E LECTRICIDAD YM AGNITUDESE LÉCTRICAS

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TECNOLOGÍA 3º ESO: ELECTRICIDAD Y MAGNITUDES ELÉCTRICAS

¿Qué es la electricidad? La electricidad es un flujo de electrones a través de un medio que sea capaz de permitir su circulación. Los electrones son los responsables de la corriente eléctrica, son los que se mueven a través de un conductor desplazándose de un lugar a otro. Intensidad de corriente: La intensidad (I) es la cantidad de carga eléctrica (Q) que atraviesa la sección de un conductor por unidad de tiempo, es decir, la cantidad de electrones que atraviesan una sección de conductor cada segundo. Se mide en Amperios (A). La carga Q se mide en Culombios (C).

I

=

Q

t

Amperio

=

Culombio

Segundo

1C es una unidad de carga muy grande; por ejemplo, la carga del electrón es de -1,6·10-19 C. Voltaje, tensión o diferencia de potencial (ddp.): La tensión o voltaje (V), es la energía que una pila o batería es capaz de proporcionar a cada electrón: V = E / Q. Se mide en Voltios (V). Cuando hablamos de diferencia de potencial nos referimos a la diferencia de energía por unidad de carga entre dos puntos de un circuito. Cuantos más voltios suministremos a un circuito, más energía tienen los electrones para moverse. Haciendo un símil, el voltaje es como la altura de una presa hidroeléctrica. Cuanta más altura tiene, con mayor fuerza cae el agua.

Resistencia: La resistencia eléctrica (R) indica la oposición que presentan los materiales al paso de la corriente. Se mide en Ohmios (Ω). Los materiales conductores tienen poca resistencia, pues permiten que la corriente eléctrica circule por ellos. Los materiales aislantes presentan una resistencia muy alta que no permite el paso de electrones.

Ley de Ohm: La Ley de Ohm relaciona las magnitudes de voltaje, resistencia e intensidad de la siguiente manera:

V = I · R Voltio = Amperio x Ohmio

Se trata de una ecuación de primer grado en la que puedes despejar la magnitud que quieras calcular, cuando conocemos las otras dos. V y R son directamente proporcionales. La relación es lineal, de modo que la gráfica resultante es una línea recta: compruébalo experimentalmente. Triángulo de Ohm. Es una regla mnemotécnica que te puede ayudar.

Energía eléctrica: Es el trabajo necesario para desplazar una carga eléctrica entre dos puntos sometidos a una diferencia de potencial. Se mide en Julios (J) o kilovatios-hora (kWh). Nota: 1 kWh = 3.600.000 J = 3,6·106J (Dado que 1h = 3.600s es 1kW = 1.000W).

E = V · Q = V · I · t = I2· R · t Julio = Voltio x Amperio x Segundo Ley de Joule

Potencia eléctrica: Es la energía consumida o transformada por unidad de tiempo,

P

=

E

t

=

V

I

t

t

=

V

I

=

I

2

R

Vatio = Voltio x Amperio

Cuanta más potencia tenga un aparato eléctrico, más energía eléctrica consumirá en la unidad de tiempo, es decir, tardará menos en consumir una cierta cantidad de energía.

P = Potencia en Vatios (W), E = Energía en Julios (J) y t = tiempo en segundos (s).

P = Potencia en Kilovatios (kW), E = Energía en kilovatios-hora (kWh) y t = tempo en horas (h). Ejercicio: Un calefactor tiene una potencia de 1500 W. ¿Cuánta energía consume cuando está funcionando durante 3 horas? Expresa el resultado en kWh y en Julios (J).

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C

ORRIENTE ELÉCTRICA Y CORRIENTE CONTINUA

La corriente eléctrica es el movimiento de electrones a través de un conductor. Dependiendo de cómo sea este movimiento podemos distinguir entre corriente continua y alterna:

Corriente

Continua (CC) Direct Current(DC) Corriente Alterna (CA) Alternate Current(AC) El movimiento de electrones se produce en un

mismo sentido. El movimiento de los electrones cambia de sentido cada cierto tiempo. Utilizan corriente continua todos los aparatos

que funcionan con pilas o baterías. Utilizan corriente alterna todos los aparatos que se enchufan directamente a la red

Corriente Continua: Cuando el movimiento de electrones se produce en un mismo sentido, se llama Corriente Continua (CC) Direct Current (DC). Utilizan corriente continua todos los aparatos que funcionan con pilas o baterías. También aquellos aparatos que están conectados a una fuente de alimentación que nos proporcione corriente continua.

Gráfica: La tensión es siempre positiva y constante. Por ejemplo, si tenemos una batería de 4,5V, siempre tendremos 4,5V en el polo positivo.

Corriente alterna: Cuando el movimiento de los electrones cambia de sentido cada cierto tiempo, se llama Corriente Alterna (CA) Alternate Current (AC). Utilizan corriente alterna todos los aparatos que se enchufan directamente a la red eléctrica.

Una de las características de la corriente alterna es la frecuencia de oscilación, que en nuestro país es de 50 Hercios (Hz); esto quiere decir que en nuestros enchufes los polos positivos y negativos se invierten sucesivamente 50 veces (ciclos) en un segundo. Los electrones están cambiando de sentido sucesivamente y lo que se transmite por el cable son las vibraciones.

Gráfica: Como puedes ver, la tensión oscila entre valores positivos y negativos (tiene forma senoidal).

Adaptadores de corriente: Hay muchos aparatos que para conectarse a la red utilizan un adaptador como el de la imagen. Por ejemplo, para cargar la batería de tu móvil necesitas de 3 a 6V de corriente continua, y sin embargo la red proporciona 220V de corriente alterna que cambia de sentido a 50 Hz, es decir, 50 oscilaciones por segundo. El adaptador lo que hace es cambiar de corriente alterna a continua y disminuir la tensión hasta el valor de uso.

Osciloscopio analógico: Instrumento con electrónica analógica de medición que permite representar visualmente en un tubo de rayos catódicos las señales eléctricas, como por ejemplo la tensión V en función del tiempo t.

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CIRCUITOS ELÉCTRICOS

Un circuito eléctrico es un sistema de operadores que pueden interaccionar para que circule la corriente eléctrica. Si la electricidad fluye desde la fuente, recorre un camino y vuelve al mismo punto, podemos decir que se estableció un circuito eléctrico.

Para montar un circuito eléctrico necesitamos los siguientes componentes básicos:

§ Un generador o acumulador que proporcione la diferencia de potencial necesaria para que la corriente eléctrica fluya por el circuito. Puede ser una pila, una batería, una fuente de alimentación, o un generador de corriente continua o alterna.

§ Un medio conductor por lo que la corriente eléctrica pueda circular. Puede ser un cable, una chapa metálica, una placa de prototipos (protoboard), etc.

§ Unos elementos receptores de la energía eléctrica que la transformen en otro tipo de energía: una lámpara para proporcionar luz y calor, un motor que proporciona movimiento, etc.

§ Unos elementos de maniobra o control que me permitan controlar el circuito, abriendo o cerrando el paso de la corriente. Tenemos para eso los interruptores, pulsadores, etc. Cuando un interruptor está pulsado decimos que el circuito está cerrado (circula la corriente); si no está pulsado, el circuito está abierto (no circula la corriente).

§ También podemos introducir elementos de protección, que protegen a los elementos del circuito de posibles sobrecargas. Por ejemplo, un fusible tiene esa función.

T

IPOS DE

C

IRCUITOS

Circuito en serie. Los elementos se colocan uno a continuación del otro (conexión en serie) de modo que cada elemento sea la entrada del siguiente. Si uno de los componentes se funde o se desconecta, el resto deja de funcionar, ya que se abre el circuito y deja de circular la corriente. O bien funcionan todos los receptores a la vez, o no funciona ninguno.

La corriente que circula por todos los elementos es la misma IT = I1 = I2 = I3

El voltaje total es la suma de las tensiones en los extremos de cada elemento: V = V1 + V2 + V3 La resistencia total es la suma de resistencias de cada receptor: RT = R1 + R2 + R3

Circuito en paralelo. Dividimos el conductor para conectar cada elemento a un ramal (conexión en paralelo o derivación), de modo que todos los elementos tengan la misma entrada o la misma salida. Si uno de los componentes se funde o se desconecta, el resto sigue funcionando.

La corriente total es la suma de las corrientes en los extremos de cada elemento: IT = I1 + I2 + I3

El voltaje que circula por todos los elementos es el mismo VT = V1 = V2 = V3 Empleando la ley de Ohm, podemos calcular la resistencia total:

1

R

T

=

1

R

1

+

1

R

2

+

1

R

3

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OPERADORESELÉCTRICOSBÁSICOS

INTERRUPTOR: Se denomina interruptor a un operador que sirve para abrir un circuito eléctrico (se interrumpe el paso de la corriente eléctrica) o para cerrarlo (la corriente eléctrica circula por los componentes del circuito). Un motor funcionando o una

bombilla encendida son muestra de que el circuito está cerrado.

CONMUTADOR: Un conmutador es un dispositivo eléctrico o electrónico que permite modificar el camino que deben seguir los electrones, es decir, la corriente eléctrica. Se asemejan a los interruptores en su forma exterior, pero los conmutadores a la vez que desconectan un circuito, conectan otro.

El conmutador doble tiene 2 posiciones y 6 contactos. Sirve para controlar dos circuitos al mismo tiempo. Por ejemplo, sirve como llave de cruce para invertir el sentido de giro de un motor.

RESISTENCIA (o resistor): La resistencia es un elemento que se intercala en los circuitos eléctricos y electrónicos para dificultar el paso de la corriente. El valor de una resistencia se indica sobre la misma mediante anillos de colores que responden a un código.

CONDUCTORES: Los conductores son los operadores que permiten el paso de la corriente eléctrica sirviendo de enlace entre la fuente de energía (pila) y los demás receptores del circuito. Están formados por uno o varios hilos metálicos agrupados, normalmente recubiertos de material aislante. Los metales utilizados en su fabricación son de alta conductividad eléctrica (baja resistencia) y son habitualmente de cobre o de aluminio.

DIODO LED (Light Emitting Diode): Componente electrónico que emite luz. Están compuestos por materiales semiconductores de silicio. Funcionan a menudo a dos voltios, por lo que debe colocarse una resistencia de protección en serie para que funcionen correctamente sin dañarse. Pueden sustituir en algunos casos a las bombillas con varias ventajas: necesitan menos corriente (las pilas duran más tiempo), son más pequeños, son de distintos colores y pueden durar más si no se usa mucha corriente.

¡Importante! Usar un voltaje mayor de 3V puede reventar los LED, a no ser que se añadan al circuito las resistencias que los protejan.

REGLETA DE CONEXIÓN: Las regletas de conexión son piezas de plástico que llevan unos contactos metálicos en su interior. Los contactos de las regletas tienen en cada extremo un agujero en el que se introduce la punta del conductor. La sujeción del conductor se realiza mediante la presión de un tornillo. La cobertura de plástico actúa como aislante y protege de las descargas eléctricas.

CONECTORES: Los conectores o terminales son elementos de fijación metálicos que encajan en el extremo de un cable facilitando su conexión. Pueden fijarse al conductor introduciéndolo en el terminal. Al deformar el conector mediante presión, queda sujeto al conductor. También se puede soldar.

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O

PERADORES ELÉCTRICOS Y ELECTRÓNICOS BÁSICOS

Tipo de operador Operador Símbolo Imagen

Re ce p to re s: tr an sfo rm an la e n er gí a el éc tr ic a en o tr o ti p o d e en er gí a. Produce luz: Bombilla Diodo LED Produce sonido: Zumbador / Timbre Altavoz

Produce movimiento: Motor

Produce calor: Resistencia

Almacena carga eléctrica y la descarga

posteriormente: Condensador

Operadores de control: permiten controlar el circuito, abriendo o cerrando el paso de corriente.

Interruptor

Pulsador

Conmutador

Generadores de corriente

eléctrica: proporcionan la diferencia de potencial necesaria para que la corriente eléctrica fluya por el circuito.

Pila

Batería

Operadores de protección: protegen al circuito de sobrecargas. El hilo del fusible, se funde si la corriente es demasiado alta.

Fusible

Instrumentos de medida de

magnitudes eléctricas incluidos en el polímetro o multímetro:

Voltímetro

Amperímetro

Ohmímetro

(6)

M

EDIDAS DE MAGNITUDES ELÉCTRICAS

.

E

L POLÍMETRO O MULTÍMETRO

.

El polímetro o multímetro digital es un aparato que sirve para medir:

Magnitud física Voltaje, tensión o diferencia de potencial (ddp.) Intensidad Resistencia

Unidad de Medida Voltios Amperios Ohmios

Instrumento Voltímetro Amperímetro Ohmímetro

Símbolo

Para utilizar el polímetro debes tomar las siguientes precauciones: - No girar el selector mientras mides.

- No tocar las puntas de prueba roja y negra (electrodos) cuando mides. - Cambiar la pila cuando aparezca el indicador de batería baja.

- El polímetro tiene un fusible para protegerlo de las tensiones altas. Si el polímetro no funciona comprueba que el fusible no está fundido.

- Antes de hacer las medidas, comprueba que esté seleccionado el tipo de corriente que desees (continua DC o alterna AC ).

Medida de voltajes y diferencias de potencial (voltímetro).

§ Conecta el electrodo negro en COM y el rojo en VΩmA.

§ Comprueba que en el polímetro está seleccionada la corriente continua (DC ).

§ Sitúa el selector (rueda) en la zona de medida de voltaje en corriente continua (V ) en el valor de 20V. Si al medir sale un 1 en la pantalla es que hay sobrecarga. Sube la escala.

§ Para medir una diferencia de potencial se sitúa el polímetro en paralelo con el componente que queremos medir.

§ El electrodo rojo tiene que ir al polo positivo y el electrodo negro al polo negativo. Si la medida sale negativa es que están colocados al revés.

Medida de intensidades (amperímetro).

§ Conecta el electrodo negro en COM y el rojo en VΩmA.

§ Comprueba que en el polímetro esté seleccionada la corriente continua (DC ).

§ Sitúa el selector en la zona de intensidad en corriente continua. Si al medir sale un 1 en la pantalla es que la escala es pequeña para la medida que queremos hacer. Sube la escala.

§ Para medir una intensidad se coloca el polímetro en serie.

§ El electrodo rojo tiene que ir en el lado del polo positivo y el electrodo negro en el lado del negativo. Si la medida sale negativa es que están colocados al revés.

Medida de resistencias (Ohmímetro).

§ Importante: para medir la resistencia debes asegurarte de que los componentes que se vayan a medir no tengan voltaje. ¡Desconéctalos!

§ Conecta el electrodo negro en COM y el electrodo rojo en VΩmA.

§ Sitúa el selector en Ω, en el valor más alto al principio.

§ Cuando estés haciendo la medida ve bajando la escala hasta que desaparezca el 1 de la pantalla.

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Código de colores de cuatro bandas

Color 1ª cifra 2ª cifra Nº de ceros Tolerancia

±%

plata - - 0,01 10%

oro - - 0,1 5%

negro - 0 - -

marrón 1 1 0 1%

rojo 2 2 00 2%

naranja 3 3 000 -

amarillo 4 4 0000 -

verde 5 5 00000 -

azul 6 6 000000 -

violeta 7 7 - -

gris 8 8 - -

blanco 9 9 - -

Tolerancia: sin indicación

±

20%

Ejercicio: Indica el valor de las siguientes resistencias conociendo su código de colores de 4 bandas: Va lo r To le ra n c ia ( % ) To le ra n c ia ( n u m é ri c o )

Código de colores de 4 bandas

Color ci fr a ci fr a Nº de ceros Tole- rancia

±

%

plata - - 0,01 10%

oro - - 0,1 5%

negro - 0 - -

marrón 1 1 0 1%

rojo 2 2 00 2%

naranja 3 3 000 -

amarillo 4 4 0000 -

verde 5 5 00000 -

azul 6 6 000000 -

violeta 7 7 - -

gris 8 8 - -

blanco 9 9 - -

Tolerancia: sin indicación

±

20%

Código de colores

(8)

B

OLETÍN DE EJERCICIOS DE

E

LECTRICIDAD Naturaleza de la electricidad.

1. El átomo está compuesto de protones, neutrones y electrones. ¿Cuál de estas partículas es la responsable de la corriente eléctrica? ¿qué carga eléctrica tiene?

Voltaje, tensión y diferencia de potencial.

2. ¿Qué es la tensión o voltaje de una pila? ¿En qué se mide?

Resistencia eléctrica.

3. ¿Qué es la resistencia eléctrica? ¿En qué se mide?

4. ¿Los materiales conductores tienen mucha o poca resistencia? ¿Y los materiales aislantes?

Intensidad de corriente.

5. ¿Qué es la intensidad de corriente? ¿En qué se mide?

Ley de Ohm.

6. Se tengo una pila de 3V y una resistencia de 6Ω, ¿qué intensidad circula por el circuito? Escribe la ley de Ohm.

Energía eléctrica.

7. Un termo eléctrico tiene una potencia de 2500 W. ¿Cuánta energía consume cuando está funcionando durante 7 horas? Expresa el resultado en kWh y en Julios (J).

Medidas con el polímetro.

8. El polímetro sirve para medir diferencias de potencial (voltajes), intensidades y resistencias. Completa la siguiente tabla:

Magnitud física: Voltaje Intensidad Resistencia

Instrumento de medida:

Unidad de medida:

(9)

Circuitos eléctricos.

9. Completa la siguiente tabla de operadores:

Operador Símbolo Función

Pila

Batería

Bombilla

Motor

Resistencia

Diodo LED

Interruptor

10.Indica cuál es la forma idónea de conectar el voltímetro para medir la diferencia de potencial de la bombilla:

a) b)

11. Hacemos una medida con el voltímetro y el resultado sale negativo; ¿a qué se puede deber?

Corriente continua y alterna.

12.Dibuja los símbolos de corriente continua y corriente alterna:

a) Continua: b) alterna:

(10)

14.¿Para qué sirve el adaptador de corriente de tu teléfono móvil?

Circuitos en Serie.

15. Dibuja el esquema eléctrico de un circuito que contiene una pila de 4,5V, un interruptor y dos motores conectados en serie. Dibuja el sentido de la corriente eléctrica mediante flechas.

16.¿Qué sucede con la luminosidad de las lámparas cuando conectamos muchas en serie?

17. ¿Podemos encender y apagar cada una de estas bombillas de manera independiente? ¿Por qué?

18.En el siguiente circuito eléctrico, completa el cuadro.

Bombilla Resistencia Total

R (Ω)

I (A)

(11)

Circuitos en Paralelo.

19.Dibuja el esquema eléctrico de un circuito que contiene una pila de 4,5V, un interruptor y dos motores conectados en paralelo. Dibuja el sentido de la corriente eléctrica mediante flechas.

20.Si uno de los motores se estropea y se para, ¿sigue funcionando el otro? ¿Por qué?

21.En el siguiente circuito eléctrico, completa el cuadro. Resistencia 1 Resistencia 2 Total

R (Ω)

I (A)

(12)

Circuitos mixtos.

22.En el siguiente circuito eléctrico, completa el cuadro.

R1 R2 R3 Total

R (Ω)

I (A)

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