1. QUÉ ES LA ELECTRICIDAD?

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1 ELECTRICIDAD En esta unidad vas a estudiar: 1. QUÉ ES LA ELECTRICIDAD? 2. CIRCUITO ELÉCTRICO: DEFINICIÓN Y COMPONENTES 3. LAS MAGNITUDES QUE INTERVIENEN EN UN CIRCUITO ELÉCTRICO 4. LA LEY DE OHM 5. POTENCIA ELÉCTRICA 6. TIPOS DE CONEXIONES DE LOS CIRCUITOS ELÉCTRICOS Unidad Electricidad 1

2 EVALÚA LO QUE SABES Lee el siguiente texto: HISTORIA DE LA ELECTRICIDAD Los primeros pobladores de la tierra, en un principio la única iluminación de la que disponían era la proporcionada por el sol. Posteriormente el fuego, las velas y las lámparas de aceite fueron los medios empleados para la iluminación. Si comparamos aquella época con la actualidad, no podríamos imaginarnos nuestra vida sin la existencia de la electricidad. La mayoría de los aparatos que tenemos en nuestra casa funcionan con electricidad de ahí la gran dependencia que tenemos de ella. Utilizamos la electricidad, pero qué es la electricidad? La electricidad es una forma de energía, pero para entender la electricidad, debemos comenzar estudiando su origen, su funcionamiento, etc. LA ELECTRICIDAD DÓNDE COMENZÓ TODO? En el 600 antes de Cristo, Tales de Mileto descubre la electricidad estática, al darse cuenta de que al frotar el ámbar éste posee la propiedad de atraer algunos objetos. En el 310 antes de Cristo, el filósofo griego Theophrastus escribe el primer tratado donde se establece que existen varias sustancias, aparte del ámbar, que poseen la propiedad de atraer objetos al ser frotadas. Así deja constancia en lo que sería el primer estudio científico sobre la electricidad. Desde esa fecha hasta el año 1600 de nuestra era no hay estudios sobre el tema. En ese año el físico Willian Gilbert, mandado por la Reina Elizabeth I, empieza a estudiar los fenómenos sobre la electricidad estática. Es a partir de esa fecha cuando empiezan a surgir una serie de personas que estudian estos fenómenos y que llevan a la aparición de la pila (Alessandro Volta), de los motores eléctricos, de la dinamo y del transformador (Michael Faraday), y de una serie de aparatos de comunicaciones, como el teléfono (Alexander Gram. Bell) y el micrófono (David Hughes). Desde entonces se ha estudiado mucho sobre el tema (transporte de la electricidad, materiales conductores, aparatos, etc), pero el principio físico de la electricidad ya se había descubierto. Una vez leído el texto, responde en tu cuaderno a las siguientes cuestiones: 1. Extrae la idea principal del texto y escribe con tus palabras esta idea principal. 2. Cuáles eran las formas de iluminar antes del descubrimiento de la electricidad? 3. Quién fue el inventor de la pila? Y del motor eléctrico? Y de la dinamo? 4. Crees que nuestra vida sería igual de cómoda si no tuviéramos electricidad? por qué? Explícalo razonadamente. 5. En nuestras casas la mayoría de los aparatos que tenemos funcionan enchufándolos. Haz una relación de 10 aparatos de tu casa que funcionen con electricidad. Unidad Electricidad 2

3 1. QUÉ ES LA ELECTRICIDAD? En nuestras casas, la electricidad permite que funcionen las lamparitas eléctricas, la televisión, la tostadora y muchas otras cosas. Es muy difícil imaginar nuestra vida sin ella. Ahora bien, nos damos cuenta de qué es lo que podemos hacer con ella pero, qué es la electricidad? Para entender qué es la electricidad debemos comenzar con los átomos. Los átomos son pequeñas partículas que son muy difíciles de ver, y son los elementos con los que está hecho cualquier objeto de nuestro alrededor. Un átomo está compuesto por protones, electrones y neutrones. En el centro del átomo, que se llama núcleo, es donde están los protones. Alrededor del núcleo del átomo se encuentran electrones (en igual cantidad que los protones) que se están moviendo a gran velocidad (figura nº 1). Los protones y electrones tienen una propiedad llamada carga eléctrica; la carga eléctrica de los protones es de signo positivo y la de los electrones es de signo negativo. Los neutrones no tienen carga. Los protones y electrones se atraen entre sí porque tienen cargas eléctricas de distinto signo. En cambio las partículas que tienen cargas del mismo signo se repelen (no se atraen). La electricidad o corriente eléctrica es un fenómeno originado por el movimiento que experimentan los electrones. En determinados materiales que denominamos conductores (por ejemplo los cables de cobre), es posible hacer fluir los electrones de un extremo a otro, estableciéndose entonces una corriente eléctrica. La electricidad se produce en plantas de generación (centrales térmicas, centrales solares, centrales eólicas, etc.) y luego es conducida a través de gruesos cables, que forman la red de distribución, hasta las subestaciones de transformación y finalmente, por ejemplo, a nuestra casa. Figura nº 1: estructura de un átomo 6. El átomo es una partícula muy pequeña, en cuántas partículas se descompone el átomo? cómo se llaman? 7. Define con tus palabras qué es la electricidad. 8. Cuál es la carga eléctrica de cada una de las partículas en las que se descompone el átomo? 9. Haz una relación de 5 aparatos que conozcas que funcionen con pilas o baterías. 10. Por qué crees que los cables se recubren de material plástico? Unidad Electricidad 3

4 2. CIRCUITO ELÉCTRICO: DEFINICIÓN Y COMPONENTES Un circuito eléctrico es el camino que siguen los electrones de los átomos desde el polo negativo al polo positivo del generador eléctrico. El circuito básico sería aquel que está formado por un generador eléctrico (pila) y un conductor o cable por el que puedan circular los electrones. Figura nº 2: circuito eléctrico simple (pila, bombilla e interruptor) No obstante, los elementos más comunes que intervienen en un circuito eléctrico son: generadores, conductores, receptores, elementos de control y elementos de protección. Vamos a ver cada uno de ellos: Generadores: Son los elementos encargados de suministrar la energía al circuito, es decir, que son los que permiten poner los electrones de un circuito en movimiento. Los elementos que se encargan de esta función son: las pilas, baterías, dinamos y alternadores (fig. nº 3). Conductores: Son materiales que permiten el paso de la corriente eléctrica, por lo que se utilizan como unión entre los distintos elementos del circuito. Generalmente son cables formados por hilos de cobre y recubiertos por un aislante plástico (figura nº 4). Receptores: Son los componentes que reciben la energía eléctrica y la transforman en otras formas más útiles para nosotros como: movimiento, luz, sonido o calor. Algunos receptores muy comunes son: las lámparas, motores, estufas, altavoces, electrodomésticos, máquinas, etc (figura nº 5). Fig. nº 3: generadores Fig. nº 4: cables de cobre Fig. nº 5: receptores Elementos de control: Estos elementos nos permiten maniobrar con el circuito conectando y desconectando sus diferentes elementos según nuestra voluntad. Los elementos de control más empleados son los interruptores, pulsadores y conmutadores (figura nº 6). Elementos de protección: Estos elementos tienen la misión de proteger a la instalación y a sus usuarios de cualquier avería que los pueda poner en peligro. Los más empleados son los fusibles y los interruptores de protección (figura nº 7). Fig. nº 6: elementos de control Fig. nº 7: elementos de protección Unidad Electricidad 4

5 3. LAS MAGNITUDES QUE INTERVIENEN EN UN CIRCUITO ELÉCTRICO Las tres magnitudes básicas de las que podemos hablar en cualquier circuito eléctrico son: voltaje, resistencia e intensidad. Cuando en el apartado anterior hablábamos de los generadores, decíamos que para mover los electrones hay que hacer una fuerza sobre ellos. Esta fuerza que pone en movimiento y que empuja a los electrones se denomina voltaje (V) y se mide en voltios (v). En nuestras casas usamos 220 voltios. Por ejemplo una pila de las que utiliza el mando de la televisión tiene 1,5 voltios. También sabemos que los cables que conducen la electricidad impiden en cierta manera el paso de la corriente eléctrica (lo podemos comprobar porque los cables se calientan). A la magnitud que mide este impedimento a la circulación de los electrones en los cables se le denomina resistencia (R). La resistencia se mide en ohmios ( ). Los materiales conductores como el cobre permiten el paso de la electricidad, sin embargo, los materiales aislantes como el plástico no permiten el paso de la electricidad. Cuando hemos dicho que los electrones pueden circular por los cables, lo pueden hacer en mayor o menor cantidad. A esta magnitud se le denomina intensidad (I) y la podemos definir como la cantidad de electrones que pasa por un conductor en la unidad de tiempo. Su unidad de medida es el amperio (A). Fig. nº 8: movimiento de los electrones por un cable Posiblemente te preguntarás de dónde vienen estos nombres tan raros. Todos ellos se han elegido para homenajear a algunos de los científicos que han contribuido al conocimiento y desarrollo de la electricidad. Para medir cada una de las magnitudes anteriores existe su correspondiente aparato, en la tabla siguiente se indica. Magnitud Unidad de medida Aparato que la mide Voltaje (V) Voltio (v) Voltímetro Resistencia (R) Ohmio ( ) Óhmetro Intensidad (I) Amperio (A) Amperímetro Unidad Electricidad 5

6 11. Piensa en la habitación donde duermes, cuántos interruptores hay? en qué lugares están colocados? 12. Dibuja un circuito eléctrico sencillo e indica qué son cada uno de sus componentes. 13. Define con tus palabras qué es la resistencia, indica en qué unidad se mide y cómo se llama el aparato para medirla. 14. Indica al menos el nombre de un material que conduzca la electricidad y un material que no conduzca la electricidad (que sea aislante). 15. Define con tus palabras qué es la intensidad, indica en qué unidad se mide y cómo se llama el aparato para medirla. 16. Coge 3 tipos de pilas diferentes que tengas en tu casa y anota en tu cuaderno qué cantidad de voltios (voltaje) tiene cada una de ellas. 4. LA LEY DE OHM Esta ley establece la relación entre las 3 magnitudes eléctricas que hemos visto anteriormente, es decir, entre el voltaje (V), la intensidad de corriente (I) y la resistencia (R) en cualquier circuito eléctrico. El voltaje y la intensidad de corriente que circula son directamente proporcionales. La intensidad es inversamente proporcional a la resistencia. Las relaciones entre V (voltaje), I (intensidad) y R (resistencia) que la Ley de Ohm establece se pueden ver en el siguiente triángulo (figura nº 9). Fig. nº 9: triángulo que representa la ley de Ohm En el triángulo anterior aparecen las relaciones que podemos establecer entre las 3 magnitudes eléctricas que conocemos. No obstante, la ley de Ohm se suele expresar de la siguiente forma: V= I R donde, V = Voltaje (v) I = Intensidad (A) R = Resistencia ( ) Una vez que conocemos esta fórmula, sólo tendremos que despejar la incógnita correspondiente dependiendo de lo que nos pregunten. Unidad Electricidad 6

7 17. Define con tus palabras qué es el voltaje, indica en qué unidad se mide y cómo se llama el aparato para medirlo En un circuito eléctrico conocemos que la resistencia es de 3 y que la intensidad es de 5 A, calcula cuál es el voltaje del circuito. 20. Nos dicen que al medir el voltaje con un voltímetro, este marca un valor de 42 v, y que al medir la intensidad con un amperímetro, este marca 14 A cuál es la resistencia? 21. De un circuito eléctrico conocemos que la pila tiene un voltaje de 9 v y que la resistencia del cable de cobre es de 6 cuál es la intensidad del circuito? 5. POTENCIA ELÉCTRICA Estamos acostumbrados a hablar con ciertos términos especiales para referirnos a fenómenos eléctricos, así sabemos, por ejemplo, que una lamparita de 100 vatios nos dará mucha luz. Pues bien, la magnitud eléctrica que se mide en vatios es la potencia eléctrica (P). La potencia eléctrica mide la cantidad de energía eléctrica que un receptor (por ejemplo una bombilla) consume en un tiempo dado. Dado un receptor eléctrico (bombilla, motor, resistencia) sometido a un voltaje V y que circula por él una corriente I, la potencia que consume es igual a P: P = V I donde, P = Potencia (w) V = Voltaje (v) I = Intensidad (A) Podemos apreciar la potencia eléctrica consumida por un receptor eléctrico por su mayor o menor iluminación (bombilla), nº de vueltas (motor), cantidad de calor producido (estufa), etc. 22. Busca en el diccionario las siguientes palabras: potencia, voltaje, vatio e intensidad. 23. Cuál es la Potencia de una lámpara si está sometida a una tensión de 5 v y una intensidad de 10 A? 24. Calcula la potencia consumida por un receptor eléctrico alimentado con una tensión de 220 voltios por el que pasa una intensidad de corriente de 3 amperios. 25. En mi casa tengo una batidora que funciona a 220 v y por su cable circula una intensidad de 6 A cuál es la potencia de la batidora? 26. Qué características tiene un circuito serie en cuanto a la intensidad y en cuanto al voltaje? 27. En un circuito serie hay varios elementos conectados qué le ocurre a los demás elementos si desconecto uno? 28. Define con tus palabras qué es un circuito en paralelo. qué ocurre en este circuito en cuanto a los valores del voltaje? y en cuanto a los valores de la intensidad? 29. En un circuito paralelo hay varios elementos conectados qué le ocurre a los demás elementos si desconecto uno? Unidad Electricidad 7

8 6. TIPOS DE CONEXIONES DE LOS CIRCUITOS ELÉCTRICOS En el apartado 2 vimos qué es un circuito eléctrico y definíamos el circuito eléctrico como el camino que siguen lo electrones. En cualquier circuito eléctrico, dependiendo de la forma en la que conectemos los elementos tendremos 3 tipos de circuitos: circuito serie, circuito paralelo y circuito mixto. Vamos a definir cada uno de los circuitos y vamos a ver mediante una imagen cómo sería cada uno de estos circuitos. En la figura de cada uno de los tipos de circuitos eléctricos se añade la representación eléctrica de cómo seria ese circuito. Circuito serie: los elementos se conectan de modo que el final de uno se une al principio del siguiente. En estos circuitos cada uno de los elementos está sometido a un voltaje diferente y todos ellos son recorridos por la misma intensidad de corriente. Si uno de los elementos se desconecta todos los elementos quedan sin corriente y dejan de funcionar. En la figura nº 10 podemos apreciar cómo es este tipo de circuito. Fig. nº 10: circuito físico y eléctrico con tres bombillas en serie Circuitos paralelo: los elementos se conectan de modo que todos los principios se unen en una conexión y los finales en otra, formando así varias ramas. En estos circuitos todos los elementos están sometidos al mismo voltaje y por cada uno circula una intensidad de corriente diferente. Si uno de los elementos se desconecta los demás siguen recibiendo corriente y siguen funcionando. En la figura nº 11 podemos apreciar cómo es este tipo de circuito. Fig. nº 11: circuito físico y eléctrico con tres bombillas en paralelo Circuitos mixtos: los elementos de estos circuitos están conectados mediante una combinación de los circuitos serie y de los circuitos paralelo. En la figura nº 12 podemos apreciar cómo es este tipo de circuito. Fig. nº 12: circuito mixto con tres bombillas (esquema físico y representación eléctrica) Unidad Electricidad 8

9 Finalmente tenemos una serie de preguntas y actividades que hay que responder. EVALÚA LO QUE HAS APRENDIDO a. Cuál es la función de una pila en un circuito eléctrico? b. Entre los extremos de una resistencia de 1200 ohmios, existe un voltaje de 10 voltios. Qué intensidad de corriente la recorre? c. Calcula el valor de una resistencia por la que circula una intensidad de 2 A cuando entre sus entre sus extremos existe un voltaje de 220 v. d. Por una resistencia de 15 circula una intensidad de 1 A, calcula qué voltaje hay entre los extremos de la resistencia. e. Calcula la intensidad que circula por el cable del siguiente circuito eléctrico. f. Cuál es la potencia que da la bombilla del ejercicio anterior? g. Una estufa eléctrica se alimenta con una tensión de 220 voltios, determina la intensidad de corriente que pasará por el circuito si tiene una resistencia de 20. h. Cómo se llaman los materiales que no dejan pasar la electricidad? El plástico es uno de ellos, busca al menos 3 materiales más que cumplan esta función. i. Relaciona cada elemento con su definición uniendo con flechas. Elemento Receptores Definición Son los encargados de suministrar la energía al circuito, creando una diferencia de potencial entre sus terminales que permite que circule la corriente eléctrica. Generadores Son materiales que permiten el paso de la corriente eléctrica, por lo que se utilizan como unión entre los distintos elementos del circuito. Conductores Componentes que reciben la energía eléctrica y la transforman en otras formas más útiles para nosotros como: movimiento, luz, sonido o calor. Unidad Electricidad 9

10 j. En el circuito serie del dibujo Qué ocurre si se desconecta una de las resistencias? k. De las siguientes expresiones señala (rodeándolas) cuáles son las correctas V = R I R = V / I P = V I I = V R l. En las frases que hay a continuación, se deja un espacio en blanco para completar con una palabra. Las palabras que se tienen que emplear son serie o paralelo. Según el significado de la frase elige la opción que creas más correcta. a) Decimos que un circuito eléctrico está en.. cuando sus elementos se encuentran conectados uno a continuación del otro. b) En los circuitos en.. si se desconecta cualquiera de sus elementos no se interrumpe el paso de la corriente eléctrica por todos los demás. c) Decimos que un circuito eléctrico está en.. cuando todos sus elementos se encuentran conectados entre el polo positivo y el negativo del generador. m. De la relación de objetos que aparecen a continuación Cuál de ellos funciona como receptor eléctrico? En la opción que hayas elegido explica porqué es un receptor eléctrico a) lámpara b) interruptor c) pila d) cable n. Indica cuáles de las siguientes afirmaciones sobre la electricidad son verdaderas (V) y cuáles falsas (F): V F Los receptores son elementos que reciben la energía eléctrica para transformarla en otro tipo de energía más útil. La electricidad es un fenómeno originado por el movimiento de los protones. Los materiales que permiten el paso de la corriente eléctrica se denominan aislantes. Decimos que un circuito eléctrico está en serie cuando sus elementos se encuentran conectados uno a continuación de otro. o. Dibuja un circuito donde exista una pila y tres bombillas conectadas en serie. p. Dibuja un circuito donde exista una pila y tres bombillas conectadas en paralelo. Unidad Electricidad 10