I.INTRODUCCIÓN II. CORRIENTE ELÉCTRICA.

Texto completo

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omo ya sabes, la materia está formada por partículas muy pequeñas llamadas átomos. A su vez, los átomos están constituidos por electrones que se mueven alrededor de un núcleo, constituido por

protones y neutrones. Los protones y los electrones

tienen una propiedad conocida como carga eléctrica. Esta propiedad es la responsable de que ocurran los fenómenos eléctricos.

Mientras que los neutrones no poseen carga eléctrica, la carga eléctrica de un electrón es igual a la de un protón, pero de distinto signo, y por convenio:

Los electrones tienen carga negativa.

Los protones poseen carga positiva.

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

positivas (con defecto en electrones) y cuerpos con carga negativa (con exceso de electrones). Por tanto,

para adquirir carga eléctrica, es decir, para electrizarse, los cuerpos tienen que ganar o perder electrones.

Una característica de las cargas es que las del mismo signo se repelen, mientras que las cargas con diferente signo se atraen.

Por todo lo anterior, si frotamos un bolígrafo con un trapo, los electrones son arrancados de éste último y pasan al bolígrafo, que, de esta forma, queda cargado negativamente, con exceso de electrones.

Si acercamos luego el bolígrafo cargado a un trocito de papel, los electrones del extremo de papel más próximo al bolígrafo son repelidos al lado contrario, con lo que dicho extremo queda cargado positivamente, con un defecto de electrones. Ésta es la razón por la que el bolígrafo atrae al papel y decimos que el bolígrafo se ha electrizado. A este efecto se le denomina: electricidad estática.

ara que una estructura cumpla su cometido, debe cumplir tres condiciones:

II.1. MATERIALES AISLANTES, CONDUCTORES Y

SEMICONDUCTORES.

Hay materiales, como los plásticos, la porcelana o el vidrio, en los que los electrones no se mueven de un átomo a otro. Estos materiales se llaman aislantes. En otros materiales, los electrones se pueden mover con cierta facilidad. Estos materiales se denominan

conductores. Son buenos conductores los materiales

que ofrecen poca resistencia al paso de los electrones, como por ejemplo los metales (plata, cobre, aluminio, etc.). También hay materiales que a veces se comportan como conductores y otras como aislantes; son los semiconductores, que se emplean mucho en los dispositivos electrónicos.

C

P

I.INTRODUCCIÓN

II. CORRIENTE ELÉCTRICA.

MAGNITUDES ELÉCTRICAS

Más 1 electrón ión negativo o anión (exceso de electrones)

Menos 1 electrón ión positivo o catión (defecto de electrones) ELECTRÓN

NÚCLEO

Al frotarlo con un trapo,

el bolígrafo se “electriza” El bolígrafo, cargado negativamente, atrae al papel

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II.2. CORRIENTE ELÉCTRICA Y TENSIÓN (V).

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

Por tanto, para que la corriente eléctrica se produzca es necesario que entre los extremos del conductor exista una diferencia de potencial eléctrico, es decir, que entre ambos extremos exista un desnivel eléctrico o tensión (V). Esto lo podemos conseguir conectando cargas de distinto signo en los extremos del conductor (por ejemplo colocando una pila).

En cierto sentido, el funcionamiento de la electricidad se parece a la circulación de agua por tuberías.

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

II.3. INTENSIDAD DE CORRIENTE (I).

En el ejemplo del agua, la cantidad de agua que pasa por una tubería en un segundo se llama caudal. Podríamos decir, por ejemplo, que una tubería puede transportar un caudal de 1 litro de agua por segundo. La CORRIENTE ELÉCTRICA se puede definir

como el flujo ordenado de electrones a través de un material conductor desde una zona con carga negativa (exceso de electrones) a otra con carga positiva (deficitaria en electrones).

Material conductor (cable) Zona con carga negativa (un electrón más)

Zona con carga positiva (un electrón menos)

En este caso, el electrón que sobra viajaría por el material conductor hasta la zona en la que falta

Flujo de electrones

-La TENSIÓN ELÉCTRICA (V), llamada también voltaje o diferencia de potencial, simboliza la diferencia de carga eléctrica entre dos puntos. Es “la energía que impulsa a los electrones” para que recorran el circuito y formen la corriente eléctrica. Esta energía nos la puede proporcionar una pila, una batería, un generador eléctrico, o el enchufe de la red.

Su unidad, en el SI es el VOLTIO (V). La tensión entre dos puntos del circuito se mide con un aparato llamado voltímetro.

A semejanza del ejemplo del agua, en un punto de un circuito, la INTENSIDAD DE CORRIENTE será la cantidad de electrones o carga (Q) que pasa por un punto del circuito por unidad de tiempo (t).

Como la carga de un electrón es muy pequeña, en el Sistema Internacional (SI), para expresar la cantidad de carga, se emplea como unidad la carga de 6,242·1018 electrones (6,242 trillones de electrones), llamada CULOMBIO (C).

La unidad de la intensidad de corriente, en el SI, es el AMPERIO (A) que se podrá definir como la intensidad de corriente que transporta 1 culombio en un segundo.

La intensidad de corriente se mide con un dispositivo llamado amperímetro.

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II.4. RESISTIVIDAD ( ) Y RESISTENCIA (R).

En cualquier conductor las cargas encuentran una oposición o resistencia a su movimiento (al igual que el agua en una tubería puede encontrarse con obstáculos que dificulten su paso).

Esta resistencia (R) depende del material con que está hecho el conductor (resistividad), de su longitud y de su sección, según la fórmula:

Tabla de resistividades de algunos materiales

Material Resistividad en Ω∙m Plata 1,59 ∙ 10-8 Cobre 1,71∙ 10-8 Oro 2,35∙ 10-8 Aluminio 2,82∙ 10-8 Wolframio 5,65∙ 10-8 Níquel 6,40∙ 10-8 Hierro 9,71∙ 10-8 Platino 10,60∙ 10-8 Estaño 11,50∙ 10-8 Acero inoxidable 72∙ 10-8 Grafito 60∙ 10-8

II.5. MÚLTIPLOS Y SUBMÚLTIPLOS.

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

n circuito eléctrico es un conjunto de operadores unidos de tal forma que permitan el paso o circulación de la corriente eléctrica (electrones) para conseguir algún efecto útil (luz, calor, movimiento, etc.).Todo circuito eléctrico debe disponer como mínimo de generadores, conductores y receptores (elementos imprescindibles). Además, los circuitos suelen completarse con los elementos de maniobra y protección.

III.1. LOS GENERADORES.

Los generadores son los elementos que transforman cualquier forma de energía en energía eléctrica. Proveen al circuito de la necesaria diferencia de cargas entre sus dos polos o bornes (tensión), y además, son capaces de mantenerla eficazmente durante el funcionamiento del circuito. Ejemplos de ellos son las pilas y baterías y las fuentes de

alimentación. Un generador consta de dos polos, uno

negativo (cátodo) y uno positivo (ánodo). No basta con conectar un extremo del conductor al polo negativo del que salen los electrones, hay que conectar el otro extremo al polo positivo, al que vuelven los electrones. Si cortamos el cable en un punto, los electrones se detienen en todo el cable (al igual que cuando cerramos un grifo el agua se detiene en toda la tubería). Cuando ambos polos se unen mediante el hilo conductor, los electrones se mueven a través de él, desde el polo negativo al polo positivo.

U

La RESISTENCIA ELÉCTRICA (R) es la oposición que ofrece un material al paso de la corriente eléctrica. Se mide en OHMIOS (Ω) con un aparato llamado óhmetro.

III. CIRCUITOS ELÉCTRICOS

Cuando conectamos todos los elementos de un circuito eléctrico, el generador induce el movimiento de una corriente de electrones, que salen del polo negativo (-) de la pila y van hacia el positivo (+). Este es el llamado SENTIDO REAL DE LA CORRIENTE. A pesar de lo que acabamos de ver, para analizar circuitos, diseñar máquinas o hacer cálculos eléctricos, se utiliza la interpretación contraria: la corriente eléctrica fluye desde el polo positivo (+) del generador hacia el negativo (-). Es el llamado SENTIDO CONVENCIONAL

DE LA CORRIENTE, y es el que tienes que utilizar

siempre a partir de ahora, aunque sabemos que los electrones se mueven en sentido contrario.

La razón de utilizar esta interpretación es histórica. Los primeros científicos que estudiaron la electricidad pensaban que la corriente era un flujo de partículas con carga positiva y con un sentido de circulación de positivo a negativo. Después se descubrió que las partículas que se movían no tenían carga positiva, sino negativa (los electrones), y que el sentido de la corriente era el contrario, pero quedó esta manera de interpretar y estudiar la electricidad.

SENTIDO DE LA CORRIENTE

-

Sentido convencional (de + a -) Sentido real (de - a +)

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III.2. LOS RECEPTORES.

Son los operadores encargados de transformar la energía eléctrica en otros tipos de energía útil: energía mecánica (motor), luminosa (lámpara), acústica (timbre)...

III.3. LOS CONDUCTORES.

Son los materiales que sirven de unión entre los distintos operadores eléctricos y que permiten la circulación de la corriente eléctrica. Suelen ser cables de metal, normalmente de cobre, y recubiertos de plástico (ya que es un material aislante y eso permite tocar los cables sin peligro).

III.4. ELEMENTOS DE MANIOBRA.

Dispositivos usados para dirigir o interrumpir el paso de corriente. Los más importantes son los interruptores, conmutadores, pulsadores y relés.

III.5. ELEMENTOS DE PROTECCIÓN.

Elementos que tienen por misión proteger a las instalaciones (fusibles), a los usuarios, o a ambos a la vez (como los diferenciales).

Dispositivos Símbolos

SI

M

BO

LO

A

NO

R

M

A

LI

ZA

D

A

GENERADORES Pila Batería

Generan corriente continua

RECEPTORES

Lámpara

Produce luz Resistencia

Produce calor y limita el paso de la corriente Motor de corriente continua Genera movimiento Timbre o zumbador Produce sonido ELEMENTOS CONTROL O MANIOBRA Interruptor Permite o impide el paso de la corriente Conmutador

Permite alternar la corriente entre dos circuitos Pulsador

normalmente cerrado (NC)

Interruptor que permite el paso de la corriente mientras no es accionado,

impidiéndolo en caso contrario Pulsador

normalmente abierto (NA)

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

contrario ELEMENTOS DE PROTECCIÓN Fusible Protege al circuito INSTRUMENTOS DE MEDIDA Amperímetro

Mide intensidades de corriente Voltímetro

Mide voltajes o tensiones

A la hora de dibujar circuitos, utilizaremos símbolos para representar los distintos dispositivos.

Ejemplo de receptor: motor eléctrico, que transforma la energía eléctrica en

movimiento.

Interruptor Relé

Fusible Interruptor diferencial

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EJEMPLOS DE CIRCUITOS

Operadores

Representación real

Esquema eléctrico

Pila de 9 V.

Bombilla.

Interruptor.

Pila de 9 V.

Resistencia.

Bombilla.

Pulsador.

Pila de 9 V.

Resistencia.

Dos bombillas.

Pulsador.

Pila de 9 V.

Resistencia.

Bombilla.

Zumbador.

Conmutador.

Pila de 9 V.

Interruptor.

Tres bombillas.

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III.6. CIRCUITOS BÁSICOS.

Un CIRCUITO EN SERIE es aquel que tiene conectados sus receptores uno a continuación del otro. Las características de este tipo de circuito son:

Si uno de los elementos del circuito deja de funcionar, los demás tampoco funcionan.

El voltaje de la pila se reparte entre todos los receptores conectados en serie (por eso las

bombillas brillan poco).

La intensidad de la corriente que atraviesa cada receptor es la misma para todos los receptores.

Circuito en el que las tres bombillas están colocadas en serie, una a continuación de la otra

Un CIRCUITO EN PARALELO es aquel que tiene los terminales de sus receptores unidos entre sí. Las características de este tipo de circuitos son:

Si uno de los elementos deja de funcionar, el resto funciona normalmente, como si no hubiese

pasado nada.

Todos los receptores funcionan con la misma tensión (todas las bombillas lucen con la misma

intensidad e igual a como lucirían si estuviesen ellas solas conectadas a la batería).

La intensidad de la corriente que genere la pila se reparte entre todos los receptores.

Circuito en el que las tres bombillas están colocadas en paralelo, con los terminales unidos entre sí Un CIRCUITO MIXTO es aquel que tiene elementos en paralelo y en serie. Estos circuitos poseen las características de los dos circuitos, por lo que se tiene que resolver poco a poco por partes: en primer lugar se resuelven los elementos que están en paralelo, y luego los que están en serie.

Circuito mixto, en el que la bombilla 1 está en serie con respecto a las bombillas 2 y 3, que están en paralelo

a ley de Ohm es debida al famoso físico alemán

Georg Simon Ohm (1787-1854), quién en 1822

formuló la relación existente entre la intensidad de corriente, la tensión eléctrica y la resistencia. En su honor, se designó con su nombre a la unidad de resistencia eléctrica : el ohmio (Ω).

Esta ley se puede expresar de forma matemática como:

De donde se deduce que:

Así, en un conductor cuya resistencia sea de 1 Ω y en el se aplique una tensión de 1 V la intensidad de corriente será de 1 A. V R I=V/R 1 V 1.000 Ω 1 mA 2 V 1.000 Ω 2 mA 4 V 1.000 Ω 4 mA 6 V 1.000 Ω 6 mA

Comprobación de la ley de Ohm con

tensión variable y resistencia fija : al aumentar la tensión eléctrica aumenta la intensidad.

20 V 100 Ω 200 mA

20 V 200 Ω 100 mA

20 V 400 Ω 50 mA

20 V 600 Ω 33,3 mA

Comprobación de la ley de Ohm con tensión fija y resistencia variable: al aumentar la

resistencia eléctrica disminuye la intensidad.

Para recordar las diferentes expresiones de esta ley, podemos utilizar el llamado triángulo de la ley de Ohm, en el cual, tapando con un dedo la magnitud que se pretende calcular, aparecerá la fórmula que se ha de utilizar para obtenerla.

L

IV. LEY DE OHM

La LEY DE OHM se enuncia de la siguiente forma: “La intensidad de corriente que circula por un hilo conductor es directamente proporcional a la tensión entre sus extremos e inversamente proporcional a la resistencia”.

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

CASO 1: circuito que únicamente tiene conectado un receptor al generador.

Se conecta una resistencia de 3 KΩ a un generador de 9 V. ¿Cuál será la intensidad que recorre el circuito?

El primer paso es expresar las magnitudes en unidades apropiadas. En nuestro caso, 3 KΩ = 3.000 Ω.

A continuación, sustituimos las magnitudes conocidas (en el ejemplo, la tensión y la resistencia) en la fórmula de la ley de Ohm, para calcular la magnitud desconocida (en este caso la intensidad).

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

Podemos intuir en este ejemplo las funciones de las resistencias, que son: limitar y regular la cantidad de corriente que circula por un determinado circuito y proteger algunos componentes por los que no debe circular una intensidad de corriente elevada. Por ejemplo, si a una pila de 9 V le conectamos directamente una bombilla de 3 V, ésta se fundirá. Para evitar que se funda, podemos colocar una resistencia en serie con la bombilla para que se quede con, al menos, los 6 V que nos sobran. Así, sólo le llegarán 3 V a la bombilla.

Para el circuito anterior, calcular cuál debe ser el valor mínimo de la resistencia para que no se funda la bombilla, suponiendo que ésta soporte una tensión máxima de 3 V y que la intensidad que circula por la lámpara es de 0,2 A.

Como la lámpara soporta una tensión de 3V, y la fuente proporciona 9V, la resistencia deberá reducir la tensión en 6 V. Aplicando la Ley de Ohm:

CASO 2: CIRCUITO EN SERIE

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

En un circuito en serie cualquiera se cumplirá:

La resistencia total o resistencia equivalente en un circuito en serie, se calcula como la suma de todas las resistencias individuales, así:

R

T

= R

1

+ R

2

= 200 Ω + 200 Ω = 400 Ω

La intensidad de corriente que circula por el circuito es la misma en cualquier parte de él, por lo que, aplicando la ley de Ohm:

 Puesto que la intensidad que circula por las dos bombillas es la misma, ambas lucirán igual.

La tensión generada por la pila se reparte entre todos los distintos elementos (VT = V1 + V2). Con ayuda de la ley de Ohm podemos obtener la caída de tensión en cada bombilla:

V

1

= I

1

∙ R

1

= 0,0225 A ∙ 200 Ω = 4,5 V

V

2

= I

2

∙ R

2

= 0,0225 A ∙ 200 Ω = 4,5 V

Pudiendo comprobar que se cumple:

V

T

= V

1

+ V

2

= 4,5 V + 4,5 V = 9 V

 Como resultado del reparto de tensiones entre las bombillas, éstas lucirán menos que si estuviesen solas en el circuito.

Al conectar la pila de 9V a la bombilla de 3 V directamente,

la bombilla se funde

Al conectar también una resistencia adecuada, la bombilla ya no se fundirá

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CASO 3: CIRCUITO EN PARALELO

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

Como se trata de un circuito en paralelo, se cumplirá:

La resistencia total o resistencia equivalente se podrá obtener sabiendo que su inversa es la suma de las inversas de las resistencias que lo componen.

La intensidad de corriente total que sale del generador se reparte por todos los elementos, así, IT= I1+ I2. Empleando la ley de Ohm:

 La tensión en cada receptor es igual a la del generador: VT= V1= V2= 9 V.

 Aplicando la ley de Ohm conoceremos las intensidades de corriente individuales:

Como comprobación: IT= I1+ I2 = (45 + 45) mA = 90 mA Resumiendo:

✔ La intensidad de corriente es mucho mayor que en el caso del circuito en serie. Por consiguiente, la batería se agotará mucho antes.

✔Puesto que la tensión aplicada entre los terminales de cada bombilla es la misma, e igual a la de la fuente, las bombillas alumbrarán ambas con la misma intensidad, que será mayor que si estuvieran colocadas en serie (al ser mayor la intensidad que las atraviesa).

CASO 4: CIRCUITO MIXTO

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

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

La resistencia equivalente de las bombillas en paralelo (RP) será:

La resistencia total será la suma de RP y R1:

R

T

= R

P

+ R

1

= 100 Ω + 200 Ω = 300 Ω

Con la ley de Ohm podemos calcular la intensidad

de corriente total:

 Ahora que ya conocemos la resistencia y la intensidad total, podemos tratar el circuito como si fuese un circuito en serie como el de la figura:

La intensidad de corriente que circula tanto por la bombilla 1 como por la resistencia equivalente de las bombillas en paralelo, será igual a la total.

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 Aplicando la ley de Ohm, conoceremos la caída de tensión tanto en la bombilla 1 como en la resistencia equivalente de las bombillas en paralelo:

V

1

= I

1

∙ R

1

= 0,030 A ∙ 200 Ω = 6 V

V

p

= V

2

= V

3

= Ip ∙ Rp = 0,030 A ∙ 100 Ω = 3 V

Como comprobación: VT = V1 + Vp = 6 V + 3 V = 9 V

 Aplicando de nuevo la ley de Ohm conoceremos las intensidades de corriente en las bombillas 2 y 3:

Como comprobación: IP = I2 + I3 = (15 +15) mA = 30 mA Resumiendo:

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

os aparatos conectados a un circuito aprovechan la corriente eléctrica para producir diversos efectos. Las bombillas, las estufas, los motores... transforman la energía eléctrica en luz, calor o movimiento. La POTENCIA ELÉCTRICA (P) se define como la capacidad que tiene un receptor eléctrico cualquiera para transformar la energía eléctrica en un tiempo determinado. La potencia eléctrica se mide en vatios (W), que equivale a un julio (J) por segundo (s). Un múltiplo muy utilizado es el Kilovatio (kW), que equivale a 1.000 vatios.

La potencia está relacionada con el voltaje del generador y con la intensidad de corriente mediante la expresión:

Potencia (P) = Tensión (V) · Intensidad (I) = V·I

Aplicando la ley de Ohm podemos obtener fórmulas equivalentes para conocer la potencia eléctrica:

P = V · I =I2· R = V2/ R

Cuanto mayor sea la potencia de un dispositivo, más energía consumirá durante el tiempo que esté conectado: más lucirá una bombilla, más calor dará una estufa, o mayor será el movimiento de un motor. La ENERGÍA ELÉCTRICA (E) se define como el producto de la potencia de un dispositivo por el tiempo en que esté conectado. En el SI se mide en Julios (1J= 1 W∙1 s), pero dado que esta unidad es muy pequeña, se utiliza en su lugar el vatio∙hora o el kilovatio∙hora (1 kWh= 3.600.000 J). Su expresión matemática es:

Energía (E) = Potencia (P) · tiempo (t) = P · t

ELECTRODOMÉSTICO POTENCIA ORIENTATIVA Radio >15 W Ordenador portátil >20 W Exprimidor de cítricos >35 W Minicadena >75 W Televisor LED >85 W Ventilador >100 W Máquina de coser >125 W Ordenador de sobremesa >150 W Lavadora >350 W Frigorífico >575 W Batidora >600 W Cafetera >700 W Secador de pelo >800 W Cocina eléctrica >850 W Tostadora >900 W Horno eléctrico >950 W Plancha >1200 W Aspiradora >1200 Microondas >1200 W Aire acondicionado >2000 W

Potencia eléctrica aproximada de algunos electrodomésticos

Comparativa de las potencias de distintos tipos de lámparas

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V. POTENCIA Y ENERGÍA

ELÉCTRICAS

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EJERCICIOS RESUELTOS

1. La lámpara de tu mesa de estudio posee la siguientes indicaciones 230V y 60 W. Calcula la intensidad de corriente y el valor de la resistencia.

De la fórmula de la potencia:

2. La secadora de tu casa tiene una potencia de 1.500 W, y el secado dura 2 horas. ¿Cuánta energía consumirá? ¿Cuánto cuesta cada secado si el precio del kWh es de 15 céntimos?

3. Calcula cuánto ahorrarías al año al sustituir las 20 lámparas de 100 W de una casa, por otras tantas de bajo consumo equivalentes (20 W). Supondremos una media de 400 h de funcionamiento al año para cada lámpara y un coste del kWh de 15 céntimos.

La diferencia entre las potencias de las lámparas es de 80 W, por lo que en un año nos ahorraremos:

= = 640.000 Wh = 640 kWh

Al ser el precio del kWh de 0,15 €, nos ahorraremos en total:

a corriente eléctrica causa diversos efectos sobre los elementos que atraviesa, transformándose en otros tipos de energía, como por ejemplo: energía calorífica, energía lumínica y energía mecánica.

VI.1. ENERGÍA CALORÍFICA.

Un conductor eléctrico, al ser recorrido por la corriente eléctrica, experimenta un calentamiento debido principalmente al rozamiento que se produce entre los propios electrones y el elemento por el que circulan, esto provoca claramente un aumento de la temperatura del conductor, que se conoce como

efecto Joule.

Dicho efecto es, por un lado, un inconveniente, ya que se pierde energía eléctrica al hacer circular la corriente por cualquier

conductor. Sin embargo, puede aprovecharse en equipos como planchas, hornos, secadores, cafeteras y en cualquier dispositivo eléctrico que transforme la energía eléctrica en calor. Los elementos empleados para producir calor a partir de la corriente eléctrica son las resistencias.

VI.2. ENERGÍA LUMÍNICA.

Al ser atravesados por la corriente, los cuerpos incrementan su temperatura. Si este aumento es importante, los cuerpos se vuelven incandescentes, es decir, comienzan a emitir luz. Al principio la luz es roja y a medida que sigue aumentando la temperatura la luz tiende al blanco.

En este fenómeno de incandescencia se basa el funcionamiento de las bombillas convencionales, llamadas por ello, lámparas de incandescencia (la primera de ellas descubierta por Thomas Alva Edison en 1879). En dichas lámparas, el filamento de wolframio (un metal) alcanza unas temperaturas de 2000-3000ºC al pasar por él la corriente. Para evitar que se queme, el filamento se encierra en una ampolla de vidrio en la que se elimina el oxígeno (haciendo vacío o conteniendo una mezcla de argón y nitrógeno).

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VI. EFECTOS DE LA

CORRIENTE ELÉCTRICA

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VI.1. ENERGÍA MECÁNICA (MOVIMIENTO).

INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA.

En 1819, el físico danés H. C. Oersted estaba experimentando con circuitos cuando ocurrió algo inesperado. Sobre la mesa de su laboratorio había una brújula cercana a los cables del circuito, y comprobó con sorpresa que el imán de su aguja se desviaba cada vez que circulaba corriente por el cable. Gracias a este fenómeno podemos construir un electroimán, mucho más potente que los imanes naturales, haciendo pasar corriente por un cable que hemos enrollado alrededor de una pieza de hierro.

Algunos años más tarde, en 1831, el físico inglés M.

Faraday se preguntó lo siguiente: si con la corriente

eléctrica se puede simular el efecto de un imán, ¿funcionará también al contrario? Es decir, ¿podré obtener corriente eléctrica a partir de un imán? La respuesta a la pregunta que se había hecho Faraday era afirmativa: un imán crea una corriente eléctrica en un cable cuando el imán o el cable se ponen en movimiento (a este fenómeno se le llama inducción

electromagnética).

Este es el fundamento de las actuales centrales eléctricas. En los experimentos de Faraday, él mismo daba vueltas a una bobina introducida en un campo magnético. En las centrales eléctricas, es la fuerza del agua, del viento o del vapor de agua, la que da vueltas a una enorme turbina.

CONVERSIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA EN MECÁNICA. La conversión de energía eléctrica en mecánica se realiza a través de motores, por ejemplo, en un tren eléctrico, en una batidora, en un exprimidor, en un ventilador...

Su funcionamiento se basa en el fenómeno de inducción electromagnética. La corriente que pasa por un conductor genera a su alrededor un campo electromagnético (el conductor se convierte en un imán). De esta forma, en los motores eléctricos, se aprovechan las fuerzas de atracción y repulsión entre un imán y un hilo conductor enrollado colocado en su interior. Estas fuerzas provocan el movimiento del eje del motor.

Experimento de Faraday, al mover el imán se induce una corriente en el cable

Experimento de Oersted, al hacer pasar una corriente por el cable, la aguja de la brújula se mueve

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1. Calcula la cantidad de carga y la intensidad de corriente que atraviesa un conductor por el que circulan: a) 6,24 ·1018 electrones en 2 s b) 12,48 ·1018 electrones en 1 s c) 3,12 ·1018 electrones en 5 s d) 18,72 ·10 18 electrones en 10 s e) 3,12 ·1018 electrones en 2 s f) 12,48·1018 electrones en 0,5 s 2. Calcula la cantidad de carga que circula por un conductor en 5 s si las intensidades de corriente son:

a)2 A b)100 mA c)0,5 A d)15 mA

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

 Intensidad.  Cantidad de carga que circula por un punto determinado de un circuito por unidad de tiempo.

 Resistencia.  Desnivel eléctrico entre dos puntos de un circuito.

 Cantidad de carga.  Producto de la potencia de un dispositivo por el tiempo en que esté conectado.

 Tensión.  Capacidad de un receptor eléctrico de transformar la energía eléctrica en un tiempo determinado.

 Corriente eléctrica.  Flujo de electrones a través de un material conductor.

 Potencia eléctrica  Oposición que ofrecen los elementos del circuito al paso de corriente.

 Energía eléctrica  Carga total que circula a través de un circuito eléctrico. 4. Relaciona mediante flechas los términos de las siguientes columnas:

 Tensión  Amperio  V

 Intensidad  Culombio  A

 Cantidad de carga  Vatio  C

 Resistencia  Ohmio  W

 Potencia eléctrica  Kilovatiohora  Ω

 Energía eléctrica  Voltio  kWh

5. Relaciona cada magnitud con su instrumento de medida:

Intensidad de corriente

Óhmetro

Tensión eléctrica

Voltímero

Resistencia eléctrica

Amperímetro

Polímetro

6. Indica cuál de las siguientes frases es falsa y corrígela: a) Los electrones poseen carga positiva.

b) Las cargas con mismo signo se atraen, mientras que las cargas con distinto signo se repelen.

c) Para que los electrones circulen a lo largo del circuito únicamente se precisa conectar el circuito a uno de los terminales de la pila o batería.

d) El sentido de la corriente eléctrica es contrario al del flujo de electrones.

e) Las cargas positivas atraen a las cargas positivas, mientras que las cargas negativas atraen a las negativas. f) Los electrones circulan hacia el polo positivo de la pila o batería.

g) En un circuito donde no exista tensión eléctrica no existirá corriente eléctrica. h) La intensidad de corriente es la cantidad de electrones que circula por un circuito.

(14)

7. Dibuja los esquemas eléctricos de los siguientes circuitos.

Sobre los esquemas dibujados, indica mediante flechas el sentido de la corriente eléctrica (considera que los pulsadores y/o los interruptores que aparecen representados están cerrados).

(15)

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

DISPOSITIVO TIPO DE DISPOSITIVO

a) Hilo de cobre. b) Pila. c) Voltímetro. d) Interruptor. e) Fusible. f) Lámpara. g) Resistencia. h) Zumbador. i) Altavoz. j) Interruptor diferencial. k) Pulsador. l) Batería. m) Conmutador. n) Amperímetro. 1. Generador. 2. Conductor. 3. Receptor. 4. Elemento de control. 5. Elemento de protección. 6. Instrumento de medida.

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

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

a) ¿Están todas las bombillas sometidas a la misma tensión? b) ¿Por qué bombilla circulará una mayor intensidad de corriente?

c) ¿Cuál de las bombillas lucirá más?

d) ¿Duraría más la pila si se conectaran las bombillas en serie? e) ¿Qué pasaría si se fundiese la bombilla conectada a la resistencia de 150 Ω?

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

a) Al aumentar la resistencia de un circuito, disminuye la intensidad de corriente.

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

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

13. En un circuito eléctrico tenemos un generador de tensión 12 V que alimenta dos resistencias en serie de 16 y 24 . Dibuja el esquema y calcula:

a) La resistencia equivalente.

b) La intensidad que recorre el circuito. c) La tensión que cae en cada resistencia.

d) ¿Crees que la intensidad que recorre ambas resistencias es la misma o no? Razona la respuesta. 14. En un circuito eléctrico tenemos un generador de tensión 24 V que alimenta dos resistencias en paralelo de 16 y 24 . Dibuja el esquema y calcula:

a) La resistencia equivalente.

b) La intensidad que se absorbe del generador. c) La intensidad que absorbe cada resistencia.

d) ¿Crees que la intensidad que recorre ambas resistencias es la misma o no? Razona la respuesta. 15. Tenemos varias resistencias de 20 . ¿Cómo podemos construir una de 100  a partir de ellas? ¿Y otra de 10 ? ¿Y otra de 5 ? Dibuja el esquema de cómo las conectarías en cada caso.

(17)

16. Calcula la resistencia equivalente de los siguientes circuitos y calcula también la intensidad que proporciona la pila. ¿En qué circuito la intensidad es mayor? ¿Por qué?

17. Calcula la resistencia equivalente de los siguientes circuitos y calcula también la intensidad que proporciona el generador y la que recorre cada resistencia.

18. En el siguiente circuito calcula la tensión e intensidad en cada una de las resistencias.

19. Confecciona el esquema de un circuito provisto de un generador, un motor, una lámpara y un conmutador, de forma que éste accione alternativamente el motor y la lámpara.

20. Confecciona el esquema de un circuito provisto de un generador y tres lámparas de manera que, al activarlo, se encienda sólo una de ellas, la que nosotros decidamos. Explica qué tipo de elemento de control utilizarás. 21. Realiza los esquemas eléctricos de los circuitos que se indican a continuación y explica su funcionamiento:

 Circuito con dos lámparas en paralelo con encendido simultáneo por medio de un interruptor.

 Circuito con una lámpara y un timbre en paralelo con encendido independiente. La lámpara se acciona por medio de un interruptor y el timbre mediante un pulsador.

22. Busca información sobre qué es lo que sucede cuando conectamos dos generadores entre sí, bien en serie o bien en paralelo.

(18)

23. En los siguientes montajes, halla la tensión entre A y B y el valor de las resistencias que falten, así como las intensidades por todas las ramas.

24. Identifica en cada circuito los componentes y explica el comportamiento de los receptores de cada circuito al actuar sobre los interruptores y pulsadores:

a) b)

c)

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25. Indica los elementos que se ponen en funcionamiento en el siguiente circuito cuando se activan los interruptores indicados abajo:

a) Se activa NA1.

b) Se activan NA1, NA2 y NC1. c) Se activan NC2 y NA3. d) Se activan NA1, NC3 y NC1.

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