta: ¿Los aparatos electrodomésticos cuanta resistencia tienen? ¿Y los aislantes?

firma

¿Y los conductores? 24

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2.13 Potenciómetros MANEJO DEL POTENCIÓMETRO Construye el circuito de la figura 16. Utiliza potenciómetro de 25. (el potenciómetro también se llama resistencia variable, por eso lo encontrarás en el conjunto de resistencias, resistor). Te recomiendo pulsar en View Schematic para entender mejor su funcionamiento. fig. 17 Rellena la siguiente tabla: Ohmios con el Ohmios con el Posición Ohmios generales potenciómetro a la potenciómetro a la potenciómetro (el de arriba) izquierda derecha Totalmente a la izquierda Totalmente a la derecha Posición intermedia (en medio) Describe con tus propias palabras ¿cómo funciona un potenciómetro? firma

2.13.1 POTENCIÓMETRO COMO REGULADOR Ahora, monta el circuito de la figura 15. (para ahorrar tiempo, pulsa en Ideas y búscalo). Se trata de un circuito compuesto a su vez por dos subcircuitos, llamados técnicamente mallas, unidos mediante el potenciómetro de 25. Rellena la tabla con la experiencia resultante y los cálculos obtenidos. firma fig. 18

Malla B

Malla A

Posición potenciómetro Corriente Tensión Cálculo de la Resistencia. Totalmente izquierda

12V

Posición de en medio

12V

Totalmente derecha

12V

Totalmente izquierda

12V

Posición de en medio

12V

Totalmente derecha

12V

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2.14 Termostato, timbre y relé 2.14.1 TERMOSTATO Construye el circuito de la figura 18 en VLABS. Rellena en la tabla la tensión, y la corriente que circula por cada uno de ellos, y la potencia resultante. En el circuito con termostato, tendrás que calcular un poco a ojo la media de la corriente, pues observarás que es variable. Ver figura 19. Tensión

Corriente

Potencia

Pon la media Con termostato

12V

Sin termostato

12V

fig. 19

En teoría la estufa del circuito con termostato se tendría que ver menos caliente. Según lo observado ¿Para que sirve un termostato?

fig. 20

firma

2.14.2 TIMBRE Cambia en el circuito de la figura 19 la resistencia de la estufa por un timbre ¿Cuál suena? Pulsa en View Schematics: Para que suene un timbre, como tiene que ser la corriente, continua o a pulsos firma Construye un timbre que se accione con un pulsador y llama al profesor para la firma 2.14.3 RELÉ Construye el circuito de la figura 21 en VLABS para entender el funcionamiento del relé, pulsa View Schematics y también View Charges. Añade al circuito una batería de 6V y con esa batería enciende una luz roja y una luz amarilla, de tal manera que con el relé, al accionar el pulsador se encienda la luz roja, y al soltarlo, la luz amarilla y dibújalo aquí: firma fig. 21

Prácticas de Electricidad

3 PRACTICAS EN EL TALLER 3.1 Cálculo de resistencias

Banda de oro o plata que significa la calidad de la resistencia

Las resistencias tienen un código de colores : Banda de color Código Negro 0 Marrón 1 Rojo 2 Número de ceros Naranja 3 Amarillo 4 Primera cifra Segunda cifra Verde 5 Azul 6 Violeta 7 Supongamos una resistencia con el siguiente Gris 8 código: Blanco 9 que serán los número de ceros Naranja Marrón Rojo que hay que añadir Código 3 1 2 Valor de la resistencia 31 00 = 3100 = 3.1k Por ejemplo: Marrón Rojo Rojo = 12 00  = 1.2k Rojo Rojo Rojo = 22 00  = 2.2k Violeta Gris Naranja = 78 000  =78k Ejercicio: Decir el valor de las siguientes resistencias : Colores Negro Naranja Rojo

Valor

Colores Amarillo Verde Marrón

Violeta Gris Marrón

Azul Verde Negro

Amarillo Violeta Marrón

Negro Marrón Marrón

Negro Marrón Negro

Azul Violeta Verde

Valor

El profesor te proporcionará un conjunto de resistencias, elige 8 resistencias, y rellena la tabla siguiente: Colores

Valor

Colores

Valor

firma

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3.2 Circuito simple Elige de la caja de resistencias (figura 22) una resistencia de 220 o una de 100 Escoge el panel de montaje según tu número de grupo (figura 21 y figura 23)

fig. 23 caja de resistencias

fig. 24 panel grupos 1,2 y 3

fig. 22 panel grupos 4,5 y 6

También coge tu fuente de alimentación o generador según tu número de grupo

fig. 27 generador grupos 1, 2 y 3 el interruptor del medio debe de estar en spannung/voltage

fig. 26 generador grupos 4 y 5 fig. 25 generador utilizar un par de bornes cualquiera grupo 6 de 15V fijos

Coge también el voltímetro y el amperímetro

fig. 28 Polímetros utilizados como voltímetros el negro en COM y el rojo en V/

fig. 29 amperímetro

Monta el circuito simple de la figura 29, regula el generador para que haya un valor aproximado de 15V si has elegido una resistencia de 220 o un valor aproximado de 8V si has elegido 100 y rellena los cuadros: Valor de la resistencia: Medición de los voltios: Medición de la corriente: fig. 30 Circuito de la práctica

Calcula con la ley de Ohm la corriente que tendría que haber salido:

firma

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3.3 Circuito en serie Elige dos resistencias de valor 100 y 220: (100 y 220 o 100 y 100 o 220 y 220)  Valor de la resistencia R1  Valor de la resistencia R2 Pon el valor de los voltios de tu fuente de alimentación a un valor aproximado de 12V o 15V (mídelo con el voltímetro):

Calcula ahora la tensión de forma teórica de los voltímetros: Valor de la resistencia total: Rtotal=R1+R2= Valor de la corriente total:

I total 

VFuenteDeAlim entación  Rtotal

Ilustración 12

Monta la siguiente práctica, mide los voltios en cada resistencia, y rellena la tabla:

Tensión en cada Resistencia: V1= Itotal·R1 =

V2= Itotal·R2=

Suma V1+V2 = Ilustración 13 (la batería representa la fuente de alimentación)

Obtenidos de forma teórica

Medido en el taller

Voltios en R1 Voltios en R2 obtenidos en el recuadro de los cálculos V1 y V2 ¿cómo son los voltios en los elementos serie, iguales o diferentes?

¿cómo es la corriente en los elementos serie, iguales o diferentes? 29

Medido en paralelo con el voltímetro firma

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3.4 Circuito paralelo Elige dos resistencias de valor 3.3k y 220: (3.3k y 220)  Valor de la resistencia R1=3.3k escrito sin k es:  Valor de la resistencia R2 = 220 Pon el valor de los voltios de tu fuente de alimentación (si no lo sabes mídelo con el voltímetro):

Calcula ahora de forma teórica el valor de la corriente: Cálculo de la resistencia total en paralelo:

R

R1·R 2  R1  R 2

Calculo de la corriente con la ley de Ohm V I total  FuenteDeAlim entación  Rtotal Ahora monta el circuito de la figura 30 PERO TEN CUIDADO DE PONER EL AMPERÍMETRO EN SERIE AMPERÍMETRO

fig. 31 la batería representa la fuente de alimentación

Medición de la corriente con el amperímetro:

Corriente obtenido de forma teórica:

Firma

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3.5 Circuitos mixtos Ahora fíjate en el siguiente circuito, en la figura de la derecha se encuentra una explicación de los elementos que están conectados en serie y en paralelo

Ilustración 14

Haz lo mismo con los siguientes circuitos y móntalos en el taller, las resistencias pueden ser de cualquier valor:

firma

Ilustración 15

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4 Prácticas para hacer en casa 4.1 Motor eléctrico Material: Necesitas:  dos clips (de metal)  una pila de 9V, procura que este bien cargada  Un trozo de imán ¿donde conseguirlo? o de un motor de juguete que no sirva o de una dinamo de bicicleta que no sirva o de un armario de cocina que se adhieren con imán o los imanes de pegar notas en la nevera no son suficientemente potentes  hilo de cobre de aproximadamente 0.5mm barnizado, no es necesario que tenga esa medida, es una orientación, más delgado pierde consistencia, más grueso no tiene suficiente fuerza el imán para hacerlo girar por ser tan pesado ¿donde conseguirlo? o del motor o de la dinamo anteriores o en una ferretería o taller de electricidad o de bobinado de motores firma intentarlo

firma moverse algo

firma vibrar

firma girar

Bobinaremos el hilo alrededor de un rotulador, entre 20 a 70 vueltas, no tiene que quedar muy pesado pero sí las suficientes vueltas para que genere un buen campo magnético IMPORTANTE con un papel de lija quitaremos suavemente el barniz de una de las caras de los hilos de los extremos SÓLO POR UNA CARA para que haga contacto eléctrico Lo montaremos como en la foto y a girar!!!

firma girar perfectamente