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GUÍA CURSOS ANUALES FS-18

Electricidad III

Ciencias Plan Común

Física 2009

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Introducción:La presente guía tiene por objetivo proporcionarte distintas instancias didácticas relacionadas con el proceso de aprendizaje-enseñanza. Como cualquier otro material didáctico requiere de tu estudio sistemático.

Resolverás 20 ejercicios relacionados con los siguientes contenidos:

Potencia.

Estos contenidos los encontrarás en el capítulo 5 del libro ciencias plan común, desde la página 167 hasta la página 177.

Habilidades de la clase

Conocimiento: conocer información explícita que no implica un mayor manejo de contenidos, se refiere al dominio conceptual de los contenidos

Comprensión: además del reconocimiento explícito de la información, ésta debe ser relacionada para manejar el contenido evaluado.

Aplicación: es el desarrollo práctico tangible de la información que permite aplicar los contenidos asimilados.

Análisis: es la más compleja de las habilidades evaluadas. Implica reconocer, comprender, interpretar e inferir información a partir de datos que no necesariamente son de conocimiento directo.

Es fundamental que escuches atentamente la explicación de tu profesor, ya que la P.S.U. no es sólo dominio de conocimientos, sino también dominio de habilidades.

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¿Cuáles son los conceptos fundamentales que debes aprender en esta clase?

Debes aprender a reconocer la potencia eléctrica, su relación con la ley de Ohm, además de las aplicaciones en la vida cotidiana.

¿Qué es lo fundamental que debes aprender en esta clase?

La Potencia Eléctrica (P) es la razón de conversión de energía eléctrica en otra forma, ya sea mecánica, calórica o lumínica. Su unidad es el Watt (w), matemáticamente se puede determinar por:

P = I · V

Ley de Joule

Cada vez que circula corriente eléctrica por un elemento conductor, este experimenta un aumento de temperatura, con la cual se produce una “pérdida” de energía efectiva ya que, parte de esta se transforma en calor. A este efecto se le denomina “Efecto Joule”.

En ciertos elementos eléctricos se desea que la mayor cantidad de la energía eléctrica se transforme en calor. Ejemplo, estufas, secadores de pelo, calentadores de agua, etc.

La Ley de Joule nos permite determinar la energía disipada (en Joule) y por ende el calor desprendido (en calorías.)

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Energía Disipada E = P · t [ J ] ; por definición de potencial E = (V · I) · t [ J ] ; por la ley de Ohm E = I 2 · R · t [ J ]

• t : tiempo en segundos• 1[Joule] = 0,24[calorías]

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GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA

� Para la transformación de energíade algún tipo en energía eléctrica, seutilizan centrales o plantas, talescomo:

� Hidroeléctricas: Aprovechan elpotencial eléctrico existente en unrío.

� Termoeléctricas: Quema de carbón, petróleo o gas, transformando elagua en vapor, el cual mueve unaturbina, que acciona un generadoreléctrico.

Láminas Power Point

A continuación encontrarás las láminas correspondientes a la presentación Power Point que se desarrollará en la clase, de este modo podrás complementar tus apuntes de manera más eficaz.

GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA� Eólicas: Aprovechan la energía del

viento, la cual mueve unas hélices queestán conectadas directamente a ungenerador.

� Nucleares: Utilizan la fisión nuclear paraliberar calor y calentar agua hastaobtener vapor, el cual mueve una turbinaque acciona un generador eléctrico.

� Fotovoltaicas: Utilizan la propiedad quetienen algunos materiales de generarcorriente, cuando incide sobre ellos la luzdel sol.

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GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA

� Solares: Utilizan la luz del sol paracalentar agua y transformarla envapor, el cual hará funcionar ungenerador adosado a una turbina.

� Geotérmicas: Utiliza depósitossubterráneos de vapor o de aguacaliente, que al salir a la superficiehacen rotar unas turbinas quegeneran electricidad.

� Maremotrices: Contienen el agua enun depósito artificial durante lapleamar, la cual se suelta en labajamar accionando generadoresconectados a turbinas.

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TRANSFORMACIÓN DE LAENERGÍA ELÉCTRICA

En general, los aparatoseléctricos son dispositivos quetransforman energía eléctricaen otro tipo de energía.

� En un motor, la energía setransforma de eléctrica amecánica.

� En una lámpara, la energía setransforma de eléctrica alumínica.

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TRANSFORMACIÓN DE LAENERGÍA ELÉCTRICA

En la figura, la batería produceuna diferencia de potencialentre los puntos A y B. ComoVA > VB, circula corriente entrelos dos puntos. Las cargaseléctricas pasan de un puntodonde poseen mayor energíapotencial eléctrica (A) a otrodonde poseen menor energíapotencial eléctrica (B).

Esta energía se transformará.

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POTENCIA ELÉCTRICASi por una aparato eléctrico circula una corrientei, y entre sus extremos existe una diferencia depotencial V, su potencia eléctrica está dada por

RviRiVP2

2 =⋅=⋅=

Unidad para potencia

S.I.: (Joule/segundo)= Watt

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ENERGÍA ELÉCTRICACorresponde a la energía absorbida o disipadapor alguna fuente o resistencia, durante unlapso t.

Unidad para Energía eléctrica

S.I.: (Watt · segundo), pero se suele utilizar,

(Watt · hora), aunque no pertenece al sistema

internacional.

Donde

E= Energía eléctrica.

P = potencia.

t = tiempo.

E = P • t

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LEY DE JOULEEs la transformaciónde la energía eléctricaen energía calórica enuna resistenciarecorrida por unacorriente.

La potencia disipadaes

2iRP ⋅=

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APLICACIONES DEL EFECTO JOULE

Todos los dispositivoseléctricos que se utilizanpara calentar se basan enel efecto Joule y consisten,esencialmente, en unaresistencia que se calientaal ser recorrida por unacorriente.

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Los focos de filamentoincandescente inventadospor Thomas Edison sontambién una aplicación delefecto Joule. El filamento deTungsteno puede alcanzartemperaturas cercanas a los2.500 ºC, volviéndoseincandescente y emitiendogran cantidad de luz.

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Los fusibles están constituidos poruna tirilla metálica que tiene unpunto de fusión muy bajo, demanera que cuando la corriente enel fusible sobrepasa cierto valor, elcalor generado produce la fusión delelemento, interrumpiendo así elpaso de la corriente excesiva.

En los automáticos, el calentamientoproduce dilatación del elemento,haciendo que el circuito se abra.



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RESISTENCIA Y TEMPERATURALa resistencia eléctrica delos conductores varía con latemperatura.

� En todos los metales, laresistencia disminuye en lamedida que disminuye latemperatura.

� Otras sustancias, como elsilicio, el germanio y elcarbono, se comportan enforma inversa.

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SUPERCONDUCTORESAlgunas sustancias a temperaturas muybajas, cercanas al cero absoluto, presentanuna resistencia eléctrica prácticamente nula.La temperatura a la que una sustanciase vuelve superconductora se llamatemperatura de transición y varía de unmaterial a otro.

� Mercurio 4ºK

� Plomo 7ºK

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SÍNTESIS DE LA CLASE

GeneraGenera

OcurreOcurre

Si se transforma Si se transforma

la energía eléctricala energía eléctricaPlantas que Plantas que

generan energía generan energía

eléctricaseléctricas

PotenciaPotenciaFotovoltaicasFotovoltaicas

SolaresSolares

MaremotricesMaremotrices

GeotérmicasGeotérmicas

El efecto JouleEl efecto Joule

NuclearesNucleares

TermoeléctricasTermoeléctricas

EólicasEólicas

HidroeléctricasHidroeléctricas

Si se disipa en Si se disipa en

el tiempo esel tiempo esEnergía Energía

eléctricaeléctrica

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1. Una bomba de agua se conecta a una fuente eléctrica que le aplica una tensión de 120 [V]. Si se sabe que durante su funcionamiento por el motor circula una corriente de 2,5 [A], la potencia desarrollada por el motor es

A) 100 [W]B) 200 [W]C) 300 [W]D) 400 [W]E) 500 [W]

2. Si la bomba del problema anterior funciona durante 10 [min], ¿Qué cantidad de energía se desarrollará en ella?

A) 1.800 [ J]B) 18.000 [ J]C) 180.000 [ J]D) 36.000 [ J]E) 360.000 [ J]

3. Una resistencia R por la cual pasa una corriente i, disipa en forma de calor una potencia de 2 [W]. Si la intensidad de corriente se duplica, ¿cuál es el nuevo valor de la potencia?

A) 5 [W]B) 6 [W]C) 7 [W]D) 8 [W]E) 9 [W]



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4. Una persona encuentra que su ducha eléctrica no calienta lo suficiente, siendo el voltaje constante, ella debe

I) aumentar la corriente que pasa por la regadera.II) disminuir la resistencia.III) aumentar la resistencia.

A) Sólo I.B) Sólo II.C) Sólo III.D) Sólo I y II.E) Sólo I y III.

5. Dos resistencias R1 y R2, tales que R1 > R2, se conectan en serie. Es correcto afirmar que

I) la corriente en ambas es la misma.II) la disipación de calor por el efecto Joule es mayor en R1.III) la disipación de calor por el efecto Joule es mayor en R2.

A) Sólo I.B) Sólo II.C) Sólo III.D) Sólo I y II.E) Sólo I y III.

6. Si las resistencias de la pregunta anterior se conectan en paralelo, es correcto afirmar que

I) la diferencia de potencial es la misma en ambas resistencias.II) la corriente que pasa por R1 es menor que la que pasa por R2.III) en R2 hay mayor disipación de calor por el efecto Joule.

A) Sólo I.B) Sólo II.C) Sólo III.D) Sólo I y II.E) I, II y III.


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7. En el circuito de la figura, el fusible de protección es de 30 [A]. Las corrientes que pasan por los aparatos son:

Focos: 2[A] cada uno.Ducha: 25 [A]Refrigerador: 2,5 [A]

Es correcto afirmar que

I) a medida que aumenta el número de aparatos conectados a la instalación la resistencia total de circuito disminuye.

II) el fusible se quema si se conectan todos los aparatos simultáneamente.III) el fusible no se quema si se conecta la ducha y uno de los focos.

A) Sólo I.B) Sólo II.C) Sólo III.D) Sólo I y II.E) I, II y III.

8. Para el problema anterior, si la diferencia de potencial es 120 [V], ¿cuál es el menor valor que puede adquirir la resistencia para que el fusible de 30 [A] no se queme?

A) 2 [Ω]B) 3 [Ω]C) 4 [Ω]D) 5 [Ω]E) 6 [Ω]



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9. Un foco incandescente común presenta las siguientes especificaciones: 330 [W], 220 [V]. Si el foco está conectado al voltaje correcto, la corriente que pasa por su filamento es

A) 0,5 [A]B) 1,0 [A]C) 1,5 [A]D) 2,0 [A]E) 2,5 [A]

10. Respecto a las especificaciones entregadas en la pregunta 9, para el foco incandescente, determine la energía eléctrica, si el foco permaneció encendido 30 minutos.

A) 0,5 (Watt · hora)B) 110 (Watt · hora)C) 165 (Watt · hora)D) 330 (Watt · hora)E) 1320 (Watt · hora)

11. En una casa, en la cual el voltaje de servicio es de 120 [V], está instalado un fusible con amperaje de 25 [A]. En esta casa se emplean eventualmente diversos aparatos, en los cuales se encuentra especificada la potencia de cada uno:

Calefactor: 2.400 [W]Televisor: 120 [W]Licuadora: 240 [W]Hervidor: 840 [W]Focos: 60 [W] cada uno.

Si los artefactos se conectan en paralelo, el fusible se quema al hacer funcionar simultáneamente

A) el calefactor, el televisor y la licuadora.B) el calefactor y 5 focos.C) el hervidor, la licuadora y el televisor.D) 10 focos, el televisor y el calefactor.E) el hervidor, el televisor, la licuadora y 5 focos.


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12. El propietario de un restaurante observó que al colocar los alimentos en el horno eléctrico, estos no se calentaban lo suficiente. Para aumentar la temperatura del horno podría hacer varias modificaciones a la resistencia calefactora. Entre las siguientes opciones indique la que NO hará obtener el resultado deseado.

A) Cortar un pedazo de la resistencia.B) Conectar otra resistencia en paralelo con la primera.C) Conectar otra resistencia en serie con la primera.D) Sustituir la resistencia por otra de igual longitud e igual sección, hecha de un

material de menor resistividad.E) Sustituir la resistencia por otra de igual material e igual longitud, pero de mayor

área de sección.

13. Un foco incandescente está conectado a una toma de corriente. Su filamento está incandescente y los cables de conexión permanecen fríos, porque

A) los cables tienen mayor resistencia que el filamento.B) los cables tienen menor resistencia que el filamento.C) los cables tienen aislante.D) el filamento está enrollado.E) La corriente en el filamento es mayor que en los cables.



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Enunciado para las preguntas 14, 15 y 16:

La figura muestra un pequeño motor eléctrico M, conectado a una batería que le aplica un voltaje VAB = 12 [V], proporcionándole una corriente i = 5 [A]. El motor posee una resistencia interna R = 0,2 [Ω].

14. Determine la potencia total suministrada al motor.

A) 80 [W]B) 60 [W]

AB

i

i

C) 40 [W]D) 20 [W]E) 10 [W]

15. La potencia disipada por el motor, debido al efecto Joule es:

A) 5 [W]B) 10 [W]C) 15 [W]D) 20 [W]E) 25 [W]

16. La potencia mecánica útil del motor es:

A) 40 [W]B) 45 [W]C) 50 [W]D) 55 [W]E) 60 [W]


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17. Una persona que vivía en una ciudad donde el voltaje de servicio es de 220 [V] se cambió a otra ciudad donde el voltaje es de 110 [V]. Para que la potencia de su ducha eléctrica no se altere, ¿qué modificación debe hacer en su resistencia?

A) Reducirla a la mitad.B) Duplicarla.C) Cuadruplicarla.D) Reducirla a la cuarta parte.E) Ninguna.

18. Se conectan R1 = 3 [Ω] y R2 = 6 [Ω] en serie y se aplica una diferencia de potencial de 18 [V] a los extremos de la conexión. Es correcto afirmar

A) R1 y R2 serán recorridas por la misma corriente cuyo valor es 2[A]B) la resistencia equivalente es 18 [Ω]C) el voltaje en R1 es igual al voltaje en R2D) la potencia disipada en R1 es mayor que la potencia disipada en R2E) la potencia disipada en la asociación es 18 [W]

19. Para la transformación de energía de algún tipo en energía eléctrica se pueden utilizar distintos tipos de plantas o centrales. ¿Cuál de las siguientes centrales deja residuos peligrosos luego de dicha transformación?

A) Hidroeléctricas.B) Eólicas. C) Solares. D) Nucleares. E) Geotérmicas.

20. En las centrales eólicas, la energía que se necesita para generar energía eléctrica es la producida por

A) yacimientos de alta temperatura. B) la fisión atómica.

C) el sol. D) el viento. E) el agua.



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Registro de propiedad intelectual Nº 174.245 del 29 de septiembre de 2008. Prohibida la reproducción total o parcial de este instrumento.

Es importante que compruebes al final de cada sesión si realmente lograste entender cada contenido. Para esto, verifica tus respuestas (alternativa correcta y habilidad) y luego, revísalas con la ayuda de tu profesor.

Tabla de EspecificacionesPregunta Alternativa Habilidad

1 Aplicación2 Aplicación3 Comprensión4 Análisis5 Comprensión6 Comprensión7 Análisis8 Aplicación9 Aplicación10 Aplicación11 Análisis12 Análisis13 Comprensión14 Aplicación15 Aplicación16 Conocimiento17 Comprensión18 Conocimiento19 Conocimiento20 Conocimiento

Durante la próxima clase se revisará el siguiente contenido:• Magnetismo.

Desde la página 186 hasta la página 192 de tu libro Cepech.

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