Unidad 6. Circuitos eléctricos. Electricidad

¿Cómo se genera?: Cuando creamos o inducimos una diferencia de carga eléctrica (potencial) en un material o sistema, mediante un campo magnético, estamos en presencia de un generador eléctrico.

¿Qué es la carga eléctrica de un material?: Aunque la carga eléctrica de un átomo es globalmente cero, los electrones de la última capa pueden tener afinidad, bien para ceder electrones, bien para captarlos, para conseguir una mayor estabilidad. 

Corriente eléctrica: Es el paso de corriente a través de un material conductor.

Circuito eléctrico: Es el conjunto de elementos conectados entre sí formando un camino cerrado por el que puede circular una corriente eléctrica.

Elementos de un circuito eléctrico

Los elementos básicos de un circuito eléctrico son:

• Generador de corriente: Responsable de crear y mantener una diferencia de potencial eléctrico (electrones) entre los difrentes puntos del circuito. Son las dinamos, las pilas, etc.

• Conductor: El material o medio por el que pueden moverse los electrones. Los mejores son los elementos metálicos, que son de potencial positivo (y por tanto atraen a los electrones).

• Receptores: Elementos que transforman la energía eléctrica en otra energía utilizable. Luz, calor, movimiento, etc.

• Otros elementos, no imprescindibles, pero mejoran el circuito:

  • De maniobra o control: Pulsadores, interruptores, conmutadores, llaves de cruce...

  • De seguridad: Magnetotérmicos, diferenciales, fusibles...

Los circuitos eléctricos se representan de una forma simbólica, con unos dibujos simplificados que facilitan su diseño y descripción.

Hay tres diferentes formas de conectar los elementos de un circuito:

• Conexión serie: La salida de un elemento se conecta a la entrada del siguiente, formando un único circuito. Como consecuencia, el comportamiento de uno de estos elementos afecta a todos los demás. Los elementos consumidores en serie comparten el voltaje del generador, y si varios generadores se conectan en serie, suman su voltajes.

• Conexión paralelo: Hay un camino o circuito para cada elemento, de manera que un fallo de uno no afecta a los demás, y cada uno tiene el máximo voltaje posible (a cambio gastan proporcionalmente más). Si se conectan varios generadores en paralelo, mantienen el voltaje, pero duran proporcionalmente más. Es el de uso común en nuestras casas.

• Circuito mixto: Tiene partes en serie y partes en paralelo, combinando sus propiedades.

Ejemplos de circuitos de aplicación en tecnología:

• Circuito con pila de 4,5 v con motor eléctrico (avioneta con hélice).

• Circuito con pila de 4,5 v y bombilla y motor en paralelo entre sí (moto de latas).

• Circuito con pila de 4,5 v con dos bombillas en serie y un motor en paralelo (coche de latas).

• Circuito con pila de 4,5 v con bombilla y terminales abiertas (detector de continuidad).

La corriente continua es aquella que mantiene constante su valor y sentido (mientras el soporte mantenga su carga). Es el de las pilas y baterías.

La corriente alterna es aquella cuyo valor cambia en sentido y valor dentro de unos límites dados. Es el que usamos en nuestras casas y que nos llega a través de la red eléctrica.

Efecto calórico: debido al calentamiento que la conducción eléctrica provoca en los conductores. En este efecto se basan las cocinas, los calentadores, los calefactores, etc.

Efecto luminoso: La electricidad hace que algunos materiales desprendan luz (emitan fotones), por incandescencia (calentamiento) o por luminiscencia (reacción química). Este efecto es el origen de las lámparas y bombillas.

Efecto magnético: Al ser los electrones negativos, producen con su movimiento una corriente magnética que atrae los elementos positivos y repele a los negativos. En este efecto se basan los generadores eléctricos y los motores.

Efecto químico: el paso de corriente eléctrica provoca reacciones químicas debido al suministro de electrones, que se asocian con sustancias con afinidad positiva. Se usa para el recubrimiento anticorrosivo de materiales (galvanizado) y para la carga de baterías.

Las magnitudes eléctricas básicas son las siguientes:

• Voltaje eléctrico. Indica la cantidad de energía eléctrica aportada al circuito. Se mide en voltios.

• Intensidad eléctrica. Es la fuerza o cantidad de carga eléctrica suministrad al circuito por unidad de tiempo. Se mide en amperios.

• Resistencia eléctrica. Relaciona V e I, y hace referencia a la facilidad de un material para permitir el paso de carga eléctrica. Se mide en Ohmios.

Voltaje, Resistencia e Intensidad están relacionadas por la llamada Ley de Ohm, de la forma:

V = I * R

• Potencia eléctrica. Relaciona voltaje e intensidad en cuanto a capacidad de consumo (y por lo tanto capacidad de realizar un trabajo). Se mide en vatios, y es la medida que se factura. Está relacionada con el Voltaje y la intensidad por la fórmula:

P = V * I

Consumo eléctrico

Fórmulas para calcular el consumo de un aparato eléctrico:

Energía Eléctrica consumida (E) = P * T (recordando que P = V * I) en watios o Kilowatios por hora.

Gasto en euros = Kilowatios por precio del kilowatio (0,10 € el kilowatio de media)

Página muy interesante sobre este tema: https://blog.oxfamintermon.org/pasos-para-calcular-el-consumo-electrico-en-el-hogar/

En el siguiente vídeo, puedes ver las principales características del aparato de medición eléctrica por excelencia, el multímetro ("multi", ya que realiza múltiples medidas, de tensión, intensidad, resistencia, etc...), así como una tabla de ejemplo para practicar.

Actividad  Diseño y Construcción 1. Siguiendo el circuito que se indica en el siguiente boceto, Diseñar y construir un detector de continuidad eléctrica. 

Y aquí, las pizarras del tema...

Y aquí, las de otros años...