Bloque I. Técnica y tecnología
1.1 Técnica . . . 12 1.1.1 La técnica en la vida cotidiana . . . . 12 •Los objetos técnicos de uso cotidiano como productos de la técnica.. . . 13 •Las técnicas en la vida cotidiana para la satisfacción de necesidades e intereses.. . . 14 •La técnica en el diseño de circuitos eléctricos y sus implicaciones en la vida cotidiana para la satisfacción de necesidades e intereses. . . . 21 1.1.2 La técnica como sistema, clases de técnicas y sus elementos comunes . . . . 22 •Los componentes de las técnicas como conjunto de acciones estratégicas, instrumentales y de control. . . 22 •Las operaciones puestas en práctica en el diseño de circuitos eléctricos: la toma de decisiones, la selección de materiales y la ejecución de las acciones. . . . 24 •La instalación y operación de circuitos en paralelo y en serie como clases de técnicas. . . 25 1.1.3 La técnica como práctica sociocultural e histórica y su interacción con la naturaleza . . . . 26 •Los procesos de producción de bienes y servicios para la satisfacción de necesidades e intereses. . . 27 •La participación social organizada y dirigida de la producción mediante la técnica. . . . . 28 •La técnica como medio de relación con la naturaleza. . . 29 •El uso de circuitos eléctricos en diversos ámbitos de la vida cotidiana para la satisfacción de necesidades e intereses. . . 29 1.1.4 Las técnicas y los procesos productivos artesanales . . . . 31 •Los procesos técnicos artesanales en la comunidad. . . 31 •Las características de los procesos técnicos artesanales en el diseño y construcción de circuitos eléctricos. . . . 32 •El proceso artesanal en el diseño de circuitos eléctricos: empleo de herramientas e intervención del ser humano en las fases del proceso técnico.. . . 33 1.2 Tecnología. . . 33 1.2.1 La tecnología como campo de conocimiento . . . . 33 •La tecnología como campo de estudio y reflexión de la técnica. . . . 33 •Las diversas acepciones de Tecnología. . . . 34 •El estudio de las técnicas en el diseño de circuitos eléctricos para entender y mejorar sus prácticas: . . . 34 Funciones y acciones técnicas. . . 34 Recursos naturales como fuentes de insumos.. . . 34 Funcionalidad.. . . 36 Infraestructura y los equipos.. . . 37 Preferencias del consumidor. . . 37 1.2.2 El papel de la tecnología en la sociedad. . . . 37 •La tecnología para la satisfacción de necesidades e intereses y para la mejora de procesos y productos. . . . 38 •El diseño de circuitos eléctricos para la seguridad y el confort. . . . 39 1.2.3 La resolución de problemas técnicos y el trabajo por proyectos en los procesos productivos. . . . 39 •La tecnología y sus métodos de trabajo . . . 40 Trabajo por proyectos.. . . 40 Resolución de problemas. . . . 40Índice
•Los problemas técnicos en la vida cotidiana. . . 41
•El proyecto productivo artesanal.. . . 43 Integración de conceptos.. . . . 45
Bloque II. Medios técnicos
2.1 Herramientas, máquinas e instrumentos como extensión de las capacidades humanas . . . . 50 •Los procesos de creación de herramientas y máquinas según sus funciones en las sociedades antiguas y sus procesos de cambio: las acciones y los gestos técnicos. . . . 50 •La delegación de funciones en herramientas y máquinas empleadas en la instalación de circuitos eléctricos. . . . 51 2.2 Herramientas, máquinas e instrumentos: sus funciones y su mantenimiento. . . . . 51 •Los componentes de una máquina: fuentes de energía, motor, transmisión, actuador, sistemas de regulación y control. . . . 52 •Las herramientas, máquinas e instrumentos empleados en el diseño y construcción de circuitos eléctricos: definición conceptual, morfología y función. . . . 53 •El mantenimiento preventivo y correctivo de herramientas y máquinas utilizadas en el laboratorio de tecnología de diseño de circuitos eléctricos. . . 57 2.3 Las acciones técnicas en los procesos artesanales . . . . 59 •Los procesos artesanales para el diseño y construcción de circuitos eléctricos. . . . 59 •El proceso artesanal . . . 60 El empleo de herramientas y máquinas e intervención del ser humano en las fases del proceso técnico. . . . 60 Las acciones de regulación y control en el uso de herramientas y máquinas para la instalación de circuitos eléctricos. . . . 61 2.4 Conocimiento, uso y manejo de las herramientas, máquinas e instrumentos en los procesos artesanales . . . . 62 •Los conocimientos para el manejo de herramientas, máquinas e instrumentos en los procesos técnicos. . . . 62 •La descripción de las acciones estratégicas e instrumentales . . . 63 La toma de decisiones para alcanzar los fines deseados en las fases del proceso. . . . 63 Las acciones instrumentales para el manejo de herramientas y máquinas. . . . 65 Los procesos de regulación y control en el uso de herramientas y máquinas. . . . 65 •Introducción a las técnicas en la construcción de circuitos eléctricos: el uso del multímetro en los circuitos eléctricos.. . . 65 2.5 Aplicaciones de las herramientas y máquinas en nuevos procesos según el contexto . . . . 69 •El origen y adecuación de las funciones de herramientas y máquinas. . . . 69 •La aplicación de motores eléctricos a las máquinas: la refrigeración y las computadoras. 70 •El empleo de nuevos medios técnicos en el diseño de circuitos eléctricos. . . . 70 2.6 Herramientas, máquinas e instrumentos en la resolución de problemas técnicos y el trabajo por proyectos en los procesos productivos . . . . 72 •Las herramientas, máquinas e instrumentos empleados en el proceso de instalación y mantenimiento de circuitos eléctricos.. . . 72 •El trabajo por proyectos en el diseño de circuitos eléctricos. . . . 72 Integración de conceptos . . . . 74
Bloque III. Transformación de materiales y energía
3.1 Materiales . . . 80 3.1.1 Origen, características y clasificación de los materiales . . . . 80 •Los materiales en los procesos y productos técnicos: en la casa, la oficina y en el laboratorio de tecnología. . . 80 •Los materiales con que están hechas las herramientas y su relación con los materiales sobre los que actúan.. . . 82 •Los materiales, propiedades y usos . . . 83 Materiales aislantes y conductores de la electricidad en los circuitos eléctricos. Resistencia al paso de la corriente eléctrica. . . . 83 Aislantes naturales y sintéticos. . . . 84 Reacciones químicas y la electricidad. . . . 84 •La pila de hidrógeno. . . . 86 3.1.2 Uso, procesamiento y aplicaciones de los materiales naturales y sintéticos . . . . 87 •Los nuevos materiales y sus aplicaciones.. . . 88 •Los metales como conductores de la electricidad. . . . 88 •Los conductores de cobre y su función según el calibre.. . . 89 •Las aleaciones de plomo y estaño para la unión de componentes en los circuitos eléctricos.. . . 93 •Los materiales inflamables y resistentes al calor. . . . 93 •Los nuevos materiales para el aislamiento de cables. . . 97 3.1.3 Previsión del impacto ambiental derivado de la extracción, el uso y procesamiento de los materiales . . . . 99 •Los problemas que genera en los ecosistemas la extracción, y el uso y procesamiento de los materiales empleados en el diseño de circuitos eléctricos. . . . 99 •La previsión de los impactos ambientales por medio de nuevas técnicas en la construcción de circuitos eléctricos: el empleo de materiales de última generación. . . 100 3.2 Energía . . . 100 3.2.1 Fuentes y tipos de energía y su transformación . . . . 100 •Los tipos y fuentes de energía empleados en los procesos técnicos para el diseño y construcción de circuitos eléctricos. . . . 101 •La energía eléctrica y sus usos. . . 102 3.2.2 Funciones de la energía en los procesos técnicos y su transformación . . . . 103 •Las funciones de la energía en los procesos técnicos: activación de mecanismos y transformación de materiales . . . 104 •La función de los conversores de energía.. . . 105 •Las funciones técnicas de la energía eléctrica y el magnetismo. . . . 105 •La relación entre la corriente eléctrica, su conducción y usos. . . . 107 •El circuito eléctrico: voltaje, resistencia e intensidad de la corriente, sus relaciones y usos (Ley de Ohm). . . 108 3.2.3 Previsión del impacto ambiental derivado del uso de la energía . . . . 112 •Los problemas que generan en los ecosistemas el uso de la energía y su previsión. . . . 112 •Las corrientes de agua y el viento como fuentes de energía . . . 112 La rueda hidráulica y el molino de viento como antecedente de los conversores de energía. . . . 112 Los dinamos, alternadores y generadores. . . 113 •Las corrientes directa y alterna y sus usos. . . . 114 •Las baterías de materiales no contaminantes como fuente de energía. . . . 116•El sol, el viento y las mareas como fuentes para la generación de energía eléctrica no contaminante; conversores: fotoceldas y turbinas . . . 116 3.2.4 Los materiales y la energía en la resolución de problemas técnicos y el trabajo por proyectos en los procesos productivos . . . . 116 •Selección de los materiales y la energía para el desarrollo del proyecto.. . . 117 •El trabajo por proyectos en el énfasis de diseño de circuitos eléctricos. . . 117 Integración de conceptos . . . . 118
Bloque IV. Comunicación y representación técnica
4.1 La importancia de la comunicación técnica. . . . 122 •La importancia de la comunicación técnica en el diseño y construcción de circuitos eléctricos. . . . 123 •Los medios de comunicación técnica: oral, gestual, escrita, gráfica y señales. . . 124 4.2 La representación técnica a lo largo de la historia . . . . 125 •Los medios de representación y comunicación técnica en diferentes culturas y tiempos. . 126 •La representación de los circuitos eléctricos enfocada en su comunicación y reproducción. . . . 127 •Las funciones de la representación técnica. . . 129 Transmisión de los conocimientos técnicos. . . . 129 Reproducción de técnicas y procesos. . . . 129 Difundir la operación de los productos. . . . 129 Diseñar y proyectar procesos y productos.. . . 129 •Los símbolos y códigos en las representaciones de circuitos eléctricos. . . . 130 4.3 Lenguajes y representación técnica . . . . 137 •El uso de lenguajes para la representación de los circuitos eléctricos. . . . 137 •Los manuales para el uso y mantenimiento de los aparatos electrodomésticos. . . . 138 4.4 El lenguaje y la representación técnica en la resolución de problemas técnicos y el trabajo por proyectos en los procesos productivos . . . . 139 •Los conocimientos e información técnica como insumos para la resolución de problemas. . . . 140 •El trabajo por proyectos en el diseño de circuitos eléctricos. . . . 140 Integración de conceptos . . . . 142
Bloque V. Proyecto de producción artesanal
5.1 El proyecto como estrategia de trabajo en Tecnología. . . 146 5.1.1 Procesos productivos artesanales . . . . 146 •Características de un proceso productivo artesanal . . . 148 El sistema técnico persona - producto. . . . 149 La intervención del ser humano en cada fase del proceso.. . . 149 5.1.2 Los proyectos en tecnología. . . . 151 •El proyecto de producción artesanal en el diseño de circuitos eléctricos.. . . 151 5.2 El proyecto de producción artesanal . . . 154 5.2.1 Acercamiento al trabajo por proyectos: fases del proyecto
de producción artesanal . . . . 154
•Las fases del proyecto de producción artesanal de diseño de circuitos eléctricos. . . . 155 Integración de conceptos . . . . 157
Técnica y
Tecnología
I
BLOQUE
1.1 Técnica
1.1.1 Las técnicas en la vida cotidiana.
1.1.2 La técnica como sistema, clases de técnicas y sus elementos comunes.
1.1.3 La técnica como práctica sociocultural e histórica y su interacción con la naturaleza.
1.2 Tecnología
1.2.1 La tecnología como campo de estudio y como reflexión sobre la técnica.
1.2.2 El papel de la tecnología en la sociedad.
1.2.3 La resolución de problemas técnicos y el trabajo por proyectos en los procesos productivos.
1.1.4 Las técnicas y los procesos productivos artesanales.
BLOQUE
el alumno:
• Caracteriza a la tecnología como campo de conocimiento que estudia la técnica.
• Reconoce la importancia de la técnica como práctica social para la satisfacción de necesidades e intereses. • Identifica las acciones estratégicas, instrumentales y
de control como componentes de la técnica. • Reconoce la importancia de las necesidades e
intereses de los grupos sociales para la creación y el uso de técnicas en diferentes contextos sociales e históricos.
• Utiliza la estrategia de resolución de problemas para satisfacer necesidades e intereses.
Se posibilita un primer acercamiento de la tecnología como estudio de la técnica, la cual se caracteriza desde una perspectiva sistémica como la unidad básica de estudio de la Tecnología.
Promueve el reconocimiento del ser humano como creador de técnicas, que desarrolla una serie de actividades de carácter estratégico, instrumental y de control, para actuar sobre el medio y satisfacer sus necesidades conforme a su contexto e intereses.
• Reconocer a la técnica como objeto de estudio de la tecnología.
• Distinguir a la técnica como un sistema constituido por un conjunto de acciones para la satisfacción de necesidades e intereses.
• Identificar a los sistemas técnicos como el conjunto que integra a las acciones humanas, los materiales, la energía, las herramientas y las máquinas.
• Demostrar la relación que existe entre las
necesidades sociales y la creación de técnicas que las satisfacen.
A
prendizajes esperados
La técnica surge del deseo del hombre de producir objetos para satisfacer sus
necesidades, y es el procedimiento o conjunto de procedimientos destinados a obtener un resultado determinado, como fabricar bienes o proveer servicios. La técnica nos rodea en todos los aspectos de nuestra vida y muchas de las actividades que realizamos integran diferentes técnicas: eléctrica, electrónica, hidráulica, ciber nética, automotriz, etc. Empecemos por conocer qué es la electricidad.
Electricidad es el nombre que damos a la energía que proviene de una de las partículas más pequeñas de la Naturaleza: el electrón. Su tamaño exacto es todavía un
enigma, se calcula que tiene una masa de 9.10 × 10–31 kg; es un número muy pequeño y se representa con el punto decimal seguido por 31 ceros, un nueve (9) y la unidad (1). Para trasladarlo a una escala visible, imagina una plaza pública cuyas dimensiones sean 320 m de longitud por 240 m de anchura, capaz de albergar 300 mil per sonas. En esas dimensiones, el núcleo del átomo sería del tamaño de un balón de basquetbol y el electrón sería del tamaño de una mota de polvo, ubicada en cualquier parte de la plaza. La Plaza de San Pedro, en Ciudad del Vaticano (Italia), tiene dimensiones semejantes a las descritas. Si trasladamos un átomo de hidrógeno (que contiene un solo electrón) a estas dimensiones, el núcleo sería un balón de basquetbol en el centro y el electrón sería una mota de polvo en cualquier lugar de la plaza.
Miles de millones de estas pequeñas partículas en movimiento hacen funcionar todas las computadoras del mundo, los medios de comunicación, la industria, el comercio. El electrón es una partícula minúscula, pero sobre ella se sientan las bases de nuestra civilización.
1.1 Técnica
1.1.1 la técnica en la vida cotidiana
Activación de conocimientos
En grupo, y con ayuda de su maestro, reflexionen y respondan las siguientes preguntas:
A. Expliquen qué entienden por técnica.
B. Mencionen tres actividades en las que, para desarrollarlas, necesiten de alguna técnica.
C. ¿De qué nos sirve seguir una técnica?
La Plaza de San Pedro, situada en la Ciudad del Vaticano, dentro de la ciudad y capital italiana de Roma, precede a la Basílica de San Pedro, el magno templo de la cristiandad.
Actividad 1
Dibuja un cuadro en tu cuaderno e incluye los aparatos de cada categoría que más utilices en la escuela y en el hogar.
Tipo de aparatos Casa Escuela
Eléctricos Electromecánicos Digitales
El microprocesador es un
dispositivo electrónico que utiliza millones de transis tores para convertir señales eléctricas en instrucciones lógicas. Se le conoce también como microchip, y está inte grado a todos los productos digitales como computadoras, teléfonos celulares, reproduc tores de música y demás.
los objetos técnicos de uso cotidiano como productos
de la técnica
El hogar es el primer lugar donde se manifiesta la presencia de la tecnología:
aparatos eléctricos, agua potable, drenaje, utensilios y muebles que proporcionan comodidad. Los objetos que utilizan electricidad para su funcionamiento se dividen en tres grandes grupos:
1. Eléctricos: transforman la electricidad en otro tipo de energía, principalmente lumínica y calorífica.
2. Electromecánicos: utilizan un motor eléctrico para realizar cierto trabajo (convierten energía eléctrica en mecánica).
3. Digitales: contienen un microprocesador que utiliza la energía eléctrica para realizar tareas complejas que implican la interacción lógica con el usuario.
el átomo
Para comprender el funcionamiento de la electricidad es indispen sable estudiar la naturaleza del átomo. Seguramente has visto en algún lugar la famosa ecuación de Albert einstein E=mc2. Significa que
la cantidad de energía (E) que contiene un objeto cualquiera es igual a su masa (m) multiplicada por el cuadrado de la velocidad de la luz (c2); la velocidad de la luz en el vacío es de 300 mil km por segundo. La ecuación de Einstein tiene muchas implicaciones de gran importancia para la ciencia que no es posible abordar aquí; lo importante para nuestra materia es que la ecuación demuestra sin lugar a dudas lo siguiente:
1. Incluso los objetos más pequeños contienen una gran cantidad
de energía.
2. La materia y la energía son dos caras de la misma moneda, o
bien: son dos manifestaciones del mismo fenómeno y ambas están relacionadas con el átomo.
Actualmente sabemos con certeza que el átomo está integrado por dos partes fundamentales:
a) Un núcleo, circundado por
b) una nube de electrones que traza órbitas muy precisas alrededor
del primero.
Albert einstein
Físico alemán, nacionalizado suizo y posteriormente estadounidense. Publicó en 1905 un artículo sobre la relatividad espacial, del cual dedujo su fórmula física sobre la equivalencia de la masa y la energía en un cuerpo (E=mc²), que lo hizo mundialmente famoso. Sus trabajos revolucionaron el mundo de la física y sentaron las bases para la mecánica cuántica (el estudio de las partículas más pequeñas que el átomo), que es una
El núcleo es la parte más grande y pesada del átomo; está constituido por dos diminutas partículas llamadas protones y neutrones. El electrón, como lo explicamos al principio del bloque, es más pequeño con relación al núcleo.
El átomo es la parte fundamental de toda la materia y la energía del Universo. Todo lo que conocemos está hecho de estas diminutas partículas. Los átomos individuales reciben el nombre de elementos en química, y tienden a combinarse entre sí de manera natural para formar estructuras más complejas llamadas
moléculas. Por ejemplo, un átomo de oxígeno que se combina con dos de hidrógeno forman una molécula de agua, y una gota de agua contiene millones de moléculas. A su vez, las moléculas se combinan entre sí para dar forma a estructuras más complejas, incluyendo a todos los seres vivos y objetos inanimados.
Cabe preguntarnos: ¿cómo se mantienen unidas estas tres partículas (protones, electrones y neutrones)? ¿Por qué no salen disparados los electrones? ¿Por qué no se desintegra el núcleo del átomo?
La respuesta es sencilla: porque están cargados de energía, como lo indica la fórmula de Einstein. La esencia de este fenómeno radica en que son cargas de energía contrarias, pero en equilibrio: los electrones tienen una carga predominante negativa, los protones positiva y en
los neutrones no predomina ninguna, por eso se dice que son neutros. Ambas cargas energéticas reciben el nombre de cargas electrostáticas y la fuerza que une a las tres partículas se conoce como fuerza atómica. Las cargas electrostáticas son el principio básico de la electricidad: su naturaleza, funcionamiento y control. De hecho, la electricidad es un fenómeno natural que sucede cuando los electrones se mueven libremente por el espacio. Un rayo, por ejemplo, es una fuerte descarga
eléctrica natural que se mueve libremente a través del aire. El estudio de la electricidad consiste en aprender las técnicas para generar, transmitir, controlar y transformar esta poderosa fuerza natural.
las técnicas en la vida cotidiana para la satisfacción
de necesidades e intereses
Entendemos por técnica un conjunto de acciones que se ejecutan
en pasos su cesivos con el fin de realizar una tarea determinada; intervienen máquinas y herramientas. En tu vida cotidiana ejecutas muchas técnicas para obtener un satisfactor: en la cocina, al preparar los alimentos; en la casa, al hacer una repara ción o mejora; por las mañanas, cuando te levantas y apagas el despertador, prendes el calentador y tomas una ducha, te preparas un café y ves las noticias por la televisión; cuando sales de casa y tomas el camión a la escuela; todas estas ac tividades forman parte de una técnica (eléctrica, elec trónica, hidráulica, ciber nética, automotriz, etc.).
Electrones Protones Neutrones
Los nombres de las cargas electrostáticas
positivo y negativo son meramente
convencionales, es decir, no responden a ninguna característica distintiva de pro tones ni electrones. El primero en darles ese nombre fue Benjamín Franklin en la década de 1760 y desde entonces se han conservado los nombres por costumbre; pero bien podríamos llamar a las cargas norte y sur (como sucede con los polos de los imanes), alto y bajo, blanco y negro o cualquier otra combinación para indicar que son cargas contrarias.
Actividad 2
Escribe y explica cinco técnicas que realizas en el hogar y en las que intervenga la energía eléctrica. Las actividades que describiste son posibles gracias a la forma particular en que se comporta el átomo, como lo verás a continuación.
cargas electrostáticas
Como sabes, el átomo está constituido por protones con carga posi tiva (+), electrones con carga negativa () y neutrones, unidos por la fuerza atómica.
La fuerza que ejercen las respectivas cargas de protones y electrones se representa gráficamente con líneas de fuerza electrostática, como se muestra a continuación:
Se trata de líneas imaginarias que muestran la dirección y potencia del campo; por convención y para evitar confusiones, las líneas de fuerza de la carga positiva se representan siempre saliendo de ella y las negativas entrando a la suya.
atracción y repulsión entre cargas
Las cargas electrostáticas interactúan entre sí —de manera natural— por medio de dos fuerzas: atracción y repulsión siempre en el mismo sentido: cargas iguales se repelen y cargas contrarias se atraen, como se muestra en el diagrama.
Para comprobar este fenómeno natural realizarás un sencillo experimento.
En la gran mayoría de las actividades que realizamos en el hogar —planchar, ver T.V., aspirar la alfombra, cocinar etc.— interviene la energía eléctrica.
Actividad 4
Ahora construirás un electroscopio, aparato que permite detectar la presencia de cargas eléctricas en un cuerpo.
Objetivo: construir un aparato que detecte la presencia de cargas eléctricas en reposo.
Materiales: un vaso de cristal, un clip, una tapa desechable de plástico, papel alu minio, un globo, nailon, lana o cabello.
Actividad 3
Objetivo: demostrar las fuerzas de atracción y repulsión entre dos objetos con cargas electrostáticas. Materiales: globos de plástico; nailon, lana o cabello; hilo.
Procedimiento: 1) Infla dos globos hasta que el plástico quede tenso. 2) Corta dos hilos de 10 cm y uno de 30 cm. 3) Amarra la punta de cada hilo de 10 cm al nudo de cada globo, con la otra punta haz un pequeño lazo de manera que pueda entrar y moverse libremente por el cordel de 30 cm. 4) Frota ambos globos con un trozo de nailon, lana o sobre tu cabello (debe estar seco y libre de ungüentos). 5) Acerca los globos desde el lazo, arrastrándolos por el cordel tenso. Los globos tienen la misma carga electrostática, por lo que tenderán a separarse (repulsión).
Toma un nuevo globo y antes de colgarlo del cordel toca con él alguna pieza de metal y repite el paso 5. Ahora los globos tienen carga electrostática distinta, por lo que tenderán a juntarse (atracción). Conclusión: el material con el que se frotó el globo le transmitió una sobrecarga de electrones; por tal razón, el globo obtuvo una carga negativa predominante. Al acercar otro globo con la misma carga, los globos tendieron a rechazarse (repulsión). Cuando se tocó un tercer globo con metal, el globo transmitió parte de sus electrones, por lo que obtuvo una carga positiva predominante. Al acercarlo al globo con carga negativa, ambos tendieron a unirse (atracción). En resumen: los globos con cargas iguales se rechazan y los globos con cargas distintas se atraen.
Este fenómeno recibe el nombre de magnetismo y se define como la capacidad de ciertos materiales para ejercer fuerzas de atracción o repulsión sobre otros. El magnetismo es esencial para generar
Procedimiento:
1. Desdobla el clip como aparece en la imagen.
2. Inserta el clip en la tapa. El extremo más ancho debe ir hacia abajo. Elabora una bola con papel aluminio y colócala en la parte superior.
3. Elabora una tira con papel aluminio y colócala doblada a la mitad en el extremo ancho del clip, e introduce el conjunto en el vaso de cristal. 4. Frota el globo con el nailon, lana o el cabello. Acércalo lentamente a la bola de papel aluminio con un movimiento vertical (de arriba hacia abajo). Los extremos del papel aluminio tenderán a separarse. Ahora quita el globo y toca con un dedo la bola de aluminio; los extremos de la tira volverán a unirse. 5. Escribe las conclusiones en tu cuaderno. a) ¿Qué sucede con la tira de papel aluminio? b) ¿A qué se debe la separación de sus extremos cuando acercas el globo? c) ¿Por qué se vuelven a unir al colocar un dedo en la bola de aluminio?
Todos los objetos están cargados electrostáticamente en mayor o menor medida (incluyendo el cuerpo humano) con cargas positivas y negativas repartidas por toda su superficie. Los imanes son objetos especiales que tienen sus cargas electrostáticas polarizadas, es decir, concentradas en dos polos opuestos: uno completamente negativo y
otro completamente positivo.
Michael Faraday utilizó esta característica peculiar de los imanes para demostrar que las alteraciones en el campo magnético provocadas por ciertos metales son capaces de producir una corriente eléctrica. Al método de Faraday se le conoce como inducción electromagnética, porque las alteraciones en el campo inducen o provocan el movimiento de electrones que da como resultado la corriente. Al final de este bloque demostraremos la exactitud de las conclusiones de Faraday, pero antes debes comprender la naturaleza y el funcionamiento del campo electromag nético y sus componentes.
campo electromagnético
MichAel FArAdAy fue el primero en deducir y comprobar que el magnetismo y
la electricidad son dos aspectos del mismo fenómeno, esto es: el magnetismo produce electricidad y la electricidad magnetiza los cuerpos, como lo estudiarás
con detalle en lecciones posteriores. Por el momento, lo importante es saber que los experimentos de Faraday demostraron que la fuerza que ejercen entre sí las respectivas cargas positivas y negativas de un cuerpo crea un campo de fuerza electromagnético a su alrededor.
MichAel FArAdAy
Fue un físico y químico británico del siglo xix. Es
reconocido por haber descubierto la inducción electromagnética, fenómeno que permitió la construcción de generadores y motores eléctricos. Faraday también planteó las leyes de la electrólisis, por lo que es consi derado como el verdadero fundador del electromagnetismo y de la electroquímica.
Actividad 5
Para comprobar la existencia del campo de fuerza electromagnético y las líneas de fuerza electrostática que produce, realiza el siguiente experimento. Objetivo: visualizar las líneas de fuerza electrostática.
Materiales: imanes rectangulares, una hoja de papel o un pedazo de cristal, rebaba metálica.
Procedimiento: coloca los imanes debajo del papel o el cristal. Esparce la rebaba metálica sobre el lugar donde se encuentran los imanes.
Resultado: las rebabas metálicas son atraídas por el campo de fuerza que forman los imanes y dibujan las líneas de fuerza electrostática sobre la superficie de papel o cristal.
ley de culombo
En el átomo, las cargas electromagnéticas corres ponden a partículas específicas: protones, po sitiva (+) y electrones, negativa ().
Si el átomo está constituido por un núcleo de carga positiva predo minante (protones y neu trones), rodeado de una nube de electrones con carga negativa, y los objetos con cargas distintas se atraen, en tonces ¿por qué los electrones no se precipitan sobre el núcleo?
La explicación es sencilla: sus fuerzas electrostáticas están en equilibrio, como
lo explica la Ley de Culombo, que estipula: La fuerza de atracción o repulsión entre dos
cuerpos con cargas electrostáticas es proporcional a la intensidad de la carga presente en cada uno de ellos, dividida por el cuadrado de la distancia que los separa.
En cargas contrarias significa que mientras mayor sea la magnitud de cada una, mayor será la fuerza de atracción entre ellas y mientras más cerca esté una de otra, la atracción se incrementará. Lo mismo aplica a cargas iguales, pero con repulsión.
Dentro del átomo, por cada protón en el núcleo existe un electrón en la nube circundante, de tal manera que el total de sus cargas se anula, es decir, queda en equilibrio.
Por ejemplo, el átomo de Boro tiene en su núcleo 5 pro tones (+5) con 5 neutrones y es circundado por 5 electrones (5), de modo que 5 – 5 = 0, es decir, no predomina ninguna carga electromagnética y el átomo está en equilibrio. Además, la distancia a la que se encuentran las órbitas de los electrones es la exacta para permitir la estabilidad. La Ley de Culombo es fundamental para nuestra materia, ya que explica cómo se genera la corriente eléctrica
como consecuencia de la distancia entre los electrones de la última órbita y el núcleo.
chArles-AugustindecouloMb
Físico e ingeniero francés del siglo xviii. En su honor, la unidad
de medida de los electrones lleva su nombre: culombio que se simboliza con la letra C. Dado que el electrón es una partícula extremadamente pequeña no es posible medirlo por unidad (uno por uno) por lo cual, el culombio representa un enorme conjunto de electrones, aproximadamente 6.28 trillones. Es decir: un culombio equivale a 6.28 trillones de electrones.
Banda de conducción
Los electrones giran alrededor del núcleo en diferentes órbitas (cuyo nombre correcto es niveles energéticos). En cada nivel, los electrones se alejan más del núcleo y la fuerza de atracción disminuye. Como es lógico, en el último nivel energético la atracción del núcleo sobre los electro nes es más débil.
A este último nivel se le conoce como banda de conducción y los electrones que se encuentran en ella reciben el nombre de electrones libres, porque pueden saltar de dicha banda y desplazarse de un átomo a otro dentro del cuerpo que los contiene. Este fenómeno ocurre cuando el átomo es excitado por medio de calor, luz o electricidad, de manera que algunos de sus electrones absorben energía en exceso y eso provoca el salto.
El movimiento de electrones libres es lo que crea la corriente eléctrica, pues al saltar
de la banda de conducción liberan un poco de su energía negativa, que vuelven a recuperar cuando llegan al siguiente átomo. El proceso se repite millones y millones de veces. Entre más electrones vaguen libremente por el cuerpo que los contiene, mayor será la energía que se genere.
Este proceso no es desorganizado, de hecho está regu
lado de manera natural por la estructura misma de los átomos. Tal mecanismo regulador es llamado regla del
octeto y consiste en lo siguiente:
En todo átomo, la última órbita (banda de conducción) admite un máximo de ocho electrones para completar su estructura y todos los átomos tienden a llenarla. Los átomos que tienen entre uno y tres electrones en la última órbita tiende a cederlos a otros que los requieran para completar el octeto (ocho electrones).
La exactitud del funcionamiento de la banda de conducción y la regla del octeto son fundamentales para comprender la generación de la corriente eléctrica, como lo estudiarás en el siguiente apartado.
Actividad 6
Dibuja un cuadro comparativo con dos columnas. En la primera anota el nombre de un aparato eléctrico que conozcas y una breve descripción de la tarea que realiza; en la segunda, escribe el antecedente del aparato y su funcionalidad. Sigue el ejemplo.
Aparato eléctrico Antecedente
Bomba de agua. Se utiliza para mover el líquido a grandes distancias. Acueducto de piedra. Utiliza la gravedad para mover el agua.
la técnica en el diseño de circuitos eléctricos y sus
implicaciones en la vida cotidiana para la satisfacción
de necesidades e intereses
El término circuito es una derivación de la palabra círculo y designa todo recorrido o trayectoria cuyo punto de origen es el mismo que el destino. En el caso de la electricidad, origen y destino se ubican en la fuente de energía (que estudiarás en el Bloque III). El circuito eléctrico es, por lo tanto, el recorrido que hace la electricidad desde su punto de origen en la fuente hasta su regreso a la misma.
El recorrido puede ser tan grande como una ciudad, muy pequeño como en el interior de un microchip o de tamaño medio como una casa o una fábrica. Es durante tal recorrido cuando aprovechamos las características de este ener gético: lo utilizamos para crear iluminación artificial en calles, residencias, fábricas; producimos calor con la calefacción y frío con los sistemas de refrigeración; hace mos funcionar aparatos eléctricos, electromecánicos y digitales que nos facilitan enormemente la existencia.
Valencia
Como explicamos en el apartado anterior, todos los átomos tienden a llenar su última órbita con ocho electrones que se conoce como regla del octeto.
La cantidad de electrones que un átomo puede ceder o requiere para completar el octeto se representa por un valor conocido como valencia. Por ejemplo, un átomo con siete electrones en su última órbita tiene una valencia de 1, porque necesita un electrón para completar el octeto. Otro átomo que tenga un electrón en la banda de conducción tendrá una valencia de +1, porque puede cederlo a otro para completar el octeto.
En apartados anteriores representamos la molécula del agua (ver pág. 14) formada por un átomo de oxígeno (valencia 2) y dos átomos de hidrógeno (valencia +1). En este caso, dos átomos de hidrógeno ceden su electrón al oxígeno para completar el octeto de la última órbita y se genera así el agua.
Para la electricidad, la valencia es de suma importancia porque deter mina la capacidad que tiene un material determinado para conducir corriente eléctrica.
Por ejemplo, los metales que tienen mayor capacidad para conducir la electricidad son el oro, la plata y el cobre, en ese orden. Todos ellos tienen valencia +1, lo cual significa que en su última órbita sólo existe un electrón que puede convertirse en electrón libre y vagar por el cuerpo que lo contiene.
Sin embargo, el oro es mejor conductor que la plata, porque el electrón ubicado en la banda de conducción está más alejado del núcleo y de acuerdo con la Ley de Culombo, la atracción es menor, por lo que puede desprenderse con mayor
La electricidad ha cambiado nuestra forma de vivir, de trabajar, de comunicarnos y hasta de disfrutar del tiempo libre. La electricidad mueve el mundo, por eso es difícil imaginar nuestra vida sin electricidad.
facilidad y moverse libremente por el material. Lo mismo sucede con la plata respecto al cobre y con el cobre respecto al aluminio.
En bloques posteriores estudiaremos con detenimiento esta cualidad de los ma teriales. Por el momento, sólo debes comprender que el libre movimiento de los electrones por la banda de conducción responde a la Ley de Culombo y es lo que genera la corriente eléctrica.
En el siguiente apartado conocerás las características más importantes de este fenómeno.
1.1.2 la técnica como sistema, clases de técnicas y
sus elementos comunes
Activación de conocimientos
En grupo, y con ayuda de su maestro, reflexionen y respondan las siguientes preguntas:
A. La técnica es un conjunto de procedimientos para obtener un resultado. Mencionen un ejemplo en electricidad.
B. Expliquen qué entienden por sistema.
C. Ahora concluyan, ¿qué entienden por técnica como sistema?
Entendemos por sistema un conjunto de elementos que interactúan adecuada
mente entre sí para conseguir un fin predeterminado. El cuerpo humano es un sistema biológico, porque todos los órganos que lo conforman cumplen una tarea específica e interactúan entre sí: los dientes muelen el alimento, el estómago digiere los nutrientes, la sangre los transporta a los órganos que lo necesitan, el corazón bombea la sangre, el cerebro controla los latidos del corazón, etc. Al examinar a la técnica como sistema se ha de considerar al conjunto de sus com
ponentes y la relación que existe entre ellos para determinar las característi cas de todo el agregado. Por tanto, la técnica como sistema abarca aspectos materiales como las herramientas, pero también incluye la organización, la planea ción, los pro cedimientos y aspectos más abstractos como el conocimiento y la información.
los componentes de las técnicas como conjunto de acciones
estratégicas, instrumentales y de control
Toda técnica se divide en dos grandes segmentos: acciones estraté gicas, con las
que se planea qué se va a hacer, yacciones instrumentales y de control, que son la
puesta en práctica de lo planeado y mantener control sobre el proceso.
Las acciones estratégicas se aplican en el periodo de planeación, que estudiaremos con detalle más adelante cuando se planeen los circuitos eléctricos.
Actividad 7
Dibuja un cuadro comparativo con dos columnas. En la primera, escribe el nombre de la acción instrumental y en la segunda, explica cómo se aplica en la técnica eléctrica. Sigue el ejemplo.
Acción instrumental Aplicación en la técnica eléctrica
Cambiar el interruptor de una lámpara.
Energía: proviene de la toma o enchufe de la pared. Fuerza de trabajo: la proporciona la persona que
cambiará el interruptor.
Medios técnicos: desarmador y pinzas.
Conocimiento: requiere saber cómo funciona el circuito
eléctrico y la función que desempeña el interruptor, las partes del mismo y su ubicación dentro del circuito.
• Energía: capacidad de realizar un trabajo. Los energéticos son todas aquellas entidades, naturales o artificiales, con potencial para producir energía. • Fuerza de trabajo: capacidad de una persona para realizar una acción, es
decir, un trabajo.
• Medios técnicos: herramientas y máquinas con que se aplica la energía, a través de la fuerza de trabajo para conseguir un fin determinado.
• Conocimiento: saber aplicar la fuerza de trabajo a través de los medios técni cos para realizar las acciones.
• Habilidades: destreza del individuo para utilizar los medios técnicos.
corriente eléctrica
Ya sabes que la corriente eléctrica es generada por el movimiento de los electrones libres dentro de un cuerpo, que saltan de la banda de conducción de un átomo a otro cuando se les aplica energía (calor, luz o electricidad). Ahora verás cómo ocurre este fenómeno y sus consecuencias.
Imagina un cable de cobre al que se le aplica una carga negativa en un extremo y una positiva en el otro.
Todos los electrones libres del cobre serán repelidos por la carga negativa porque
las cargas iguales se repelen; y más importante aún: serán atraídos por la carga
positiva, porque cargas contrarias se atraen. Como consecuencia, los electrones libres comenzarán a moverse en una misma dirección y todos al mismo tiempo.
andré-marie ampère
Fue un matemático y físico francés del siglo xix,
reconocido por sus aportaciones al estudio de la corriente eléctrica y el magne tismo. Ampère descubrió las causas físicas del movimiento de un metal magnetizado (una aguja) al aplicarle una corriente eléctrica, y con ello sentó las bases para el funciona miento de los aparatos de medición de corriente eléctrica, los
amperímetros que actualmente forman parte del multímetro (Bloque II: Los medios técnicos
para la medición: el multímetro). También
descubrió la interacción entre la corriente eléctrica y el campo magnético: demostró que dos con ductores paralelos por los que circula una corriente en el mismo sentido se atraen; mientras que las corrientes en sentido opuesto se repelen, con lo cual no queda duda de que la corriente eléctrica produce un campo magnético.
posi tiva se le conoce como flujo de corriente, y la corriente eléctrica siempre fluye en
la misma dirección: desde el punto donde existe un exceso de electrones () hacia el punto donde hay escasez de los mismos (+). Dado que el flujo de corriente está determinado por la cantidad de electrones libres en movimiento, se miden con la unidad culombio (C). Como recordarás, un culombio equivale aproximadamente a 6.28 trillones de electrones; con esa base decimos que un culombio que pasa por un punto fijo cada segundo equivale a un amperio (representado por la letra
A), y esta relación la expresamos con una sencilla fórmula: 1C/s = 1A.
No es importante calcular la cantidad exacta de electrones que corren por un cuerpo. Lo importante es comprender que el flujo de corriente eléctrica se mide en amperios o bien, que el amperio es la unidad de medida de la corriente eléctrica, y un amperio representa la cantidad
de electrones que pasan por un punto fijo cada segundo: mientras más electrones pasen por un punto dado cada segundo, mayor será el amperaje y viceversa. Finalmente, el flujo de corriente (o corriente para abreviar), se representa en diagramas y fórmulas con la letra i mayúscula (I). Puedes recordarlo poniendo en mayúscula la “i” de corrIente.
las operaciones puestas en práctica en el diseño
de circuitos eléctricos: la toma de decisiones, la
selección de materiales y la ejecución de las acciones
A lo largo de estos tres cursos aprenderás métodos y técnicas para poner en práctica la eficacia y la eficiencia en circuitos eléctricos de diferente magnitud aplicados a diversos sistemas, desde una sencilla lámpara de pie hasta la instalación eléctrica de una casa habitación. Por ello, es importante que aprendas y comprendas los principios fun damentales de la energía eléctrica, porque son exactamente los mismos para cualquier circuito, lo que varía es la intensidad de la corriente y con ella, los materiales y dispositivos que debes utilizar para que tu trabajo sea eficaz y eficiente.componentes de un circuito
Como ya estudiaste, el circuito eléctrico es el recorrido que hace la electricidad desde su punto de origen en la fuente de energía hasta su regreso al mismo. Es durante ese recorrido cuando sacamos provecho
Si eliminaras el interruptor y el foco del ejemplo, aún tendrías un circuito eléctrico, porque la electricidad sigue fluyendo por los cables; sólo que no obtendrías ningún provecho de ella.
Actividad 8
Objetivo: construir un circuito eléctrico sencillo.
Materiales: fuente de poder, interruptor, foco, cables conductores. Procedimiento: conecta los componentes como se sugiere en el diagrama. La fuente de poder puede ser una pila o la toma de corriente del aula laboratorio; la decisión la toma el maestro.
En el circuito, la electricidad está realizando un trabajo. En mecánica clásica,
el trabajo se define como la energía necesaria para desplazar un cuerpo, y se mide en unidades llamadas julios o JOULES (se pronuncia yuls) y se representa con la letra
J; en el Sistema Métrico Internacional el joule se utiliza como unidad para medir
energía, trabajo y calor. En los siguientes apartados estudiarás con detalle lo que sucede en el circuito eléctrico que enciende el foco (ver JAMes-Prescott Joule,
pág.26).
la instalación y operación de circuitos en paralelo
y en serie como clases de técnicas
Sólo existen dos tipos de circuitos eléctricos: en serie y en paralelo, que
se diferencian por la manera como se conectan las terminales de los dispositivos dentro del circuito.
Circuitos en serie: las terminales de los dispositivos se conectan se
cuencialmente: la terminal de salida de un dispositivo se conecta a la entrada del siguiente, de tal manera que existe sólo un camino por el que fluye la corriente. Por ello, el segundo dispositivo depende del primero para recibir energía, el tercero del segundo y así sucesi vamente.
Circuitos en paralelo: las terminales de entrada de todos los dispo
sitivos conec tados al circuito coinciden entre sí, lo mismo que sus terminales de salida; es decir, las terminales están conectadas una al lado de la otra, por lo que existe más de un camino por donde fluye la corriente. Por tal razón, los dispositivos son independientes entre sí.
elec tromecánicos o digitales (estudiados al inicio del bloque) con el fin de realizar una tarea determinada.
Un circuito eléctrico funcional sencillo consta de los siguientes elementos:
1. Fuente de poder (pila).
2. Dispositivo para controlar el flujo de corriente (interruptor). 3. Dispositivo para transformar la energía eléctrica en otro tipo de
energía para realizar una tarea (foco).
El diseño, la planeación y construcción de circuitos en serie, en paralelo y la com binación de ambos son el objeto de estudio de nuestra materia, por lo que retomaremos constantemente el tema y lo estu diaremos a profundidad a lo largo de los tres cursos. Por el momento sólo debes tener presente que en los circuitos en serie la corriente fluye por un solo camino y por los circuitos en paralelo por varios.
Activación de conocimientos
En grupo, y con ayuda de su maestro, reflexionen y respondan las siguientes preguntas:
A. ¿Cómo han beneficiado las técnicas a la sociedad?
B. ¿Cómo creen que cambió la vida sobre la faz de la tierra con la invención de la luz?
C. ¿Se puede culpar a la tecnología por la contaminación ambiental?
La técnica no existe por sí misma, sino en un contexto social que la condiciona por particularidades económicas, culturales e históricas.
Sabemos que surge con el fin de satisfacer necesidades y que varía según el entorno; por ejemplo, las técnicas agrícolas cambian según el tipo de tierra, los hábitos alimenticios y el momento histórico; primero se usó la coa, luego el arado, le siguió el tractor y ahora las trilladoras. El automóvil, por ejemplo, desplazó a la carreta y los viajes se acortaron de días a horas, beneficiando y modificando todas las actividades socioculturales. El descubrimiento de la luz eléctrica no sólo cambió la vida de las personas, sino al mundo entero en todos los quehaceres de la humanidad.
A lo largo de la historia, el desarrollo tecnológico ha sido la mejor oportunidad
del hombre para satisfacer sus necesidades básicas y no básicas; sin embargo, su abuso indiscriminado ha puesto en peligro el equilibrio natural del planeta. Por supuesto, no debemos culpar a la tecnología por los excesos en el consumo y transformación de recursos naturales y la consiguiente contaminación ambiental. El hombre es quien ha incurrido en los excesos y el reto ahora es tomar acciones
La ingeniería eléctrica es una ciencia relativa mente nueva que comenzó a impartirse en las universidades durante el siglo xix y sienta sus
bases en los experimentos cientí ficos de Alejandro Volta, quien inventó la primera pila en 1800, llamada pila voltaica, que transforma energía química en eléctrica. Desde entonces, varios científicos e inge nieros dedicaron su talento al estudio de la energía eléctrica y su aplicación en la industria.
JAMes Prescott Joule
Físico inglés, uno de los más notables de su época. Estudió el magnetismo y descubrió la relación de éste con el trabajo mecánico; sus estudios en este campo lo condujeron a la teoría de la energía. Por tal razón, la unidad internacional de energía, calor y trabajo lleva su nombre.
1.1.3 la técnica como práctica sociocultural e
histórica y su interacción con la naturaleza
los procesos de producción de bienes y servicios para la satisfacción de
necesidades e intereses
El estudio de la electricidad cobró importancia cuando se descubrió su potencial industrial, es
decir, que podía utilizarse en la industria para crear mercancías que satisficieran necesidades sociales y al mismo tiempo dar un valor al capital invertido para crear objetos. Entre las personalidades más importantes que participaron en el desarrollo de la ingeniería eléctrica cabe mencionar a Georg Ohm, quien midió la relación entre corriente eléctrica y la diferencia de potenciales en un conductor (1827); Michael Faraday descubrió la inducción electro magnética (1831); James Clerk Maxwell publicó la teoría unificada de la electricidad y magnetismo (1873); Nikola Tesla, inventor de la corriente alterna (1887), creó el método de distribución de energía eléc trica que se utiliza actualmente en todo el mundo.
Diferencia de potencial o tensión
En apartados anteriores explicamos que en el circuito, la electricidad realiza un trabajo que se define como la energía necesaria para desplazar un cuerpo y se mide en unidades llamadas joules.
Los cuerpos que se mueven en el circuito son los electro nes. Como lo vimos anteriormente, si aplicamos energía eléctrica () con una fuente externa en el extremo de un cable de cobre, los electrones del metal comenzarán a moverse —a separarse— repelidos por la sobrecarga nega tiva y atraídos hacia la carga positiva.
A esta separación de cargas eléctricas la llamamos tensión
o dife rencia de potencial, porque existe una diferencia
entre la cantidad de electro nes en un extremo del circuito en comparación con la cantidad de electrones en el otro extremo (Ilustración 1).
La tensión es lo que genera el movimiento de electrones en
el circuito, por lo tanto, para mantener la corriente es necesario
que la tensión sea constante. Cuando la tensión disminuye, también lo hace el movimiento de electrones —lo que sucede cuando la pila se agota— hasta llegar al punto en que la diferencia de potencial es igual a cero. En ese punto deja de existir la corriente eléctrica (Ilustración 2).
La tensión es un elemento indispensable en el estudio de la electricidad y se rela ciona con otras instancias de igual importancia, como lo veremos en el siguiente apartado.
Ilustración 1: Con diferencia de potencial
la participación social organizada y dirigida de la
producción mediante la técnica
El uso de la energía eléctrica a nivel social —en la industria, el comercio, la administración pública y el hogar— requiere la participación de diferentes profesionistas, cada uno aplicando diversas técnicas: el científico descubre el comportamiento del electrón en la Naturaleza; el ingeniero eléctrico aplica ese conocimiento para controlar y aprovechar la energía; los industriales la utilizan para crear bienes de consumo que distribuyen los comerciantes, y la población utiliza la energía controlada para realizar sus tareas cotidianas.
Voltios y voltaje
Sabemos que la tensión es la fuerza que mueve los electrones en el circuito. Ahora cabe preguntar, ¿cuántos electrones puede mover? Como cualquier otro trabajo, depende de la cantidad de energía que se aplique: la unidad de medida de la tensión es el voltio y se requiere 1 voltio para mover 1 culombio (6.28 trillones
de electrones) a través del circuito, lo cual representa 1 joule de trabajo.
Así pues, la tensión eléctrica se mide en voltios (representados con la letra V);
y el conjunto de voltios que se aplica a un circuito dado recibe el nombre devoltaje o fuerza electromotriz, ya que es la fuerza que se requiere para mover cierta cantidad de electrones.
Esta categoría resulta de gran utilidad para hacer una distinción general de la cantidad de energía que requieren diferentes trabajos:
Alta tensión o alto voltaje: es la que se utiliza para transportar la energía eléctrica
a grandes distancias (cientos de kilómetros) y tiene un rango que va de los 110 mil voltios y alcanza hasta 380 mil.
Tensión media o voltaje mediano: se utiliza para transportar la electricidad a
decenas de kilómetros y va de los 3000 a los 30 mil voltios de tensión.
la técnica como medio de relación con la naturaleza
La ciencia, la tecnología y la técnica tienen como fin último entender, transformar y controlar los materiales y la energía que ya existen en la Naturaleza, con el fin de crear diversos satisfactores sociales. En el caso de la electricidad, estudiamos su comportamiento en la Natu raleza para comprenderla y poder controlarla; una vez controlada, la aplicamos a dispositivos eléctricos, electromecánicos y digitales que nos facilitan el trabajo cotidiano. De esta manera, el bienestar social depende de la relación que establecemos con la Naturaleza a través de diversas técnicas. Existen más categorías para medir la tensión que estudiaremos en futuras leccio
nes, por el momento es suficiente con que conozcas las tres mencionadas y, sobre todo, que comprendas que la tensión eléctrica se mide en voltios.
el uso de circuitos eléctricos en diversos ámbitos de la vida
cotidiana para la satisfacción de necesidades e intereses
Todos los dispositivos de uso cotidiano que utilizan electricidad (computadora, televisor, radio, teléfono, licuadoras y demás) lo hacen a través de un circuito y emplean los elementos que hemos estudiado hasta ahora y otros que estudiaremos más adelante. Seguramente has escuchado que el consumo de energía eléctrica en el hogar se mide en watts, importante unidad de medida derivada de las anteriores.el watt
Ya sabemos que existe una relación proporcional entre el culombio (C), el voltio
(V) y el joule (J) en la fuerza electromotriz o voltaje, es decir, cuando los electrones
están en movimiento, que es igual a decir: cuando existe la corriente eléctrica
(I). Ahora debemos añadir la dimensión del tiempo para obtener la potencia eléctrica.
Para comprender correctamente este fenómeno, recor demos que el trabajo en la corriente eléctrica consiste en mover electrones a lo largo del circuito, lo cual realiza por medio de la fuerza electromotriz o voltaje: 1 voltio mueve 1 culombio y aplica 1 joule de trabajo.
Cuando esto ocurre en el lapso de un segundo, el circuito tiene una potencia eléctrica igual a 1 watt. Si incremen tamos el voltaje (la fuerza electromotriz) 15 veces, tendre mos una ca pacidad de trabajo de 15 joules y, por lo tanto, una energía igual a 15 watts reco rriendo el circuito, lo suficiente para encender un foco ahorrador, pero no uno convencional.
En resumen: los watts son voltios medidos en el tiempo y se expresan con una
sencilla fórmula: 1 watt = 1J/s, porque un joule es el trabajo que requiere de
un voltio para mover un culombio. El watt se representa con la letra doble v
mayúscula: W.
El watt es la unidad de medida de la potencia eléctrica, que se representa con la
letra p mayúscula: P. A su vez, la potencia eléctrica es el ritmo al que se ejecuta
el trabajo. Recuerda que la energía eléctrica se convierte en otro tipo de energía para realizar cierta tarea utilizando un dispositivo.
Un ejemplo muy claro es un motor eléctrico capaz de desarrollar 1000 revoluciones por minuto, con una potencia de 110 watts. Si reducimos la potencia a 55 watts, el ritmo de trabajo del motor disminuirá a la mitad: 500 revoluciones por minuto. Esta característica resulta de utilidad cuando queremos controlar el trabajo que realiza el dispositivo, como en una licuadora o un ventilador.
Tradicionalmente, el watt se utiliza para medir el consumo de energía de un dispositivo (la energía que utiliza para realizar su trabajo) y el voltio para medir la cantidad de energía que fluye por el circuito, aunque es común que ambos
términos se intercambien, a causa de la relación 1 a 1 que existe entre ellos: 1V = 1W y 110V = 110W.
Actividad 9
Objetivo: controlar la tensión en un circuito eléctrico.
Materiales: fuente de poder, potenciómetro, foco, cables conductores.
Procedimiento: retoma el circuito sencillo que construiste en la Actividad 8 y sustituye el interruptor por un potenciómetro. Este componente regula la potencia eléctrica del circuito. Los dispositivos de control de corriente tienen características que aún no has aprendido; para colocar el potenciómetro adecuado a tu circuito solicita ayuda del maestro.
Responde las siguientes preguntas: ¿Qué sucede cuando manipulas el potenciómetro? ¿A qué se deben los cambios que experimenta el circuito?
1.1.4 las técnicas y los procesos productivos
artesanales
Activación de conocimientos
En grupo, y con ayuda de su maestro, reflexionen y respondan las siguientes preguntas:
A. ¿Qué es una artesanía? B. ¿Qué es un proceso artesanal?
C. ¿Cuál es la diferencia entre un proceso artesanal y uno industrial?
La artesanía es un objeto producido en forma predominantemente
manual con poca intervención de herramientas y máquinas, empleando materias primas loca les y procesos de transformación y elaboración transmitidos de generación en generación, con las variaciones que le imprime la creatividad individual del arte sano. La técnica aplicada es aprendida y se adquiere experiencia con el
tiempo. Se caracteriza por tener una producción limitada, gran parte de su fabricación es manual, cada pieza es única y el tiempo que se invierte es mayor que en un pro ducto industrial.
los procesos técnicos artesanales
en la comunidad
Los artesanos se organizan de manera diferente; en México, cuatro son las formas de producción artesanal:
Familiar: el producto es elaborado por la unidad familiar;
el trabajo se asigna por sexo y edad y se hace en casa, sin horarios rígidos y al ritmo personal.
Taller individual: el productor es maestro del oficio y
conoce todo el proceso de trabajo; lo ayuda un aprendiz. La cantidad de la producción depende de la habilidad del artesano y del ritmo de trabajo que le imprima.
Taller con obreros: por el tipo de equipo y herramientas, requiere de una inver
sión financiera mayor. El proceso lo dirige el dueño quien es maestro del oficio, y aunque laboran varios artesanos y las tareas se dividen, cada artesano sabe el proceso en su totalidad.
Manufactura: reúne en el taller a obreros especialistas en operaciones deter
minadas del proceso de trabajo. Este tipo de producción (vidrio, tejido, cerámica, confección de ropa o de calzado) se organiza con el trabajo de obreros asalariados, y están a las órdenes de un patrón quien ya no es un artesano.
Los artesanos mexicanos son reconocidos como artistas plásticos de profunda sensibilidad y creatividad; las artesanías son consideradas como objetos de identidad, porque reúnen arte y conocimiento, expresión y técnica.
Actividad 10
Objetivo: construir un circuito eléctrico modelo. Como práctica de planeación básica construirás un modelo de circuito general que te permita utilizar diferentes tipos de fuentes de poder, controladores de corriente y dispositivos de trabajo (los elementos básicos del circuito), con el fin de ocuparlo en diferentes experimentos sin necesidad de construir un nuevo circuito cada vez. Con esto ahorrarás recursos y tiempo. Materiales: cables conductores, caimanes, triplay. Procedimiento: sustituye los elementos básicos del circuito por cables con terminal de agarre llamados “caimanes” (por su estructura dentada) con el fin de poder conectar diferentes tipos de dispositivos en el lugar que les corresponde dentro del circuito, como se sugiere en la imagen. Fija los cables en una tabla de triplay, para que puedas transportarla.
Con la información anterior, responde las preguntas básicas planteadas al inicio de este apartado y construye el modelo de circuito siguiendo las instrucciones y sugerencias del maestro.
las características de los procesos técnicos artesanales en el diseño y
construcción de circuitos eléctricos
Como ya vimos, los procesos artesanales compren den una serie de actividades manuales y de carácter creador que implican la fabricación de objetos de uso doméstico en los que ha quedado impreso el se llo personal del autor; la estética del producto tiene un papel destacado que lo coloca entre el diseño y el arte, pero sobre todo, son piezas únicas cuya pro ducción nunca competiría con la industrial. En el aulalaboratorio utilizamos técnicas artesana les para realizar las actividades y construir nuestros modelos, pero no es un proceso productivo porque no crea mos bienes materiales que vayan a comercia lizarse; se trata de prácticas académicas que refuerzan los conocimientos teóricos.
Por tanto, en el diseño y construcción de un circuito la planeación es una etapa importante que responde a las siguientes preguntas básicas:
• ¿Qué se va a hacer? Definir el objetivo del pro yecto. La expresión escrita de lo que se pretende conseguir ayuda a clarificar la idea y define la base de la estrategia.
• ¿Cómo se va a hacer? Identificar todas las tareas que deben realizarse. El plan debe contener to dos los pasos del proceso sin omitir ninguno. • ¿Qué recursos se necesitan? Realizar una lista de
los requerimientos materiales y virtuales nece sarios para concretar el proyecto.
el proceso artesanal en el diseño de circuitos eléctricos:
empleo de herramientas e intervención del ser humano
en las fases del proceso técnico
En electricidad, los procesos productivos artesanales se limitan a la fabricación de algunos dispositivos de iluminación, como lámparas hechas a mano. Fuera de ello, todos los componentes son resultado de un proceso industrial regulado por estándares precisos; de otra manera no sería posible obtener provecho de la energía eléctrica.
1.2 Tecnología
1.2.1 la tecnología como campo de conocimiento
Activación de conocimientosEn grupo, y con ayuda de su maestro, reflexionen y respondan las siguientes preguntas:
A. ¿Qué entienden por tecnología?
B. ¿Cuál es la diferencia entre técnica y tecnología? C. ¿Cuál es el papel de la tecnología en la sociedad?
La tecnología es la suma total de conocimientos, capacidades y
habilidades para resolver problemas técnicosociales, y abarca a los medios de que dispone el hombre para controlar y transformar su entorno físico, así como para convertir los materiales que le ofrece la naturaleza en elementos capaces de satisfacer necesidades. En suma: tecnología es la aplicación sistemática del conocimiento científico a tareas prácticas.
La diferencia entre técnica y tecnología consiste en que la técnica
abarca los co nocimientos técnicos y las herramientas, mientras que la
tecnología considera tam bién los conocimientos científicos, la
estructura sociocultural, la infraestructura productiva y las relaciones mutuas que surgen. En la técnica está el “cómo” hacer, mientras que en la tecnología están los fundamentos del “porqué” hacerlo así.
la tecnología como campo de estudio
y reflexión de la técnica
Sabemos que la técnica es un conjunto de acciones sucesivas con el fin de
realizar una tarea determinada. En el caso de la electricidad, la técnica consiste en ejecutar las acciones necesarias para crear una corriente eléctrica que fluya a través de un circuito.
Técnica. Actividad que se centra en el saber hacer. Es un sistema simple integrado por un conjunto de acciones, ejercidas por las personas para la transformación de materiales y energía en un producto.
Muchas tecnologías actuales fueron originalmente técnicas. Por ejemplo, la ganadería y la agricultura surgieron del ensayo (prueba y error); luego se fueron tecnificando a través de la ciencia, para llegar a ser tecnologías.
En nuestra materia, entendemos la tecnología como el estudio o razonamiento sobre la
técnica cuyo objetivo fundamental es incrementar su eficacia y su eficiencia.
La eficacia es la capacidad de lograr con exactitud y precisión el efecto que se espera. Un ejemplo en la técnica eléctrica sería controlar la tensión exacta para crear la corriente necesaria en un circuito.
La eficiencia es la capacidad de realizar las mismas o más acciones en menos tiempo y con menos recursos. En este sentido, las lámparas fluorescentes (focos ahorra dores) son más eficientes que las bombillas incandescentes porque producen la misma cantidad de luz artificial con menos energía.
las diversas acepciones de tecnología
La tecnología, por otra parte, tiene diversas acepciones o significados; veamos algunos:
• Área del conocimiento que estudia a la técnica, sus funciones, los insumos y los medios que la conforman, sus procesos de cambio, así como su interacción con el contexto sociocultural y natural.
• Conjunto de teorías y técnicas que permiten el aprovechamiento práctico del conocimiento científico.
• Conjunto ordenado de instrumentos, conocimientos, procedimientos y métodos aplicados en las distintas ramas industriales.
• Conjunto organizado de conocimientos aplicados para alcanzar un objetivo específico, generalmente el de producir y distribuir un bien o servicio.
el estudio de las técnicas en el diseño de circuitos eléctricos
para entender y mejorar sus prácticas:
• Funciones y acciones técnicas
Como ya estudiaste anteriormente, para que el circuito funcione es necesario man tener una tensión constante. La fuerza electromotriz se consigue aplicando alguna de las siguientes fuerzas: fricción; calor (o frío); presión; luz; acción química y magnetismo apoyado con trabajo mecánico. Cada una de estas técnicas se utiliza en diferentes contextos, dependiendo de la solución que se está buscando a un problema determinado.
• Recursos naturales como fuentes de insumos
Cualquiera que sea la fuerza externa aplicada para generar fuerza electromotriz, siempre utiliza recursos naturales que se transforman para generar electricidad.
Fricción. En el experimento realizado con globos utilizamos la fricción para generar
electricidad estática (en reposo); en ella, a diferencia de la corriente eléctrica, los electrones se acumulan en un solo punto sin moverse. La ley de atracción y repul sión entre cargas electromagnéticas que surge de la electricidad estática tiene varios usos prácticos: algunas industrias la utilizan para atraer partículas pesadas contaminantes y evitar que se propaguen por el aire; las impresoras láser y las fo tocopiadoras la utilizan para estampar figuras en el papel; la industria automotriz
Los focos de led usan una décima parte
de lo que usa un foco normal y son 80% más eficientes que los comunes; están libres de metales pesados y no producen rayos ultravioleta.