UNIDAD: EL CIRCUITO ELÉCTRICO - 3º ESO

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1 UNIDAD: EL CIRCUITO ELÉCTRICO - 3º ESO Alumno-a Grupo: 1.- INTRODUCCIÓN La electricidad y los fenómenos eléctricos se conocen desde hace mucho tiempo, sin embargo el aprovechamiento de la electricidad como fuente de energía es bastante reciente, de principios de siglo XX. Hoy en día la energía eléctrica es imprescindible, gracias a ella funcionan infinidad de aparatos, máquinas, iluminación, muchos medios de transporte, etc. La característica más interesante de la energía eléctrica es su capacidad para transformarse en otros tipos de energía que son de gran utilidad para el ser humano. La energía eléctrica se puede producir de dos formas: DE FORMA NATURAL: rayos. No es aprovechable. DE FORMA ARTIFICIAL: producida por el hombre mediante - Centrales hidráulicas, eólicas, nucleares, mareomotrices. - Pilas y baterías: es una forma de energía eléctrica almacenada. 2.- LA CORRIENTE ELÉCTRICA. SU SENTIDO Los materiales están formados por átomos, que son partículas muy pequeñas que no se ven a simple vista y que, a su vez, están formados por tres tipos de partículas: protón, neutrón y electrón. Estas partículas poseen una propiedad llamada carga eléctrica. - Neutrón: no tiene carga. - Protón (+): carga eléctrica positiva. - Electrón (-): carga eléctrica negativa. Son los responsables de la electricidad. Es el electrón (-), que se encuentra en la corteza del átomo, el que se va ha desplazar de un átomo otro produciendo así el movimiento de electrones o lo que conocemos por corriente eléctrica. CORRIENTE ELÉCTRICA es el movimiento ordenado de electrones de un átomo a otro, o dicho de otra forma, es la circulación de electrones a través de un conductor.

2 Sentido real: es el que realmente llevan los electrones y va desde el polo negativo hacia el positivo. Sentido convencional: se aceptó por convenio, en este caso se considera que la circulación de la corriente va desde el polo positivo hacia el negativo. 3.- TIPOS DE CORRIENTE ELÉCTRICA Existen dos tipos de corriente: Corriente continua: (c.c.) Los electrones circulan en el mismo sentido y con la misma intensidad. Ej: pilas, baterías y fuentes de alimentación. Corriente alterna: (c.a.) Los electrones cambian de sentido y de intensidad. Es el tipo de electricidad que tenemos en las viviendas. Se produce en centrales eléctricas. 4.- CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES DESDE EL PUNTO DE VISTA ELÉCTRICO Desde el punto de vista eléctrico, los materiales se clasifican en: Conductores: Son aquellos que permiten el paso de la corriente eléctrica con mucha facilidad. Ejemplos son el cobre y el aluminio. Aislantes: Son aquellos que oponen mucha resistencia al paso de la corriente eléctrica, impidiendo su paso. Ejemplos son la madera y el plástico. Semiconductores: Son materiales que poseen propiedades intermedias entre los conductores y los aislantes. Ejemplos son el silicio y el germanio. Superconductores: Materiales que a muy bajas temperaturas alcanzan prácticamente la resistencia nula, por ejemplo el aluminio. Están en fase de experimentación y son muy caros.

3 5.- EFECTOS DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA La energía eléctrica se puede transformar en muchos tipos de energía como son: TRANSFORMACIÓN DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA EN: TIPO DE ENERGÍA CALORÍFICA LUMINOSA MECÁNICA MAGNÉTICA RECEPTOR QUE REALIZA LA TRANSFORMACIÓN. RESISTENCIA BOMBILLA MOTOR ELÉCTRICO ELECTROIMÁN 6.- EL CIRCUITO ELÉCTRICO: COMPONENTES Y SIMBOLOGÍA Un circuito eléctrico es un conjunto de elementos conectados entre sí por los que circula una corriente eléctrica. ELEMENTOS DE UN CIRCUITO ELÉCTRICO Un circuito eléctrico consta de cinco tipos de elementos: - GENERADOR.- Es el elemento que produce la energía eléctrica. Es decir, pila, batería, fuente de alimentación o alternador (generador de corriente alterna). - RECEPTOR.- Es el elemento que recibe la energía eléctrica producida por el generador y las transforma en energía útil para el ser humano (calor, luz, sonido, movimiento,..) así tenemos: bombilla, resistencia, motor, timbre, - ELEMENTOS DE CONEXIÓN O CONDUCTORES.-los conductores eléctricos o cables. Se utiliza el cobre en instalaciones de viviendas. - ELEMENTOS DE CONTROL.- son los que nos permiten controlar el funcionamiento del circuito. Estos son: interruptor, pulsador, conmutador. - ELEMENTOS DE PROTECCIÓN.- Son los encargados de proteger al circuito contra sobrecargas y cortocircuitos o proteger a las personas contra contactos directos o indirectos. Por ejemplo los fusibles y los interruptores diferenciales. GENERADOR (PILA) RECEPTOR (BOMBILLA) ELEMENTO DE PROTECCIÓN (FUSIBLE) CONDUCTOR (HILO DE COBRE) ELEMENTO DE MANIOBRA (INTERRUPTOR) A la hora de dibujar los circuitos se utilizan SÍMBOLOS que están normalizados, es decir, son conocidos a nivel internacional. Así cuando dibujemos un circuito cualquier persona independientemente del idioma comprenderá nuestro circuito, igual que el dibujo técnico.

4 4.- MAGNITUDES ELÉCTRICAS MAGNITUDES ELÉCTRICAS BÁSICAS. LA LEY DE OHM Las magnitudes eléctricas básicas son: - Voltaje - Intensidad - Resistencia VOLTAJE, TENSIÓN O DIFERENCIA DE POTENCIAL Es la fuerza que provoca que los electrones se muevan de un átomo a otro. Al voltaje también se le llama tensión o diferencia de potencial y es producida por el generador. Símbolo: V Unidad: Voltio (V) INTENSIDAD DE CORRIENTE Es la cantidad de electrones que pasan por un punto en un momento dado. Símbolo: I Unidad: Amperio (A)

5 RESISTENCIA ELÉCTRICA Es la oposición que presenta un cuerpo al paso de corriente eléctrica. Símbolo: R Unidad: Ohmio (Ω) LA LEY DE OHM El físico alemán George Simon Ohm ( ) postuló la ley que lleva su nombre que establece que el flujo de corriente en amperios que circula por un circuito eléctrico cerrado, es directamente proporcional a la tensión o voltaje aplicado, e inversamente proporcional a la resistencia en ohmios de la carga que tiene conectada POTENCIA Y ENERGÍA ELÉCTRICA POTENCIA ELÉCTRICA La potencia eléctrica es una magnitud que mide la energía consumida o generada en la unidad de tiempo. Los aparatos de mayor potencia son los que disipan mayor cantidad de energía por unidad de tiempo, es decir, los que más consumen. Símbolo: P Unidad: vatio (W) ENERGÍA ELÉCTRICA Se define la energía eléctrica como la cantidad de trabajo desarrollado por un elemento de un circuito eléctrico. Todos los componentes de un circuito transforman la energía eléctrica en otras formas de energía (o al revés en el generador). Símbolo: E Unidad: vatio-hora (Wh)

6 TABLA RESUMEN MAGNITUD Y SÍMBOLO UNIDAD Y SÍMBOLO FÓRMULAS PARA SU CÁLCULO APARATOS DE MEDIDA Y SU SÍMBOLO Ohm Definición AMPERÍMETRO INTENSIDAD (I) AMPERIO (A) V I R Q I t VOLTÍMETRO TENSIÓN (V) VOLTIO (V) V IxR ÓMETRO U OHMIMETRO RESISTENCIA (R) OHMIO (Ω) V R I VATÍMETRO POTENCIA (P) VATIO (W) P VxI CONTADOR ENERGÍA (E) VATIO-HORA (Wh) E Pxt 5.- TIPOS DE CIRCUITOS. ASOCIACIÓN DE RECEPTORES Según conectemos los receptores de un circuito podemos obtener distintas configuraciones. Los circuitos eléctricos pueden ser de tres tipos: serie, paralelo y mixtos CIRCUITO SERIE Es aquel en el que la intensidad es la misma en todos los receptores. En un circuito serie, la avería de un receptor hace que el resto deje de funcionar. Aplicando la ley de Ohm V1 = I R1; V2 = I R2; V3 = I R CIRCUITO PARALELO

7 Es aquel en el que la tensión es la misma en todos los receptores. En un circuito paralelo, la avería de un receptor no impide que el resto funcione. En estos circuitos se cumple que: IT = I1 + I2 + I3 (1) Aplicando la ley de Ohm I1 V V ; I 2 ; I3 R1 R2 V R CIRCUITO MIXTO Es una combinación de la asociación serie y paralelo. Para resolverlos seguimos los siguientes pasos: - Se van simplificando las partes del circuito que están en serie y paralelo. - Finalmente se resuelven las incógnitas. R3 R1 R2 R3 Rp Req Req = R3 + Rp

8 6.- CIRCUITOS ELÉCTRICOS BÁSICOS PUNTO DE LUZ CIRCUITO SERIE CIRCUITO PARALELO TIMBRE CONMUTADA SIMPLE

9 6.6.- TOMA DE CORRIENTE 7.- ANÁLISIS DE CIRCUITOS Consiste en predecir el comportamiento de los elementos de un circuito a partir de su estudio. En el ejemplo de la figura anterior se deduce que si el conmutador C está en la posición 1 (P1), el motor estará funcionando y la lámpara apagada. Si por el contrario el conmutador se encuentra en la posición 2 (P2) la lámpara luce y el motor está desconectado. 8.- DISEÑO DE CIRCUITOS cumplir. Consiste en dibujar el esquema de un circuito a partir de unas condiciones impuestas que debe Ejemplo.

10 Diseña un circuito que cumpla las siguientes condiciones: - Dispondrá de una lámpara y un motor de manera que si la lámpara se enciende el motor deje de funcionar y viceversa. - Además de lo anterior, el circuito dispondrá de otras dos lámparas en serie que se podrán activar y desactivar de manera independiente. Solución: 9.- INSTRUMENTOS DE MEDIDA VOLTÍMETRO Para medir el voltaje o tensión eléctrica entre dos puntos de un circuito se utiliza el voltímetro. V VOLTÍMETRO Esta formado por una bobina de hilo muy fino y gran longitud, para oponga mucha resistencia y pase poca intensidad. que Se conecta en paralelo en los extremos del elemento cuya tensión queremos medir INTENSIDAD Para medir la intensidad de corriente se utiliza el amperímetro. A AMPERÍMETRO Esta formado por una bobina de hilo muy grueso y pequeña longitud, que oponga poca resistencia y pase toda la intensidad. para Se conecta en serie con la corriente que queremos medir RESISTENCIA Para medir una resistencia se usa el ohmímetro, que se conecta en las terminales de la misma, siendo condición imprescindible que no haya tensión POLÍMETRO En la actualidad todos estos aparatos y otros más se encuentran en uno sólo conocido con el nombre de polímetro. También se le conoce con el nombre de Tester o Multímetro.

11 Existen dos tipos de polímetros, los analógicos y los digitales. En los últimos años los digitales se han extendido mucho más llegando a ser casi los únicos que se utilizan hoy en día. Como puede observarse este polímetro consta de dos voltímetros, dos amperímetros, un óhmimetro y un apartado para calcular la hfe de los transistores. Para realizar una medida debemos seguir siempre los siguientes pasos: 1.- Seleccionar la parte en la que queremos realizar la medición (Voltímetro, Amperímetro, Ohmímetro). 2.- Comprobar que las puntas están en los terminales correctos, en caso contrario colocarlas. Es muy importante fijarse bien en el conexionado de las puntas, si se conectan unas puntas en un terminal equivocado se puede destruir el polímetro. El terminal negro siempre se conecta en el común y el rojo es que se conecta en V/ O para resistencias y voltajes, o en 2A o 10A para intensidades que alcanzan como valor máximo 2 o 10 Amperios. 3.- Seleccionar el valor más alto de la escala que queremos medir, con el selector. 4.- Conectar las puntas en el lugar adecuado del circuito o resistencia. 5.- Mover el selector bajando de escala hasta que la lectura sea posible en el display. ACTIVIDADES TRABAJOS - Escribe una pequeña historia sobre Un día sin electricidad. - Busca normas de seguridad en el trabajo con la electricidad. TEORÍA 1.- Di si son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones. En un circuito cerrado no pueden circular la corriente eléctrica. En un circuito abierto no puede circular la corriente eléctrica.

12 Cuando apagamos una bombilla estamos cerrando el circuito eléctrico. Cuando apagamos una bombilla estamos abriendo el circuito eléctrico. Para que un aparato eléctrico funcione, el circuito debe estar cerrado. 2. -Cada frase tiene un fallo, subráyalo. A continuación escribe la frase correctamente. El conductor es un conjunto de elementos conectados de tal modo que permiten el paso de la corriente eléctrica El generadores es el elemento que conduce la energía necesaria para que los electrones puedan moverse El circuito eléctrico es el elemento que permiten que los electrones circulen. Por ejemplo los cables Los receptores son los elementos que generan la energía eléctrica. Por ejemplo las bombillas y motores Los receptores permiten el paso de la corriente, o lo impiden. Por ejemplo un interruptor, Forma frases uniendo las dos columnas. Si conectamos los receptores uno a continuación de otro Si conectamos cada receptor a la fuente de alimentación 4.- Define corriente eléctrica estamos haciendo una conexión en paralelo estamos haciendo una conexión en serie 5.- Cuáles son los componentes principales de un circuito eléctrico? Cuál es la misión de cada uno de ellos? 6.- La energía eléctrica se puede transformar en otras formas de como son la luminosa, calorífica, mecánica, etc. 7.- Un es un conjunto de elementos conectados entre sí de forma que puede circular por ellos una corriente eléctrica. 8.- Para representar un circuito se dibuja el, que incluye los que representan a los diversos elementos que lo componen.

13 9.- Cómo están conectados los diversos aparatos eléctricos de tu casa, en serie o en paralelo? por qué crees que es así? 10.- Por qué crees que no es conveniente controlar un zumbador con un interruptor? 11.- Di ejemplos de generadores, receptores, elementos de control y elementos de protección. ANÁLISIS DE CIRCUITOS 12.- Indica lo que ocurre en el siguiente circuito cuando: a) El interruptor 5 está cerrado y el 1 abierto y el resto en posición de reposo (abiertos). b) El conmutador 2 cambia de posición, el interruptor 5 está cerrado, el 1 abierto y el pulsador 4 pulsado. El resto en reposo. c) El interruptor 5 está abierto y todos los demás accionados. d) Todos los elementos de maniobra están accionados. e) Unimos mediante un cable los dos polos de la pila. DISEÑO DE CIRCUITOS 13.-Dibuja los siguientes circuitos: a) Tres bombillas en serie conectadas a una pila y con un interruptor que las accione.

14 b) Tres bombillas en paralelo conectadas a una pila y con un interruptor que las accione Se dispone de dos pulsadores y una lámpara, a) Diseñar un circuito para que sólo se encienda la lámpara cuando pulsemos a la vez ambos pulsadores. b) Diseñar un circuito para que se encienda la lámpara cuando pulsemos cualquiera de los dos pulsadores Diseñar un circuito para que: - si el conmutador está en una posición se enciende la lámpara L1 al pulsar dos pulsadores S1 y S2 a la vez. - si el conmutador está en la otra posición suena un timbre cuando se pulse cualquiera de dos pulsadores S3 ó S4. Se dispone de 4 pulsadores, un conmutador, una lámpara, un timbre y una pila Diseña un circuito que accione un motor y que cuando esté funcionando se active además una señal sonora. Independiente al motor se podrá accionar una señal luminosa, pero si se activa esta señal, no podrá conectarse una resistencia. PROBLEMAS 17.- Un circuito tiene una resistencia de 10 Ω. Calcula la intensidad de corriente que circulará si se le aplica una tensión de 20 V 18.- Calcula la resistencia de un receptor conectado a una fuente de 24 V por el que pasa una corriente de 2 A Qué potencia tendrá una estufa conectada a 220 V y atravesada por una corriente de 5 A? 20.- Calcula la intensidad que circulará por una estufa de 2200 W conectada a una tensión de 220 V Calcula la energía consumida por un circuito de 2200 W si ha estado funcionando durante 500 horas. Si el precio del Kwh es de 0,1 determina el gasto ocasionado por dicho circuito Calcular el coste económico que supone mantener una lámpara de 200W de potencia conectada todos los días del año durante 4 horas, si el coste del KWh es 0,1 eur/kwh Por un circuito circula una corriente de 3 A. Si la tensión de dicho circuito es de 24 V calcular: a) Resistencia del circuito. b) Potencia. c) Energía consumida si el circuito ha estado funcionando una semana durante tres horas diarias. d) Gasto ocasionado si el precio del KWh es de 0, Un secador de pelo tiene inscrito en la placa de características las siguientes características: 220 V / 1000 W. Calcular: a) Resistencia del secador. b) Energía consumida en un mes (30 días), si funciona una media de 20 minutos al día.

15 25.- Dado el siguiente circuito, determinar: a) La resistencia equivalente (el valor de las resistencias está expresado en ohmios). b) Intensidad que recorre el circuito c) Tensión en cada resistencia. d) Potencia consumida por cada resistencia y comprobación e) Energía consumida en 1000 horas. f) Gasto ocasionado por el consumo de esa energía si el precio del KWh es de 0,1. 10 Ω 10 Ω 26.- Con el mismo enunciado del ejercicio anterior responder a los apartados para el siguiente circuito Dado el siguiente circuito, calcular: a) La resistencia equivalente (el valor de las resistencias está expresado en ohmios). b) Intensidad total. 6 Ω c) Intensidad que circula por cada resistencia d) Potencia del circuito 3 Ω e) Potencia consumida por cada resistencia. f) Energía consumida en 2000 horas. g) Gasto ocasionado por el consumo de esa energía si el precio del KWh es de 0, Con el mismo enunciado del ejercicio anterior responder a los apartados para el siguiente circuito.

16 29.- En el circuito mixto de la figura, calcular: a) Resistencia equivalente. b) Intensidad total. c) Potencia del circuito. d) Intensidad que circula por cada resistencia. e) Tensión en cada resistencia. f) Potencia en cada resistencia. 10 Ω 10 Ω 10 Ω g) Energía consumida por el circuito durante 3000 horas. h) Gasto ocasionado por el consumo de esa energía si el precio del KWh es de 0, Con el mismo enunciado del ejercicio anterior responder a los apartados para el siguiente circuito. 4 Ω 5 Ω 10 Ω Para vuestra información os recuerdo que en la página del profesor: en vuestro apartado de 3º de ESO, tenéis algunos problemas de circuitos resueltos. Sería conveniente que les echarais un vistazo para ayudaros a comprender el método de resolución de dichos problemas.