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8º Básico Ingrid Fuentes
GUÍA DE FÍSICA N° 2: Electricidad
Depto. de Ciencias I Semestre 2015
NOMBRE:______________________________________CURSO: 8 Básico_____ A.E. 1: Explicar los fenómenos básicos de conductividad eléctrica y calórica. A. Identificar el rol que desempeñan las fuerzas eléctricas en la estructura atómica y molecular, así como en la electrización y la corriente eléctrica
I.
CORRIENTE ELECTRICA
1. Corriente eléctrica Cuando las cargas eléctricas se mueven en una misma dirección se genera la corriente eléctrica . Una corresponde al movimiento ordenado de cargas eléctricas (electrones) de un punto a otro a través de un conductor. El estudio de las cargas en movimiento se llama electrodinámica.
corri ente eléctrica eléctrica
Para medir la cantidad de carga de una corriente, consideramos la intensi dad dad de corri ente eléctrica eléctrica, que corresponde a la cantidad de carga (electrones) que pasa por una sección transversal de un conductor por unidad de tiempo. Su unidad de medida en el S.I., es el amperio o ampere (A). Un amperio equivale a que circule una carga eléctrica de un coulomb por segundo (1 C/s) por un material.
2.
Corriente eléctrica continua y corriente alterna
a)
Cuando la circulación neta de electrones se realiza en un solo sentido, entonces la corriente eléctrica se denomina corriente continua (CC) .
b)
Cuando la circulación neta de electrones cambia de sentido en forma alternada se denomina corriente
alterna (CA).
Se estableció por convención que el “ s entido de ci rc ulaci ón de la cor ri ente corresponde al sentido opuesto a la circulación de los electrones”.
eléctrica
,
En el caso de las pilas y baterías, los electrones se mueven en el sentido que va desde el polo negativo (-) al polo positivo (+) y la corriente eléctrica tiene entonces el sentido opuesto.
3.
Voltaje
El voltaje se puede entender como la capacidad de una carga eléctrica para moverse en presencia de una fuerza eléctrica. También se denomina diferencia de potencial eléctrico, y ocurre cuando dos puntos de un conductor tienen cargas de magnitud muy difernetes, se dice que tienen una diferencia de potencial eléctrico que hace que las cargas eléctricas se muevan de un punto a otro. En un circuito eléctrico, el voltaje puede ser producido por una pila o una batería , que basan su funcionamiento en reacciones químicas que separan cargas eléctricas ubicandolas en puntos distintos (polos + y -) de manera que entre los polos se produzca una diferencia de potencial, siendo el . En este caso la corriente eléctrica se produce porque los electrones se mueven desde el polo negativo (-) al polo positivo (+) de la pila a través de los cables conductores. La unidad de medida del voltaje es el volt (V). Una diferencia de potencial de 1 V, significa que para mover una carga de 1 coulomb entre dos puntos se necesita 1 joule de energía.
1
4.
Resistencia eléctrica
Cada material presenta una oposición al flujo de carga eléctrica característica que depende, entre otras cosas de su estructura atómica y de su temperatura, esto se llama resistividad. Dependiendo de la resistividad de cada material, se pueden clasificar en aislantes, semiconductores o conductores. A nivel atómico, la resitividad se explica por la vibración constante de los átomos que forman la materia. En los materiales aislantes, la vibración es muy grande, lo que dificulta o impide el flujo de electrones. En los materiales conductores, en cambio, la vibración de los átomos es mínima, y los electrones libres pueden circular con facilidad por ellos, transportando cargas eléctricas. En un conductor de forma cilíndrica, como un cable de las instalaciones eléctricas de una casa, la resitencia eléctrica depende: -
Del largo del conductor Del diametro o grosor del cable (área de la sección transversal) De la temperatura De la estructura atómica de cada material (tipo de material)
Resistencia eléctrica: *
Ejemplos de materiales Conductores: los metales, tales como la plata, el cobre, el aluminio, y el hierro. Materiales a través de los cuales la corriente circula con relativa facilidad.
*
Ejemplos de materiales aislantes o dieléctricos: el hule, la madera, el plástico, el vidrio, la porcelana, la seda y el corcho. Son materiales que presentan gran dificultad para permitir el paso de la corriente .
*
Ejemplos de materiales semiconductores: El carbón, el germanio y el silicio.
5.
Ley de Ohm
La ley de Ohm relaciona matemáticamente la diferencia de voltaje (V), la resitencia eléctrica (R) y la corriente eléctrica (I). Esta ley propone que el voltaje entre los terminales de una resistencia es directamente proporcional a la corriente que circula por ella, siendo la constante de proporcionalidad el valor de la resitencia. Matemáticamente se tiene:
=
6.
o
=∙
Circuitos eléctricos y asociación de resitencias en serie, paralelo y mixtas
Un circuito eléctrico, es un sistema en el cual la corriente fluye por un conductor en una trayectoria completa debido a una diferencia de potencial. Un circuito eléctrico esta cerrado cuando la corriente eléctrica circula en todo el sistema y está abierto cuando no circula por él. Para abrir o cerrar el circuito se emplea un interruptor. Los circuitos eléctricos pueden estar concetados en serie, en paralelo o en forma mixta.
a)
Resistencias conectadas en serie: Si los elementos conductores de un ciercuito eléctrico (fuentes de voltaje, resistencias) se conectan de modo que quede uno a continuación de otro se habla de conexión en serie. Es por ello, que toda la corriente eléctrica debe circular a través de cada uno de los elementos de manera que si se abre el circuito en cualquier parte se interrumpe totalmente la corriente. de Ejemplo: las luces que adornan los árboles de navidad.
2
b)
Resistencias conectadas en paralelo: Cuando los elementos de un circuito se conectan de tal forma que es posible aislar circuitos menores dentro del circuito, se habla de conexión en paralelo. Es decir, los elementos conductores se hallan separados en dos o más ramales y la corriente eléctrica se divide en forma paralela entre cada uno de ellos, de este modo, al abrir el circuito en cualquier parte, la corriente no sera interrumpida en los demás. Ejemplo: en nuestras casas todos los artefactos que se conecten a la red eléctrica domiciliaria por medio de enchufes se estan conectando en paralelo.
c)
Resistencias conectadas en conexiones mixtas: En un circuito mixto los elementos conductores se conectan tanto en serie como en paralelo. Algunos ejemplos de este tipo de circuito son:
Tanto en las conexiones en serie como en paralelo es posible calcular la resistencia del circuito medida entre dos puntos, lo que se conoce como resistencia equivalente.
Tipo de conexión Conexión en serie
Resistencia equivalente La resitencia equivalente es la suma del valor de cada una de las resistencias conectadas en serie: = + + . . .
Conexión en paralelo
El recíproco de la resistencia equivalente es la suma de los recíprocos de las resistencias conectadas:
Conexiones Mixtas
=
+
+⋯
Cuando se tiene una conexión mixta de resistencias significa que están agrupadas tanto en serie como en paralelo. La forma de resolver matemáticamente estos circuitos es calculando parte por parte las
resistencias equivalentes de cada conexión, ya sea en serie o en paralelo, de manera de simplificar el circuito hasta encontrar el valor de la resistencia equivalente de todo el sistema eléctrico.
7. Componentes básicos de un circuito eléctrico su simbología - Fuente o generador: Proporciona la energía para que se movilicen las cargas eléctricas (Pilas y baterías). 3
-
Cable: Transporta la corriente eléctrica y enlazan los componentes del circuito.
-
Interruptor: Bloquea o reanuda el paso de la corriente eléctrica.
-
Resistencia o receptores : Transforma la energía eléctrica en otros tipos de energía. (Puede ser una ampolleta, un motor pequeño, etc.)
Principal simbología de un circuito básico
. Actividades: 1.
Para cada uno de los siguientes circuitos eléctricos, determinar:
- La resistencia equivalente, - La Intensidad de la corriente eléctrica total.
100V
4
a)
b)
d)
c)
e)
f)
g)
h)
Calcula la resistencia equivalente de tres resistencias cuyos valores son = 2 Ω, = 5 Ω, 3 = 7 Ω, conectadas en: a) serie y b) paralelo. Dibuja el diagrama para cada caso.
i)
Calcula la resistencia equivalente de cuatro resistencias cuyos valores son = 10 Ω , = 20 Ω, 3 = 25 Ω, 4 = 50 Ω , conectadas: a) en serie, y b) en paralelo. Dibuja el diagrama para cada caso.
= j)
Determinar el voltaje de la fuente 40
0,1 A 10
2.
Dos focos, uno con una resistencia de = 70 Ω, y otro de = 80 Ω, se conectan en serie con una diferencia de potencial de 120 V. a) Representa el circuito eléctrico, b) Calcula la intensidad de la corriente que circula por el circuito.
3.
Un foco incandescente requiere 0.6 A de corriente cuando funciona en un circuito de 120 V. ¿Cuánto vale la resistencia del foco?
4.
Una bocina de bicicleta tiene una resistencia de 18 Ω y necesita una corriente de 0.2 A. ¿Qué voltaje se debe aplicar al circuito para que la bocina funcione correctamente?
5.
Determina la intensidad de corriente que circula por una resistencia de 25 Ω al recibir una diferencia de potencial de 100 V.
6.
Calcula la resistencia de un foco incandescente por el cual circula una corriente de 0.2 A, cuando se conecta a un circuito de 120 V.
7.
¿Qué voltaje recibe una resistencia de 20 Ω si por ella circula una corriente de 0.4 A?
8.
Un tostador eléctrico tiene una resistencia de 15 Ω , ¿Cuál será la intensidad de corriente que fluye al conectarlo a una línea de 120 V?
9.
Determina la resistencia del filamento de un foco incandescente que deja pasar 0.6 A de intensidad de corriente al ser conectado a una diferencia de potencial de 120 V.
10. El foco de una linterna se conecta a una batería de 3.0 V. Si fluye una corriente por él de 0.20 A, ¿cuál es el valor de la resistencia del filamento del foco?. 5
11. ¿Qué es un circuito eléctrico? 12. ¿Cuáles son los principales componentes de un circuito y cuál es la función de cada uno de ellos? 13. ¿Qué es corriente eléctrica? 14. ¿Cómo se define Voltaje? 15
¿Qué es resistencia eléctrica?
16. Nombre cuatro ejemplos de materiales conductores, y cuatro ejemplos de materiales aislantes. 17. ¿De qué factores depende la resistencia eléctrica de un material?
18. Realice un diagrama de un circuito que contenga los siguientes componentes conectados en serie: 2 ampolletas conectadas, 2 baterías de 1,5 V, un interruptor. Un motor conectado en paralelo a una de las ampolletas.
17. Para cada uno de los siguientes símbolos de circuitos eléctricos, escriba el nombre del componente que representa. (5 puntos) a) b)
c)
d)
e)
f)
g) h) i)
6
