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Problematización
¿Cómo podemos cargar nuestro celular sin tener un enchufe de toma corriente?
¿Qué forma de energía es?
¿Cómo se genera electricidad?
¿Qué es una pila (batería)?
¿Cómo se lleva a cabo el proceso de carga de la pila?
¿Cuánto tiempo necesito para cargar una pila?
Electricidad
La electricidad (del griego ήλεκτρον electrón, cuyo significado es ‘ámbar’) es el conjunto de
fenómenos físicos relacionados con la presencia y flujo de cargas eléctricas. Se manifiesta en una
gran variedad de fenómenos como los rayos, la electricidad estática, la inducción electromagnética
o el flujo de corriente eléctrica. Es una forma de energía tan versátil que tiene un sinnúmero de
aplicaciones, por ejemplo: transporte, climatización, iluminación y computación.
La electricidad se manifiesta mediante varios fenómenos y propiedades físicas:
Carga eléctrica: una propiedad de algunas partículas subatómicas, que determina su interacción
electromagnética. La materia eléctricamente cargada produce y es influida por los campos
electromagnéticos.
Corriente eléctrica: un flujo o desplazamiento de partículas cargadas eléctricamente por un
material conductor. Se mide en amperios.
Campo eléctrico: un tipo de campo electromagnético producido por una carga eléctrica, incluso
cuando no se está moviendo. El campo eléctrico produce una fuerza en toda otra carga, menor
cuanto mayor sea la distancia que separa las dos cargas. Además, las cargas en movimiento
producen campos magnéticos.
Potencial eléctrico: es la capacidad que tiene un campo eléctrico de realizar trabajo. Se mide en
voltios.
Magnetismo: la corriente eléctrica produce campos magnéticos, y los campos magnéticos
variables en el tiempo generan corriente eléctrica.
La electricidad se usa para generar:
Luz, mediante lámparas, calor, aprovechando el efecto Joule, movimiento, mediante motores que
transforman la energía eléctrica en energía mecánica, señales, mediante sistemas electrónicos,
compuestos de circuitos eléctricos que incluyen componentes activos (tubos de vacío,
transistores, diodos y circuitos integrados) y componentes pasivos como resistores, inductores y
condensadores.
Corriente eléctrica
Se conoce como corriente eléctrica al movimiento de cargas eléctricas. La corriente puede estar
producida por cualquier partícula cargada eléctricamente y en movimiento. Lo más frecuente es
que sean electrones, pero cualquier otra carga en movimiento se puede definir como corriente.
Según el Sistema Internacional, la intensidad de una corriente eléctrica se mide en amperios, cuyo
símbolo es
Históricamente, la corriente eléctrica se definió como un flujo de cargas positivas y se fijó como
sentido convencional de circulación de la corriente el flujo de cargas desde el polo positivo al
negativo. Más adelante se observó que, en los metales, los portadores de carga son electrones,
con carga negativa, y que se desplazan en sentido contrario al convencional. Lo cierto es que,
dependiendo de las condiciones, una corriente eléctrica puede consistir de un flujo de partículas
cargadas en una dirección, o incluso simultáneamente en ambas direcciones. La convención
positivo-negativa se usa normalmente para simplificar esta situación.
El proceso por el cual la corriente eléctrica circula por un material se llama conducción eléctrica.
Su naturaleza varía, dependiendo de las partículas cargadas y el material por el cual están
circulando. Ejemplos de corrientes eléctricas son la conducción metálica, donde los electrones
recorren un conductor eléctrico, como el metal; y la electrólisis, donde los iones (átomos
cargados) fluyen a través de líquidos. Mientras que las partículas pueden moverse muy despacio,
algunas veces con una velocidad media de deriva de solo fracciones de milímetro por segundo, el
campo eléctrico que las controla se propaga cercano a la velocidad de la luz, permitiendo que las
señales eléctricas se transmitan rápidamente por los cables.
Batería eléctrica
Se denomina batería eléctrica, acumulador eléctrico o simplemente pila, batería o acumulador, al
dispositivo que consiste en una o más celdas electroquímicas que pueden convertir la energía
química almacenada en electricidad. Cada celda consta de un electrodo positivo, o cátodo, un
electrodo negativo, o ánodo, y electrolitos que permiten que los iones se muevan entre los
electrodos, permitiendo que la corriente fluya fuera de la batería para llevar a cabo su función.
Las baterías se presentan en muchas formas y tamaños, desde las celdas en miniatura que se
utilizan en audífonos y relojes de pulsera, a los bancos de baterías del tamaño de las habitaciones
que proporcionan energía de reserva a las centrales telefónicas y ordenadores de centros de
datos.
Proceso de carga de una batería obedece al mismo principio de los vasos comunicantes, tomando
en cuenta la potencia eléctrica de los elementos
Aplicación: Practica de Laboratorio
Objetivo: Armar un “joule Thief” para posteriormente usarlo como base de un cargador de celular
Marco Teorico
Un "ladrón de julios" es un sencillo circuito que permite drenar prácticamente toda la energía de
una batería, mediante la amplificación del voltaje generado por ésta.
En la edición de noviembre de 1999 de Everyday Practical Electronics (EPE), Z. Kaparnik publicó un
sencillo circuito que consiste en una fuente conmutada de un transistor con realimentación de
transformador. Debido a su simplicidad y utilidad, el circuito se ha hecho popular con el paso del
tiempo
Imagen# 1: Joule Thief o Ladrón de Joules, imagen de rimstar.org
Material y equipo:
Para armar el circuito se necesita:
1 resistor de 220 ohms
1 transistor PNP de propósito general (2N222, BC547, 2N3904, 2N4401, etc)
1 núcleo toroidal (extraído de una lámpara ahorradora (CFL))
1 metro de alambre (de cualquier tipo) calibre delgado (menor de AWG#26)
Cautin
Soldadura 60/40
Desarrollo: La unión de los componentes se puede ver en la imagen #1, el componente crítico es el
transformador toroidal (el círculo de rojo y amarillo) el cual se debe armar como se menciona:
1) Se toman 2 cables de la misma longitud y se juntan para tener un alambre doble
2) Se enrolla sobre el núcleo toroidal
Una vez que se haya terminado de enrollar los cables sobre el toroide ahora se tienen 4 puntas 2
rojas y 2 amarillas, la conexión se realiza como se indica en el Imagen #1.
Para probar el funcionamiento de del ladrón de Joules, se conecta y el LED debe prender. De lo
contrario se deben revisar las conexiones del transformador y del LED, como se muestra en la
siguiente imagen:
Imagen #2: Joule Thief funcionando.
Usando el ladrón de Joules como regulador y elevador de tensión es posible cambiar la pila de 1.5v
por diversos elementos como son:
a)
b)
c)
d)
e)
LEDSs (utilizados de forma inversa)
Celda Peltier (Utilizada de forma inversa)
Motores (utilizado de forma inversa ( como generador))
Solenoides
Celdas solares de baja potencia