TECNOLOGÍAS 3º ESO TEMA 1: ELECTRICIDAD

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1 TECNOLOGÍAS 3º ESO TEMA 1: ELECTRICIDAD

2 Índice de contenido 1. Introducción Usos de la electricidad Generación de la corriente eléctrica Corriente continua y corriente alterna Generación de corriente continua Generación de corriente alterna Transformación de la corriente eléctrica Simbología de un circuito eléctrico Pila o generador Cables Bombillas Motores Resistencias Fusibles Interruptores Pulsadores Conmutadores...15

3 4. Paso de la corriente por un circuito Circuito abierto Cortocircuito Tipos de circuito Circuitos en serie Circuitos en paralelo Circuitos mixtos Circuitos idénticos Energía eléctrica y medio ambiente Criterios de evaluación...28

4 Tecnologías 3º ESO Tema 1: Electricidad Página 4 1. Introducción La electricidad consiste en el movimiento de electrones a través de un circuito cerrado. En un circuito existen siempre cuatro tipos de elementos: Una pila, batería o generador de corriente. En el generador se han creado dos polos, uno positivo y otro negativo; los electrones son cargas negativas y tienden a moverse hacia el polo positivo. Unos cables o conductores; los electrones no pueden circular si los dos polos no se ponen en contacto, es decir, si el circuito no se cierra a través de un material capaz de conducirlos. Los materiales adecuados son los metales, especialmente el cobre, ya que por sus propiedades permiten el movimiento de los electrones. Unos elementos pasivos que reciben la corriente eléctrica, la cual produce un cierto efecto sobre ellos.

5 Tecnologías 3º ESO Tema 1: Electricidad Página 5 Elementos de control o de maniobra, que deciden si la corriente puede pasar o no, o por qué camino debe pasar (interruptores y conmutadores). He aquí un circuito básico con un generador, cable conductor, un elemento pasivo (la bombilla) y un elemento de control (el interruptor).

6 Tecnologías 3º ESO Tema 1: Electricidad Página Usos de la electricidad Las diferentes utilidades que puede tener la electricidad vienen del efecto que produce la corriente eléctrica sobre los distintos elementos pasivos: ELEMENTO PASIVO PROPIEDAD UTILIDAD Lámpara o bombilla Transforma la energía eléctrica en luminosa Iluminación Motor eléctrico Transforma la energía eléctrica en mecánica Producir movimiento Resistencia Transforma la energía eléctrica en calorífica Producir calor

7 Tecnologías 3º ESO Tema 1: Electricidad Página 7 2. Generación de la corriente eléctrica 2.1. Corriente continua y corriente alterna La corriente eléctrica puede ser continua o alterna. En corriente continua, los electrones circulan siempre en el mismo sentido. El polo positivo y el polo negativo son siempre los mismos. La corriente se representa en sentido contrario al movimiento real de los electrones, es decir, del polo positivo al negativo: En corriente alterna los polos negativo y positivo se están invirtiendo continuamente, y con ellos el sentido de la corriente Generación de corriente continua Los generadores de corriente continua son pequeñas pilas, baterías o dinamos como la de la bicicleta. Generan corriente de escaso voltaje por lo que sólo sirven para circuitos de pequeña potencia, como el de un mando a distancia.

8 Tecnologías 3º ESO Tema 1: Electricidad Página 8 Pila, batería y dinamo. Fuente de la imagen de la dinamo: Wikipedia. La pila y la batería generan corriente a partir de reacciones químicas, mientras que la dinamo es capaz mediante un imán de transformar el movimiento en electricidad Generación de corriente alterna La mayor parte de corriente eléctrica que se genera en el planeta es alterna. Los grandes generadores de electricidad que se encuentran en las centrales eléctricas y que suministran grandes cantidades de energía eléctrica son siempre alternadores. La corriente que entra en nuestras casas es alterna, y también los automóviles llevan un pequeño alternador, que es quien suministra corriente a la batería. Los alternadores funcionan igual que la dinamo, mediante un imán transforman el movimiento en electricidad. Un motor lleva a cabo el proceso contrario, transforma la electricidad en movimiento.

9 Tecnologías 3º ESO Tema 1: Electricidad Página 9 De hecho, el alternador y el motor son una misma máquina: Si le suministramos electricidad se mueve. Si forzamos que se mueva, nos suministra electricidad Transformación de la corriente eléctrica Por lo general un electrodoméstico (incluido un ordenador) necesita absorber corriente alterna de la red de casa a 220 voltios y transformarla en corriente continua del voltaje que toleran sus componentes, que es mucho menor (alrededor de 12 voltios). Esto lo lleva a cabo a través de transformadores, como el de los cargadores de los teléfonos móviles, y componentes electrónicos que rectifican la corriente alterna, es decir, la convierten en continua. Por medio de estos elementos se disminuye el valor del voltaje para que sea el adecuado para el aparato que lo tiene que recibir.

10 Tecnologías 3º ESO Tema 1: Electricidad Página Simbología de un circuito eléctrico 3.1. Pila o generador El símbolo genérico válido para cualquier tipo de generador, sea una pila, una dinamo o un alternador es este: La línea larga representa el polo positivo y la línea corta el negativo. Por eso a veces al lado de la línea larga se coloca un +. + Es frecuente que, para aumentar el voltaje de la pila o el generador, se coloquen varios en serie, con lo cual el símbolo pasa a dibujarse de esta forma: 3.2. Cables Los cables conductores se representan por líneas continuas. El resto de componentes se dibujan siempre con ambos polos rodeados de un trozo de cable:

11 Tecnologías 3º ESO Tema 1: Electricidad Página Bombillas Son elementos pasivos que proporcionan luz cuando los atraviesa la corriente. No tienen polaridad, es decir, es indiferente cuál de sus polos se conecta al positivo o al negativo de la pila. Se representan mediante un aspa metida dentro de un círculo. El casquillo metálico de la bombilla es uno de sus polos; el otro es el extremo inferior Motores Son elementos pasivos que tienen un eje que se pone a girar cuando los atraviesa la corriente. Se representan con una M dentro de un círculo. El palito que surge de la M es el eje del motor; puede dibujarse o no. El motor tiene polaridad, girará en uno u otro sentido en función de cuál de sus polos se conecta al positivo y cuál al negativo. He aquí un dibujo de un motor con trozos de

12 Tecnologías 3º ESO Tema 1: Electricidad Página 12 cable enganchados a sus polos: 3.4. Resistencias Son elementos pasivos que presentan una fuerte oposición al paso de la corriente por ellos. Pueden usarse con dos fines: Limitar el paso de la corriente por el circuito y así evitar que otros componentes se quemen debido a una corriente excesiva. Proporcionar calor (se calientan debido a la especie de fricción que les produce el paso de la corriente). Pueden representarse mediante un rectángulo o mediante un zigzag: En la realidad pueden ser muy variadas; aquí tenemos la resistencia que proporciona el calor en una cocina vitrocerámica: Y aquí una de las pequeñas resistencias electrónicas que podemos encontrar en el interior de los ordenadores:

13 Tecnologías 3º ESO Tema 1: Electricidad Página Fusibles Son elementos pasivos que, en caso de que la corriente sea muy elevada, se funden y de esa forma cortan la corriente evitando que otros elementos más importantes se quemen por exceso de corriente. Es decir, se sacrifican para proteger a motores, lámparas y resistencias. Suelen llevar un hilo de plomo, de ahí la expresión de han saltado los plomos. Se representan por un rectángulo atravesado por un cable: En la realidad tienen un aspecto parecido a este: 3.6. Interruptores Son elementos de control o maniobra que permiten o impiden el paso de la corriente. Lo que hacen es poner en contacto dos terminales o separarlos, es decir, cerrar o abrir el circuito.

14 Tecnologías 3º ESO Tema 1: Electricidad Página 14 Este es el símbolo del interruptor cuando está abierto, que es el que se usa habitualmente: Y este sería un interruptor cerrado: Aquí podemos ver el funcionamiento del interruptor abierto y cerrado:

15 Tecnologías 3º ESO Tema 1: Electricidad Página Pulsadores Se trata de otro elemento de control o maniobra; la diferencia con el interruptor es que, mientras el interruptor una vez accionado se queda en esa posición hasta que se le vuelve a pulsar, el pulsador sólo deja pasar la corriente mientras se está haciendo presión sobre él; al dejar de pulsarlo, corta la corriente. Este es el símbolo del pulsador: El botón que hace sonar el timbre de la puerta es el ejemplo más cotidiano de un pulsador Conmutadores Son también elementos de control o de maniobra. Exteriormente no se distinguen de un interruptor, pero por dentro, mientras un interruptor tiene sólo dos terminales que se ponen en contacto o se separan, el conmutador tiene tres terminales. En una posición envía la corriente en una dirección y en la otra posición en otra dirección distinta. Existen dos símbolos para el conmutador, que lo representan en sus dos posiciones.

16 Tecnologías 3º ESO Tema 1: Electricidad Página 16 Este conmutador envía la corriente hacia la bombilla de la izquierda o bien hacia la de la derecha:

17 Tecnologías 3º ESO Tema 1: Electricidad Página Paso de la corriente por un circuito 4.1. Circuito abierto Recordemos que la corriente eléctrica consiste en la circulación de electrones a través de un conductor que forma un circuito cerrado. Si el circuito está abierto, es decir, si no existe contacto entre dos puntos del circuito, no puede pasar la corriente. Atención: es un fallo frecuente el pensar que, si existe un cable cortado en un circuito, la corriente fluye hasta el punto donde está cortado. No es así, si la corriente no puede cerrar un circuito, no va a pasar por ningún punto. Podemos ver que en este ejemplo, en el que hay un cable cortado entre la segunda y la tercera bombilla, ninguna de las tres puede brillar: Un circuito puede estar abierto de forma accidental, porque un cable se ha cortado o se ha aflojado, o de forma voluntaria mediante un interruptor, pulsador o conmutador.

18 Tecnologías 3º ESO Tema 1: Electricidad Página Cortocircuito El cortocircuito se produce cuando existe un contacto directo a través de un cable entre los dos polos de la pila, sin que en medio haya ningún elemento pasivo (bombilla, motor, resistencia o fusible). Dado que no existe ningún elemento que se oponga al paso de la corriente, ésta se hace muy elevada, pudiendo llegar a agotar la pila y quemar el cable. En la siguiente imagen existe un cortocircuito en el circuito de la izquierda ; la bombilla está apagada porque toda la corriente se está escapando por el cable que une los dos polos de la pila. De no cortar ese cable la pila se gastará en poco tiempo; si lo cortamos, la bombilla funcionará de forma normal, como en el circuito de la derecha:

19 Tecnologías 3º ESO Tema 1: Electricidad Página 19 Además de que los cortocircuitos impiden el paso de la corriente por el resto de elementos del circuito, son muy peligrosos. Casi siempre que alguien se electrocuta o que se da un accidente o un incendio de tipo eléctrico, se debe a un cortocircuito. Sin que llegue a haber un cortocircuito total, uno o varios elementos de un circuito pueden estar cortocircuitados y por lo tanto apagados. Veamos algún ejemplo:

20 Tecnologías 3º ESO Tema 1: Electricidad Página 20 Algunas de las bombillas no se encienden porque la corriente prefiere rodearlas a través del cable. Un circuito de este tipo supone un error de diseño.

21 Tecnologías 3º ESO Tema 1: Electricidad Página Tipos de circuito Según la forma de conectar los elementos pasivos entre sí, tenemos dos tipos básicos de circuito: en serie y en paralelo. El circuito mixto es una combinación de los dos Circuitos en serie Un circuito está en serie cuando consta de una sola rama y todos sus elementos encienden o apagan a la vez (nos referimos solamente a los elementos pasivos, no a pilas, interruptores, etc.). El circuito en serie es el más sencillo de montar, pero tiene el problema de que un fallo en uno de los componentes supone un fallo en todo el circuito. Veamos un circuito de tres bombillas en serie: En este circuito, cualquier interruptor que pongamos en cualquier posición apagará todas las bombillas.

22 Tecnologías 3º ESO Tema 1: Electricidad Página Circuitos en paralelo Un circuito está en paralelo cuando cada uno de sus elementos es independiente y se puede apagar manteniendo encendidos todos los demás. El montaje en paralelo es más complicado pero nos asegura que, en caso de fallo de un componente, los demás seguirán funcionando; de ahí que sea el montaje más habitual. Al conectar los elementos en paralelo reciben la misma corriente que si estuvieran solos, por lo que las bombillas brillan más, los motores giran más rápido y las resistencias se calientan más que en un circuito en serie. También el desgaste de la pila es mayor. Aquí tenemos un circuito de tres bombillas en paralelo; se puede apreciar que el brillo es mayor que en un circuito en serie:

23 Tecnologías 3º ESO Tema 1: Electricidad Página 23 En un circuito de en paralelo, cualquiera de los elementos puede tener su interruptor y encenderse y apagarse de forma independiente: 5.3. Circuitos mixtos Cuando no todos los elementos de un circuito están en serie, y tampoco están todos en paralelo, se dice que el circuito es mixto. Aquí tenemos dos ejemplos de circuitos mixtos: uno con dos bombillas en serie entre sí y en paralelo con una tercera, y otro de dos bombillas en paralelo entre sí y en serie con una tercera:

24 Tecnologías 3º ESO Tema 1: Electricidad Página 24 Es fácil ver si un circuito está en serie o no; la duda puede estar entre los circuitos mixtos y paralelos. Los circuitos 1 y 2 parecen muy similares, pero uno es paralelo y el otro mixto. En el circuito 1 las dos bombillas de la derecha se pueden apagar de forma independiente pero la de la izquierda no, si la apagamos apagaremos todo el circuito; se trata de un circuito mixto. En cambio en el circuito 2 las tres bombillas se podrían apagar de forma independiente; se trata de un circuito en paralelo.

25 Tecnologías 3º ESO Tema 1: Electricidad Página Circuitos idénticos Un circuito admite múltiples montajes, es decir, puede montarse de diferentes maneras. Por ejemplo, estos tres circuitos son el mismo, son tres montajes distintos de un circuito de tres bombillas en serie: Y aquí tenemos otros tres montajes del mismo circuito, en esta ocasión de tres bombillas en paralelo: Sin embargo los dos montajes que vemos a continuación sí que responden a dos circuitos diferentes: en el de la izquierda tenemos dos bombillas en serie entre sí y en paralelo con una tercera, y en el de la derecha dos bombillas en paralelo entre sí y en serie con una tercera.

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27 Tecnologías 3º ESO Tema 1: Electricidad Página Energía eléctrica y medio ambiente La electricidad no es en sí misma una energía contaminante; el problema que origina en el medio ambiente no está en su uso sino en su obtención y transporte: La electricidad se genera en centrales eléctricas; o bien quemando carbón o petróleo en una central térmica, que es una actividad muy contaminante, o bien mediante un reactor nuclear que produce residuos radiactivos. Aunque se estén empleando cada vez más las energías alternativas, su producción es todavía insuficiente y tampoco está totalmente exenta de perjuicio al medio ambiente. Para minimizar las pérdidas de energía, la electricidad se distribuye por medio de líneas de alta tensión que pueden ser peligrosas para el medio ambiente por los campos electromagnéticos que generan y el riesgo de electrocución para personas y animales.

28 Tecnologías 3º ESO Tema 1: Electricidad Página Criterios de evaluación Tras haber estudiado este tema debes ser capaz de: Conocer y valorar los efectos de la energía eléctrica, su capacidad de conversión en otros tipos de energía y las consecuencias medioambientales de su utilización. Diseñar circuitos con la simbología adecuada, simular y comprender su funcionamiento. Comprender el funcionamiento de elementos de control como interruptores y conmutadores. Distinguir los diferentes tipos de circuito y las diferentes formas que puede adoptar un mismo circuito. Identificar cortocircuitos y otros errores de diseño en un circuito eléctrico. Conocer los efectos medioambientales de la generación y el uso de la corriente eléctrica.