Download 1. INTRODUCCIÓN. Estamos acostumbrados a utilizar

1. INTRODUCCIÓN.
Estamos acostumbrados a utilizar aparatos eléctricos sin saber cómo funciona la electricidad. Pero,
¿por qué se enciende una bombilla cuando le damos al interruptor? ¿Por qué es más fácil que nos dé
un calambrazo si estamos mojados? ¿Por qué los enchufes tienen dos agujeros en vez de uno? En
este tema vamos a aprender cómo funciona la electricidad, para poder responder preguntas sobre
ésta, sin sabernos la respuesta de memoria, sino razonando sobre lo que sabemos. Vamos a aprender
también a diseñar circuitos eléctricos que hagan lo que nosotros queramos.
Para poder entender los fenómenos eléctricos debemos conocer cómo está constituida la materia. 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.
Fig 1:Estructura básica de un átomo.
Mientras que los neutrones no poseen carga eléctrica, la carga de un electrón es igual a la carga
eléctrica de un protón, pero de distinto signo, y por convenio:
 Los electrones tienen carga negativa
 Los protones poseen carga positiva.
Como la carga de un electrón es muy pequeña, en el Sistema Internacional (S.I.), para expresar la
cantidad de carga se emplea como unidad la carga de 6,242· ·1018electrones (6,242 trillones de
electrones), llamada Culombio o Coulomb (C).
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), pudiendo actuar sobre otros
cuerpos que también están cargados.
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 cargas del mismo
signo se repelen, mientras que las cargas con diferente signo
se atraen (tal y como muestra la figura).
2. MATERIALES AISLANTES Y CONDUCTORES.
Hay materiales, como los plásticos, el papel, la madera, la lana, el vidrio, etc, 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.)
3. LA CORRIENTE ELÉCTRICA. UNIDADES ELÉCTRICAS
La corriente eléctrica se puede definir como el flujo de electrones a través de un material conductor
desde un cuerpo con carga negativa (exceso de electrones) a un cuerpo con carga positiva
(deficitario en electrones).
Fig 3: Flujo de electrones hacia el polo positivo de una pila.
Por tanto, para la corriente eléctrica se produzca, es necesario que entre los extremos del conductor
exista una diferencia de potencial; es decir, que en 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). Piensa: ¿por qué los enchufes tienen dos
agujeros?
Su unidad, en el SI es el Voltio (V). La tensión entre dos puntos del circuito se mide con un
voltímetro que se colocará en paralelo con el componente cuya tensión se quiere a
medir.
Cuanto mayor sea el voltaje, mayor será el número de electrones que circulará por un cuerpo. Y al
igual que en una carretera hablamos de intensidad de tráfico, como el número de vehículos que
pasan por allí en un determinado tiempo, en electricidad definimos la intensidad de corriente
eléctrica (I) como el número de electrones que circulan por un conductor en la unidad de tiempo.
La unidad es el amperio (A) y se mide con el amperímetro que se colocará en serie, como el
contador del agua en una tubería.
A la dificultad que ofrece cada material a la circulación de los electrones a través de él, se llama
resistencia eléctrica (R), su unidad es el ohmio (Ω) y se mide con el ohmímetro u
óhmetro.
Pero si solo hablásemos de la resistencia no sabríamos que materiales son mejores conductores y
cuales son peores. Por esto es necesario conocer la resistividad (ρ) de cada material, la cual nos
indica la resistencia eléctrica que tiene cada material por cada metro de longitud y mm² de sección.
Si queremos hallar la resistencia de un conductor de un determinado material y de una longitud y
sección dada, tendremos que utilizar la fórmula: R = (ρ x L)/ S
Los valores típicos de resistividad de varios materiales (en ohmios por 1m de longitud y 1mm²
de sección) a 23° C son:
Plata
Cobre
Oro
Aluminio
Tungsteno
Níquel
Hierro
Acero puro
Platino
Plomo
Mercurio
Acero colado
Nicrom
Carbón
Germanio
Silicio
Piel humana
Vidrio
0,0159 (Ω · mm2 / m)
0,0168 (Ω · mm2 / m)
0,0220 (Ω · mm2 / m)
0,0265 (Ω · mm2 / m)
0,0560 (Ω · mm2 / m)
0,0870 (Ω · mm2 / m)
0,0971 (Ω · mm2 / m)
0,1000 (Ω · mm2 / m)
0,1100 (Ω · mm2 / m)
0,2200 (Ω · mm2 / m)
0,9410 (Ω · mm2 / m)
1
(Ω · mm2 / m)
1,5000 (Ω · mm2 / m)
35
(Ω · mm2 / m)
460.000 (Ω · mm2 / m)
640.000 (Ω · mm2 / m)
5x 10¹¹ (Ω · mm2 / m)
1G
(Ω · mm2 / m)
POLÍMETRO
EJERCICIOS:
1º) Enumera las tres partículas que forman un átomo. En un circuito eléctrico, ¿cuál de ellas se
desplaza por los conductores?
2º) Calcula la Resistencia de un hilo de cobre de 1000 m de longitud y de 10 mm² sección.
3º) Calcula la Resistencia de un hilo de hierro de 1000 m de longitud y de 10 mm² sección.
4º) Calcula la Resistencia de un hilo de plata de 1000 m de longitud y de 10 mm² sección.
5º) De los tres hilos anteriores ¿cuál escogerías para tender una línea de transporte eléctrico y por
qué elegirías ese material y no los otros?
6º) Ahora disponemos de dos hilos de cobre de longitud 100 m cada uno. Si sus secciones son de
1mm² y 2,5mm² respectivamente, indicar el valor de la resistencia que ofrece cada hilo. ¿Cuál
utilizarías si los dos son válidos para alimentar una lámpara?
7º) Calcula la resistencia total de un cable eléctrico formado con el empalme de uno a continuación
del otro, sabiendo que uno es un hilo de cobre de 150 m de longitud y 4 mm² de sección y el otro es
un hilo de aluminio de 200 m de longitud y 4 mm² de sección.
4. EL CIRCUITO ELÉCTRICO
Un circuito eléctrico es un conjunto de elementos conectados entre sí, que permiten establecer una
corriente entre dos puntos, para aprovechar la energía eléctrica.
Todo circuito eléctrico se compone, al menos, de unos elementos mínimos (generador, receptor y
conductor). Sin embargo la en la mayoría de los casos los circuitos suelen incorporar otros
dispositivos, los elementos de maniobra y los de protección.
4.1. ELEMENTOS DE UN CIRCUITO ELÉCTRICO
EL GENERADOR: 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:
-
la pila
-
Batería
-
Panel solar
-
Alternador
La diferencia entre una pila y una batería, es que una pila cuando se agota la reacción química
interna, NO puede recargarse; en cambio una batería SÍ puede recargarse.
Las pilas, las baterías y los paneles solares suministran corriente continua.
Los alternadores suministran corriente alterna.
LOS CONDUCTORES: Los conductores son los elementos que conectan los distintos elementos
del circuito permitiendo el flujo de electrones.
Para transportar los electrones de un sitio a otro
se utilizan cables de metal, normalmente de
cobre, y recubiertos de plástico para que los
electrones no salgan del cable.
LOS RECEPTORES: Los receptores son los elementos encargados de convertir la energía
eléctrica en otro tipo de energía útil, como la lumínica, la mecánica (movimiento), sonora,
calorífica, etc. Los receptores eléctricos más usuales en nuestro taller serán:
-
Lámpara o bombilla
-
Motor
-
Timbre
-
Resistencia eléctrica
ELEMENTOS DE CONTROL: Controlan, dirigen o interrumpen el paso de la corriente eléctrica.
Los más habituales son:
-
Interruptor
-
Pulsador
-
Conmutador
ELEMENTOS DE PROTECCIÓN: La misión de los elementos de protección tienen como
misión proteger los aparatos, las instalaciones y a los usuarios. En este curso veremos el fusible.
-
Fusible
5. EL SENTIDO DE LA CORRIENTE
 Sentido real: En una pila los electrones siempre salen de la pila por el polo negativo,
recorren todos los elementos del circuito y entran de nuevo en la pila por el polo positivo.
 Sentido convencional: Antes de que se descubriese que la corriente eléctrica es el resultado
del movimiento de los electrones por un circuito, se pensaba
las cargas circulaban del positivo al negativo (de + a -),
igual que los cuerpos caían de + alto a – alto. Y este será el
sentido que nosotros utilizaremos, tal como indican las
flechas en la siguiente figura.
6. REPRESENTACIÓN DE CIRCUITOS SENCILLOS MEDIANTE SÍMBOLOS
A continuación veremos una serie de ejemplos de circuitos reales y su
representación mediante símbolos:
A la derecha podemos ver un circuito formado por:
una pila de 9 V
una bombilla
y un interruptor.
A su derecha figura el esquema simbólico del mismo
A la derecha podemos ver un circuito
formado por:
una pila de 9 V
una resistencia
una bombilla
un pulsador
A su derecha figura el esquema simbólico
del mismo
A la derecha podemos ver un circuito
formado por:
una pila de 9 V
una resistencia
dos bombillas
y un pulsador.
A su derecha figura el esquema simbólico del mismo
A la derecha podemos ver un circuito
formado por:
una pila de 9 V
una resistencia
una bombilla
un zumbador
y un conmutador
Fíjate que a diferencia del interruptor,
el conmutador tiene tres contactos
(en lugar de 2). A su derecha figura el
esquema simbólico del mismo.
A la derecha podemos ver un circuito
Formado por: una pila de 9 V
un interruptor
tres bombillas
A su derecha figura el esquema
simbólico del mismo.
EJERCICIOS:
8º) Dados los siguientes circuitos, dibuja su esquema eléctrico utilizando los símbolos
correspondientes:
8
9º) Sobre los esquemas dibujados en el ejercicio anterior indica mediante flechas el sentido
convencional de la corriente eléctrica: (considera que los pulsadores y/o los interruptores que
aparecen representados están cerrados).
7. LEY DE OHM
En
1822 el científico
George
Simon Ohm, relacionó la intensidad de corriente, la tensión
y la resistencia, enunciando la ley de Ohm de la forma siguiente:
Ley de Ohm: 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
V=R·I
I = V/R
1voltio = 1 Ohmio x 1 Amperio
De esta fórmula se deducen las otras dos:
R = V/I
8. CIRCUITOS BASICOS: CONEXIÓN SERIE, PARALELO Y MIXTO.
 Un CIRCUITO EN SERIE, es aquel que tiene conectados sus receptores uno a
continuación del otro. (En el circuito verde, las bombillas están conectadas en serie).
Las características de este tipo de
circuito son:
✔ Si uno de los elementos del
circuito deja de funcionar el resto 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.
 Un CIRCUITO PARALELO, es aquel que tiene conectados los terminales de sus
receptores unidos entre sí. (En
el circuito azul, las bombillas
están conectadas en paralelo.)
9
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.
Cabe citar que los elementos eléctricos de nuestras viviendas están conectados en paralelo.
 Un CIRCUITO MIXTO, es aquel que tiene elementos en paralelo y en serie. (Por
ejemplo, las bombillas 2 y 3
están conectadas en paralelo;
al mismo tiempo que están
conectadas en serie con la 1.
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.

A continuación vamos a ver cómo resolvemos estos tipos de circuitos:

Resolución de circuitos serie: En el circuito de la figura la tensión proporcionada por la
batería es de 100 V y la resistencia de las bombillas es de 20 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 serie la Resistencia total será
la suma de la resistencia de cada lámpara: RT = R1 + R2 =
= 20 Ω + 20 Ω = 40 Ω.
Aplicando la Ley de Ohm podemos calcular la Intensidad
𝑉𝑇
total: IT =𝑅𝑇 = 100 V / 40 Ω = 2,5 A
Como se trata de un circuito serie la Intensidad que circula
por cada lámpara es la misma y como no hay más caminos
por donde ésta pueda circular, será la I1 = I2 = IT = 2,5A
Ahora ya podemos calcular el voltaje (o diferencia de potencial o tensión) en cada lámpara:
V1 = R1 x I1 =20 Ω x 2,5 A =50 V
y
V2 = R2 x I2 =20 Ω x 2,5 A =50 V
Como podemos comprobar, el voltaje total se ha repartido: VT = V1 + V2 =50 V + 50 V = 100 V.
10

Resolución de circuitos paralelo: En el circuito de la figura la tensión proporcionada por
la batería es de 100 V y la resistencia de las bombillas es de 20 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:
1/RT = 1/R1 + 1/R2
Una forma fácil de calcular la resistencia equivalente
de dos resistencias conectadas en paralelo, es realizar el producto partido por la suma:
RT = (R1 x R2) / (R1 + R2) = (20 Ω x 20 Ω) / (20 Ω +20 Ω) = 400 Ω / 40 Ω =10 Ω
𝑉𝑇
Aplicando la Ley de Ohm podemos calcular la Intensidad total: IT =𝑅𝑇 = 100 V / 10 Ω = 10 A
Como se trata de un circuito paralelo, el voltaje de la lámpara L1 y el de la lámpara L2, serán el
mismo: V1 = V2 y en éste caso como no hay nada conectado en serie, su voltaje será VT. Luego:
V1 = V2 = VT = 100 V.
Ahora ya podemos calcular la Intensidad que circulará por cada lámpara:
𝑉𝑇
I1 =𝑅1 = 100 V / 20 Ω = 5 A
y la
𝑉𝑇
I2 =𝑅2 = 100 V / 20 Ω = 5A
Como podemos observar la IT se ha repartido entre las dos lámparas ya que tiene dos caminos
para poder circular, siendo la suma de las dos intensidades la Intensidad total:
I1 + I2 = IT = 5A+5A = 10A
Resumiendo:
-
En este caso la intensidad de corriente, es decir el número de electrones que atraviesa el
circuito por segundo 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.
-
Además como la intensidad en cada bombilla es mayor (5 A) que en el circuito en serie
(2,5 A) las bombillas iluminarán en mayor medida que cuando están colocadas en serie.

Resolución de circuitos mixto: En el circuito de la figura la tensión proporcionada por la
batería es de 100 V y la resistencia de las bombillas es de 20 Ω cada una. Calcular la resistencia
total o resistencia equivalente, la intensidad de
corriente y la tensión en cada una de las bombillas.
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Estos circuitos poseen las características de los dos circuitos anteriores, por lo que se tiene 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 (R23) será:
R23 = (R2 x R3) / (R2 + R3) = (20 Ω x 20 Ω) / (20 Ω +20 Ω) = 400 Ω / 40 Ω =10 Ω
Por tanto el circuito equivalente que nos queda será:
Nos ha quedado un circuito serie y lo resolveremos
como tal:
Como se trata de un circuito serie la Resistencia total
será la suma de la resistencia de cada lámpara: R T =
R1 + R23 = = 20 Ω + 10 Ω = 30 Ω.
Aplicando la Ley de Ohm podemos calcular la
𝑉𝑇
Intensidad total: IT =𝑅𝑇 = 100 V / 30 Ω = 3,33 A
Como se trata de un circuito serie la Intensidad que circula por la lámpara L1 y por la resistencia
equivalente es la misma y como no hay más caminos por donde ésta pueda circular, será la I1 =
I23 = IT = 3,33 A
Ahora ya podemos calcular el voltaje (o diferencia de potencial o tensión) en la lámpara y la
resistencia equivalente:
V1 = R1 x I1 =20 Ω x 3,33 A =66,7 V
y
V23 = R23 x I23 =10 Ω x 3,33 A =33,3 V
Como podemos comprobar, el voltaje total se ha repartido: VT = V1+V23 =66,7V + 33,3 V = 100V
La V23=33,3 V es el voltaje de la resistencia equivalente a la resistencia de las dos lámparas
conectadas en paralelo (bombillas 2 y 3), por lo que ambas tendrán esa misma tensión o voltaje:
V2 = V3 = V23 = 33,3 V.
Ahora ya podemos calcular la Intensidad que circulará por cada lámpara:
𝑉23
I2 =
𝑅2
= 33,3 V / 20 Ω = 1,665 A
y la
𝑉23
I3 =
𝑅3
= 33,3 V / 20 Ω = 1,665 A
Como podemos observar, la Intensidad total que circulaba por la lámpara L1, al llegar a las
lámparas L2 y L3 (conectadas en paralelo) se reparte. En este caso como las lámparas L2 y L3
son iguales, la intensidad es la misma por cada una de estas dos.
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EJERCICIOS:
10º) Identifica los siguientes componentes y dibuja debajo su símbolo.
11º) En el siguiente circuito:
a) Calcula la intensidad que circula por cada lámpara.
b) El voltaje y la resistencia eléctrica de cada una.
c) La potencia de cada lámpara y la total de la pila.
d) ¿Qué ocurre si se funde la lámpara L1?, ¿Lucen igual el resto de lámparas?
e) ¿Qué ocurre si se funde la lámpara L2?, ¿Lucen igual el resto de lámparas?
f) ¿Qué ocurre si se rompe la lámpara L3?, ¿Lucen igual el resto de lámparas?
Después de contestar realiza la simulación con el programa Crocodile y comprueba el resultado.
12º) En el circuito siguiente di que lámparas se encenderán en cada caso y cuales no y ¿por qué?
a) Si no pulsamos ninguno.
b) Si cerramos el interruptor A y B.
c) Si cerramos el interruptor B y D.
d) Si cerramos el interruptor A, B y C.
e) Si cerramos el interruptor A, B y D.
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f) Si pulsamos todos.
Después de contestar realiza la simulación con el programa Crocodile y comprueba el resultado.
13º) Explica porque no funcionarían correctamente los siguientes circuitos:
12º)
En el
circuito siguiente di que lámparas se encenderán en cada caso y cuales no y ¿por qué?
g) Si no pulsamos ninguno.
h) Si cerramos el interruptor A y B.
i) Si cerramos el interruptor A, B y D.
j) Si cerramos el interruptor A, B, D y C.
k) Si cerramos el interruptor A, B, C, D y E.
l) Si cerramos el interruptor A, B, C, D y F.
m) Si pulsamos todos.
Después de contestar realiza la simulación con el programa Crocodile y comprueba el resultado.
14º) En el siguiente circuito serie:
a) Poned las flechas de valoración del voltaje y de
la circulación de corriente según el criterio
convencional.
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b) ¿Dónde pondrías el amperímetro y el voltímetro para medir la corriente y el voltaje en la
resistencia?
c) Calcula la intensidad de corriente total, la que circula por la resistencia y el voltaje en ésta.
d) Calcula la potencia de la pila y la disipada en calor en la resistencia.
15º) En el siguiente circuito serie:
a) Poned las flechas de valoración del voltaje
y de la circulación de corriente según el criterio
convencional.
b) ¿Dónde pondrías el amperímetro y el
voltímetro para medir la corriente y el voltaje en
cada resistencia?
c) Calcula la intensidad de corriente total, la
que circula por cada resistencia y el voltaje en cada
una.
d) Calcula la potencia de la pila y la disipada en calor en cada resistencia.
e) ¿Qué conclusiones sacas comparando este circuito con el anterior?
16º) En el siguiente circuito serie:
a) Poned las flechas de valoración del voltaje y
de la circulación de corriente según el criterio
convencional.
b) ¿Dónde pondrías el amperímetro y el
voltímetro para medir la corriente y el voltaje en cada
resistencia?
c) Calcula la intensidad de corriente total, la que
circula por cada resistencia y el voltaje en cada una.
d) Calcula la potencia de la pila y la disipada en
calor en cada resistencia.
e) ¿Qué conclusiones sacas en éste circuito?
17º) En el siguiente circuito paralelo:
a) Poned las flechas de valoración del voltaje y de la
circulación de corriente según el criterio convencional.
b) ¿Dónde pondrías el amperímetro y el voltímetro para
medir la corriente y el voltaje en cada resistencia y el total?
c) Calcula la resistencia total.
d) Calcula la intensidad de corriente total, la que circula
por cada resistencia y el voltaje en cada una.
e) Calcula la potencia de la pila y la disipada en calor en
cada resistencia.
f) ¿Qué conclusiones sacas en éste circuito?
g) ¿Qué conclusiones sacas comparando este circuito con el del ejercicio 13?
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18º) En el siguiente circuito paralelo:
a) Poned las flechas de valoración del voltaje y
de la circulación de corriente según el criterio
convencional.
b) ¿Dónde pondrías el amperímetro y el
voltímetro para medir la corriente y el voltaje en cada
resistencia y el total?
c) Calcula la resistencia total.
d) Calcula la intensidad de corriente total, la que
circula por cada resistencia y el voltaje en cada una.
e) Calcula la potencia de la pila y la disipada en
calor en cada resistencia.
f) ¿Qué conclusiones sacas en éste circuito?
19º) En el siguiente circuito mixto:
a) Poned las flechas de valoración del voltaje y de la
circulación de corriente según el criterio convencional.
b) ¿Dónde pondrías el amperímetro y el voltímetro para
medir la corriente y el voltaje en cada resistencia y el total?
c) Calcula la resistencia total.
d) Calcula la intensidad de corriente total, la que circula
por cada resistencia y el voltaje en cada una.
e) Calcula la potencia de la pila y la disipada en calor en
cada resistencia.
f) ¿Qué conclusiones sacas en éste circuito?
20º) En el siguiente circuito mixto:
a) Poned las flechas de valoración
del voltaje y de la circulación de corriente
según el criterio convencional.
b) ¿Dónde pondrías el amperímetro y
el voltímetro para medir la corriente y el
voltaje en cada resistencia y el total?
c) Calcula la resistencia total.
d) Calcula la intensidad de corriente
total, la que circula por cada resistencia y el voltaje en cada una.
e) Calcula la potencia de la pila y la disipada en calor en cada resistencia.
f) ¿Qué conclusiones sacas en éste circuito?
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21º) En el siguiente circuito mixto:
a) Poned las flechas de valoración del
voltaje y de la circulación de corriente según el
criterio convencional.
b) ¿Dónde pondrías el amperímetro y el
voltímetro para medir la corriente y el voltaje
en cada resistencia y el total?
c) Calcula la resistencia total.
d) Calcula la intensidad de corriente total,
la que circula por cada resistencia y el voltaje
en cada una.
e) Calcula la potencia de la pila y la disipada en calor en cada resistencia.
f) ¿Qué conclusiones sacas en éste circuito?
22º) Calcula la intensidad que pasa por cada lámpara.
23º) Calcula la intensidad que pasa por cada lámpara, teniendo en cuenta que L1=L2=L3= 4Ω
L4= 6 Ω L5= 3 Ω
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24º) Calcula la intensidad que pasa por cada lámpara.
25)
Fijándote en el primer circuito que ya está resuelto y pensando con lógica, di que
amperímetro marcará más intensidad y por qué.
9. EFECTOS DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA
La corriente eléctrica causa diversos efectos sobre los elementos que atraviesa, transformándose
en otros tipos de energía. Este año estudiaremos algunos de dichos efecto.
9.1. ENERGÍA CALORÍFICA (CALOR)
Cuando los electrones circulan por un conductor, chocan contra las partículas (núcleos y
electrones) del material por el que circulan. De este modo la energía que transportan se convierte
en energía calorífica. Este fenómeno se conoce con el nombre de 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 transforma la energía eléctrica
en calor. Los elementos empleados para producir calor a partir de la luz eléctrica son las
resistencias.
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9.2. ENERGÍA LUMÍNICA (LUZ)
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. En dichas lámparas, el
filamento de wolframio (un metal)
alcanza
unas
temperaturas
entre
2.000ºC y 3.000ºC 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).
Estas lámparas tienen un bajo rendimiento, por lo que se están sustituyendo por lámparas de bajo
consumo o más modernamente por las lámparas LEDs.
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9.3. ENERGÍA MECÁNICA (MOVIMIENTO)
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. En dicho efecto, la corriente que pasa
por un conductor genera a su alrededor un campo
electromagnético, comportándose como un imán. Este
efecto se utiliza en los motores eléctricos, los cuales
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.
10. POTENCIA ELÉCTRICA Y ENERGÍA
La potencia eléctrica mide la cantidad de energía eléctrica que un receptor consume en un tiempo
dado.
Su unidad es el vatio (W), un múltiplo del vatio es el Kilovatio, 1 KW = 1000 W.
Dado un receptor eléctrico (bombilla, motor, resistencia) sometido a un voltaje V y por el que
circula una intensidad de corriente I, la potencia que consume es:
P=I•V
Siendo: P = Potencia (en vatios W), I= Intensidad (en amperios A), V = Voltaje (en voltios V)
En nuestras casas pagamos el "recibo de la luz" dependiendo de la cantidad de energía
eléctrica que hayamos consumido. Pagaremos más o menos dependiendo de que hayamos tenido
más o menos electrodomésticos conectados durante un tiempo dado. Esta energía eléctrica que
nosotros consumimos se ha producido en algún tipo de central de producción de energía. Allí han
transformado otra forma de energía en energía eléctrica. La unidad de energía eléctrica más
utilizada es el kilovatio por hora (KW·h) y se define como la energía consumida por un aparato de
1 KW de potencia funcionando durante 1 hora. La expresión matemática de la energía es:
E = P • t, siendo E= Energía (KW·h), P= Potencia (Kilovatios), t= tiempo (horas)
EJERCICIOS:
26º) La secadora de tu casa tiene una potencia de 1500 W, y el secado dura 2 horas. ¿Cuánta
energía consumirá? ¿Cuánto me cuesta cada secado si el precio del KWh es de 15 céntimos?
Energía consumida: E =1,5 kW · 2 h =3 KWh
Precio: 3 KWh · 0,15 € /KWh = 0,45 €
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27º) Calcula cuánto ahorrarías al año al substituir 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:
80 w · 400 h = 32000 wh = 32 Kwh por cada lámpara.
32 Kwh · 20 lámparas = 640 Kwh
Si consideramos un precio de 0,15 /Kwh entonces€ nos ahorraremos:
640 Kwh · 0,15 €/Kwh = 96 €
28) Una lavadora indica en su placa de características: 2000 W, 230 V. Calcula la intensidad que
consumirá, el coste de la energía eléctrica si está funcionando 1 hora (0,1€/Kwh). Calcula también
la resistencia aparente que presenta.
29) Calcula la resistencia del elemento calefactor de un horno cuya potencia es de 1500 w a 230 V
30) Calcula la resistencia de una bombilla cuya potencia es de 60 W a 230 V. Si esa bombilla se
conecta a 125 V, cuál será su nueva potencia. ¿Se fundirá la bombilla?
31) ¿Qué gasto en euros supone encender durante 1 h y 20 minutos una linterna que funciona con
dos pilas de 1,5 V y por la que circula una intensidad de 3 A? ¿Y un horno eléctrico que funciona
a 230 V por la que circula una intensidad de 7A durante 130 minutos? Datos: 1kW.h=10 céntimos
de euro.
Solucion: linterna cuesta 0,12 centimos de Euro, horno cuesta 34,8 centimos de euro.
32) Calcula la corriente que circula por una bombilla de 16 W y 230 V. Haciendo uso de la ley de
Ohm, determina luego la resistencia de la bombilla. Solucion: I=14,37 A, R=16Ω
33) Observa el circuito siguiente con dos bombillas y las medidas indicadas.
a) ¿Qué potencia tiene la lámpara B?
b) Calcula también la potencia de la lámpara A y la
potencia generada por la pila
c) Comprueba que se cumple que PPILA = PA + PB
d) Las dos lámparas son iguales o diferentes.
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34) Una pila recargable de 9V (600 mA×h) alimenta a un coche de juguete que consume 0,2 A.
Teniendo en cuenta que la pila está totalmente cargada, ¿cuánto tiempo tardará en agotarse?
35) Calcula el coste diario de energía de cuatro bombillas de 100 W funcionando durante 8 horas
diarias y una estufa de 3000 W funcionando 4 horas diarias. El precio del kW×h es de 10 céntimos
de euro.
36) Por un aparato circula una Intensidad de corriente de 5 A cuando se le aplica una d.d.p. de
380V ¿cuál será su resistencia?
37) Al realizar la experiencia correspondiente a la ley de Ohm se mide la intensidad que pasa por
un conductor cuando se le aplica una d.d.p. de 20 V y resulta ser 0'025 A. Calcula la I que lo
atravesará cuando la d.d.p. aplicada sea de 50 V.
38) ¿Cuántas pilas de 4'5 V habrá que conectar en serie en un circuito si disponemos de 3
bombillas en serie que requieren 3 V cada una para encenderse correctamente?
39) Si un conductor óhmico de plata es atravesado por una corriente de 50 mA al aplicarle una
d.d.p. de 20 V, ¿cuál es su resistencia? Si su longitud es de 266.700 mm y su sección 0'01 mm2,
cuánto vale su resistividad? De qué material se trata.
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