CEFIRE DE ELDA ÁREA DE TECNOLOGÍA TECNOLOGÍA
Circuitos Eléctricos
Autores:
Fernández González, Jorge Toledo Jiménez, Beatriz Toledo Jiménez, María Elena
Índice 1.
INTRODUCCIÓN......................................................................................... 4
2.
OBJETIVOS. OBJETIVOS. ........... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... ...................... ............... .... 4
2.1
Objetivos de etapa..................................................................................... 4
2.2
Objetivos de área....................................................................................... 5
2.3
Objetivos didácticos.................................................................................. 7
3.
CONTENIDOS............................................................................................. 7
3.1
Conceptos. Conceptos............ ....................... ....................... ....................... ....................... ...................... ....................... ....................... ................. ...... 8
3.2
Procedimientos.......................................................................................... 8
3.3
Actitudes. Actitudes. .......... ..................... ....................... ....................... ...................... ...................... ....................... ....................... ..................... .......... 8
4.
TEMAS TRANSVERSALES........................................................................ 9
5.
UNIDAD DIDÁCTICA................................................................................ 10
5.1
Producción y consumo de la electricidad............................................. 10
5.2
Efectos de la electricidad........................................................................ 11
5.3
Concepto de electricidad........................................................................ 13
5.4
Materiales Materiales........... ...................... ...................... ....................... ....................... ...................... ...................... ....................... ................... ....... 14
5.5
El circuito eléctrico ................................................................................. 14
5.6 Magnitudes eléctricas ........................ ............ ......................... ......................... ......................... .......................... ................. 15 5.6.1 Intensidad Intensidad de la corriente corriente eléctri eléctrica ca y su medida medida ....................... .................................. ............. .. 15 5.6.2 Tensión Tensión eléctric eléctrica a y su medida........... medida...................... ....................... ....................... ...................... ................... ........ 16 5.6.3 Resistenci Resistencia a eléctrica eléctrica y su medida.................... medida............................... ...................... ....................... ................ .... 16 2
5.7
Ley de Ohm .......... ..................... ....................... ....................... ...................... ...................... ....................... ....................... ................ ..... 18
5.8
Potencia eléctrica .......................... ............. ......................... ......................... .......................... .......................... .................... ....... 19
5.9 Asociación de resistencias..................................................................... 19 5.9.1 Circuitos Circuitos en serie ....................... ................................... ....................... ....................... ....................... ....................... .............. .. 20 5.9.2 Circuitos Circuitos en paralelo paralelo ...................... ................................. ....................... ....................... ....................... ...................... .......... 20 5.9.3 Circuitos Circuitos mixtos.................... mixtos............................... ...................... ...................... ....................... ....................... ..................... .......... 21 6.
ACTIVIDADES. ......................................................................................... 21
7.
EVALUACIÓN........................................................................................... 25
7.1
Criterios de evaluación. ......................... ............ .......................... ......................... ......................... ........................ ........... 25
7.2
Instrumentos de evaluación. ......................... ............. ......................... .......................... .......................... ................. 26
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1. Introducción. La presente unidad didáctica Circuitos eléctricos se ha realizado con el propósito principal de servir al docente del área de Tecnología. La importancia de esta unidad radica en que su estudio permite desarrollar las destrezas y capacidades suficientes y necesarias para que el alumnado pueda conocer los fundamentos básicos de los circuitos eléctricos. Esta unidad, contribuye también a desarrollar el razonamiento lógico mediante el análisis de principios científicos y técnicos básicos, que permitirán la comprensión de determinados aspectos del mundo en el que vivimos. La unidad didáctica está dirigida al alumnado de tercero de educación secundaria obligatoria y ha sido diseñada para ser tratada en un conjunto de diez sesiones.
2. Objetivos. 2.1 Objetivos de etapa. La finalidad de la Educación Secundaria Obligatoria es transmitir a los alumnos los elementos básicos de la cultura, especialmente en sus aspectos científico, tecnológico y humanístico. Asimismo, afianzar en ellos hábitos de estudio y trabajo que favorezcan el aprendizaje autónomo y el desarrollo de sus capacidades, como formarlos para que asuman sus deberes y ejerzan sus derechos y prepararlos para su incorporación a estudios posteriores y para su inserción laboral. La Ley Orgánica 10/2002, de 23 de diciembre, de Calidad de la Educación, publicado en el BOE de 24/12/2002, establece que los alumnos y las alumnas deberán alcanzar los siguientes objetivos generales en la Enseñanza Secundaria Obligatoria: a) Asumir responsablemente sus deberes y ejercer sus derechos en el respeto a los demás, practicar la tolerancia y la solidaridad entre las personas, y ejercitarse en el diálogo afianzando los valores comunes de una sociedad participativa y democrática. b) Desarrollar y consolidar hábitos de estudio y disciplina, como condición necesaria para una realización eficaz de las tareas del aprendizaje, y como medio para el desarrollo personal.
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c) Desarrollar destrezas básicas en la utilización de las fuentes de información para, con sentido crítico, adquirir nuevos conocimientos. d) Afianzar el sentido del trabajo en equipo y valorar las perspectivas, experiencias y formas de pensar de los demás. e) Comprender y expresar con corrección, oralmente y por escrito, en la lengua castellana y, en su caso, en la lengua cooficial de la Comunidad Autónoma, textos y mensajes complejos, e iniciarse en el conocimiento, la lectura y el estudio de la literatura. f) Concebir el conocimiento científico como un saber integrado, que se estructura en distintas disciplinas, matemáticas y científicas, y conocer y aplicar los métodos para identificar los problemas en los diversos campos del conocimiento y de la experiencia, para su resolución y para la toma de decisiones. g) Desarrollar la competencia comunicativa para comprender y expresarse en una o más lenguas extranjeras de manera apropiada, a fin de facilitar el acceso a otras culturas. h) Adquirir una preparación básica en el campo de las tecnologías, fundamentalmente, mediante la adquisición de las destrezas relacionadas con las tecnologías de la información y de las comunicaciones, a fin de usarlas en el proceso de aprendizaje para encontrar, analizar, intercambiar y presentar la información y el conocimiento adquiridos. i) Consolidar el espíritu emprendedor, desarrollando actitudes de confianza en uno mismo, el sentido crítico, la iniciativa personal y la capacidad para planificar, tomar decisiones y asumir responsabilidades responsabilidades.. j) Conocer los aspectos básicos de la cultura y la historia y respetar el patrimonio artístico y cultural; conocer la diversidad de culturas y sociedades, a fin de poder valorarlas críticamente y desarrollar actitudes de respeto por la cultura propia y por la de los demás. k) Apreciar, disfrutar y respetar la creación artística; identificar y analizar críticamente los mensajes explícitos e implícitos que contiene el lenguaje de las distintas manifestaciones artísticas. l) Conocer el funcionamiento del propio cuerpo, para afianzar los hábitos de cuidado y salud corporales e incorporar la práctica del deporte, para favorecer el desarrollo en lo personal y en lo social. m) Conocer el entorno social y cultural, desde una perspectiva amplia; valorar y disfrutar del medio natural, contribuyendo a su conservación y mejora.
2.2 Objetivos de área.
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El Decreto 39/2002, de 5 de marzo, del Gobierno Valenciano, por el que se modifica el Decreto 47/1992, de 30 de marzo, del Gobierno Valenciano, por el que se establece el currículo de la Educación Secundaria Obligatoria en la Comunidad Valenciana, publicado en el DOGV nº 4206 de 08/03/2002, establece que los alumnos y las alumnas deberán alcanzar los siguientes objetivos generales: 1- Abordar con autonomía y creatividad problemas tecnológicos sencillos, trabajando de forma ordenada y metódica (seleccionar y elaborar la documentación pertinente, concebir, diseñar y construir objetos o sistemas que resuelvan el problema estudiado, y evaluar su idoneidad), valorando y respetando las normas de seguridad e higiene, y sus efectos sobre la salud personal y colectiva. 2. Analizar objetos y sistemas técnicos para comprender su funcionamiento, conocer sus elementos y las funciones que realizan, aprender la mejor forma de usarlos y controlarlos, entender las razones que condicionan su diseño y construcción y valorar las repercusiones que ha generado su existencia. 3. Planificar proyectos tecnológicos sencillos, anticipando recursos materiales y humanos, seleccionando y elaborando documentación para la organización y gestión de su desarrollo. 4. Expresar y comunicar ideas y soluciones técnicas y explorar su viabilidad, empleando los recursos adecuados. 5. Desarrollar habilidades necesarias para manipular, con la precisión adecuada, herramientas, objetos y sistemas tecnológicos. 6. Desarrollar actitudes solidarias, responsables, tolerantes y flexibles en el trabajo en equipo, en la toma de decisiones, ejecución de tareas y búsqueda de soluciones. 7. Asumir de forma activa el avance y la aparición de nuevas tecnologías, incorporándolas a su quehacer cotidiano. 8. Organizar y elaborar la información recogida en las diversas búsquedas y presentarla correctamente; utilizar los diferentes recursos de Internet para localizar información e intercambiar y comunicar ideas. 9. Desarrollar interés y curiosidad hacia la actividad tecnológica, generando iniciativas de investigación, así como de búsqueda y elaboración de nuevas realizaciones tecnológicas. 10. Analizar y valorar críticamente la influencia del uso de las diferentes tecnologías sobre la sociedad y el medio ambiente. 11. Valorar los sentimientos de satisfacción y disfrute producidos por la habilidad para resolver problemas que permitan perseverar en el esfuerzo, superar las 6
dificultades propias del proceso y contribuir de este modo al bienestar personal y colectivo. 12. Conocer las necesidades individuales y sociales más cercanas, así como las soluciones más adecuadas que ofrece el patrimonio tecnológico del propio entorno.
2.3 Objetivos didácticos. Con la presente unidad didáctica se pretende que los alumnos alcancen los siguientes objetivos didácticos: - Comprender el esquema de transporte y distribución de la energía. - Conocer los efectos que puede producir una corriente eléctrica. - Distinguir los diferentes tipos de materiales que se pueden distinguir según su comportamiento eléctrico. - Conocer las magnitudes fundamentales que intervienen en los circuitos eléctricos. - Comprender el concepto de intensidad intensidad de corriente. - Identificar y manejar diferentes unidades de intensidad intensidad de corriente. - Comprender los conceptos de diferencia de potencial y fuerza electromotriz. - Analizar circuitos eléctricos sencillos (en serie y paralelo) para obtener información (voltajes, resistencias), que se aplicará a su diseño, y comprender su funcionamiento. - Conocer y aplicar la ley de Ohm. - Organizar la información recogida en las diversas fuentes fuentes para llevar a cabo una tarea. - Desarrollar las habilidades necesarias para manipular con precisión circuitos eléctricos sencillos. - Realizar montajes de circuitos eléctricos sencillos en corriente continua. - Analizar y valorar críticamente la influencia de la electricidad en la sociedad y en el medio ambiente
3. Contenidos.
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3.1 Conceptos. 1. Producción y distribución de la energía eléctrica. 2. La corriente eléctrica. Efectos. 3. Tipos de materiales: aislantes, conductores y semiconductores. 4. Magnitudes eléctricas. Ley de Ohm. Energía y potencia. 4. Aparatos de medida de las magnitudes eléctricas: amperímetro, voltímetro, polímetro. 5. Conexión de receptores. 6. Análisis de circuitos.
3.2 Procedimientos. 1. Representación gráfica de circuitos y diagramas. 2. Cálculo de intensidad, voltaje y resistencia en un circuito de corriente continua sencillo. 3. Comprobación de los valores de las magnitudes eléctricas estudiadas con instrumentos de medida adecuados siguiendo las normas de uso, conservación y seguridad. 4. Comprobación experimental de los efectos de la l a corriente eléctrica. 5. Identificación del valor de una resistencia a partir del código de colores representado en su superficie. 6. Clasificación de los distintos materiales según su comportamiento eléctrico. 7. Diseño, montaje e interpretación de circuitos eléctricos.
3.3 Actitudes. 1. Valoración de la importancia de la electricidad en el funcionamiento de instalaciones de uso cotidiano. 2. Curiosidad por comprender las características, los componentes y el funcionamiento de los circuitos eléctricos. 3. Reconocimiento de la importancia de utilizar códigos normalizados, como el código de colores empleado en las resistencias. 4. Disposición a explorar diferentes aplicaciones de circuitos y componentes eléctricos para utilizarlos en nuevos procesos de diseño y construcción.
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5. Valorar el impacto visual y ambiental de las líneas de tendido eléctrico y la posible influencia de las radiaciones electromagnéticas en la salud.
4. Temas transversales. El carácter integral del currículo implica también la necesidad de incorporar en las diferentes áreas elementos educativos básicos, los llamados transversales, que no están sujetos a ninguna área concreta, sino que afectan a los diferentes ámbitos de la vida. Los temas transversales a tratar en Tecnología son los mismos que en el resto de materias para la Educación Secundaria Obligatoria: -
Educación Moral y Cívica Educación para la paz Educación para la igualdad entre los sexos Educación sexual Educación para la Salud Educación del Consumidor Educación Ambiental Educación Vial
Los temas transversales que se tratan en esta unidad son: Educación Moral y Cívica: Al trabajar en grupo en las actividades de diseño, construcción y elaboración de un circuito eléctrico, se refuerzan las actitudes de tolerancia, solidaridad y respeto a los demás, así como la cooperación en el trabajo con los compañeros. A su vez, se refuerza la autoestima del alumno al diseñar y construir con facilidad circuitos eléctricos que en un principio parecían complejos. Educación para la salud: Se pretende que el alumno desarrolle la capacidad para vivir en equilibrio con su entorno físico, biológico y sociocultural reconociendo los riesgos que comporta el uso de electricidad y de las herramientas que se emplean específicamente para el montaje, reparación o manipulación de los dispositivos e instalaciones eléctricas. Además, el alumno/a debe tomar conciencia sobre las precauciones que se han de tener para evitar accidentes ocasionados por la mala utilización de aparatos eléctricos o por deficiencias en las instalaciones eléctricas. De esta forma, el alumno se concienciará sobre las normas de seguridad en todo lo l o referente a la electricidad. Educación Ambiental: Se fomenta el respeto al entorno físico y natural reflexionando sobre el impacto ambiental derivado de la producción de energía eléctrica. Educación del Consumidor: Se fomenta la responsabilidad de los alumnos como consumidores y el rechazo al consumismo y la degradación del 9
medio ambiente perfilando soluciones que permite reutilizar productos y reflexionando sobre las energías alternativas.
5. Unidad didáctica. 5.1 Producción y consumo de la electricidad La energía eléctrica es hoy en día uno de los pilares básicos de la sociedad desarrollada en la que vivimos. De hecho, el consumo energético de un país esta relacionado con su nivel de desarrollo. La energía puede definirse como la capacidad de un sistema físico para realizar un trabajo. La energía en un sistema puede encontrase en múltiples formas, como por ejemplo energía solar, nuclear, térmica,… Las formas de energía que se encuentran presentes directamente en la naturaleza se denominan energías primarias, siendo fundamentalmente la energía química, solar, gravitacional, nuclear y geotérmica. Sin embargo este tipo de formas de energía no son aptas para ser distribuidas hasta los lugares de consumo. Para ello, se emplea una energía intermedia o secundaria que es la energía eléctrica. La energía eléctrica se produce fundamentalmente en las centrales eléctricas. La misión de una central eléctrica es transformar una forma cualquiera de energía (hidráulica, nuclear, térmica, solar,...) en energía eléctrica. Una vez producida la energía eléctrica, ésta se transporta hasta su punto final de consumo mediante líneas eléctricas a través de cables eléctricos. El esquema básico del sistema de producción y distribución es:
Figura1. Esquema del proceso de producción, transporte y distribución de la energía eléctrica.
En la mayoría de las centrales eléctricas, a excepción de las centrales solares fotovoltaicas, la forma de producir la energía eléctrica es mediante un generador, cuyo eje es movido a través del movimiento de una turbina. La energía producida en la central normalmente es de una tensión de 10000 a 20000 V. 10
Las líneas eléctricas, que realizan el transporte desde los lugares de producción hasta las líneas de distribución, no son perfectas porque poseen resistencia eléctrica, y por ello se producen grandes pérdidas de energía en forma de calor. A medida que aumenta la intensidad, gran parte de la energía eléctrica se pierde al transformarse en calor. Para reducir estas pérdidas se utilizan líneas de alta tensión, en las que previamente se ha empleado un transformador elevador de tensión que aumenta la tensión de 10.000V hasta unos 220000 o 380000 voltios. De esta forma, se disminuye la intensidad de corriente y se puede transportar la energía eléctrica a grandes distancias con pocas pérdidas. En las proximidades de los lugares de consumo se sitúan estaciones de transformación de reducción. Éstas convierten la corriente de alta tensión a baja tensión (380 y 220 V), que es la que se distribuye para ponerla al alcance de los usuarios a través de líneas de baja tensión.
5.2 Efectos de la electricidad La electricidad es una energía que, en principio, por sí misma no tiene utilidad alguna. Sin embargo, este tipo de energía puede ser transformado a otros tipos de energías, como puede ser la térmica, química, magnética o luminosa. Los efectos fundamentales de la electricidad son:
Efecto térmico. Cuando la corriente eléctrica fluye por los materiales conductores llamados resistivos, como por ejemplo el carbón, se produce calor en los mismos. Las calefacciones, cocinas eléctricas, hornos, calentadores de agua, planchas, secadores,... se basan en este efecto.
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Figura 2. Conversión de la energía eléctrica en energía térmica.
Efecto luminoso. Cuando la corriente eléctrica fluye por los filamentos resistivos de una lámpara incandescente, éstos se calientan a temperaturas elevadas, irradiando luz.
Figura 3. Conversión de la energía eléctrica en energía luminosa.
Efecto químico. Cuando la corriente eléctrica fluye por determinados líquidos, éstos se disgregan. Este proceso se denomina electrólisis y basándose en él, se pueden obtener productos químicos y metales, baños metálicos (galvanización) y recarga de baterías de acumuladores.
Figura 4. Conversión de la energía eléctrica en energía química.
Efecto magnético. Cuando se conecta una bobina a un circuito eléctrico, la primera produce un campo magnético similar al de un imán, provocando un efecto de atracción 12
sobre ciertos metales. Basándose en este efecto se pueden construir electroimanes, motores eléctricos, altavoces, instrumentos de medida como el voltímetro y el amperímetro,...
Figura 5. Conversión de la energía eléctrica en energía magnética.
5.3 Concepto de electricidad Se denomina corriente eléctrica al movimiento de electrones por el interior de un conductor. Para que se produzca este desplazamiento debe existir una diferencia cargas entre los dos puntos del conductor, que impulse el movimiento de los electrones.
Figura 6. Sentido físico del concepto de corriente eléctrica.
Este movimiento de electrones se lleva a cabo de forma que los electrones se desplazan a zonas con un mayor potencial. Es decir, el sentido real de la corriente eléctrica lo establecen los electrones, esto es, desde donde hay exceso de carga negativa hasta donde hay una carga positiva.
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Figura 7. Sentido real y convencional de la corriente eléctrica.
Aunque realmente los electrones se mueven del polo negativo al positivo, antiguamente se creía de forma inversa. Esto ha provocado hoy en día se siga manteniendo este criterio, al cuál se le denomina sentido convencional (desde el polo positivo al polo negativo) de la corriente eléctrica.
5.4 Materiales Un material, dependiendo de su comportamiento eléctrico puede clasificarse en conductor, aislante o semiconductor. CONDUCTOR:
Son aquellos que permiten con facilidad el movimiento de electrones. Como por ejemplo la plata (Ag), el oro (Au), el cobre (Cu), el Aluminio (Al), el hierro (Fe),...
AISLANTE:
Impiden el paso de la corriente eléctrica a través de ellos. Este tipo de material tiene tanta importancia como los conductores, ya que una de sus aplicaciones más importantes es como elemento de protección. Algunos ejemplos de materiales aislantes son la porcelana, el vidrio, papel, plásticos (PVC, PE, se emplean en los tubos de protección de baja tensión),...
SEMICONDUCTORES: Tienen propiedades intermedias entre los conductores y los aislantes. Este tipo de materiales se utiliza para la fabricación de dispositivos electrónicos. Algunos de los materiales semiconductores son el silicio (Si), el germanio (Ge), el arseniuro de galio (AsGa),...
5.5 El circuito eléctrico Para que se establezca una corriente eléctrica un circuito como mínimo ha de tener los siguientes elementos: 14
-
-
-
Generador: Se encarga de generar una una diferencia de cargas o de de potencial entre sus polos. Conductor: A través de él fluyen los electrones de una parte a otra del circuito. Receptor: Aprovechando el movimiento de electrones, transforma la energía eléctrica en energía luminosa, calorífica, motriz,...
Figura 8. Elementos de un circuito eléctrico.
5.6 Magnitudes eléctricas 5.6.1 Intensidad de la corriente eléctrica eléctrica y su medida medida
La intensidad de la corriente eléctrica es la cantidad de electrones que recorren el circuito por unidad de tiempo. La unidad de medida es el amperio (A). I =
Q t
1 Amperio =
1 Culombio 1 segundo
donde Q es la carga que atraviesa el circuito (Culombios, C) y t es el tiempo (segundos, s). Para medir la intensidad de la corriente eléctrica se utiliza un aparato de medida llamado amperímetro. Para ello se debe intercalar en el conductor, es decir, se debe conectar “en serie”.
Figura 9. Colocación de un amperímetro en un circuito.
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5.6.2 Tensión eléctrica y su medida
La tensión eléctrica, diferencia de potencial o voltaje es la diferencia de cargas entre dos puntos del circuito. La unidad de medida es el voltio (V). La fuerza necesaria para trasladar los electrones desde el polo positivo al negativo (sentido convencional), y crear así la diferencia de cargas, se le denomina fuerza electromotriz (f.e.m.). Para medir la tensión eléctrica se precisa de un voltímetro, que se conecta siempre entre los dos puntos entre los que se quiere determinar la tensión, es decir, se debe conectar “en paralelo”.
Figura 10. Colocación de un voltímetro en un circuito.
5.6.3 Resistencia eléctrica y su medida
La resistencia eléctrica es la mayor o menor oposición que ofrece un material al paso de la corriente eléctrica. Esta magnitud ayuda a diferenciar los buenos de los malos conductores. La unidad de medida es el ohmio, y se representa con la letra griega aparato de medida es el ohmiómetro y su conexión es “en paralelo”.
Figura 11. Colocación de un
. El
Ω
ohmiómetro en un circuito.
Una resistencia puede representarse por tres símbolos diferentes: 16
Figura 12. Símbolos mediante los que se representa una resistencia.
Para dar el valor de una resistencia se suelen utilizar los siguientes submúltiplos: 1 M Ω = 1 000 000 Ω
1 k Ω = 1 000 Ω
Existe cierta nomenclatura que suele emplearse para designar el valor de una resistencia. Esta nomenclatura utiliza las letras k y M que sustituyen “la coma” del valor de la resistencia. Por ejemplo: 3k3 Ω 1M4 Ω
≡
≡
3,3 k Ω
1,4 M Ω
≡ ≡
3 300
Ω
1 400 000 Ω
El código de colores de las resistencias es un código universal que se utiliza para identificar de forma sencilla el valor de las mismas: Código de colores Orden
Significado Negro Marrón Rojo Naranja Amarillo Verde Azul Vi Violeta Gr Gris Bl Blanco Oro Plata Sin color
A
B
1ª cifra 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
2ª cifra 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
C
D
Multiplicador Tolerancia x1 x 10 A1% x 100 A2% x 1000 x 10000 x 100000 x 1000000
x 0.1 x 0.01
A5% A 10 % A 20 %
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A modo de resumen, las características más importantes de las principales magnitudes eléctricas se presenta el siguiente cuadro.
Magnitud eléctrica
Unidades
Símbolo
Aparato de medida
Símbolo
Colocación
In Intensidad
I
Amperios
A
Amperímetro
Serie
Vo Voltaje
V
Voltios
V
Voltímetro
Paralelo
Re R esistencia
R
Ohmios
Ω
Ohmímetro
Paralelo
5.7 Ley de Ohm Hasta ahora se han estudiado las principales magnitudes eléctricas que son intensidad de corriente, diferencia de potencial y resistencia eléctrica. En ocasiones se pueden plantear situaciones en las que se conozcan dos de estas magnitudes y se desee conocer la tercera. La expresión que relaciona estas magnitudes es la Ley de Ohm. V=I·R donde:
V es la diferencia de potencial en los extremos de la resistencia (V) I es la intensidad de corriente que atraviesa el elemento resistivo (A) R es el valor de la resistencia eléctrica ( Ω)
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5.8 Potencia eléctrica La potencia es la cantidad de energía eléctrica consumida o generada por un dispositivo eléctrico por unidad de tiempo. Su unidad de medida es el watio (W). P =
donde:
E t
P es la potencia consumida o generada (W) E es la energía eléctrica consumida o generada (J) t es el tiempo (s)
Esta magnitud puede relacionarse con las magnitudes eléctricas de un circuito de forma que también puede calcularse mediante la expresión: P = V ⋅ I
donde:
P es la potencia consumida o generada (W) V es la diferencia de potencial potencial (V) I es la intensidad de corriente (A)
Si se tiene en cuenta que la potencia es la cantidad de energía que consume o genera un dispositivo por unidad de tiempo, teniendo en cuenta el principio de conservación de la energía, la potencia total generada debe coincidir con la potencia total consumida. A este teorema es el que se le conoce como Teorema de Boucherot. Pgenerada = Pconsumida
5.9 Asociación de resistencias Como hemos visto, la corriente eléctrica circula de un polo a otro de una pila, recorre los conductores y atraviesa los receptores. Vamos a considerar, de forma general, que los receptores son elementos resistentes al paso de la corriente eléctrica, es decir, resistencias. Conforme se coloquen estas resistencias se distinguen los siguientes circuitos: Circuitos en serie • • Circuitos en paralelo • Circuitos mixtos 19
5.9.1 Circuitos en serie
En un circuito en serie los componentes se conectan uno a continuación de otro, es decir, la salida de una resistencia se encuentra conectada a la entrada de otra.
Intensidad: Es la misma misma en cualquier cualquier punto del circuito, ya que los los electrones sólo tienen un camino por el que ir. Voltaje:
Se reparte entre el número de resistencias. Con dos resistencias en serie, la tensión necesaria para impulsar la corriente es menor en la l a resistencia más pequeña.
Resistencia equivalente equivalente del circuito: Se suman las resistencias montadas en el circuito: R = R1 + R2 + R3+ ... 5.9.2 Circuitos en paralelo
Dos resistencias están en paralelo, cuando las salidas están conectadas a un punto común y las entradas a otro. Existen varios caminos alternativos para pasar de un punto a otro del circuito, es decir, para llegar a un mismo punto se pueden seguir diferentes trayectorias.
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Intensidad: Varía en función de de la resistencia que que atraviesa. atraviesa. A menor valor de la resistencia, la intensidad que pasa es mayor. Voltaje:
Es el mismo en cada rama del circuito.
Resistencia equivalente equivalente del circuito: Es menor que la de de menor valor de las las resistencias montadas: R
=
1 1
R1
+
1
R2
+ ...
5.9.3 Circuitos mixtos
En el circuito mixto se combina la disposición de las resistencias en serie y en paralelo.
6. Actividades. Seguidamente se recogen algunas actividades propuestas para afianzar los conceptos de los que consta la unidad didáctica.
1.
A partir del código de colores, rellenar la siguiente siguiente tabla: 21
Resistencia
Valor (Ω)
Tolerancia Valor máximo Valor mínimo Valor máximo Valor mínimo Valor máximo Valor mínimo
Rojo - Rojo - Naranja - Oro Marrón - Gris - Rojo - Plata Amarillo - Violeta - Amarillo
2.
Determinar la intensidad que circula por cada uno de los siguientes circuitos: a)
3.
b)
c)
Dados los siguientes circuitos, determinar: a) Voltaje de la pila:
b) Intensidad:
c) Valor de la resistencia:
4.
Calcular la intensidad que circula por el filamento de una lámpara incandescente de 10 Ω de resistencia, cuando está sometida a una tensión de 12 V.
5.
Se quiere determinar la resistencia eléctrica del filamento de una lámpara incandescente. Para ello, se somete la lámpara a una tensión de 220 V y mediante un amperímetro se mide el paso de la corriente, resultando ser 0.2 A.
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6.
Es conocido que en condiciones desfavorables, es decir, con la piel húmeda, la resistencia del cuerpo humano es aproximadamente de 2500 Ω. ¿Qué tensión será suficiente para provocar, en estas condiciones, el paso de una corriente peligrosa de 30 mA por el cuerpo humano?.
7.
¿Qué potencia genera una pila que produce 18 kJ en 3 segundos?.
8.
¿Qué potencia genera la pila del siguiente circuito?
9.
La potencia de una cocina eléctrica es de 3.5 kW. ¿Será suficiente con una base de enchufe de 25 A para conectarla a la red de 220 V?.
10. ¿Qué potencia genera la pila del siguiente circuito?
11. Calcular la potencia que consume un horno eléctrico si se conecta a una tensión de 220 V y su resistencia es de 50 Ω.
12. La placa de una plancha eléctrica indica que su potencia es de 500 W. Calcular el valor de la resistencia conociendo que se enchufa a una red de 220 V.
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13. Hallar el circuito equivalente y la intensidad que circula por cada uno de los siguientes circuitos: a)
b)
c)
14. Rellenar las tablas con los valores que marcarán los amperímetros y voltímetros de los siguientes circuitos. Obtener conclusiones: a) V1 = V2 = A =
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b)
V1 = V2 = V3 = A1 = A2 = A3 = At =
15. ¿Cuál es la potencia que consume el siguiente circuito?
7. Evaluación. 7.1 Criterios de evaluación. Los criterios de evaluación que se proponen para la presente unidad didáctica son: - Reconoce los elementos fundamentales de un circuito eléctrico y si función. - Realiza montajes de circuitos eléctricos sencillos de corriente continua. - Describe el proceso de transporte y distribución de la energía eléctrica. - Maneja correctamente la terminología asociada. - Simplifica correctamente un circuito resistivo. 25
-
-
Distingue los diferentes tipos de materiales en función de su comportamiento eléctrico. Identifica el valor de una resistencia a partir de su código de colores.
7.2 Instrumentos de evaluación. Los criterios e instrumentos de evaluación corresponden a lo que se pretende valorar, es decir, son coherentes con los conceptos, procedimientos y actitudes propuestos, concretando estos criterios en actividades adecuadas para la observación y recogida de información. Dado que los instrumentos de evaluación deben considerar la gran variedad de actividades que se propone al alumnado, se utilizará: -
-
-
-
-
Conducta: iniciativa, interés, cumplimiento de las tareas asignadas, actitud, habilidades y destrezas en el uso de herramientas y máquinas y respeto por la opinión de los demás. (10%) Cuaderno de trabajo: expresión escrita y gráfica, orden y limpieza. (5%) Manejo de la terminología adecuada en las exposiciones y participaciones en los debates. (5%) Pruebas escritas: sobre conocimientos que debería haber adquirido el alumno durante el proceso de enseñanza-aprendizaje. enseñanza-aprendizaje. (45%) Prácticas en el aula-taller. (30%)
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