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IES SIERRA MINERA
ELECTRICIDAD 3ESO
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IES SIERRA MINERA UNIDAD 1: LA EXPRESIÓN GRÁFICA EN TECNOLOGÍA BLOQUE 1: EXPRESIÓN Y COMUNICACIÓN TÉCNICA CONTENIDOS • Efectos de la energía eléctrica. Conversión y aplicaciones. • Magnitudes eléctricas básicas. Ley de Ohm. • Elementos de un circuito eléctrico. Simbología. • Tipos de circuitos eléctricos. • Potencia y energía eléctrica. Consumo eléctrico. • Diseño, simulación y montaje de circuitos. Instrumentos de medida y toma de mediciones.
CRITERIOS DE EVALUACIÓN 2. Relacionar los efectos de la energía eléctrica y su capacidad de conversión en otras manifestaciones energéticas.
3. Experimentar con instrumentos de medida y obtener las magnitudes eléctricas básicas. 4. Diseñar y simular circuitos con simbología adecuada y montar circuitos con operadores elementales.
ESTÁNDARES DE APRENDIZAJE EVALUABLES 2.1. Explica los principales efectos de la corriente eléctrica y su conversión. 2.2. Utiliza las magnitudes eléctricas básicas. 2.3. Diseña utilizando software específico y simbología adecuada circuitos eléctricos básicos y experimenta con los elementos que los configuran. 3.1. Manipula los instrumentos de medida para conocer las magnitudes eléctricas de circuitos básicos.
4.1. Diseña y monta circuitos eléctricos básicos empleando bombillas, zumbadores, diodos led, motores, baterías y conectores.
• ¿Qué es la electricidad?. La electricidad está provocada por el movimiento de unas partículas extremadamente pequeñas llamadas electrones que bajo determinadas condiciones pueden moverse de un lugar a otro. Para que esta electricidad se produzca necesitamos un medio de transporte (conductor), y una fuerza que les obligue a moverse, el voltaje. Pero ¿Qué es?. Es una forma de energía que podemos aprovechar para realizar muchas cosas como vosotros sabéis. ACTIVIDADES
1) Piensa un poco. ¿Qué aparatos usan electricidad en tu cocina?.
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IES SIERRA MINERA • Un poco de historia sobre su descubrimiento. Thales de Miletus (630−550 AC) fue el primero que dejó escrito sus experimentos con el ambar que al ser frotado adquiere el poder de atracción sobre algunos objetos. Esta electricidad la conocemos como electricidad estática. Hace bien poco en el siglo XVIII empezamos a descubrir sus propiedades electromagnéticas. Destacaremos a Faraday en 1831 que descubrió como se podía producir corriente usando imanes y a Tesla que en 1894 invento el generador eléctrico de alterna que usan todas las centrales eléctricas del mundo hoy en día.
Thales de Mileto
Faraday
Tesla
ACTIVIDADES
2) Tesla a mi juicio fue un inventor a la altura de Leonardo da Vinci; es decir fue un genio de la tecnología. Investiga que otros inventos se le atribuyen y anótalos.
• ¿Cómo podemos usarla?. La empleamos para convertirla (transformarla), en otra forma de energía diferente por ejemplo: En forma de calor cuando conectamos una estufa o frio cuando conectamos el frigorífico. También podemos convertirla en luz o movimiento o en ondas de telecomunicaciones.
Estas transformaciones se deben a los efectos que acompañan a la electricidad como:
Efecto térmico. El paso de la corriente eléctrica produce un calentamiento debido al llamado efecto Joule. Este efecto se aprovecha en los radiadores, las cocinas y todos los aparatos utilizados para producir calor.
Efecto luminoso. Cuando un material se calienta mucho, puede emitir luz,. También existen materiales semiconductores que pueden emitir luz, como los diodos LED.
Efecto magnético. La corriente eléctrica produce un campo magnético alrededor del conductor por el que pasa. Como veremos más adelante este es el fundamento de las máquinas eléctricas.
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Efecto químico. Dos conductores (electrolitos) dentro de un ambiente acido puede producir corriente entres ellos si los conectamos a un circuito.,
• ¿Dónde se genera la electricidad que consuminos ?.
Las plantas generadoras son variadas como variadas son las fuentes de energía que utilizan, por ejemplo:
Planta que utilice el viento será se llama parque eólico. Las que utilizan el agua pueden ser central hidroeléctrica o planta maremotriz. Si utilizan el sol pueden ser estaciones fotovoltaicas o central solar. Si utilizan uranio son las llamadas centrales nucleares. Si emplean el calor de la tierra son plantas geotérmicas. Si utilizan petróleo o gas, se llaman planta de ciclo combinado o planta térmica.
IMPORTANTE: salvo la estación fotovoltaica que utiliza paneles solares todas las demás utilizan el Generador de Corriente Alterna para convertir una fuente de energía en energía eléctrica.
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ACTIVIDADES 3) Elige un tipo de planta generadora de las que aparecen arriba, busca una foto de la misma y haz un resumen que describa su funcionamiento.
• ¿Qué impactos tiene sobre el medio ambiente el uso de la energia?.
Durante la extracción de las materias primas se produce el primer impacto en el medio ambiente. En los pozos de petróleo se producen escapes del crudo. Con la técnica de Fraking se contaminan suelos y aguas con sustancias químicas. Para los biocombustibles se roturan terrenos para el cultivo de plantas que luego se dedicarán a la fabricación de biocombustibles.
Durante el transporte también se producen impactos, los más conocidos son los vertidos de petróleo de los petroleros y la rotura de los gaseoductos.
En la combustión de estos combustibles se produce la emisión de CO2 causante del efecto invernadero y se emiten partículas al aire toxicas y cancerígenas.
Los residuos de las centrales nucleares son radioactivos durante muchísimo tiempo.
Fuga de petróleo
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Residuos radioactivos
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Plantaciones para biodiesel.
Derrame de grupo de petrolero. ACTIVIDADES
4) Busca en internet alguno de los efectos del uso de energías. Reflexiona y haz un comentario sobre lo que piensas al respecto.
• ¿Qué puedo hacer yo?. El ahorro de energía es vital en un planeta cada vez más poblado. Todos podemos hacer algo. Algunos ejemplos: Usa el transporte público, ir en bicicleta o pasear. No dejar aparatos eléctricos o luces cuando no las necesites. Abrir el frigorífico por el tiempo indispensable. Comprar electrodomésticos con una buena etiqueta energética (más eficientes).
Debes pensar que el planeta es de todos los seres vivos que lo habitan y de los que nacerán después y todos somos responsables de dejarlo en buenas condiciones para los que vengan detrás de nosotros. ACTIVIDADES 5) Busca la factura de la luz de algún mes en tu casa y averigua cuantos kilovatios (Kw) habéis consumido ese mes. Divídelo por el número de miembros de tu familia y así averiguaras cuantos kilovatios gastáis en casa por persona y mes.
• Circuito eléctrico Todos los aparatos que usan la energía eléctrica llevan dentro lo que se llama circuito eléctrico que permite que se produzcan esos cambios o transformaciones. Veamos lo con un ejemplo. Generador Receptor Conductor E. Maniobra
PILA BOMBILLA CABLE INTERRUPTOR CIRCUITO ELECTRICO
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IES SIERRA MINERA En este circuito empleamos la pila para conseguir la fuerza necesaria para que circule la corriente. Necesitamos el cable para que la corriente pueda pasar. Las bombillas están apagadas porque el interruptor está apagado (abierto) y no deja pasar la corriente. Todos los circuitos llevan un generador, un receptor, conductor y algún elemento de maniobra. ACTIVIDADES
6) Conecta el circuito para que se encienda la bombilla y el timbre. ¿Quiénes son los receptores y quien el generador?. En hojas anexas para actividades.
• Elementos de un circuito eléctrico. Generadores, conductores y maniobra
Los Conductores. Los materiales se clasifican eléctricamente en: Conductores: Los metales (cobre, aluminio, etc), agua no destilada. Dejan pasar la corriente con facilidad es decir con poca resistencia.
Semiconductores: Son buenos conductores pero sólo en determinadas condiciones. Se usan para hacer circuitos electrónicos.
Silicio
Germanio
Aislantes: No permiten el paso de corriente . Se puede decir que su resistencia es infinita. Material
Resistividad en ohmios - metro
Vidrio
1x1010 a 1x1014
Madera
1x108 a 1x1011
PVC (plástico)
1x1012 a 1x1015
Teflón
1x1013
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PVC
MADERA
VIDRIO
TEFLÓN
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IES SIERRA MINERA Curiosidad: La fibra optica trasmite señales electricas convertidas en señales lumnosas a través de multiples tubos de fibra.
LOS SÍMBOLOS ELÉCTRICOS. Para dibujar los circuitos eléctricos más fácilmente representamos los distintos operadores eléctricos con dibujos simples.
Los receptores Son los que consumen la corriente del generador y generalmente son los que transforman la electridad en aquello que nosotros necesitamos por ejemplo luz, calor, movimiento, etc. Nombre
Operador
Símbolo
Descripción
Lámpara
Operador que transforma la energía eléctrica en luz y calor.
Motor CC
Operador que transforma la energía eléctrica en movimiento de rotación.
Timbre Operador que transforma la energía eléctrica en sonido. Zumbador
Diodo LED
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Operador que transforma una corriente continua en luz.
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IES SIERRA MINERA Los generadores Aportan la energía para que se pueda producir la corriente eléctrica. Nombre Operador Símbolo
Descripción
Elemento generador de corriente continua. Es imprescindible para el funcionamiento del circuito.
Pila
Se obtiene por la asociación en serie de dos o más pilas. Nos permite obtener tensiones mayores de corriente continua.
Batería
Elemento generador de corriente alterna.
Generador CA
Los elementos de maniobra Nos permiten controlar a nuestra voluntad los circuitos eléctricos. Nombre Pulsador N.A. Pulsador NC Interruptor
Operador
Símbolo
Descripción Operador con una posición estable abierta y otra cerrada mientras se pulsa. Posición estable cerrada y abierta mientras se pulsa. Dos posiciones estables una abierta y otra cerrada.
Conmutador
Dos posiciones estables, una abre un circuito y cierra otro, y viceversa.
Conmutador doble
Son dos conmutadores que cambian de posición al mismo tiempo. Dispone de dos entradas y cuatro salidas.
Llave de cruce
Tiene dos entradas y dos salidas. Dos posiciones estables. En una conecta 1-3 y 2-4, en la otra 1-4 y 2-3.
Relé
En este caso es como un conmutador doble pero accionado eléctricamente mediante la bobina.
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IES SIERRA MINERA Existen otros elementos de protección y de acondicionamiento para el correcto funcionamiento de algunos circuitos eléctricos que mostramos en la siguiente tabla. Nombre
Operador
Símbolo
Descripción
Resistencia
Operador que transforma la energía eléctrica en calor.
Resistencia variable
Operador que puede cambiar el valor de su resistencia entre un extremo y el cursor, girando el eje.
Relé
En este caso es como un conmutador doble pero accionado eléctricamente mediante la bobina.
Fusible
Operador que se utiliza para proteger los circuitos de sobrecargas eléctricas y cortocircuitos.
ACTIVIDADES
7) Mira el siguiente circuito. Escribe encima de su símbolo el nombre de cada operador eléctrico. En hojas anexas para actividades.
• Las magnitudes eléctricas.. MAGNITUDES ELÉCTRICAS. Hay cuatro magnitudes que debes conocer. Voltaje: Es la fuerza que aplica la pila o generador al circuito para que pueda pasar corriente (electrones). Se mide en VOLTIOS y se representa con la letra mayúscula V. Intensidad: Es la cantidad que corriente que pasa en un determinado momento por un circuito. Se mide en AMPERIOS y se representa con la letra A. Resistencia: Es la dificultad que ofrece un circuito o material al paso de corriente. Se mide en OHMIOS y se representa con la letra Ω (omega). Potencia: Nos da una idea del consumo de energía de ese circuito y depende del voltaje y la intensidad. Se mide en VATIOS y se representa con la letra W. Las cuatro magnitudes están relacionadas se relacionan con estas dos fórmulas:
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IES SIERRA MINERA ACTIVIDADES
8) Calcula la corriente que circula por una bombilla si su resistencia es de 30 Ω y su voltaje es de 9v. En hojas anexas para actividades.. 9) Calcula la potencia que consume la bombilla del ejercicio anterior. En hojas anexas para actividades. 10) Averigua el voltaje de una bombilla por la que circula una corriente de 0,5A si su resistencia es de 100Ω. En hojas anexas para actividades. 11) Pon el nombre y realiza el dibujo de los cuatro símbolos explicados. En hojas anexas para actividades. 12) Dibuja el circuito eléctrico del ejercicio 8 empleando ahora los símbolos. Piensa, ¿es más fácil o difícil empleando símbolos?. En hojas anexas para actividades.
• Circuitos Serie, Paralelo y Mixto. Según como se colocan los receptores, por ejemplo bombillas, los circuitos se clasifican en serie, paralelo o mixto. En un circuito serie las bombillas se conectan una a continuación de la otra. De esta forma el voltaje de la pila se reparte entre las dos bombillas y lucen menos que si hay una sola.
En el circuito paralelo las bombillas se conectan frente a frente de manera que el voltaje se aplica a las dos a un tiempo lo que les permite lucir más pero a cambio la pila se gastará antes.
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El circuito mixto es una combinación del serie y paralelo. ACTIVIDADES
13) A partir de los siguientes circuitos, represéntalos con sus símbolos y descubre si son serie, paralelo o mixto. En hojas anexas para actividades. 14) Observa si son serie paralelo o mixto. En hojas anexas para actividades. 15) Observa estos circuitos reales. ¿Cuál te gusta más?. Te atreverías a explicar cómo funciona el circuito que más te gusta. En hojas anexas para actividades.
• Los aparatos de medida. En un circuito podemos medir, resistencia, corriente y voltaje. Los aparatos que miden esas magnitudes eléctricas se denominan respectivamente Óhmetro, Amperímetro y Voltímetro. Se representan con los siguientes símbolos. Amperímetro.
Voltímetro
Óhmetro
Si el aparato es capaz de medir las tres magnitudes entonces lo llamamos polímetro. Este polímetro es digital, más seguro y fácil de usar. Existen también polímetros de aguja o analógicos que la medida es algo más complicada y su uso es algo más delicado.
Medidas de Voltaje Siempre se mide el voltaje entre dos puntos del circuito. Como vamos a trabajar con simuladores solo debes preocuparte de seleccionar bien los dos puntos que quieres medir. En este ejemplo hemos colocado dos voltímetros. Uno está midiendo el voltaje (o caída de tensión) de la resistencia y el otro está midiendo el voltaje del diodo led. Observa como el voltaje de la pila se reparte entre la resistencia y el diodo. Medida de corriente.
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IES SIERRA MINERA Utilizamos el amperímetro. Para medir la corriente tenemos que hacer que la corriente pase por el amperímetro por lo que no nos queda más remedio que introducir el amperímetro en el camino de la corriente que queremos medir.
Ahora podemos medir la corriente que ha pasado por la resistencia después por el diodo y después por el amperímetro antes de retornar a la pila. (Si consideramos que la corriente va desde el polo positivo hacia el negativo). Observa que mide 13 mA que significa 13 miliamperios. El signo negativo no os preocupe lo único que indica es que los extremos del amperímetro están colocados al revés Ves, lo hemos conectado bien y ahora ya no sale el signo negativo pero la medida sigue siendo 13mA
Medida de resistencia. Los óhmetros utilizan su propia pila para hacer la medición por lo que el circuito a medir debe estar desconectado de la red o alimentación. En cuanto a la colocación es parecida al voltímetro es decir se coloca entre los dos puntos que queremos medir su resistencia. El simulador que empleamos COCODRLLE no lleva óhmetros por lo que no podemos medir resistencia sólo la podemos calcular a partir de los valores de voltaje y corriente.
Por ejemplo : La resistencia que hemos colocado en el circuito es de 230 ohmios. La calculamos para comprobar si es cierto . R = V/I = 3,09 volt/ 0,0134 amp = 230,59 Ohmios. ¿Ves cómo coincide?.
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IES SIERRA MINERA ACTIVIDADES
16) Monta los siguientes circuitos con COCODRILE CLIC. En hojas anexas para actividades.
• Los riesgos de su uso. Siempre que trabajemos con voltajes pequeños los riesgos son menores. Las pilas por ejemplo no son peligrosas a no ser que te las tragues. Este cuadro eléctrico protege las instalaciones y a las personas. Lo abras visto más de una vez en tu casa. Esta señal indica peligro de ELECTROCUCIÓN
PAS. ( Proteger, Avisar, Socorrer) El protocolo de actuación en caso de electrocución es el siguiente: 1º Desconectar a la victima de la corriente desde el cuadro eléctrico. Si no encuentras el cuadro tendrás que quitarte tu zapatilla y golpear a la persona que se está electrocutando para que cese el contacto. No puedes tocarla con tus manos porque os electrocutaríais los dos. 2º Llamar al 112. Es el número de emergencias para cualquier accidente. 3º Buscar a algún adulto que compruebe sus constantes vitales y pueda hacerle un masaje cardo respiratorio en caso de que no respire o no tenga latido cardiaco.
Conoces los distintos efectos de la electricidad que pueden verse en la naturaleza Has aprendido como puede transformarse la energía eléctrica. Sabes cual es el origen de la energía eléctrica que consumimos Reconoces la importancia del ahorro energético en el medio ambiente. Conoces las pautas de ahorro energético que esta a tu alcance. Conoces como están relacionadas las tres magnitudes eléctricas. Conoces los principales símbolos eléctricos. Eres capaz de diseñar un circuito eléctrico con una finalidad concreta. Sabes utilizar los instrumentos de medida para averiguar el valor de las distintas magnitudes eléctricas. Conoces los riesgos del manejo de la corriente eléctrica Autoevaluación.
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SI
NO
NOTA: ………………
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IES SIERRA MINERA AMPLIACION PROYECTOS Este pequeño micromotor eléctrico es el que usamos habitualmente en nuestros proyectos. Debes saber sobre el que variando el voltaje entre 1,5 a 4,5 voltios puedes variar su velocidad. También que cambiando la polaridad de la alimentación cambia la dirección del giro del motor. Algunas de sus características técnicas son: Voltaje 1,5 4,5 1,5 4,5
RPM 3500 10200 2770 8620
Corriente 0,09A 0,14A 0,35A 0,76A
Potencia 0,27W --------------3,45W
Situación Sin carga Sin carga Con carga Con carga
Al eje de este motor le acoplamos dependiendo del proyecto poleas, ruedas dentadas, tornillos sin fin, etc. Si necesitamos que el motor pueda girar en ambos sentidos usamos un circuito eléctrico que incorpore un conmutador de cruce. Este conmutador se puede fabricar a partir de dos conmutadores sencillos, o utilizando relés.
Inversor de giro con doble conmutador
Inversor de giro con Relé
Regulando la velocidad del motor. El diodo led también es usado ampliamente en los proyectos. Según el cocodrile con aplicar 1,9 voltios correctamente al diodo este se enciende a la perfección y en ese instante circula una corriente de 10mA (miliamperios). Estos datos son importantes cuando quieres usar por ejemplo una pila de 4,5 voltios, ya que debes poner una resistencia adecuada para evitar que el diodo se rompa.
Mira como al poner una resistencia de 10K (10.000 ohmios) con 4,5 voltios no se rompe pero tampoco se enciende. Si te atreves busca tu la resistencia adecuada.
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IES SIERRA MINERA ACTIVIDADES
1) Piensa un poco. ¿Qué aparatos usan electricidad en tu cocina?. 2) Tesla a mi juicio fue un inventor a la altura de Leonardo da Vinci; es decir fue un genio de la tecnología. Investiga que otros inventos se le atribuyen y anótalos. 3) Elige un tipo de planta generadora de las que aparecen arriba, busca una foto de la misma y haz un resumen que describa su funcionamiento. 4) Busca en internet alguno de los efectos del uso de energías. Reflexiona y haz un comentario sobre lo que piensas al respecto. 5) Busca la factura de la luz de algún mes en tu casa y averigua cuantos kilovatios (Kw) habéis consumido ese mes. Divídelo por el número de miembros de tu familia y así averiguaras cuantos kilovatios gastáis en casa por persona y mes. 6) Conecta el circuito para que se encienda la bombilla y el timbre. ¿Quiénes son los receptores y quien el generador?.
7) Mira el siguiente circuito. Escribe encima de su símbolo el nombre de cada operador eléctrico.
8) Calcula la corriente que circula por una bombilla si su resistencia es de 30 Ω y su voltaje es de 9v.
9) Calcula la potencia que consume la bombilla del ejercicio anterior.
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IES SIERRA MINERA 10) Averigua el voltaje de una bombilla por la que circula una corriente de 0,5A si su resistencia es de 100Ω.
11) Pon el nombre y realiza el dibujo de los cuatro símbolos explicados. Nombre
Símbolo
Nombre
Símbolo
12) Dibuja el circuito eléctrico del ejercicio 9 empleando ahora los símbolos. Piensa, ¿es más fácil o difícil empleando símbolos?.
13) A partir de los siguientes circuitos, represéntalos con sus símbolos y descubre si son serie, paralelo o mixto. Esquema real
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Esquema eléctrico
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14) Observa si son serie paralelo o mixto.
15) Observa estos circuitos reales. ¿Cuál te gusta más?. Te atreverías a explicar cómo funciona el circuito que más te gusta
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IES SIERRA MINERA 16) Monta los siguientes circuitos con COCODRILE CLIC DESCRIPCIÓN Punto de luz
ESQUEMA
VERIFICACIÓN
ESQUEMA
VERIFICACIÓN
Dos lámparas en serie
Dos lámparas en paralelo
DESCRIPCIÓN Dos luces conmutadas
Tres lámparas en serie. Hazlo tu mismo.
Tres lámparas en paralelo. Hazlo tu mismo.
Luz conmutada
Circuito mixto
Inversor de giro de motor
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IES SIERRA MINERA Mide las tensiones L1 y L2 V1 = V2=
Mide la corriente I total
I=
Mide las corrientes de L1 y L2. Il1= Il2= Mide las corrientes de L1, L2 y L3. Il1= Il2= Il3= Coloca medidores y mide el voltaje y la intensidad de cada componente. Vr = Ir = VD1 = ID1= Vl = Il= VD2 = ID2= Conoces los distintos efectos de la electricidad que pueden verse en la naturaleza Has aprendido como puede transformarse la energía eléctrica. Sabes cual es el origen de la energía eléctrica que consumimos Reconoces la importancia del ahorro energético en el medio ambiente. Conoces las pautas de ahorro energético que esta a tu alcance. Conoces como están relacionadas las tres magnitudes eléctricas. Conoces los principales símbolos eléctricos. Eres capaz de diseñar un circuito eléctrico con una finalidad concreta. Sabes utilizar los instrumentos de medida para averiguar el valor de las distintas magnitudes eléctricas. Conoces los riesgos del manejo de la corriente eléctrica Autoevaluación.
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