TECNOLOGÍAS 1º ESO Electricidad y Electrónica 0 ... · PDF fileTECNOLOGÍAS 1º ESO Electricidad y Electrónica 0- Introducción Estamos acostumbrados a convivir con fenómenos

ELECTRICIDAD.doc Página 1 de 12

Conductor eléctrico

Electrones en movimiento

TECNOLOGÍAS 1º ESO

Electricidad y Electrónica

0- Introducción

Estamos acostumbrados a convivir con fenómenos eléctricos tanto naturales (el rayo, la electrización del pelo al peinarse…) como artificiales (la iluminación en los hogares, los electrodomésticos, etc.). Basta con mirar a nuestro alrededor para darse cuenta de que la electricidad es imprescindible. Los artefactos para iluminación y una gran cantidad de objetos tecnológicos de uso cotidiano utilizan la energía eléctrica (tanto si se conectan a la red eléctrica o si utilizan pilas o baterías).

En esta unidad se estudiarán los conceptos fundamentales de la electricidad, sus magnitudes básicas, se analizarán circuitos eléctricos simples y se estudiarán los efectos de la corriente eléctrica.

1- Definición de corriente eléctrica

Antes de abordar el concepto de corriente eléctrica, es necesario recordar que la materia está formada por átomos y que los átomos poseen un núcleo en torno al cual giran unas partículas con carga negativa llamadas electrones. Cuando a un material conductor se le aplica cierta cantidad de energía (por ejemplo mediante una pila) se puede lograr que los electrones comiencen a desplazarse desde un átomo hacia otro.

Se denomina corriente eléctrica al desplazamiento continuo de electrones desde un átomo a otro.

Se podría decir que los electrones se desplazan por el interior de un conductor (por ejemplo un cable de cobre) como el agua lo hace dentro de una tubería.

Es preciso recordar que, en general, los metales son buenos conductores de la electricidad y se los denomina materiales conductores. Se destacan el oro, la plata, el cobre y el aluminio. Por tal motivo los cables eléctricos están hechos con cobre. Existen otros materiales como los plásticos y la cerámica en los que no es posible que se establezca el movimiento de electrones entre sus átomos. Los últimos materiales no son buenos conductores de la electricidad y se los denomina materiales aislantes. La funda que recubre a los cables se realiza con un material plástico puesto que, por ser aislante, evita que las personas que tocan un cable reciban una descarga eléctrica.

Existen dos tipos de corriente eléctrica: la corriente continua, en la que los electrones fluyen siempre en la misma dirección y la corriente alterna, en la que el flujo de los electrones cambia de sentido varias veces por segundo. A lo largo del presente tema se estudiarán los conceptos relacionados con la corriente continua.


2- Funcionamiento de un circuito

Para que se produzca una corriente eléctrica es necesario que exista un desequilibrio de electrones entre dos puntos de un conductor, es decir, que haya muchos electrones en un lugar y pocos o ninguno en otro. Se producirá un movimiento de electrones desde la zona en la que haya muchos electrones hacia la zona en que haya menos electrones. Dicho movimiento de electrones, es decir la corriente eléctrica, desaparecerá cuando el número de electrones sea el mismo en ambas partes.

Este fenómeno es similar al que se presenta con un líquido contenido en dos recipientes que se encuentran comunicados por una tubería. El líquido comenzará a fluir desde el recipiente con mayor contenido hacia el recipiente con menor contenido. La circulación de dicho líquido se detendrá cuando el nivel de ambos recipientes sea el mismo.

El líquido de los vasos comunicantes circulará desde el recipiente de la derecha hacia el de la izquierda. Cuando los niveles se equilibren, la circulación del líquido se detendrá.

En el polo negativo de la pila hay gran cantidad de electrones y circularán hacia el polo positivo puesto que en él hay menor número de electrones. Mientras haya corriente eléctrica, la bombilla lucirá. Cuando se equilibre la cantidad de electrones en ambos polos, cesará la corriente eléctrica y la bombilla dejará de lucir. Polo negativo

Polo positivo


3- Definición de circuito eléctrico y elementos constitutivos

Un circuito eléctrico es un conjunto de elementos conectados entre sí por los cuales circula una corriente eléctrica con el objetivo de producir algún efecto como luz, calor, sonido o movimiento.

Un circuito eléctrico está constituido por cuatro elementos básicos:

Actividad 1 1) Observa el esquema del átomo que se representa en la página 1 y escribe en el

cuaderno: a) Por qué elementos está constituido el núcleo. b) Nombre de las partículas que giran en torno al núcleo y la carga que poseen.

2) Indica si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas (V) o (F): a) Un material aislante es aquel que permite el paso de los electrones de átomo en

átomo ( ) b) La corriente eléctrica es el movimiento permanente de electrones que pasan desde

un átomo a otro ( ) c) En la corriente continua los electrones circulan siempre en la misma dirección pero

en ocasiones puede cambiar de sentido de circulación varias veces por segundo ( ) d) Los electrones que conforman la corriente eléctrica circulan desde una zona en la

que hay pocos hacia otra en la que hay muchos ( ) e) Para estudiar del funcionamiento de un circuito eléctrico no puede comparárselo con

el comportamiento de un líquido en dos vasos comunicantes ( ) 3) Escribe en el cuaderno cuáles son los elementos básicos de un circuito eléctrico y la

función que desempeña cada uno de ellos.

Elementos de un circuito eléctrico.

Generador: es el que proporciona la energía eléctrica para que los electrones puedan moverse. Ejemplos: pilas, baterías, generadores de corriente continua (Dinamo), etc.

Conductor: es el elemento a través del cual circularán los electrones que conforman la corriente eléctrica. Ejemplos: cable de cobre o cualquier objeto que sea conductor de la electricidad.

Receptor: elemento que recibe la energía eléctrica entregada por el generador para transformarla en otro tipo de energía que resulte útil. Ejemplos: un motor recibe energía eléctrica y la transforma en movimiento. Una estufa transforma la energía eléctrica en calor.

Elementos de control y protección: son los elementos que permiten o interrumpen la corriente eléctrica. Ejemplos: interruptores, pulsadores y fusibles.


4- Simbología de los elementos de un circuito eléctrico

Para representar los elementos de un circuito se utilizan símbolos para no tener que dibujar a cada uno de ellos con su aspecto real puesto que sería muy laborioso. Debe recordarse que, en términos generales, los elementos básicos son cuatro (generador, conductor, receptor y elementos de control y protección) y dentro de cada uno de esos tipos se encuentran varios componentes. En las siguientes tablas se analiza cada caso por separado.

GE

NE

RA

DO

R

NOMBRE IMAGEN SÍMBOLO FUNCIÓN

Pila

Proporciona la energía eléctrica para que los electrones puedan moverse.

Batería

Generador de corriente continua

(Dinamo)

CO

ND

UC

TO

R


Cable

Es el medio a través del cual se desplazan los electrones

Cruce de cables con conexión

Cruce de cables sin conexión

RE

CE

PT

OR


Bombilla

Transforma la energía eléctrica en energía lumínica.

Motor Transforma la energía eléctrica en mecánica.

Timbre o zumbador Transforma la energía eléctrica en sonora.

Resistencia

Se utiliza en circuitos electrónicos con diferentes objetivos.


A continuación se muestran tres ejemplos de circuitos eléctricos simples.

EL

EM

EN

TO

S D

E C

ON

TR

OL

Y P

RO

TE

CC

IÓN


Interruptor

Abre o cierra el circuito. Cuando está abierto la corriente no puede circular por el circuito. Posee dos patillas.

Conmutador

Divide el camino de la corriente (conmuta) en una de las dos opciones que presenta. Posee tres patillas.

Pulsado normalmente abierto (NA)

En estado normal sus contactos están abiertos. Al pulsarlo se cierran. La corriente podrá circular mientras esté pulsado.

Pulsador normalmente cerrado (NC)

En estado normal sus contactos están cerrados y la corriente podrá circular. Al pulsarlo se abren los contactos. La corriente NO podrá circular mientras esté pulsado.

Fusible

Abre el circuito cuando pasa una corriente demasiado elevada (ante un cortocircuito). Así se evita que la elevada corriente dañe los componentes del circuito.


Ejemplo 1

Ejemplo 2


Actividad 2

1. Utilizando la simbología de cada elemento (vista en las tablas de las páginas 4 y 5), dibuja en el cuaderno, cada uno de los circuitos que se muestran a continuación.

2. Dibuja en el cuaderno un circuito con una pila y un conmutador. En una de las patillas de salida del conmutador tiene que haber una bombilla y en la otra un motor.

3. Dibuja en el cuaderno los circuitos que contenga: (a) una pila, un interruptor y dos bombillas en serie (b) una pila, un interruptor, un motor, un zumbador y una bombilla (los tres receptores deben estar conectados en paralelo).

Ejemplo 3

(1.a) (1.b) (1.c)

(1.d) (1.e) (1.f)


5- Magnitudes eléctricas básicas. Ley de Ohm

Las tres magnitudes básicas que se utilizan en electricidad son las siguientes:

Intensidad de corriente: es la cantidad de electrones que pasan por un cable durante un segundo. Se designa con la letra “I” y su unidad de medida es el Amperio (A).

Tensión o voltaje (o diferencia de potencial): es la fuerza o energía que hace que los electrones se muevan. En los extremos de una pila existe una diferencia de potencial (diferencia de cargas) que hace que los electrones se desplacen. Se designa con la letra “V” y su unidad de medida es el Voltio (V).

Resistencia eléctrica: es la oposición que ofrece un elemento del circuito al paso de la corriente eléctrica, es decir, al paso de los electrones. Los cables y sobre todo los receptores ofrecen resistencia eléctrica. Cuanto más estrecho y más largo sea el cable, mayor será su resistencia y más trabajo les costará a los electrones atravesarlo. Se designa con la letra “R” y su unidad de medida es el Ohmio (Ω).

El científico alemán George Ohm en 1822 estableció una ecuación que relaciona a estas tres magnitudes eléctricas entre sí. En honor a este científico a dicha ecuación se la denominó “Ley de Ohm”.

La Ley de Ohm establece que en un circuito, la tensión aplicada es igual al producto de la intensidad que lo recorre por la resistencia de dicho circuito.

Una regla práctica para recordar estas ecuaciones es utilizar el siguiente triángulo:

R

V=I

I

V=R

RxI=VA partir de esta ecuación se pueden despejar las otras magnitudes. Así, la ley de Ohm puede expresarse mediante cualquiera de las tres ecuaciones.

Para ubicar correctamente las letras V, R e I en el triángulo se puede recurrir a la frase “Viva la Reina Isabel”. Si se quiere calcular una magnitud, basta con tapar el vértice que la contiene y las magnitudes que quedan visibles indicarán la operación a realizar. Observa que si tapamos “V”, quedan visibles “R” e “I”, entonces: V= R x I De forma similar se puede llegar a las ecuaciones de “R” e “I”.

Ejemplo de aplicación de la Ley de Ohm: Se tiene una pila de 9 Voltios y una resistencia de 10 Ohmios. Se debe calcular la intensidad de corriente que circula por este circuito. En el triángulo de ayuda se debe tapar el vértice que contiene la magnitud a calcular (en este caso “I”). Queda visible “V / R”. Entonces la corriente será de 0,9 Amperios.

A.9,0=109

=RV

=I

I= ¿? A

R= 10 Ω V= 9 V


6- Circuitos serie, paralelo y mixto - Cortocircuito

Como se ha podido observar, los receptores pueden conectares de diversas formas, pero las más empleadas son las que dan origen a los circuitos serie, paralelo y mixto.

Circuito serie: los receptores se conectan uno a continuación del otro. De esta forma existe un único camino para los electrones (para la corriente eléctrica) y tendrán que ir pasando a través de todos los receptores. Evidentemente la intensidad de corriente será la misma a los largo de todo el circuito.

Circuito paralelo: los receptores se conectan en ramales independientes. Así los electrones tienen varios caminos posibles por los que pueden circular (en ejemplo de la derecha se dividen en dos caminos). Por tal motivo la corriente que pasa por los diferentes receptores puede que no sea la misma.

Circuito mixto: es una combinación de las dos formas anteriores. Algunos receptores están conectados en serie entre sí y otros en paralelo. En los receptores que se encuentran en paralelo, los electrones se dividen siguiendo diferentes caminos y luego se agrupan nuevamente.

Cortocircuito: se establece cuando los dos polos de una pila quedan unidos por al menos un camino que no posee receptores. Por dicho camino circularán todos los electrones puesto que ellos siempre recorrerán el camino que menor resistencia eléctrica ofrezca. La corriente será muy elevada y se producirán daños en el circuito. Las bombillas del ejemplo NO lucirán puesto que por ellas NO circularán electrones. Todos los electrones circularán por el camino que no posee receptores.


Actividad 3 1) Indica si las siguientes afirmaciones son verdaderas (V) o falsas (F):

a) La intensidad de corriente es la energía con la que se mueven los electrones ( ) b) El voltaje es la cantidad de electrones que atraviesan un circuito durante un segundo

( ) c) La resistencia es la oposición que ofrece un elemento al paso de la corriente eléctrica

( ) d) La ley de Ohm relaciona la intensidad de corriente, el voltaje y la resistencia eléctrica

mediante tres ecuaciones sencillas ( ) 2) Escribe en el cuaderno las definiciones de Intensidad de corriente, voltaje y resistencia

eléctrica. Indica la letra con la que se designa cada magnitud y la unidad de medida de cada una.

3) Indica, rodeando con un círculo el ítem correspondiente, la única opción correcta: a) En un circuito serie:

I. Los receptores están conectados uno a continuación del otro. II. La intensidad de corriente se divide en diferentes caminos.

III. Puede que haya receptores conectados en paralelo. b) En un circuito paralelo:

I. La intensidad de corriente es la misma a lo largo de todo el circuito. II. La intensidad de corriente se puede dividir en diferentes caminos.

III. Puede que haya receptores conectados en serie. c) En un circuito mixto

I. Algunos receptores están conectados en serie y otros en paralelo. II. Los electrones no se dividirán en ninguna parte del circuito para seguir diferentes

caminos. III. Todos los receptores se encuentran conectados uno a continuación del otro.

4) Copia los siguientes circuitos en el cuaderno e indica cuáles funcionarán y cuáles no al accionar los elementos de control presentes en cada uno.

5) Copia en el cuaderno los siguientes circuitos y responde a las preguntas que se realizan en cada caso:

Circuito 1: 5.a) ¿Qué bombillas lucen al cerrar el interruptor? 5.b) ¿Qué sucede si, estando cerrado el interruptor, se funde la bombilla L1?

Circuito 2: 5.c) ¿Qué bombillas lucen al cerrar el interruptor I1? 5.d) ¿Qué bombillas lucen si se cierra solamente el interruptor I2? 5.e) ¿Qué sucede si se cierran ambos interruptores? 5.f) ¿Qué sucede si, estando cerrado el interruptor I1, se funde la bombilla L1? 5.g) ¿Qué sucede si, estando cerrados ambos interruptores, se funde la bombilla L3?


6) Copia en el cuaderno el siguiente circuito y la tabla correspondiente. Calcula el valor de la intensidad de corriente para cada uno de los valores de resistencia. Para ello deberás aplicar los conocimientos sobre la Ley de Ohm.

7) Copia en el cuaderno el siguiente circuito y la tabla correspondiente. Calcula el valor de la resistencia eléctrica de la bombilla para cada uno de los valores de intensidad que figuran en la tabla. Para ello deberás aplicar los conocimientos sobre la Ley de Ohm.

8) Copia en el cuaderno el siguiente circuito y la tabla correspondiente. Calcula el valor del voltaje que se aplica con la pila para cada uno de los valores de intensidad que figuran en la tabla. Para ello deberás aplicar los conocimientos sobre la Ley de Ohm.

Voltaje Resistencia Intensidad

4,5 V 4,5 Ω

4,5 V 10 Ω

4,5 V 2 Ω

Voltaje Intensidad Resistencia

4,5 V 10 A

4,5 V 2 A

4,5 V 4,5 A

Resistencia Intensidad Voltaje

22 Ω 10 A

22 Ω 2 A

22 Ω 3 A

Circuito 3: 5.g) ¿Qué sucede cuando el conmutador está en la posición representada en el esquema? 5.h) ¿Qué sucede cuando se cambia la posición del conmutador?

Valores de la tabla

I= Valores de la tabla

I= Valores de la tabla


7- Efectos de la corriente eléctrica

La corriente eléctrica causa diversos efectos sobre los elementos que atraviesa. Así, la energía eléctrica se transformará en otros tipos de energía, como por ejemplo: luz, calor, movimiento o sonido. Es preciso recordar que la función e los receptores es transformar la energía eléctrica en otro tipo de energía que resulte útil. A continuación se analizará cada uno de los casos mencionados.

8- Efectos del uso de la energía eléctrica sobre el medio ambiente

Muchas de las centrales en las que se genera la energía eléctrica (que utilizamos cotidianamente) producen contaminación atmosférica y/o del ecosistema de la zona en la que se encuentren. Es importante reducir lo máximo posible el consumo de energía eléctrica en nuestras actividades cotidianas. Las ventajas del consumo responsable son las siguientes:

Ahorro de dinero Se evitará consumir recursos naturales que se emplean para la producción de la

energía eléctrica. Se debe tener presente que muchos de esos recursos naturales son NO renovables.

Al consumir menor energía eléctrica no será necesario producirla en las centrales y se reducirá la contaminación ambiental producida durante el proceso de generación.

Algunos consejos para lograr este cometido son los siguientes:

Sustituir bombillas incandescentes por lámparas de bajo consumo o tubos fluorescentes.

Comprar electrodomésticos con clase energética tipo A. Los electrodomésticos que posean esa etiqueta son los más eficientes (consumen la menor cantidad posible de energía eléctrica).

Aislar adecuadamente la vivienda (doble acristalamiento o ventanas dobles). Con ello se puede ahorrar hasta un 30% el consumo de energía en concepto de acondicionamiento térmico de la vivienda.

Utilizar la lavadora, el lavaplatos, etc. cuando estén llenos. Apagar los aparatos electrónicos (televisores, reproductores de música, etc.) en vez

de dejarlos en “stand by” puesto que continúan consumiendo una pequeña cantidad de energía.

Luz: los receptores como bombillas incandescentes o tubos fluorescentes reciben energía eléctrica y la transforman en energía luminosa y el calor (puesto que las bombillas y los tubos se calientan).

Calor: los receptores como estufas eléctricas o cocinas eléctricas transforman la energía eléctrica en calor.

Movimiento: Los motores eléctricos reciben energía eléctrica y la transforman en energía mecánica o de movimiento presente en el eje del motor.

Sonido: Un altavoz o zumbador recibe energía eléctrica y la transforma en energía acústica o sonido.

Documents

TECNOLOGÍAS 1º ESO Electricidad y Electrónica 0 ... · PDF fileTECNOLOGÍAS 1º ESO Electricidad y Electrónica 0- Introducción Estamos acostumbrados a convivir con fenómenos