Electricidad · IES EL VINALOPÓ ELECTRICIDAD 3º ESO 103 2 Conectando componentes eléctricos Los componentes se pueden conectar en serie, paralelo y mixto. 2.1 Circuito serie Cuando

IES EL VINALOPÓ ELECTRICIDAD

3º ESO 93

Electricidad

Índice

OBJETIVOS Y PLAN DE TRABAJO 94

1.- CONCEPTOS BÁSICOS. 95

1.1.- ¿QUE ES LA ELECTRICIDAD. 95

1.2.- CORRIENTE ELÉCTRICA Y CIRCUITO

ELÉCTRICO.

96

1.3.- MAGNITUDES ELÉCTRICAS. 97

1.4.- LEY DE OHM 99

1.5.- COMPONENTES ELÉCTRICOS 101

2.- CONECTANDO COMPONENTES ELÉCTRICOS. 103

2.1.- CIRCUITO SERIE 103

2.2.- CIRCUITO PARALELO 106

2.3.- CIRCUITO MIXTO 109

3.- POTENCIA Y ENERGÍA ELÉCTRICAS 110

4.- MEDIDAS ELÉCTRICAS. POLÍMETRO. 111

4.1.- MEDIDA DE VOLTAJE. 112

4.2.- MEDIDA DE INTENSIDAD. 113

4.3.- MEDIDA DE LA RESISTENCIA. 114

ACTIVIDADES DE CONSOLIDACIÓN 115

ACTIVIDADES DE AMPLIACIÓN 122


3º ESO 94

Objetivos

Definir las magnitudes eléctricas y los principales componentes eléctricos.

Conocer la ley de Ohm.

Mostrar las características eléctricas de los circuitos serie, paralelo y mixto.

Resolver problemas teóricos de electricidad.

Familiarizar con la técnica de interpretación y montaje de circuitos sencillos.

Familiarizarse con aparatos de medida: voltímetro, amperímetro y polímetro.

Introducirse con el concepto de potencia eléctrica.

Apreciar el carácter científico, relativamente sencillo, de los montajes eléctricos

Concienciarse de la gran cantidad de elementos eléctricos que nos rodean en nuestra actividad cotidiana.

Plan de trabajo: Actividades

Actividades Fecha

entrega

Sesión 1 .- Buscar en el diccionario los términos:

Ión, Voltaje, Tensión y Potencial (eléctricos).

.- Los ejercicios 1 y 2

Sesión 2 Ejercicios 3, 4, 5, 6 y 8

Sesión 3 Ejercicios 13, 15 y 16

Sesión 4 Ejercicios

Sesión 5 Ejercicios 10, 12, 17 y 11


Sesión 7 Ejercicios 19, 25, 22 y 20

Sesión 8 Ejercicios 28


Sesión 10 Ejercicios 29, 30, 31, 32 y 33

Sesión 11 Evaluación


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1.- Conceptos básicos

1.1 ¿Que es la electricidad?

Todos los cuerpos están formados por átomos. Estos a su vez están constituidos por un núcleo central que contiene protones y neutrones. Alrededor del núcleo, se encuentran girando en diferentes orbitas los electrones.

Los protones y los electrones tienen la propiedad de ejercer fuerzas de atracción o de repulsión. Estas fuerzas se explican adjudicando a los electrones y a los protones una propiedad denominada electricidad o carga eléctrica.

Los protones ejercen fuerzas de repulsión sobre otros

protones. Y los electrones ejercen fuerzas de repulsión sobre otros electrones. Mientras que protones y electrones se atraen.

Así aparecen dos tipos de cargas o particulas eléctricas:

cargas positivas: protones, iones positivos

cargas negativas: electrones, iones positivos

El átomo es eléctricamente neutro (el nombre de electrones es igual al de protones). Los electrones son los únicos que se pueden mover con cierta facilidad. Así que si gana o pierde un electrón, El átomo queda cargado eléctricamente. Entonces se nombra Ión negativo o Ión positivo.


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1.2 La corriente eléctrica y el circuito eléctrico

Si tenemos dos elementos cargados eléctricamente entre si; y uno de ellos tiene mayor carga eléctrica que el otro, decimos que el elemento más cargado tiene mayor tensión. Al conectarlos con un conductor, las cargas eléctricas sufriran un efecto de repulsión. Las particulas eléctricas del elemento más cargado se desplazaran a través del hilo conductor hacía a el elemento menos cargado, hasta que las cargas eléctricas de los dos cuerpos se equilibren. Una corriente eléctrica no es más que el movimiento de cargas eléctricas desplazándose de un lugar a otro a través de un conductor. Para que este movimiento se produzca es absolutamente necesario que entre los extremos del conductor exista una diferencia de tensión. Un circuito eléctrico es un conjunto de operadores o elementos que unidos entre sí permiten que por ellos circule la corriente eléctrica, es decir, que haya un flujo de electrones. Se nombra circuito cerrado cuando las cargas eléctricas circulan por circuito. Y circuito abierto cuando por cualquier causa las cargas no pueden circular

En todo circuito eléctrico habrán como mínimo los elementos

siguientes: un generador (pila), un conductor y uno o más receptores

(bombilla, motores, etc.)


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1.3 Magnitudes eléctricas

Voltaje, d.d.p. o tensión eléctrica

Una pila es un elemento que transforma la energía de las reacciones químicas producidas en su interior en energía eléctrica. Hoy en día las pilas han invadido nuestras vidas y se han convertido en uno de los agentes contaminantes más peligrosos que existen, sobre todo las pilas botón. Procura siempre depositarlas en contenedores especiales para pilas usadas. Interiormente una pila está formada por 3 componentes: un recipiente que contiene un líquido o electrolito, y dos barras metálicas o electrodos (Zinc y Cobre) Los electrodos están sumergidos dentro del líquido. Para obtener una pila seca como las que venden en las tiendas, el electrolito se espesa. La reacción química que tiene lugar entre los dos electrodos sumergidos en el electrolito da lugar a una diferencia de potencial de aproximadamente 1'5 voltios.

Toda pila tendrá siempre dos bornes o polos, uno positivo (ánodo) y otro negativo (cátodo). Si conectamos los dos polos con un cable, comenzarán a pasar electrones desde el cátodo (-) hacia el ánodo (+). Los electrones siempre salen de la pila por el negativo o cátodo, recorren todos los elementos del circuito y entran de nuevo en la pila, pero ahora por el polo positivo o ánodo.

El voltaje o tensión indica la diferencia de cargas eléctricas que hay entre los dos polos de la pila. Esa diferencia de cargas eléctricas provoca el movimiento de los electrones.

El voltaje o tensión se mide en voltios y el símbolo es V. Tiene múltiplos como el kV o el MV y submúltiplos como el mV.


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Intensidad o corriente eléctrica

La corriente eléctrica es el desplazamiento de cargas eléctricas en el interior de un conductor.

Cada uno de los polos de una pila posee una cierta carga. Con un conductor, de cualquier metal, se unen los dos bornes de la pila. Los electrones del conductor, antes en reposo, comienzan a moverse desplazándose desde el polo negativo de la pila hasta el polo positivo.

Intensidad: es la cantidad de carga eléctrica (electrones, iones

eléctricos) que recorre un conductor durante un segundo.

Se mide en Amperios. Su símbolo es A. Es una unidad muy grande. Frecuentemente se utilizan submúltiplos como el mA.

1 A = 1000 mA

Resistencia eléctrica. Conductores y aislantes

La resistencia eléctrica (R) se puede entender como la mayor o menor capacidad de un material para permitir el paso de la corriente eléctrica. Un material es conductor de la corriente eléctrica si permite que esta, circule a través del material, con mas o menos facilidad. Son buenos conductores los materiales que ofrecen poca resistencia al paso de la corriente eléctrica, como por ejemplo todos los metales (plata, cobre, aluminio, etc.) También has otros materiales que permiten el paso de la corriente en determinadas circunstancias, son los semiconductores.


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Son aislantes aquellos materiales que impiden el paso de la corriente eléctrica. Por ejemplo, el vidrio, la madera, el plástico, etc. Las instalaciones eléctricas se realizan con materiales que permiten el paso de la corriente eléctrica sin a penas ofrecer resistencia. Estos son los cables y los hilos (normalmente de cobre), que van recubiertos de algún material aislante especiales para evitar un cortocircuito o una descarga eléctrica. Normalmente el aislante es de plástico.

Resistencia: es la oposición que presenta un material al paso de la corriente.

Los materiales se pueden clasificar en: conductores,

semiconductores y aislantes.

Se mide en Ohmios, el suyo símbolo es Ω. Con asiduidad se utilizan los múltiplos KΩ y MΩ.

1.4 La ley de Ohm

La resistencia eléctrica (R) que ofrece un hilo conductor al paso de la corriente eléctrica es constante. Para demostrar esto, Ohm coloco un generador eléctrico variable (varias pilas en serie) Midió la tensión y la intensidad entre los extremos de un hilo como el de la figura. Fue aumentando el voltaje en tramos de 1,5v, en los extremos A y B del hilo conductor. Al mismo tiempo, media la intensidad que atravesaba el circuito en cada momento. Obtuvo los resultados siguientes:

1000 Ω = 1K Ω

V I Quocient V/I

1,5 v 0,015 A 100

3 v 0,030 A 100

4,5 v 0,045 A 100


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Observo que para un mismo conductor (hilo de cobre, aluminio, carbón etc) el cociente entre la tensión aplicada V y la intensidad I que atravesaba el circuito era constante. Al aumentar la tensión o d.d.p., aumentaba la I. Y al disminuir la V, disminuía la intensidad o corriente eléctrica. A esa constante le llamo resistencia eléctrica del conductor y enuncio su ley de Ohm:

Al cociente entre la d.d.p. (V) aplicada en los extremos de un hilo conductor y la Intensidad (I) que lo recorre se le llama resistencia eléctrica (R)

V = R × I

R = Resistencia en ohmios Ω. V = tensión o d.d.p. en voltios, v. I = Intensidad de corriente eléctrica en amperios, A.

Al despejar R e I queda: R = V / I I = V / R

Ejemplo 1; Si conocemos tensión e intensidad en el conductor: V = 24 v y I = 3 A R = V / I

R = 24 / 3 = 8 Ω Ejemplo 2;

Si conocemos la tensión en el conductor y la resistencia de este: V = 36 v y R = 3 Ω I = V / R

I = 36 / 3 = 12 A Ejemplo 3; Si conocemos la intensidad en el conductor y la resistencia de este:

R = 7 Ω y I = 3 A V = I × R

V = 3 × 7 = 21 v


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1.5 Componentes eléctricos

Según la función, los componentes se clasifican en:

Generadores; generan energía eléctrica a partir de otra energía. Las pilas o baterías de la energía química. Los alternadores o dinamos de la energía mecánica. Las celulas fotovoltaicas de la energía luminosa. Son necesarios para crear una tensión o d.d.p. en el circuito.

Elementos de protección; Se encargan de proteger tanto a

las personas como al propio circuito. Son necesarios desde el punto de vista de la seguridad. Pueden evitar la muerte de una persona o el incendio en una instalación.

Receptores; Transforman la electricidad en otra energía que

nos es útil. Por ejemplo un motor porque necesitamos su energía mecánica para subir un ascensor. Cualquier receptor tiene una resistencia eléctrica asociada que también se mide en ohmios.

Conductores; Transportan las cargas eléctricas. El cobre es

el mas utilizado seguido por el aluminio. Elementos de maniobra; Controlan, dirigen el paso de la

corriente eléctrica, desde abrir o cerrar el circuito hasta a dirigir la corriente por el camino que nos interese.

La razón de utilizar símbolos para dibujar los componentes es doble:

Acuerdo internacional de ingenieros, técnicos, eléctricistas.

Facilidad para entender y realizar un esquema eléctrico.

Los símbolos de los diferentes componentes eléctricos se deben de conocer para poder realizar un esquema eléctrico o poder interpretarlo.


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Los símbolos de algunos de estos elementos son:

Generadores E. protección

E. Maniobra Receptores

En los anexos tienes una descripción mas detallada de los componentes eléctricos.

Un esquema eléctrico es una representación que muestra como se conectan entre si los elementos de un circuito.

Ejemplo:


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2 Conectando componentes eléctricos

Los componentes se pueden conectar en serie, paralelo y mixto.

2.1 Circuito serie

Cuando se conectan en serie diversos elementos de un circuito, se disponen uno a continuación del otro. Están unidos por medio de cables, de manera que el borne positivo de cada elemento es conecta con el borne negativo del siguiente.

En esta disposición, cada uno de los receptores del circuito está sometido a una tensión diferente. Recibe el nombre de caída de tensión en el receptor. El voltaje de la pila se reparte entre todos receptores. La suma de las caídas de tensión es el voltaje de la pila.

Al contrario ocurre con la corriente eléctrica, la intensidad es

siempre la misma en cualquier punto del circuito. Es lógico, las cargas eléctricas solo tienen un camino para circular. Consecuentemente, este tipo de conexión tiene el inconveniente que cuando falla uno de los componentes se interrumpe el paso de la corriente por el resto.

VPILA = VR1 + VR2 + VR3 + ........

ICIRCUITO = Es única


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La resistencia equivalente, de varias resistencias en serie, es igual a la suma de los valores individuales de todas ellas. Se podrían sustituir todas por una sola, el valor de la cual seria su suma;

Si conectamos dos pilas en serie el voltaje de la pila resultante es la suma o la resta de cada una de ellas, dependiendo si se conectan en el mismo sentido, o en sentido opuesto. Ejemplo resuelto

Calcula: 1.La REQUIVALENTE. 2. La intensidad del circuito. 3. La tensión de cada receptor.

1.- Resistència equivalente:

Las tres bombillas se pueden sustituir por una única

resistencia equivalente. Podemos aplicar la ley de Ohm con

facilidad.

R = R1 + R2 + R3 + ........

RE = R1 + R2 + R3 RT = 4 + 10 + 6 RT = 20Ω


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2.- Intensidad del circuito:

I = V / RT

I = 2 A

La intensidad en cada receptor es la misma

I1 = I2 = I3 =IT = 2A

3.- tensión de cada receptor

V = R × I

4.- Comprobación VT = V1 + V2 + V3

VT = 8 + 20 + 12

VT = 40 v

Como PRACTICA, puedes simular con un programa de diseño el circuito anterior. Y comprobar los cálculos de los números del ejercicio en el programa COCODRILE

V1 = 4 × 2 = 8 v

V2 = 10 × 2 = 20 v

V3= 6 × 2 = 12 v


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2.2 Circuito en paralelo

Cuando se conectan en paralelo los receptores de un circuito, estos se disponen de tal manera que todos y cada uno de ellos están conectados con el polo positivo y el polo negativo del generador de corriente.

En esta disposición, todos los receptores del circuito están sometidos a la misma tensión, la del generador. Si alguno de los componentes fallara, al resto no le afectaría, ya que todos están conectados al generador de corriente.

Pero por cada receptor circula una intensidad de corriente

diferente. La intensidad total se reparte entre todos los receptores. Ya que las cargas eléctricas tienen diferentes caminos por donde circular. La suma de las corrientes de cada receptor es igual a la corriente suministrada por el generador.

La resistencia equivalente de dos resistencias en paralelo se calcula con la fórmula siguiente:

RE = R1 × R2

R1 + R2

VPILA = VR1 = VR2 = VR3 = CONSTANTE

IPILA = IR1 + IR2 + IR3 + …


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La resistencia equivalente del circuito RE, es menor que la

menor de las resistencias conectadas.

Ejemplo resuelto

Calcula; 1. La REQUIVALENTE 2. La intensidad de la pila. 3. La intensidad y la tensión en cada receptor.

1.- Calculo resistencia equivalente:

RT1 = R1 × R2 =

2 × 6 =

12 = 1,5 Ω

R1 + R2 2 + 6 8

Las 2 bombillas se pueden sustituir por una única resistencia equivalente.

Y podemos aplicar la ley de Ohm.


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2.- Intensidad de la pila:

I = V / RT

I = 4 A 3.- Intensidad y tensión en cada receptor:

Cumpliéndose en un circuito paralelo la condición

Y a partir de aquí aplicando la ley de Ohm para cada receptor I1 = V1 / R1 ; I1 = 6 / 2 ; I1 = 3 A

I2 = V2 / R2 ; I2 = 6 / 6 ; I1 = 1 A

4.- Comprobación

IT = I1 + I2 IT = 3 + 1 IT = 4 A

PRACTICA CON EL simulador de circuitos y comprueba los cálculos de los números del ejercicio en el programa. En el caso que se trate de un circuito paralelo con más de 2 receptores, es conveniente hacerlo con la resistencia equivalente de dos en dos. El resto del ejercicio se resuelve de la misma manera.

VPILA = V1 = V2 = 6V

I = V / RT


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2.3 Circuito mixto

Cuando en un mismo circuito hay receptores conectados en

serie y en paralelo, la disposición es mixta. En este caso el que se mantiene invariable es la corriente que circula por los receptores que están en serie y la tensión de los elementos del circuito que están en paralelo.

No hay reglas fijas para la resolución de un circuito mixto. Únicamente conviene ir resolviéndolo por pasos. A cada paso se hará el circuito más sencillo. Es importante ser ordenado y metódico en su resolución.

Ejemplo semi-resuelto


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3 Potencia y energía eléctrica

Todos los elementos de un circuito transforman la energía

eléctrica en otras formas de energía. La potencia es la magnitud que mide la energía gastada durante un tiempo. Su unidad se mide con el watio (w)

P = V × I

Si lo expresamos en unidades, queda:

1 W = 1V × 1A

Por ejemplo:

Una bombilla, de 100 W si la alimentas con 230 V, consume una intensidad de:

P = V × I ; 100 = 230 × I ; I = 0,43 A

La unidad de energía eléctrica más utilizada es el kilovatio hora (Kwh.). Equivale a una potencia de 1000 W consumida durante 1 hora.

Si lo expresamos en unidades, queda;

1 Kwh. = 1 KW. × 1 h

La relación entre energía y potencia es: E = P × t

Siguiendo con el ejemplo anterior; si la bombilla esta encendida durante 5 horas, consume;

E = P × t; E = 0,1 KW. × 5 h; E = 0,5 Kwh.


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4 Medidas eléctricas. Polímetro

Hasta ahora, cuando hemos hablado de la tensión, la resistencia o la intensidad sencillamente no nos hemos parado a pensar como se miden. Igual que para medir, por ejemplo longitudes esta la regla. Para medir la intensidad, la resistencia o el voltaje existen aparatos que los miden. ¿Cuales son y como se utilizan?

El voltaje de cualquier componente eléctrico, se mide con un

Voltímetro

Se debe de conectar en paralelo con el componente del que

quieres medir la tensión Símbolo:

La corriente eléctrica, se mide con un

Amperímetro

Hace falta conectarlo en serie con en el circuito.

Símbolo:


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Para medir la resistencia se utiliza el ohmiómetro. Se

utiliza en paralelo con el receptor que queremos medir. El símbolo es:

El polímetro se utiliza para medir el voltaje, la intensidad y la

resistencia. Por tanto funciona como voltímetro, amperímetro y ohmiómetro. En un polímetro se distinguen tres partes: la pantalla, el selector (rueda) y las clavijas (donde se conectan las puntas)

4.1.- Medida del voltaje o tensión eléctrica. Debe de conectarse el circuito al generador. Para medir el

voltaje se conecta el polímetro en paralelo con el receptor.

Circuito eléctrico Circuito de conexión

Sitúa el selector en la zona de tensión en corriente continúa

(VDC o V=) Conecta la clavija negra en COM y la clavija roja en V Ω Hz Como seguridad solo se conectará la batería cuando se

compruebe que la clavija y la ruleta están en su posición.


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4.2.- Medida de la intensidad. Debe estar conectado el circuito al generador. Para medir la intensidad se conecta el polímetro en serie con

el receptor.

Sitúa el selector en la zona de intensidad en corriente

continúa (IDC o I=)

Conecta la clavija negra en COM y la clavija roja en mA

Como seguridad solo es conectará la batería cuando se compruebe que la clavija y la ruleta están en su posición.



3º ESO 114

4.3.- Medida de la resistencia.

No debe de estar conectado el circuito a la pila.

Para medir la resistencia se conecta el polímetro en paralelo

con el receptor.

Sitúa el selector en la zona de resistencia (Ω) Conecta la clavija negra en COM y la clavija roja en VΩHz

¡ Repito, nunca conectes la batería cuando Midas resistencias eléctricas!


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