t e 1 3eso

LA ELECTRICIDAD

t e m

a

1 3ESO

Luis García Molina. I.E.S. El Cabanyal (Valencia)

¿Por qué damos este tema?

1- La electricidad es la energía principal de las máquinas de las fábricas y de los comercios, así como de su iluminación. También es muy importante en la calefacción, refrigeración y cada vez más importante en los vehículos, que ahora son eléctricos. Conocer la electricidad podría hacer que tengas un mejor puesto de trabajo en fábricas o tiendas.

2- Porque en nuestras casas la electricidad es fundamental: se iluminan, calefactan y se refrigeran con electricidad. Los electrodomésticos, incluido televisión, ordenador, móvil son eléctricos… los coches que compramos ya son híbridos y pronto puede que sean eléctricos. Conocer la electricidad hace que seas mejor consumidor y que no te engañen. Piensa en todos los aparatos de tu casa que funcionan con electricidad.

3- Porque el uso de máquinas eléctricas mejora el confort en nuestras vidas y facilita el trabajo de las personas. Es una energía que puede ser no contaminante. Conocer este tema te ayudará a mejorar tu país, el mundo y a ayudar a las personas. Piensa ejemplos de ello.

0-INTRODUCCIÓN-REPASO 2ESO I-PROBLEMAS CON CIRCUITOS EN SERIEII-PROBLEMAS CON CIRCUITOS EN PARALELOIII-PROBLEMAS CON CIRCUITOS MIXTOSIV-CORRIENTE ALTERNA: V-ELECTROMAGNETISMO:

Índice

Vamos a recordar las 3 magnitudes físicas fundamentales de la electricidad y la ley de Ohm:

ACTIVIDAD:Completa el siguiente cuadro.Magnitud y símbolos

Unidad de medida y el símbolo

Definición Instrumento de medición y el símbolo

Las instrucciones para medir

Intensidad (I)

• Las 3 magnitudes están relacionadas de acuerdo a una ley físico-matemática llamada “ley de Ohm”:– La intensidad de corriente es

mayor a más voltaje.– La intensidad de corriente es

menor a más resistencia eléctrica.

Voltaje (V)

Resistencia (R)

VI = R

INTRODUCCIÓN: repaso 1ºESO

3

La ley de Ohm nos sirve para poder conocer, mediante un cálculo, el valor de una magnitud si conocemos los valores de las otras dos.Vamos a resolver este problema:> Calcula mediante la ley de Ohm el valor de la intensidad de corriente en el siguiente circuito:PASO 1: Indicar la fórmula en un cuadro

PASO 2: Indicar los datos y la incógnita

PASO 3: Substituir los datos en la fórmula

PASO 4: Resolver: obtener el valor de la incógnita.

PASO 5: Indicar la solución en un círculo con sus unidades correspondientes y también escribirla con palabras.

3 V

50

4

I = ? A.V= 3 VR= 50

3I =

I =

I = SOLUCIÓN:SOLUCIÓN:La intensidad de corriente de este circuito es de 0,06 amperios.

VI = R

En un circuito en serie lo primero que tenemos que saber es que podemos aplicar la ley de Ohm a cada elemento por separado (al 1, al 2,…) e incluso a todos la a la vez (total). La ley es siempre la misma: I=V/R, el objeto de aplicación viene indicado en el subíndice.

-Podemos aplicar la ley a la bombilla 1:

-Podemos aplicar la ley a la bombilla 2:

-Podemos aplicar la ley al EL CIRCUITO TOTAL:(a las dos bombillas a la vez)

bombilla 1 bombilla 2

Vbombilla2Ibombilla2 =

Rbombilla2

Vtotal Itotal =

Rtotal

Imágenes: clips Cocodrile

Fórmulas para la conexión en serie (1): ley de Ohm

I. PROBLEMAS CON CIRCUITOS EN SERIE

Vbombilla1Ibombilla1 =

Rbombilla1

total

Fórmulas para la conexión en serie (2)

Vtotal

V1 Una parte

de VtotalV2 Una parte

de Vtotal

vtotal = V1 + V2

Rtotal = R1 + R2

Itotal = I1 = I2

> La INTENSIDAD de corriente que pasa por los receptores en serie (I1, i2...): es la misma intensidad en todos y es la misma que sale del

generador (Itotal

)

> Resistencia total: La R total de las dos luces al mismo tiempo es la suma de las resistencias de cada bombilla separado.

> Voltaje: la energía de la batería se comparte entre los bombillas, dependiendo de cada valor de resistencia. Cuanto más resistencia, utiliza más energía.


Ahora vamos a obtener un segundo grupo de fórmulas físico-matemáticas para la conexión en serie. Lo que vamos a hacer es recordar las particularidades de la conexión en serie y traducirlas a fórmulas físicas.

Itotal

Ibombilla1 Ibombilla2

Con estas fórmulas ya podemos enfrentarnos a la resolución de problemas numéricos de receptores conectados en serie: 6

a) calcula el valor de la resistencia total de todo el circuito (de las dos bombillas vez) (5 pasos)

b) calcula, utilizando la ley de Ohm, el valor del votaje total de la pila(5 pasos)c) >Indica cuál es el valor de la intensidad total del circuito (fíjate bien en los datos)>Averigua cuál es la intensidad que pasa por la bombilla 1. I

1

>Averigua lo mismo para la bombilla 2. I2

d) >Ahora calcula el voltaje que consume la bombilla 1. (5 pasos)>Calcula el voltaje que consume la bombilla 2. (5 pasos) e) Verifica que la suma de la tensión de cada bombilla es igual a total.

Itotal = 0,03 A

350 50

Vtotal

Ahora sólo nos queda usar estas fórmulas para resolver problemas: averiguar datos SIN tener que medir de verdad.

ACTIVIDADES 1.1:

7

Solución:a)Rt= 400 ohmb) Vt= 12 Vc) It= 0,03 A / I1= 0,03 A / I2=0,03 Ad) V1= 1,5 V / V2= 10,5 Ve) 1,5+ 10,5 = 12

• ACTIVIDADES 1.2: Calcula:-a) Rtotal del circuito (5 pasos)-b) It del circuito.(5 pasos)-c) I1 e I2 -d) V1 y V2 (5 pasos)-e) Comprueba que Vtotal= V1 + V2

ACTIVIDAD 1.3: Realiza los mismos cálculos que el problema anterior pero aplicados a un circuito de 3 BOMBILLAS EN SERIE, de 200 , 780 i 620 de resistència respectivament. En este caso el voltaje total es de 24 V.

ACTIVIDAD 1.4: Tenemos un circuito formado por un generador de voltaje desconocido y 3 BOMBILLAS EN SÈRIE de 900 y 350 de resistencia respectivamente. En estte caso hemos medido la intensidad de corriente total y sabemos que es de 0,009 A. Calcula

a) Rt b) Vtc) It I1 I2 I3d) V1 V2 V3e) Comprueba que Vt=V1+V2+V3

Itotal = ? A

2000 150

Vtotal =18V

8

Solución:a) Rt= 2150 ohmb) It= 0,0083 A / I10I2= 0,0083Ad) V1= 1,26V / V2= 16,8 V

Solución:d) Rt= 2700 ohm / Vt= 24,3 V / I1=I2=I3= 0,009A / V1=8,1 V2=13,05, V3=3,15

Solución:a) Rt= 1600 ohmb) It= 0,015 A / I1=I2=0,0015Ad) V1= 3V / V2= 11,7V / V3= 9,3V

En un circuito en paralelo la ley de Ohm se aplica de forma similar a un circuito en serie. Podemos aplicar la ley de Ohm a cada elemento por separado (al 1, al 2,…) y también a todos la a la vez (total). La ley es siempre la misma: I=V/R, el objeto de aplicación viene indicado en el subíndice.

-Si aplicamos la ley a la bombilla 1:

-Si aplicamos la ley a la bombilla 2:

-Si aplicamos la ley a EL CIRCUITO TOTAL:Observa que estas fórmulas son iguales que para la conexión en serie.

Vbombilla1

Ibombilla1

=

Rbombilla1

Vbombilla2

Ibombilla2

=

Rbombilla2

Vtotal

Itotal

=

Rtotal


Bombilla 1

Bombilla 2

II. PROBLEMAS CON CIRCUITOS EN PARALELO

total

9

• La intensidad total del circuito se divide entre los dos caminos. La total es siempre la suma de la de los diferentes caminos. Cuanto mayor es la resistencia de cada bombilla, menor intensidad de la total pasa a su través.

• Resistencia total: La R total se calcula utilizando esta extraña fórmula. El resultado debe ser menor que la más pequeña de las resistencias.

• El voltaje de cada bombilla es el mismo que el total del circuito. Recuerda que cada bombilla es como si estuviera conectada “por su cuenta” con el generador.

Itotal

VtotalVtotal

Itotal

ITotal = I1 + I2

1 RTotal =

1 + 1 R1 R2

vTotal = V1 = V2


Fórmulas para la conexión en paralelo (2)Ibombilla1

En este segundo grupo de fórmulas físicas para la conexión en paralelo, también vamos a obtnerlas a a partir de las particularidades de esta conexión. Ibombilla2

10

Tenemos un circuito con pila de 15 Voltios, y 2 bombillas conectadas en

PARALELO, de 300 y 60Ω de resistencia respectivamente

a) Calcula el valor de la resistencia total del circuito (la de las dos bombillas a la vez)(5 pasos)b) b-1)¿ Cuál es el valor del voltaje total del circuito?b-2) ¿Cuál es el voltaje que usa la bombilla 1?b-3) ¿cuál es el voltaje de la bombilla 2?c) c-0) Calcula la intensidad total que pasa por el circuito.(5 pasos)

c-1) Calcula la intensidad que pasa por la bombilla 1 (5 pasos)

c-2) Calcula la intensidad que pasa por la bombilla 2. (5 pasos)

d) comprueba que Itotal= I1 + I2

Itotal = ? A

R1=300

R2=60 Vtotal= 15V

Ahora sólo nos queda usar estas fórmulas para resolver problemas: averiguar datos SIN tener que medir de verdad.

ACTIVIDADES 2.1:

11

Solución:a)Rt= 50 ohmb) Vt= 15 V / V1= V2= 15 Vc) It= 0,3 A / I1= 0,05 A / I2=0,25 Ad) 0,05+ 0,025 = 0,3

• ACTIVIDAD 2.2 : Calcula: – La R total del circuito – La I total del circuito (5pasos)– La V1 y V2– La I1 y I2 (5pasos)– Comprueba que It=I1+I2


ACTIVITAT 2.4 : Tenemos un circuito con 3 bombillas en paralelo de 500 700 y 200 ohms de resistencia. En este caso sabmeos que la intensidad total que es de 1´2 A. Calcula:Rt / Vt (5pasos) / V1 / V2 / V3/ I1 (5pasos) / I2 (5pasos) / I3 (5 pasos)/ Comprueba It=I1+I2

• ACTIVITAT 2.3 : Realiza los mismos cálculos que en el problema anterior pero para un circuito con una pila de 24V y 3 BOMBILLAS EN PARALELO, cuyos valores de resistencia son 1000, 2500 i 7250 respectivamente.

100 ohm

200 ohmV=14 V

12

Solución:Rt= 66,67 ohm / It= 0,21 A / V1=V2=14 V / I1=0,14 A I2=0,07

Solución:Rt= 650,22 ohm / It= 0,037 A / V1=V2=V3=24V / I1=0,024A I2=0,0096 I3=0,0033A

Solución:Rt= 118,64 ohm / Vt= 142,37 A / V1=V2=V3=142,37V / I1=0,285A I2=0,203A I3=0,71A

III. PROBLEMAS DE CIRCUITOS MIXTOS

En este primer caso la estructura general está en serie: un grupo de 2 resistores en paralelo R1-R2, en serie con un tercer resistor R

3. Para calcular la Rtotal (R1-2-3)

procederemos de la siguiente manera,de pequeño a grande.

>Primero calcularemos el valor de las resistencia equivalente de las resistencias en paralalelo (R1-2).>Finalmente para obtener R

total sumaremos en

serie este valor(R1-2) con R3.

1º2º

Para resolver los circuitos mixtos primero tenemos que mirar a la distribución global de las resistencias. Procederemos siempre de pequeño a grande.

MIXTO TIPO A

13


En este segundo caso la estructura general está en paralelo: arriba un grupo de 2 resistores en serie R1-R2, en paralelo tercer resistor R

3 abajo. Para calcular la Rtotal (R1-2-

3) procederemos de la siguiente manera, siempre de pequeño a grande.

>Primero calcularemos el valor de las resistencia equivalente de las resistencias en serie (R1-2).>Finalmente para obtener Rtotal calcularemos el valor equivalente en paralelo de este valor(R1-2) con R3.

2º1º

MIXTO TIPO B

14

Actividad 3.1a) Calcula el valor de la resistencia total del circuito

b) ¿Cuál es el valor de la Itotal del circuito?

Actividad 3,2 a) Calcule el valor de la resistencia total del circuito

b) ¿Cuál es el paso total de corriente a través del circuito?

15

Solución:Rt= 1447,76 ohm / It= 0,0034 A

Solución:Rt= 118,64 ohm / It= 0,042 A

• ACTIVIDAD 3.3: Tenemos este circuito mixto. Calcula:-R1-2

• -Rtotal del circuito-It del circuito.

• - V1-2 , V1 y V2• - v3• - Comprueba que Vt=V1-2 + V3• -I1 e I2 e I3

R1

R2

R3

12V

120 Ω

50 Ω

80 Ω

• ACTIVIDAD 3.4: Tenemos este circuito mixto. Calcula:• - R1-2• - Rt

-Vt del circuito.• - I3

- V1-2• - V3• - I1-2, I1 y I2• - V1 y V2

?VIt=0,6 A

?V

30 Ω 45 Ω

80 Ω

16

Solución:R1-2= 35,3 ohm Rt= 115,29 ohm / It=0,104 A / V1-2=3,67V / V3=8,32V I1=0,03A I2=0,073A I3=It=0,104 A

Solución:R1-2= 75 ohm / Rt= 38,71 ohm / Vt= 23,226 V / V1-2= 23,226V V1= V3= 23,226v I1-2=0,31A I3=0,29A / V1=9,3V V2=13,95V

R1 R2

R3

I = 60

R = 100

V = 6

R = 100 R = 100

V = 3 V = 3I = 30

RT = 200

R = 100

R = 100

V = 6

V = 6

I = 120

I = 60

I = 60

RT = 50

R = 100

R = 100

R = 100

V = 4V = 2

V = 2

RT = 50I = 40

I = 20

I = 20

RT = 100 + 50 = 150

R = 100 R = 100

R = 100

V = 6

V = 3

V = 3

V = 6

I = 90

I = 30

I = 60

RT = 66,7

Observa que las bombillas brillan según la

intensidad que pasa por ellas. Y ésta dependerá de la R total dada por conformación serie-paralelo-mixto)

En serie, Como Rt es doble, la I es la mitad

El segundo grupo facilita un poco el paso.

En paralelo se facilita el paso de e-. Se reduce mucho la Rt

El grupo de arriba, por estar en serie, perjudica un poco el paso de e-

En cualquier caso, siempre es mejor en paralelo

17

Generadores corriente continuaLas pilas y las dinamos son generadores de un tipo de corriente eléctrica llamada corriente continua.

– Estos generadores mantienen un voltaje constante, todo el rato igual.

– Como la fuerza que mueve a los electrones es todo el rato igual, los electrones se mueven siempre a la misma velocidad y en el mismo sentido.

Por lo tanto la corriente continua es un tipo de corriente eléctrica que tiene un valor de voltaje e intensidad constante y en la que el movimiento de las cargas siempre es en el mismo sentido.

electrones


IV. CORRIENTE ALTERNA

18

Generadores Corriente alterna

Los alternadores son generadores de un tipo de corriente eléctrica llamada corriente alterna.

– Estos generadores mantienen un voltaje variable. Su energía cambia con el tiempo. Primero crece hacia una valor máximo en positivo, después decrece, pasan por cero 0 Y sigue decreciendo hacia el mismo valor, pero en negativo.

– Como la fuerza cambia así, los electrones van acelerando hacia un lado, paran y aceleran hacia el otro lado.

Por tanto la corriente alterna es un tipo de corriente eléctrica que tiene unos valores de voltaje, intensidad y sentido de la corriente variables de manera periódica.

electrones

Imágenes: clips Cocodrile19

• ACTIVIDAD 4.1: Mira estos dos diagramas que representan la variación de tensión (eje Y) con el tiempo (eje X) y decir que le da corriente continua y corriente alterna que.

V

t

V

t

20

1 . La corriente alterna es el tipo de corriente más usado debido a que su transporte a largas distancias es más barato.

Esto es debido a que el transporte de largas distancias es más barato y eficaz hacerlo a voltajes elevadísimos de hasta 400.000 V!!. De esta manera las pérdidas son menores.

Con la corriente continua NO se puede modificar el voltaje una vez ha salido del generador.

Sin embargo con la corriente alterna se pueden usar unos aparatos con los que se puede SUBIR MUCHO el voltaje fácilmente (y después bajarlo). Estos aparatos se llaman transformadores y cuyo funcionamiento veremos en la el punto 3.

21

7 cosas de la corriente alterna

2. GENERACIÓN Y TRANSPORTE DE LA CORRIENTE ALTERNA.– La corriente eléctrica alterna se genera en los alternadores de

las diferentes centrales eléctricas. El generador consta básicamente de una turbina que mueve el generador electromagnético o alternador. La diferència entre los diferentes tipos de centrales elèctricas (eòlica, solar, nuclear, tèrmica etc.) es el tipo de fuentte de energía natural que mueve la turbina (viento, sol, uranio, carbón...).

– La corriente eléctrica alterna se transporta desde la central eléctrica hasta nuestras casas a través de la red de transporte. Esta red se divide en tres tramos: alta tensión (200.000-400.000 V), media tensión (10.000 V) y baja tensión (220 V)..

T

alternador

transformador de 1Red de transporte

ALTO VOLTAJE T

T

La red de media tensión BAJA

TENSIÓN Red Transformador 2

transformador de 3 turbina

(7 cosas de la corriente alterna)

22

3. TRANSFORMACIÓN DEL VOLTAJE EN LA CORRIENTE ALTERNALos transformadores son los aparatos que elevan y bajan el valor de la tensión o voltaje.

• Los que están en la red de transporte,junto a las torres de gran tensión son muy grandes.

• Los que están dentro de un electrodoméstico o aparato electrónico para bajar la tensión de 220 V a lo que necesite el aparato (5V) son pequeños


23

5. RECTIFICACIÓN DE LA CORRIENTE ALTERNA EN CONTINUALos aparatos electrónicos usan corriente continua y a unos 5

V. Algunos la obtienen de su pila o batería. Pero muchos se conectan al enchufe doméstico, que como sabes es de corriente alterna y a unos 220V.Ya sabemos que el voltaje se baja con un transformador.Necesitamos unos aparatos que pasen la corriente alterna a continua que se llaman rectificadores.

LOS RECTIFICADORES.Los rectificadores están compuestos por un puente de

diodos y un condensador. Aquí tienes el esquema de un rectificador.

alternador

Puente de diodos

condensador

Afuera, en continua



24

6. La corriente alterna es la que se usa en la industria y se usa en forma TRIFÁSICA.

Si en vez de poner esto:

Ponemos esto:

Nos ahorramos un montón de cables (más barato alrededor) y funciona igual de bien.

Se llama trifásica a una instalación usa 3 cables de fase. En ella se colocan los generadores y los receptores de 3 en 3, bien en forma de triángulo o bien de estrella. , ya que utiliza tres fases o 3 cables de fase.

M

MM



25

Este diagrama representa la variación del voltaje de la corriente alterna en el tiempo. Como puedes observar el voltaje alterno presenta un diagrama que es variable (varia en el tiempo), periódico (que es repetix en cicles) i sinusoïdal (en forma de “S”).

Primero crece hacia un valor màximo en positivo. Después decrece pasando per cero 0 y sigue decreciendo hacia el mateix valor máximo, pero en negativo.Lo más importante de este apartado es identificar el nombre de las parte del diagrama: periodo, amplitud i frecuencia.

–

V

t

1 cicle 1 cicle

període

amplitud

(7 coses del corrent altern)

26

freqüència: Es el número de ciclos que tienen lugar en 1 segundo. Su valor es f = 50 Hz, es decir de 50 cicles por segundo!

6. Diagrama de la corriente alterna:

7. RESUMEN: Ventajas generales de la corriente alternaLa corriente alterna se ha preferido a la corriente continua a causa de 2 razones principales:

A. La corriente alterna permite que transporte de energía eléctrica a altas tensiones. Esto hace que tenga menos pérdidas de tensión y potencia,y por lo tanto sea más barato y eficaz a largas distancias

B. La corriente alterna permite montajes llamados TRIFÁSICOS, que reducen el número de cables necesarios y por lo tanto abaratan costes de instalación.


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• ACTIVIDAD 4. 2: Respuestas • A) ¿Cuál es la salida?• B) ¿Qué ventajas tiene que explicar por qué usar?• C) ¿Qué dispositivos utilizan corriente continua?• D) ¿Qué dispositivos utilizan corriente alterna?• E) ¿Cuál es la corriente alterna trifásica?• F) ¿Cuáles son las ventajas?• g) Indique en el diagrama de lo que es la amplitud,

período, ciclo y la frecuencia?

V

t

28

El MAGNETISMO es la propiedad que tienen algunos materiales de atraer materiales férricos y atraer-repeler a otros imanes.

¿POR QUÉ HAY MAGNETISMO?

El magnetismo se produce por UNA ORDENACIÓN DE LAS CARGAS ELÉCTRICAS DE LOS ÁTOMOS del material.

+ -

+ -

+ -

+ --+Material normal

Material magnético

NS

v. ELECTROMAGNETISMO

EL MAGNETISMO

Como puedes intuir, electriciad y magnetismo están provocadas por el movimiento de los electrones.Por eso: ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO ESTÁN RELACIONADOS.La unión de ambas se llama ELECTRO-MAGNETISMOEXISTEN 3 RELACIONES-INTERACCIONES ENTRE ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO

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La primera relación entre ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO que vamos a estudiar es el hecho de que un conductor por el que circula corriente eléctrica se comporta como un imán.

= NS

Aprovechando este efecto se construyen ELECTROIMANES: imanes con cables eléctricos en forma de bobina (el arrollamiento aumenta el poder magnético del cable)

electrones

-+

INTERACCIÓN 1 entre electricidad y magnetismo

30

-+

Campo magnético Campo magnético

Campo magnético

Los imanes en movimiento pueden mover los electrones de los átomos. Al mover un cable eléctrico sin corriente en el campo de influencia de un imán, se genera (induce) una corriente eléctrica en el cable.

electrones

=

S

Así se construyen GENERADORES ELÉCTROMAGNÉTICOS de corriente eléctrica, con cables eléctricos y electroimanes.

N

Como el cable NO se mueve no ocurre nada

S N

Como el cable SÍ se mueve los electrones se ponen en movimiento


31

Se comporta

como una pila

Símbolo de un generador electromagnético de corriente continua

Símbolo de un generador electromagnético de corriente alterna

Un imán (o electroimán) puede mover a otro.

S

Así se construyen MOTORES ELÉCTRICOS con electroimanes.

N

Los opuestos se atraen Polos iguales se repelen

S S

+

eje

estator

rotor

cepillo

colector

+

Combinando adecuandamente los polos tenemos una

rotación


32

33

ACTIVIDAD 5. 1: Contesta • A) Explica la interacción 1 entre electricidad y magnetismo• B) ¿Cómo funciona un electroimán?• C) Explica la interacción 2 entre electricidad y magnetismo• D) ¿Cómo funciona un generador electromagnético?• E) Explica la interacción 3 entre electricidad y magnetismo

F) ¿Cómo funciona un motor eléctrico?

45

Finalizado

t e 1 3eso

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