Tema 1: Electricidad y electrónica - Junta de Andalucía · EDUCACIÓN SECUNDARIA PARA PERSONAS ADULTAS NIVEL II ÁMBITO CIENTÍFICO TECNOLÓGICO BLOQUE XI. TEMA 1: Electricidad

EDUCACIÓN SECUNDARIA PARA PERSONAS ADULTAS NIVEL II

ÁMBITO CIENTÍFICO TECNOLÓGICO

BLOQUE XI. TEMA 1: Electricidad y electrónica

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Tema 1: Electricidad y electrónica

1.- La corriente eléctrica

Cualquier trozo de materia está formado por una cantidad enorme de unas partículas

pequeñísimas, a las que los científicos han dado el nombre de átomos.

Fíjate si son pequeños los átomos que, por

ejemplo, en un vaso de agua hay

aproximadamente 𝟐,𝟎𝟏 ∙ 𝟏𝟎𝟐𝟓 á𝒕𝒐𝒎𝒐𝒔

Un átomo está formado por unas partículas

aún más pequeñas. Se les llama partículas

subatómicas:

Protones. Se encuentran en el núcleo

del átomo y tienen carga positiva

Neutrones. Se encuentran en el núcleo

y no tienen carga eléctrica

Electrones. Se encuentran moviéndose por la corteza del átomo y están cargados

negativamente

Cada átomo es eléctricamente neutro, es decir, tienen las mismas cargas positivas

(protones) que negativas (electrones).

Pero en la materia los átomos no están aislados sino que se unen unos a otros.

Para poder unirse a otros átomos deben perder, ganar o compartir algunos de sus

electrones.

Cuando esto sucede, los átomos que han perdido electrones quedan cargados

positivamente.

Los electrones perdidos se denominan electrones libres.

No todas las sustancias poseen electrones libres. Los materiales que poseen electrones

libres se llaman conductores. Los mejores son los metales.

Son conductoras todas las sustancias que tienen electrones con libertad para

moverse.





Otras sustancias, llamadas aislantes, no tienen cargas eléctricas libres. Son aislantes la

madera, el plástico, la cerámica, el aire, el vidrio, etc.

Algunos materiales no son conductores ni aislantes propiamente, pero pueden ser lo uno

o lo otro, dependiendo de las condiciones en las que se encuentren. Estos materiales son

los semiconductores. El más utilizado es el silicio. Se utilizan mucho en componentes

electrónicos (como las clavijas de los auriculares).

En resumen:

Una corriente eléctrica es un movimiento ordenado de electrones a través de un

circuito eléctrico.

Para que exista una corriente eléctrica que se mantenga en el tiempo son necesarios

varios ingredientes:

Un material conductor, que suele ser hilo de cobre.

Un dispositivo que suministre a los electrones la energía necesaria para mantener

su movimiento ordenado. Puede ser una pila, una batería, una dinamo, un

alternador. En general recibe el nombre de

generador.

Un dispositivo que convierta la energía

eléctrica en otro tipo de energía. Este, en

general, se llama receptor (una bombilla, un

timbre, un calefactor, etc.)

Algunos elementos de control y de protección,

como el interruptor.

Estos cuatro elementos, conectados

convenientemente, forman un circuito eléctrico, por

el que puede circular una corriente eléctrica.

Al contrario de lo que mucha gente piensa, los electrones se mueven desde el polo

negativo hacia el positivo.





Corriente continua y corriente alterna

Hay dos clases de corriente eléctrica y cada electrodoméstico necesita la suya:

La corriente continua (CC), en la que los electrones circulan siempre en el mismo

sentido. Es la producida por pilas, baterías, dinamos y células fotovoltaicas.

La corriente alterna (CA), en la que los electrones cambian constantemente su

sentido de circulación. Es la producida por los alternadores.

Corriente continua

Corriente alterna

En los enchufes de nuestras casas disponemos solo de corriente alterna. Los

circuitos electrónicos necesitan corriente continua para funcionar. Por este motivo, los

electrodomésticos tienen lo que llamamos fuentes de alimentación, cuya misión es la de

transformar la corriente alterna en corriente continua.

Hay electrodomésticos que tienen la fuente de alimentación interna, como el televisor

o el ordenador. Otros, sin embargo, tienen la fuente de alimentación externa, como es

el caso de los cargadores de los móviles.

Representación de un circuito eléctrico

Para representar un circuito eléctrico

se utilizan esquemas. En los esquemas,

cada componente del circuito se

representa mediante un símbolo.

Hay una gran variedad de símbolos

eléctricos, a la derecha tienes algunos

de los más sencillos.





Usando estos símbolos, podemos construir nuestro primer circuito:

Solo hay dos modos básicos de conectar los componentes de un circuito:

En serie, si se pone un componente a continuación del otro, solo hay un camino

para el paso de la corriente.

En paralelo, si los componentes se conectan en ramas separadas, hay diferentes

caminos para el paso de la corriente.





Dos bombilas en serie Dos bombillas en paralelo Dos pilas en serie Dos pilas en paralelo

Según lo que se quiera conseguir con la conexión, se debe emplear una conexión en serie

o una en paralelo.

Pilas Bombillas

En serie

Se suministra al circuito

más voltaje que si solo se

emplea una pila.

No aumenta la duración

de las pilas

Por las dos circula la misma intensidad

de corriente y se reparten la tensión que

suministra la pila.

Cada una de ellas lucirá menos que si

estuviera sola y consumirá menos

potencia.

En paralelo

Se sigue suministrando al

circuito el mismo voltaje

que con una sola pila.

Aumenta la duración de

las pilas.

En los extremos de la conexión cae la

misma tensión que si estuviese una sola

bombilla.

Cada una de ellas lucirá igual que si

estuviera sola y consumirá la misma

potencia.

Aquí han aparecido una serie de términos: voltaje, tensión, intensidad de corriente,

potencia. Más adelante las estudiaremos, no te preocupes.

Contesta…

1. ¿Qué partículas subatómicas forman parte del núcleo de los átomos?

o Electrones y protones

o Electrones y neutrones

o Protones y neutrones

2. ¿Qué partículas subatómicas pueden escapar del átomo y quedar libres?

o Los protones

o Los electrones

o Los neutrones





3. Señala cuáles de los siguientes objetos son aislantes de la corriente eléctrica

o Una cuchara de acero

o Un tenedor de madera

o Un recipiente de plástico

o Una lámina de papel de aluminio

o Un folio de papel

o Un hilo de cobre

o Unos guantes de goma

4. ¿Qué tipo de materiales son fundamentales en la fabricación de los dispositivos

electrónicos?

o Conductores

o Aislantes

o Semiconductores

5. El pulsador para que funcione el claxon de un coche es un:

o Receptor

o Generador

o Elemento de control

6. La batería de un coche es un:

o Receptor

o Generador


7. La bocina que suena es un:

o Receptor

o Generador






8. ¿Qué tipo de corriente circula por los dispositivos electrónicos?

o Corriente continua

o Corriente alterna

o Cualquiera de las dos

9. ¿Cuál de los siguientes no genera corriente continua?

o Pila

o Dinamo

o Alternador

o Célula fotovoltaica

10. ¿Cómo debemos conectar varias pilas si queremos obtener más tensión que la

suministrada por una sola de ellas?

o En serie

o En paralelo

11. ¿Cómo crees que están conectados los aparatos eléctricos de tu casa?

o En serie

o En paralelo

2.- Magnitudes para medir la corriente eléctrica

En este apartado vamos a estudiar las medidas más usuales cuando se trata de

electricidad.

Voltaje o diferencia de potencial

Para entender lo que es la diferencia de potencial piensa en lo siguiente:

Los generadores tienen dos puntos (llamados bornes

o polos) que están a diferente potencial (el polo

negativo tiene mayor potencial que el polo positivo).

En un circuito eléctrico, los electrones salen del

polo negativo del generador (mayor energía) y

vuelven a entrar en él por el polo positivo (menor





energía), atravesando en su camino todos los elementos del circuito que sea necesario

para ello.

A la diferencia de potencial entre los polos de un generador también se le llama

voltaje o tensión. Se mide en voltios. Se suele representar como V.

Ejemplos:

1) Si una pila es de 1,5 V significa que entre el polo positivo y el negativo hay una

deferencia de potencial de 1,5 voltios.

2) Si la “luz” de nuestra casa es de 220 V significa que entre los dos “agujeros” de

un enchufe hay una diferencia de potencial de 220 voltios.

El generador proporciona a los electrones la energía necesaria para volver a llegar

al polo negativo y así, iniciar de nuevo una vuelta al circuito.

Para medir la diferencia de potencial entre dos puntos cualesquiera de un

circuito se emplea un aparato que se llama voltímetro, cuyo símbolo es el de

la izquierda.

Ejemplo:

Observa en los siguientes

esquemas cómo se utiliza un

voltímetro para medir la

diferencia de potencial o

tensión entre en cada

bombilla y en el timbre:

Date cuenta como los 12 V de tensión que suministra la pila del segundo dibujo se

van repartiendo entre los elementos que forman el circuito.

(2,73 + 2,73 +6,54 = 12)

Un voltímetro siempre debe conectarse en paralelo, ya que debe medir la d.d.p.

entre dos puntos.

Los circuitos electrónicos son alimentados con tensiones pequeñas: 3, 5, 9 o 12 V son

los valores más habituales.





La intensidad de corriente

Para que lo entendamos, la intensidad de corriente está relacionada con la

cantidad de electrones que circulan por una sección de conductor en un segundo.

La carga eléctrica que se mueve en un

circuito es la que transportan los

electrones que, como tienen carga

negativa, se mueven desde el polo

negativo del generador hacia el polo

positivo.

Sin embargo, por costumbre, se considera que la corriente eléctrica circula justo al

contrario, es decir, del polo positivo al polo negativo.

La unidad de intensidad de corriente se llama Amperio (A) y se mide con un

aparato llamado amperímetro.

El símbolo del amperímetro en un circuito eléctrico es:

Ejemplos:

A) Observa el siguiente esquema:

La flecha indica el sentido de la corriente.

El amperímetro debe conectarse en serie, pues mide los electrones que

circulan por un punto determinado.

La intensidad depende del voltaje suministrado por la pila.

El valor de la intensidad es muy pequeño, se mide en miliamperios (mA). Un

miliamperio es la milésima parte de un amperio.





B) Observa el segundo esquema:

Al aumentar el voltaje del generador, ha aumentado la intensidad de

corriente.

La bombilla luce con mayor luminosidad.

C) Y por fin, el tercer esquema:

Los 15,5 mA que atraviesan las bombillas no son suficientes para

hacerlas lucir.

Si sumamos las intensidades que pasan por las dos bombillas

obtenemos la intensidad que circula por el timbre (los electrones no

se esconden, todos los que salen de la pila vuelven a entrar en ella).

Estos y otros circuitos los podrás diseñar con un programita que se llama Cocodrile

clips.

La resistencia eléctrica

En su recorrido por un conductor, los electrones van chocando continuamente con los

átomos que se encuentran a su paso.

La resistencia eléctrica mide la oposición que presenta un dispositivo eléctrico al

movimiento de los electrones a través de él.

La resistencia eléctrica de un dispositivo depende de varios factores:

El tipo de material del que esté hecho. Los aislantes tienen una resistencia muy

elevada.





La longitud del dispositivo. A mayor longitud, mayor resistencia.

La sección del dispositivo. A menor sección (grosor), mayor resistencia.

La resistencia se mide en una unidad llamada ohmio (Ω). El aparato

empleado para medirla es el ohmímetro.

Un ohmímetro se conecta en paralelo con el dispositivo cuya resistencia queremos

medir.

La potencia eléctrica

La potencia eléctrica mide la energía consumida cada segundo por un dispositivo

conectado a un circuito.

También podemos decir que la potencia eléctrica es la energía suministrada por el

generador a los electrones cada segundo.

Su unidad de medida es el watio (W), aunque con mucha frecuencia se emplea su

múltiplo, el kilowatio (kW).

Contesta…

12. ¿Qué debe existir entre dos puntos de un circuito para que los electrones

circulen por él?

o Una diferencia de potencial entre los dos puntos del circuito

o No tiene que haber nada en especial, ya que los electrones circulan

libremente por él.

13. ¿Por dónde salen los electrones de una pila?

o Por el polo negativo

o Por el polo positivo

14. Si escuchas a un electricista decir que la corriente eléctrica en un circuito sale

por el polo positivo y entra por el negativo, ¿a qué sentido de la corriente se está

refiriendo?

o Al sentido real del movimiento de los electrones

o Al sentido convencional de la corriente eléctrica





15. Si necesitamos un hilo de cobre que ofrezca mucha resistencia eléctrica, ¿cuál

de los siguientes deberíamos elegir?

o Un hilo largo y grueso

o Un hilo corto y grueso

o Un hilo largo y delgado

o Un hilo corto y delgado

16. ¿Cuál de las siguientes unidades se emplea para medir la potencia?

o Ohmio

o Watio

o Amperio

o Voltio

3.- Relaciones entre las magnitudes eléctricas

Una de las relaciones más importantes de las que se cumplen en un circuito eléctrico es

la conocida como ley de Ohm, que dice lo siguiente:

El voltaje entre dos puntos de un circuito es igual al producto de la intensidad de

corriente que circula entre esos dos puntos por la resistencia eléctrica que haya

entre ellos.

La fórmula es que resume todo esto es:

𝑽 = 𝑰 ∙ 𝑹

La ley de Ohm también se puede expresar con estas dos fórmulas, equivalentes a la

anterior:

𝑰 =𝑽

𝑹 𝑹 =

𝑽

𝑰

Hay otra importante relación entre las magnitudes que hemos estudiado. Nos permite

calcular la energía que suministra un generador (o que consume algún componente





eléctrico). Nos referimos a ella como la fórmula de la potencia, y es tan sencilla como

las anteriores:

𝑃𝑂𝑇𝐸𝑁𝐶𝐼𝐴 = 𝑉𝑂𝐿𝑇𝐴𝐽𝐸 ∙ 𝐼𝑁𝑇𝐸𝑁𝑆𝐼𝐷𝐴𝐷

𝑷 = 𝑽 ∙ 𝑰

Esta fórmula nos viene muy bien para saber la potencia que debemos contratar

con nuestro suministrador eléctrico, dependiendo de la cantidad de

electrodomésticos que tengamos en casa.

De esta fórmula se pueden deducir otras dos equivalentes:

𝑰 =𝑷

𝑽 𝑽 =

𝑷

𝑰

Ejemplos:

A) La tensión eléctrica que llega a nuestro hogar es de 220 voltios. Tenemos

contratada una potencia de 5500 watios. ¿Qué intensidad de corriente

máxima puede soportar la instalación eléctrica de mi casa?

Solución:

Haciendo un simple cálculo:

𝐼 =5500

220= 𝟐𝟓 𝒂𝒎𝒑𝒆𝒓𝒊𝒐𝒔

B) ¿Qué resistencia ofrece una bombilla de 9 voltios de tensión por la que

circula una intensidad de corriente de 90 miliamperios?

Solución:

Lo primero es pasar los miliamperios a la unidad fundamental de

intensidad de corriente, el amperio. Para ello, basta dividir entre

1000, es decir:

90 𝑚𝐴 = 0,09 𝐴

A continuación, aplicamos la fórmula conveniente:

𝑅 =𝑉

𝐼=

9

0,09= 𝟏𝟎𝟎 𝒐𝒉𝒎𝒊𝒐𝒔





Contesta…

17. La resistencia del timbre del circuito se ha medido con un

ohmímetro y ha resultado ser de 150 Ω.

a) ¿Qué intensidad de corriente circula por él?

o 3 A

o O,3 A

o 0,03 A

b) ¿Qué potencia consume?

o 0,15 W

o 1,5 W

o 150 W

18. La resistencia de la bombilla del circuito es de 3,75 Ω.

a) ¿Qué voltaje debería suministrar la pila para que por

la bombilla pasara una corriente de 4 A?

o 150 V

o 15 V

o 1,5 V

b) ¿Qué potencia suministra la pila al circuito?

o 30 W

o 45 W

o 60 W

c) ¿Lucirá la bombilla a pleno rendimiento?

o No, ya que la pila no suministra la potencia suficiente

o Si, ya que la pila suministra la potencia de la bombilla





19. Calcula la diferencia de potencial entre los dos puntos del siguiente circuito:

o V = 5 voltios

o V = 6 voltios

o V = 1,5 voltios

20. Estas dos pilas están colocadas en serie. ¿Cuál es el voltaje de la segunda pila?

o X = 3 voltios

o X = 3 watios

o X = 9 voltios

21. Para completar los datos del siguiente circuito, recuerda que dos pilas en

paralelo tienen la misma tensión y dos pilas en serie, suman sus tensiones.

Sabiendo esto, calcula los datos que faltan.

o V1 = 4 voltios y x = 4 voltios



22. Completa la siguiente tabla aplicando la ley de Ohm y la fórmula de la potencia.

VOLTAJE (V) INTENSIDAD (I) RESISTENCIA (R) POTENCIA (P)

0,25 5

12 100

24 1,5 16

220 2200





4.- Componentes básicos de un circuito electrónico

Mientras que un circuito eléctrico puede ser muy grande, como la instalación eléctrica

de nuestra casa, un circuito electrónico suele ser muy pequeño.

Los componentes electrónicos se conectan formando circuitos que se montan sobre

una placa. La placa formará parte de un dispositivo electrónico que realizará

alguna función.

Los componentes electrónicos se clasifican en dos grupos:

Componentes pasivos. Tienen solo dos terminales y por ellos pasa una sola

corriente eléctrica. No pueden actuar en el circuito modificando la corriente que

pasa por él. Entre ellos destacan los resistores (resistencias), los

condensadores, las bobinas y los diodos.

Resistores Condensadores Bobinas Diodos led

Componentes activos. Tienen varios terminales y por ellos pueden pasar varias

corrientes. Controlan el circuito decidiendo si la corriente pasa o no pasa. Entre

ellos están los transistores y los circuitos integrados.

Circuitos integrados Transistores





4.1.- Componentes pasivos

Resistencias o resistores

Son los más usados en los circuitos electrónicos. Dificultan el paso de la corriente

eléctrica en mayor o menor grado.

Su misión es la de repartir adecuadamente las tensiones y las corrientes que

necesitan los demás componentes para funcionar.

Los símbolos usados para representar las resistencias son:

Las hay de varios tipos:

Fijas. Son pequeños cilindros fabricados de diversos materiales.

Tienen más o menos resistencia (fija) dependiendo de su tamaño

y grosor.

Variables. Tienen un contacto móvil que se puede

deslizar o girar para cambiar el valor de la resistencia

que ofrecen al paso de la corriente. Se usan en los

reguladores de luz, en el control de volumen de una

radio, en el control de velocidad de un ventilador, etc.

También reciben el nombre de potenciómetros.

Especiales. El valor de estas resistencias dependen de alguna circunstancia física

(temperatura, luminosidad que reciben). Se suelen utilizar en los sistemas de

alumbrado público que se encienden automáticamente cuando la cantidad de luz

natural disminuye (fotoresistores). Otro tipo se utiliza en los sistemas

automáticos de climatización (termistores).

Fotoresistor Termistores





Condensadores

Son dispositivos capaces de almacenar carga eléctrica que más tarde puede usarse

para establecer una corriente mientras el condensador se descarga.

Están formados por dos capas de un material que conduce la

electricidad, separadas de una capa de otro que no la conduce

y que se llama dieléctrico.

Al conectarlo a una pila, la corriente circula entre sus

terminales al mismo tiempo que la carga se va acumulando.

La cantidad de carga que puede almacenar por cada voltio al que esté sometido se

llama capacidad del condensador y su unidad de medida es el faradio (F).

Cuando un condensador está completamente cargado la corriente no puede circular por

él.

Un condensador cargado se comporta como un interruptor abierto, impidiendo el

paso de corriente.

Se usan por ejemplo en el sintonizador de emisoras de radio, en el flash de una cámara

de fotos, etc.

Bobinas

También llamadas inductores, consisten en un hilo de cobre enrollado alrededor de un

aislante.

Cuando la corriente eléctrica pasa por una bobina, ésta crea un campo magnético

que almacena energía y que se opone a que la intensidad de corriente que la

atraviesa cambie de forma brusca.





Un ejemplo de su utilización está en el encendido y apagado de ciertos dispositivos,

para evitar que se produzcan de forma brusca y que lo hagan con cierto retardo.

Diodos

Un diodo es un elemento formado por material semiconductor que permite el paso

de la corriente eléctrica en un sentido pero no en el contrario.

Tiene dos patas, por una entra la corriente y por la

otra sale sin cambio, pero lo impide en el sentido

contrario.

Además, sirve para proteger elementos que se

estropearían si la corriente llegase por el sentido

incorrecto.

Símbolo del diodo

Los LED son diodos con una propiedad muy característica:

Emiten luz cuando la corriente eléctrica pasa por ellos. Todas esas lucecitas

rojas, verdes, etc, que se mantienen encendidas en aparatos de televisión,

ordenadores, etc, son leds. También se utilizan en rótulos luminosos, linternas y

cada vez más, en iluminación.

4.2.- Componentes activos

Transistores

Los transistores son elementos semiconductores que sirven principalmente para

amplificar la señal eléctrica, para conmutarla, para rectificarla, etcétera.

Están en cualquier circuito eléctrico de cualquier

electrodoméstico. A diferencia del diodo, tienen tres patas,

llamadas emisor, colector y base. Su funcionamiento es

complejo, y la variedad de tipos de transistores es enorme.





Circuitos integrados

Un circuito integrado (chip o microchip) es un pequeño bloque semiconductor en el

que están fabricados y convenientemente conectados, en una sola pieza y sin

cables, todos o casi todos los componentes electrónicos necesarios para realizar

una función determinada.

Los componentes que con más facilidad se pueden

integrar son los diodos y los transistores.

Los chips son tan pequeños que deben ir protegidos

por una cápsula, desde la que salen conexiones

(patillas) que permiten manejarlo y conectarlos en

un circuito.

Cada patilla va conectada interiormente a una parte del chip mediante un cable finísimo,

casi microscópico.

Hay chips de todo tipo y tamaño. Desde los que contienen solo

unas decenas de componentes y realizan funciones electrónicas

básicas, hasta los que contienen millones de transistores y

realizan operaciones muy complejas, como los microprocesadores

de los ordenadores.

Contesta…

23. ¿Cómo es un componente incapaz de amplificar la intensidad de la corriente que

lo recorre?

o Pasivo

o Activo

24. ¿Cuáles de los siguientes componentes son activos?

o Resistencias o resistores

o Transistores

o Condensadores





25. Si tuvieras que usar una resistencia sensible a los cambios de temperatura, ¿cuál

de estas usarías?

o Termistores

o Fotoresistores

26. ¿Qué tipo de resistencia se emplea en el control del volumen de un aparato de

televisión?

o Una resistencia especial

o Una resistencia fija

o Un potenciómetro

27. ¿Qué unidad se utiliza para medir la capacidad de un condensador?

o El amperio

o El ohmio

o El faradio

28. ¿Cómo está un condensador cuando se comporta como un interruptor abierto?

o Descargado

o Cargándose

o Cargado

29. ¿Cuál de las siguientes frases es la correcta?

o Un diodo siempre permite el paso de la corriente eléctrica, en un sentido o

en el contrario

o Un diodo solo permite el paso de la corriente eléctrica en un único sentido





30. ¿Qué componente se instala para conmutar la señal eléctrica en un circuito

electrónico?

o Diodos

o Transistores

o Resistores

31. Para terminar contestarás a unas preguntas relacionadas con el siguiente circuito

eléctrico:

1) ¿Cómo están las bombillas 4 y 5?

o En serie

o En paralelo

2) ¿Cómo están las bombillas 1 y 2?

o En serie

o En paralelo

3) ¿Cuál es la tensión que suministra la batería?:………………………… voltios





4) Si el interruptor 1 está abierto, ¿cómo están las bombillas 1 y 2?

o Apagadas

o Encendidas

5) El interruptor 2 está cerrado y la bombilla 3 está fundida, ¿cómo está la

bombilla 7?

o Encendida

o Apagada

6) De los tres interruptores, sólo el 3 está cerrado, ¿qué bombillas estarán

encendidas?

7) ¿Qué bombillas están encendidas en el caso que sólo el interruptor 2 esté

cerrado?

8) Si la bombilla 2 se funde, ¿qué ocurrirá con la bombilla nº 1?

o No tiene nada que ver

o Que se funde también

o Que no enciende

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