apuntes electricidad

1º E.S.O. I.E.S.O CAMINO ROMANO SISANTE (CUENCA)

ELECTRICIDAD

ELECTRICIDAD I.E.S.O CAMINO ROMANO SISANTE (CUENCA)

- 2 -

Índice

1. Introducción.........................................................................3

2. La carga eléctrica.................................................................3

3. La corriente eléctrica...........................................................4

4. El circuito eléctrico.............................................................5

5. Magnitudes básicas : la ley de Ohm. Símil hidráulico......7

6. Representación y simbología..............................................8

7. Circuitos serie y paralelo..................................................10

8. Efectos de la corriente eléctrica.......................................11

9. Obtención de energía eléctrica........................................12

10. Riesgos de la corriente eléctrica......................................12

Ejercicios..............................................................................................13


1.Introducción. La electricidad es una de las formas de energía más utilizadas por el ser humano. Dependemos de la electricidad hasta tal punto que en la actualidad no podríamos ni imaginar el colapso y el retroceso que sufriría nuestra sociedad si tuviéramos que prescindir de ella. La empleamos prácticamente para todo, y son pocas aquellas actividades en las que no interviene de una forma u otra. Gracias a ella podemos iluminar nuestros hogares y funcionan nuestros electrodomésticos. Participa directamente en el funcionamiento de los medios de transporte como el ferrocarril, de sistemas de comunicación, de maquinas, en los procesos productivos de empresas y oficinas, en los hospitales etc...... La energía eléctrica esta presente en nuestra vida cotidiana y es una energía fácil de obtener y de transportar, para obtener luz, calor, movimiento, etc. También resulta fácil de distribuir y controlar. 2.La carga eléctrica

La materia esta constituida por átomos, y estos a su vez, por otras partículas más pequeña que poseen carga eléctrica: los electrones, que tienen carga negativa y son los responsables de los fenómenos eléctricos, y los protones, que tienen carga positiva. Otras partículas constituyentes del átomo, pero que no tienen carga, son los neutrones.

En general, la materia es neutra, no está cargada

eléctricamente, es decir, hay un equilibrio entre el numero de electrones y el de protones.

En ocasiones, sin embargo se produce un movimiento de electrones, que pasan de unos materiales a otros. Por ejemplo, al frotar un bolígrafo contra un trapo, los electrones son arrancados de este ultimo y pasan al bolígrafo, que, de esta forma, queda cargado negativamente.

Si acercamos luego el bolígrafo cargado a un trocito de papel, los electrones del extremo del papel mas próximos al bolígrafo son repelidos al lado contrario, con lo que

dicho extremo queda cargado positivamente. Esta es la razón por la que el bolígrafo atrae el papel.

- 3 -


Podemos definir lo que es la carga eléctrica: La carga eléctrica es la propiedad que poseen los cuerpos responsables de los fenómenos eléctricos. Dos cuerpos con el mismo tipo de carga se repelen, mientras que se atraen cuando tienen diferente tipo de carga . 3.-La corriente eléctrica. Tras electrificar el bolígrafo del ejemplo anterior las cargas se quedan en reposo: no se mueven lo largo del material electrizado; se habla entonces de electricidad estática. Pero al igual que el agua fluye por una tubería, los electrones pueden desplazarse a través de ciertos materiales, creando una corriente eléctrica. Se denomina corriente eléctrica al desplazamiento continuo y ordenados de electrones lo largo de un cuerpo. Observa las siguientes fotografías. En uno de los circuitos se ha intercalado un cuchara metálica, y en el otro, una regla de plástico.

- 4 -

1. ¿Con que material se enciende la bombilla, con la cucharilla metálica o con la

regla de plástico? 2. ¿Qué materiales permiten el paso de la corriente eléctrica? ¿Cuáles no?


Se denominan materiales conductores aquellos que permiten el paso de la corriente eléctrica. Ejemplo: los metales son buenos conductores(plata, cobre.....)

Se denominan materiales aislantes aquellos que no permiten el paso de la corriente eléctrica. Los plásticos, la madera o la cerámica son materiales aislantes. ¿Qué es lo que produce la corriente eléctrica?

Para que se produzca la corriente eléctrica, es necesario que exista un desequilibrio de cargas entre dos puntos de un conductor, es decir que haya mucha cantidad de electrones en un lugar y ninguno o pocos en otro. El movimiento de electrones se detiene cuando la carga se equilibra.

4.-El circuito eléctrico

Ya sabemos que la corriente eléctrica es un conjunto de electrones que se desplazan por el interior de un conductor como el agua en el interior de una tubería.

Un circuito eléctrico es un conjunto de elementos conectados entre sí por los que

circula una corriente eléctrica. En todo circuito eléctrico, por sencillo que este sea, se pueden distinguir dos

grupos de elementos : los imprescindibles y los complementarios. Todo circuito eléctrico debe disponer, como mínimo, de un generador, un

material conductor y uno o mas receptores; todos ellos son imprescindibles .Pero estos circuitos suelen complementarse con elementos de maniobra y protección.

Para que los electrones atraviesen un circuito, este debe estar cerrado, es decir los electrones han de llegar de un polo a otro del generador, atravesando todos los elementos del circuito sin ser interrumpidos.

Un circuito eléctrico sencillo constituido por :

• Generador de electricidad (pila) • Conductor (cable) • Receptor (bombilla)

¿Qué le ocurrirá a la pila con el tiempo?

Circuito eléctrico constituido por : • Generador de electricidad (pila) • Conductor (cables) • Receptores (bombilla y motor) • Elemento de maniobra (interruptor) Qué permite hacer el interruptor en el

circuito?

- 5 -


TABLA DE ELEMENTOS DE UN CIRCUITO ELECTRICO

GRUPO DE ELEMENTOS FINALIDAD OPERADORES ASOCIADOS Generadores o acumuladores

Suministrar la energía eléctrica generada (dinamo) o acumulada (pila) al circuito, fuentes de alimentación.

Conductores Materiales que permiten la

circulación de la corriente eléctrica y sirve de unión entre los distintos operadores eléctricos.(cables de cobre o aluminio)

Ele

men

tos i

mpr

esci

ndib

les

Receptores Son los operadores que transforman la energía eléctrica en otros tipos de energía útil: energía mecánica (motor),luminosa (bombilla), acústica (timbre), calor (resistencias).

Elementos de maniobra o control

Son operadores que sin necesidad de modificar las conexiones del circuito permiten gobernar a voluntad la instalación. Los mas comunes son los interruptores, los conmutadores y los pulsadores.

Ele

men

tos c

ompl

emen

tari

os

Elementos de protección

Son aquellos elementos destinados a la protección del circuito, ya que detectan las subidas de tensión e interrumpen el paso de la corriente para evitar daños a los elementos del circuito. Fusibles.

- 6 -


5. Magnitudes básicas : la ley de Ohm. Símil hidráulico

En un circuito eléctrico existen varias magnitudes relacionadas entre sí que lo describen de forma similar a una instalación hidráulica; son las siguientes:

• Intensidad: La intensidad de corriente eléctrica es la cantidad de electrones que

pasa por un punto determinado del circuito en un segundo (el caudal de electrones en ese punto). Su unidad es el amperio (A). Una intensidad de 1 A significa que en un segundo pasa un culombio de carga. Su símbolo es I. En el circuito hidráulico correspondería a la cantidad de agua que pasa por un punto determinado.

• Tensión o voltaje: Indica la diferencia de energía entre dos puntos de un

circuito. El voltaje es producido por el generador y se define como la energía que este proporciona a cada unidad de carga que pone en movimiento. Se mide en voltios (V), y su símbolo es V. En el ejemplo hidráulico seria equivalente a la diferencia de nivel, o a la altura de la columna de agua, existente entre las superficies de los depósitos.

• Resistencia: Indica la oposición que ejerce los elementos del circuito al paso de la corriente. Su unidad es el ohmio (Ω), y su símbolo, R. Los materiales conductores tienen poca resistencia, y los aislantes, tanta que no permiten el paso de los electrones. En el circuito hidráulico correspondería a la mayor o menor obstrucción que presenta las tuberías al paso del agua.

Comparación entre un circuito eléctrico e hidráulico

- 7 -


El voltaje, la resistencia y la intensidad de corriente que circula por un circuito eléctrico están relacionadas. Esta relación se conoce como la ley de Ohm y matemáticamente se expresa como: V = R × I

Si conocemos dos de estas magnitudes, podemos calcular la tercera sin dificultad.

Ley de Ohm

Ejemplo: ¿Cual seria la intensidad de la corriente que circula por un circuito si el voltaje de la pila es de 4,5 V y la resistencia de la bombilla es de 17,5 Ω ?

V = R x I → 4,5 = 17,5 x I de donde:

I = 4,5 V ⁄ 17,5 Ω = 0,2 A 6.-Representación y simbología Para representar circuitos, resulta más sencillo usar un código de símbolos. Este cuadro muestra algunos de los más utilizados en electricidad:

- 8 -


Los esquemas eléctricos utilizan estos símbolos normalizados de forma que agilizan y representan de forma clara y sencilla los montajes eléctricos.

Ejemplos de montajes eléctricos y su correspondiente esquema eléctricos:

Montaje eléctrico Esquema eléctrico

- 9 -


7.- Circuitos serie y paralelo Los circuitos en serie son aquellos que disponen de dos o más operadores

conectados seguidos, es decir, en el mismo cable o conductor. Dicho de otra forma, en este tipo de circuitos, para pasar de un punto a otro ( del polo – al polo +), la corriente eléctrica se ve en la necesidad de atravesar todos los operadores. En los circuitos conectados en serie podemos observar los siguientes efectos:

Si vamos conectando mas receptores (bombillas, motores....) estos funcionarán con menos energía..

Cuando por cualquier causa uno de ellos deja de funcionar ( por avería, desconexión. Etc,,) los elementos restantes también dejaran de funcionar, es decir cada uno de ellos se comporta como si fuera un interruptor

Los circuitos en paralelo es aquel que dispone de dos o más operadores

conectados en distintos cables. Dicho de otra forma, en ellos, para pasar de un punto a otro del circuito ( del polo – al polo +), la corriente eléctrica dispone de varios caminos alternativos, por lo que ésta sólo atravesara aquellos operadores que se encuentren en su recorrido. En los circuitos conectados en paralelo podemos observar los siguientes efectos:

• Los operadores funcionan con la misma luminosa.

• La desconexión o avería de un operador no influye en el funcionamiento del resto.

Cortocircuito : Se produce cuando en un circuito en paralelo uno de los caminos no tiene ningún receptor. La pila se descargará, puesto que la corriente no tiene ningún obstáculo y, además, pasara tanta corriente eléctrica que calentara tanto el conductor que lo fundirá. Circuitos mixtos son circuitos en los que hay elementos colocados en serie y en paralelo.

- 10 -


8.-Efectos de la corriente eléctrica

La corriente eléctrica causa diversos efectos sobre los elementos que atraviesa al transformarse en otros tipos de energía que podemos aprovechar en forma de calor, luz y movimiento.

• CALOR Cuando los electrones chocan los átomos que constituyen el material por el que circulan, parte de la energía que transportan se convierten en calor. Este fenómeno se conoce como efecto Joule. La colisiones aumentarán cuanto más estrecho y largo sea el hilo conductor; es decir, cuanto menor sea la sección del cable conductor, más choques se producirán contra los átomos que lo constituyen, y cuanto más largo sea dicho cable, más recorrido tendrán que hacer los electrones. Esto hace que el material oponga más resistencia al paso de la corriente y se produzca, así más cantidad de calor. Los elementos utilizados para producir calor se denominan resistencias ( hilo conductor enrollado en espiral). Aplicaciones: Se usan en aparatos como tostadoras, secadores de pelo, calentadores eléctricos, etc.....

• LUZ Los materiales, al ser atravesados por una corriente eléctrica, incrementan su temperatura. Cuando ese aumento es notable, los cuerpos empiezan a emitir luz, que al principio es roja y que tiende al blanco cuanto más alta sea la temperatura. Este fenómeno se denomina incandescencia, y en el se basa el funcionamiento de las bombillas. Aplicaciones: la iluminación de las casas, lugares de trabajo, etc...... • MOVIMIENTO La conversión de energía eléctrica en movimiento se realizara a través de motores. Aplicaciones: aparatos que funcionan con un motor eléctrico ( batidora, aspirador, lavadora, juguetes.........) • SONIDO La electricidad aplicada a algunos aparatos produce sonidos. Aplicaciones: alarmas, altavoces.

- 11 -


9.- Obtención de energía eléctrica Podemos invertir el efecto por el que la energía eléctrica se transforma en otras formas de energía ( luz, calor, movimiento....) y generar, así electricidad a partir de esas manifestaciones. De esta manera, es posible producir electricidad a partir de:

• Energía solar Es una forma de producir electricidad. Centrales solares

• Energía hidráulica. Aprovecha los saltos de agua de las presas. Centrales

hidráulicas

• Energía eólica. Aprovecha la fuerza del viento. Centrales eólicas

• Centrales térmicas y nucleares. Queman combustibles fósiles y uranio para

producir electricidad.

10.- Riesgos de la corriente eléctrica

Como hemos visto , la electricidad es de gran utilidad para el ser humano. Pero ya sabes la corriente eléctrica constituye también un peligro para los seres vivos a partir de 24 V de tensión, y una descarga eléctrica de la red de nuestra vivienda a (220 V) puede resultar mortal.. Otro dato que demos tener en cuenta es que el agua es un conductor de la electricidad, lo que significa que a través de ella podemos recibir descargas eléctricas.

Por ello debemos de adoptar una serie de precauciones básicas para no sufrir

accidentes domésticos relacionados con la electricidad:

• Sécate bien las manos antes de utilizar aparatos eléctricos • Ten especial cuidado con la electricidad al salir de la ducha • No dejes conectados aparatos que pudieran recalentarse • Sigue las instrucciones de los fabricantes de los aparatos • Desconecta el suministro de luz antes de hacer cualquier reparación ( cambiar

una bombilla, desmontar un enchufe...) • Cambia los cables antes que se encuentren en mal estado, nunca utilices un cable

que éste roto o pelado, pues puede producir un cortocircuito o recibir una descarga.

- 12 -


- 13 -

EJERCICIOS DE ELECTRICIDAD

1. Experimenta: Frota una regla de plástico en la manga de un jersey de lana. Tienen que justificar este fenómeno en un papel, explicando por qué se dice que la regla se encuentra cargada negativamente y el jersey positivamente

Ahora frota un peine con una prenda de lana y acerca el peine al chorro de agua que sale de un grifo, pero sin llegar a tocarlo. ¿Qué le ocurre al chorro de agua? Razona tu respuesta.

2. Cita al menos cinco materiales que se caractericen por su buena conductividad

eléctrica y otros cinco que se caractericen por ser buenos aislantes. 3. Busca información sobre los tipos de pilas que nos podemos encontrar en el

mercado (pilas alcalinas, pilas recargables, pilas de botón, pilas de petaca....) y elabora un croquis (dibujo a mano alzada, pero con ciertos detalles) de cada una de ellas y explica algunas características ( utilización, energía que suministran.....)

Ejemplo de presentación:

Dibujo Forma Voltaje Tamaño Usos

Pila de botón Redonda y pequeña

Reloj, calculadora,

audífono

4. Cita el nombre de los operadores mínimos que son necesarios para montar un

circuito eléctrico y explica brevemente la función de cada uno de ellos. 5. ¿Por qué los pájaros que se posan en los cables eléctricos no reciben una

descarga eléctrica? ¿Se puede tocar un cable de alta tensión con una barra metálica? ¿ Por qué conviene usar guantes cuando se manipulan aparatos eléctricos? ¿Qué otra normas de seguridad habría que seguir?


6. Analiza en cuál de los siguientes circuitos la corriente eléctrica atraviesa( y por tanto hace que funcione ) el elemento receptor. Explica por qué ocurre eso.

7. Completa el cuadro siguiente, comparando un circuito hidráulico con uno eléctrico.

Circuito

Hidráulico Circuito Eléctrico Función

Bomba Tubería Bombilla Partículas de agua

8. Indica con que se comparan en el símil hidráulico los siguientes conceptos:

• Intensidad de corriente eléctrica: ________________________________

• Tensión eléctrica o diferencia de potencial________________________

• Resistencia eléctrica__________________________________________

9. Rellena la siguiente tabla , colocando bien magnitudes, símbolos o unidades según corresponda:

MAGNITUDES SÍMBOLO UNIDAD

RESISTENCIA

I

VOLTIOS (V)

- 14 -


10. Aplicando la Ley de Ohm resuelve los siguientes problemas:

a) Tenemos un circuito eléctrico que esta formado por una pila de 12V y una resistencia de 24 Ω. ¿ Qué intensidad de corriente circulará por él?

b) Y si en el circuito tenemos 9V y 4,5 Ω.¿ Qué intensidad de corriente

circulará por él? c) Y si ahora tenemos una resistencia de 4 Ω. Y una intensidad de 3 A. ¿ Qué tensión circulara por él? d) Para finalizar por el circuito circula una corriente de 1,5 V y una

intensidad de 0,5 A . ¿Qué resistencia ofrece?

11. Relaciona cada símbolo con su elemento.

12. Realiza el correspondiente esquema eléctrico con sus símbolos de los siguientes

circuitos:

13. Identifica qué circuitos están en serie, cuales en paralelo y cuales son mixtos

- 15 -


14. Dibuja tres esquemas de circuitos: con una pila, tres bombillas, cable y un interruptor:

Circuito serie Circuito paralelo Circuito mixto 15. Nombra aparatos o maquinas que usen la electricidad y produzcan alguno de

estos efectos:

• Calor:________________________________________________________ • Movimiento:___________________________________________________

• Luz:__________________________________________________________

• Sonido:_______________________________________________________

16. Analizando circuitos eléctricos:

Para que funcione el motor y se encienda la bombilla debes _________________________ _____________________________________. Para que se encienda sólo la bombilla ______________________________________

Para que se enciendan las dos bombillas debes______________________________________

- 16 -

El motor funcionará si__________________________ ¿Es posible encender una bombilla? ¿Por qué?________

____________________________________________


Si cierras los interruptores A y B se encenderán las bombillas ________________. Para que se encienda la bombilla 2 debes __________________ Para que se enciendan las bombillas 1 y 3 debes_____________________________________

Si se enciende el interruptor de este circuito, que receptores funcionaran si:

a) Se funde la bombilla A______________________ b) Se funde la bombilla B______________________ c) Se quema el motor._________________________

17. Completa el cuadro siguiente:

Aparato Energía utilizada Energía que produce

Eléctrica Mecánica Soldador

Acústica Bombilla

- 17 -


1. ¿Por qué se apagan las bombillas de la casa cuando salta el diferencial de la entrada de

sus casas? Pide a tus alumnos que dibujen un circuito simple para explicarlo.

2. Tenemos dos bombillas con las siguientes inscripciones: bombilla 1 (60 W-220 V) y bombilla 2 (60 W-125 V). Si ambas están conectadas al voltaje de cada una, indica:

a. ¿Cuál brillará más? b. ¿Por cuál circula corriente de mayor intensidad? c. ¿Cuál de ellas ofrece mayor resistencia?

3. El fonógrafo es el invento favorito de Thomas Alva Edison. Fue la primera persona que construyó y patentó por primera vez un medio para grabar el sonido y luego reproducirlo a voluntad. Pide a tus alumnos que realicen una búsqueda exhaustiva de este instrumento consultando en Internet, en una enciclopedia o en un diccionario de música.

4. Prácticas de electricidad. Pide a tus alumnos que realicen los siguientes ejercicios:

a. Circuito simple con un amperímetro, una fuente de potencial y una resistencia.

V = 1.5V y 3 V R = 30 ý

Responde a la siguiente pregunta:

• ¿Qué intensidad obtenemos?

b. Circuito combinando distintas resistencias en serie

Disponemos ahora de diversas resistencias (de 10, 20 y 30 ý, por ejemplo) además de nuestra fuente de potencial de 1,5 V. Montar distintos circuitos con una, dos y tres resistencias en serie respectivamente.

- 18 -


Responde a las siguientes preguntas:

• ¿Cómo se modifica la intensidad en cada uno de ellos?

• ¿Cuál es la resistencia total en los circuitos?

c. Circuitos con resistencias en serie y en paralelo

Ahora monta un circuito con dos resistencias (de 15 y de 30 ý) en paralelo. Calcula la intensidad resultante y la resistencia equivalente.

Responde a las siguientes cuestiones:

• ¿Cómo crees que afectaría la colocación de otra resistencia (de 45 W) en paralelo a la intensidad del circuito?

• ¿Y si en vez de colocarla en paralelo la colocamos en serie? ¿Es mayor o menor la intensidad resultante en este caso o en el anterior? Razona tu respuesta basándote en la construcción del circuito.

- 19 -


Y a esta pregunta:

• Si colocásemos en paralelo muchísimas resistencias, ¿cómo afectaría esto al circuito? ¿Y si las colocásemos en serie?

1. Dile a tus alumnos que froten una regla de plástico en la manga de un jersey de lana. Tienen que justificar este fenómeno en un papel, explicando por qué se dice que la regla se encuentra cargada negativamente y el jersey positivamente.

A continuación, pídeles que electricen otros materiales. Por ejemplo, que froten un peine con una prenda de lana y acerquen el peine al chorro de agua que sale de un grifo, pero sin llegar a tocarlo. ¿Qué le ocurre al chorro de agua? Pide a tus alumnos que razonen su respuesta.

2. Lee en alto las tres frases siguientes y pide a tus alumnos que las expliquen:

a. Todos los cuerpos pueden adquirir carga eléctrica. b. Las sustancias metálicas conducen muy bien la corriente eléctrica. c. Algunos cuerpos cargados eléctricamente son atraídos por algunos

cuerpos cargados y repelidos por otros.

3. La electricidad en la medicina. Pide a tus alumnos que citen los campos dónde se utilizan aparatos eléctricos en medicina, qué tipo de aparatos son y para qué sirven. Por ejemplo, el marcapasos.

4. Para realizar esta actividad, necesitas una factura de la luz de Unión Fenosa, por ejemplo. Analiza con tus alumnos cada uno de los datos que aparecen en ella.

Rayos y relámpagos

En la antigüedad se pensaba que los rayos eran manifestaciones del poder de los dioses. Hoy en día sabemos que los rayos se deben a la electricidad. Benjamin Franklin propuso la idea de que el rayo era una chispa eléctrica gigante y demostró que un cuerpo con una punta afilada podía perder fácilmente su carga eléctrica. Combinando estas dos ideas, pensó que se podía descargar gradualmente un edificio y de esta manera protegerlo de un rayo.

- 20 -


- 21 -

1. Pide a tus alumnos que traigan a clase todos los tipos de pilas que conozcan y que completen el cuadro siguiente. Hemos puesto un ejemplo.

Forma Voltaje Tamaño Usos

Pila de botón Redonda y pequeña Reloj, calculadora, audífono

apuntes electricidad

Documents