3º ESO DIV‎ > ‎

Tema 4: Electricidad

1. INTRODUCCIÓN

La materia está formada por partículas muy pequeñas llamadas átomos. A su vez, los átomos están constituidos por electrones que se mueven alrededor de un núcleo, constituido por protones y neutrones. Los protones y los electrones tienen una propiedad conocida como carga eléctrica. Esta propiedad es la responsable de que ocurran los fenómenos eléctricos.


Fig 1: Estructura básica de un átomo.

Mientras que los neutrones no poseen carga eléctrica, la carga de un electrón es igual a la carga eléctrica de un protón, pero de distinto signo, y por convenio:

·         Los electrones tienen carga negativa

·         Los protones poseen carga positiva.


Como la carga de un electrón es muy pequeña, en el Sistema Internacional (S.I.), para expresar la cantidad de carga se emplea como unidad la carga de 6,242· ·1018electrones (6,242 trillones de electrones), llamada Culombio o Coulomb (C).

Fig 2: Estructura básica de un átomo.

En general, los materiales son neutros; es decir existe un equilibrio entre el número de cargas negativas (electrones) y positivas (protones). Sin embargo, en ciertas ocasiones los electrones pueden moverse de un material a otro originando cuerpos con cargas positivas (con defecto en electrones) y cuerpos con carga negativa (con exceso de electrones).

Por tanto, para adquirir carga eléctrica, es decir, para electrizarse, los cuerpos tienen que ganar o perder electrones.

Una característica de las cargas, es que las cargas del mismo signo se repelen, mientras que las cargas con diferente signo se atraen (tal y como muestra la figura).


Actividades (24)

Reliaza las siguientes actividades en tu cuaderno copiando los enunciados completos.

1. Rellena los huecos con las palabras apropiadas (electrones, neutrones, negativa, con cargas positivas electrones, neutros, átomos, positiva, carga eléctrica , protones, Culombio, con cargas positivas).

  • La materia está formada por partículas muy pequeñas llamadas.......................... A su vez, los átomos están constituidos por ....................................que se mueven alrededor de un núcleo, constituido por......................... y..................................... Los protones y los electrones tienen una propiedad conocida como. Esta propiedad es la responsable de que ocurran los fenómenos eléctricos.
  • En general, los materiales son.................................; es decir existe un equilibrio entre el número de cargas negativas (electrones) y positivas (protones). Sin embargo, en ciertas ocasiones los electrones pueden moverse de un material a otro originando cuerpos ............................... (con defecto en electrones) y ...................................... (con exceso de electrones).
  • Los protones poseen carga .....................................
  • Los electrones tienen carga ....................................
  • Para electrizarse (cargarse) los cuerpos tienen que ganar o perder .......................................
  • Para expresar la cantidad de carga se emplea como unidad el ..............................................., que equivale a la carga de 6,242 trillones de electrones.

2.Indica cuales de estas frases son verdaderas (V) y cuáles son falsas (F):

  • Los electrones tienen carga positiva.
  • Las cargas positivas se repelen.
  • Las cargas negativas se atraen.
  • Las cargas de distinto signo se atraen.
  • Las cargas del mismo signo se repelen.

3.Indica la carga total de los átomos que poseen las siguientes partículas (indica las operaciones):

  • 8 protones y 6 electrones.
  • 20 protones y 18 electrones.
  • 13 protones y 10 electrones.
  • 17 protones y 18 electrones.
  • 21 protones, 21 neutrones y 19 electrones.
  • 45 protones, 45 neutrones y 47 electrones.

2. CORRIENTE ELÉCTRICA Y MAGNITUDES ELÉCTRICAS

Hay materiales, como los plásticos, la madera o los materiales cerámicos, en los que los electrones no se mueven de un átomo a otro. Estos materiales se llaman aislantes (Plástico, madera, cerámicas, etc).

En otros materiales, los electrones se pueden mover fácilmente entre los átomos que lo componen. Estos
materiales se denominan conductores. Son buenos conductores los materiales que ofrecen poca resistencia al paso de los electrones, como por ejemplo los metales (Plata, cobre, aluminio, etc.).

La corriente eléctrica se puede definir como el movimiento de electrones a través de un material conductor desde un cuerpo con carga negativa a un cuerpo con carga positiva.

La corriente eléctrica se parece, en cierto sentido, a una corriente de agua. Para que el agua circule entre dos depósitos unidos por una tubería, éstos deben situarse a diferentes alturas. Púes bien, para que exista circulación de corriente eléctrica entre dos puntos, es necesario que exista diferencia de cargas entre ellos, es decir que en uno de los puntos haya más electrones que en el otro. (En el caso del agua si no hubiese diferencia de altura entre los depósitos, el agua no circularía de un depósito al otro). A esta diferencia de cargas (y por tanto de energía) entre dos puntos se le denomina Voltaje (V).


Fig 3: Símil de dos depósitos de agua conectados entre sí por una tubería.
Si existe diferencia de alturas al agua circulará hacia el depósito situado más abajo.
Si no hay diferencia de altura el agua no circulará entre ambos depósitos.


El voltaje o tensión (V) es la diferencia de energía entre dos puntos de un conductor (provocada por la
diferencia de cargas). Su unidad es el Voltio (V).


En el ejemplo del agua, la cantidad de agua que pasa por una tubería en un segundo se llama caudal. Por ejemplo, podemos decir que una tubería tiene un caudal de 1 L. litro por segundo. Eso quiere decir que cada segundo pasa 1 L. de agua por la tubería.

A semejanza del ejemplo del agua, en un punto de un circuito, la intensidad de corriente será la cantidad
de carga que pasa por un punto del circuito por unidad de tiempo (t). Su unidad, es el Amperio (A).

Cuanto mayor sea el número de electrones que pase por el cable cada segundo, mayor será la intensidad.
En cualquier conductor las cargas encuentran una oposición o resistencia a su movimiento (al igual que el agua en una tubería puede encontrarse con obstáculos que dificulten el flujo de agua).

La resistencia eléctrica (R) es la oposición o dificultad que ofrece un material al paso de la corriente
eléctrica. Su unidad es el ohmios (Ω).

Actividades (25)

Realiza las siguientes actividades en tu cuaderno copiando los enunciados completos.

4. Relaciona mediante flechas los términos de las siguientes columnas:

a) Madera
b) Plásticos
c) Materiales que permiten el paso de la corriente eléctrica a su través.                        
d) Metales
e) Cobre                                     
f) Cerámica
g) Plata
h) Materiales que no dejan pasar la corriente eléctrica a su través.
1. Conductor eléctrico
2. Aislante eléctrico


5. Relaciona mediante flechas los términos de las siguientes columnas:

1. Intensidad                       
2. Electrones                          
3. Cantidad de carga           
4. Resistencia                       
5. Tensión                              
6. Corriente eléctrica            
1. Partículas de los átomos con carga negativa         
2. Cantidad de carga que pasa por un punto del circuito por unidad de tiempo
3. Diferencia de energía entre dos puntos de un conductor
4. Cantidad total de carga que circula por un circuito
5. Dificultad que ofrece un material al paso de la corriente eléctrica
6. Movimiento de electrones a través de un material conducto


6. Relaciona mediante flechas los términos de las siguientes columnas:

Tensión o voltaje
Intensidad
Cantidad de carga
Resistencia
Amperio
Culombio
Ohmio
Voltio
V
A
C
Ω


7. Relaciona las frases de la columna de la izquierda con las palabras o símbolos de la columna de la derecha.

1. Intensidad
2. Amperio
3. Aislante
4. Electrones
5. Culombio
6. Cantidad de carga
7. Resistencia
8. Tensión
9. Ohmio
10.Voltio
11.Corriente eléctrica
a) Unidad en la que se mide la tensión o voltaje.
b) Partículas de los átomos con carga negativa.
c) Cantidad de carga que pasa por un punto del circuito por unidad de tiempo
d) Unidad en la que se mide la resistencia eléctrica.
e) Diferencia de energía entre dos puntos de un conductor (provocada por la diferencia de cargas).
f) Materiales que no dejan pasar la corriente eléctrica a su través.
g) Unidad en la que se mide la cantidad de carga.
h) Cantidad total de carga que circula por un circuito
i) Dificultad que ofrece un material al paso de la corriente eléctrica
j) Movimiento de electrones a través de un material conductor
k) Unidad en la que se mide la intensidad de corriente.
l) Materiales que permiten el paso de la corriente eléctrica a su través.

3. CIRCUITOS ELÉCTRICOS

Un circuito eléctrico es un conjunto de elementos conectados entre sí, que permiten establecer una corriente entre dos puntos, para aprovechar la energía eléctrica.

Los circuitos se componen de:
  • Generadores
  • Conductores
  • Receptores
  • Elementos de control
  • Elementos de protección
LOS GENERADORES: Son los elementos que transforman cualquier forma de energía en energía eléctrica. Ejemplos de ellos son las pilas y baterías.
Una pila consta de dos polos o terminales, uno negativo y uno positivo. Cuando ambos polos se unen mediante el hilo conductor, los electrones se mueven a través de él, desde el polo negativo al polo positivo.


Por convenio, se considera que la corriente eléctrica circula desde el positivo de la pila hasta el negativo.


LOS CONDUCTORES
: Son los elementos que conectan los distintos elementos del circuito permitiendo el flujo de electrones. Para transportar los electrones de un sitio a otro se utilizan cables de metal, normalmente de cobre, y recubiertos de plástico para que los electrones no salgan del cable.
Una pila consta de dos polos, uno negativo y uno positivo. No basta con conectar un extremo del conductor al polo negativo del que salen los electrones. Hay que conectar el otro extremo al polo positivo, al que vuelven los electrones. Si cortamos el cable en un punto, los electrones se detienen en todo el cable (al igual que cuando cerramos un grifo el agua se detiene en toda la tubería).

LOS RECEPTORES: Son los elementos en los que se produce algún efecto (luz, calor, sonido, movimiento...) al pasar por ellos la corriente. Los receptores eléctricos más usuales en nuestro taller serán las lámparas o bombillas, timbres, resistencias eléctricas, motores....

ELEMENTOS DE CONTROL: Son los dispositivos usados para dirigir o interrumpir el paso de corriente. Los más importantes son los interruptores, conmutadores, y pulsadores.

ELEMENTOS DE PROTECCIÓN: Son los elementos encargados de proteger al resto de los elementos del circuito frente corrientes demasiado elevadas. Un ejemplo de elemento de protección es el fusible.


EJEMPLOS DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS USANDO LA SIMBOLOGÍA NORMALIZADA



Actividades (26)

Realiza las siguientes actividades en tu cuaderno copiando los enunciados completos.


Actividades (27)

Realiza las siguientes actividades en tu cuaderno copiando los enunciados completos.



Actividades (28)

Realiza las siguientes actividades en tu cuaderno copiando los enunciados completos.




Actividades (29)

Realiza las siguientes actividades en tu cuaderno copiando los enunciados completos.


Actividad práctica nº 1

Realiza en el panel de circuitos cada uno de los circuitos que hay dibujados en la pizarra y rellena una tabla como la siguiente por cada circuito:

 Circuito nº
 Nombre
 Esquema




 Funcionamiento
 Observaciones Mejoras





Circuito Nº: Escribe el número de orden de cada circuito.
Nombre: Escribe el nombre que tiene ese circuito.
Esquema: Dibuja el esquema del circuito correspondiente.
Funcionamiento: Describe el funcionamiento del circuito montado.
Observaciones: Escribe las observaciones que te indique el profesor.
Mejoras: Indica las mejoras que podrían añadirse a dicho circuito.

3.1. Medición de magnitudes eléctricas

Ya hemos visto que en los circuitos eléctricos podemos medir varias "cosas" como el Voltaje, la Intensidad y la Resistencia. Pero, ¿Cómo podemos medir dichas magnitudes y con qué instrumentos?.

Antiguamente se utilizaba un instrumento distinto para cada medida:

 
 
 

Antiguos voltímetro, amperímetro y óhmetro analógicos

Actualmente, existen aparatos llamados polímetros, que son capaces de medir cualquier magnitud eléctrica, seleccionándola en su conmutador:

Polímetro digital

Para cada tipo de magnitud hay que elegir el el selector lo que queremos medir y conectar las puntas de una manera determinada, como veremos a continuación:

  • MEDIDA DEL VOLTAJE O TENSIÓN
Para medir el voltaje o tensión se utiliza un aparato llamado VOLTÍMETRO. El voltímetro tiene dos cables cuyas puntas se han de conectar en paralelo con el elemento cuyo voltaje o tensión queremos medir. El circuito tiene que estar funcionando, sino el voltaje será cero voltios.


  • MEDIDA DE LA INTENSIDAD O CORRIENTE
Para medir la intensidad o corriente se utiliza un aparato llamado AMPERÍMETRO. El amperímetro tiene dos cables cuyas puntas se han de conectar en serie con el elemento cuya intensidad o corriente queremos medir. El circuito tiene que estar funcionando, sino la intensidad será cero amperios.


  • MEDIDA DE LA RESISTENCIA
Para medir la resistencia se utiliza un aparato llamado ÓHMETRO. El óhmetro tiene dos cables cuyas puntas se han de conectar en los terminales del elemento cuya resistencia queremos medir. El elemento tiene que estar desconectado del circuito.


Los símbolos que utilizaremos para dibujar cada uno de los instrumentos son los siguientes:


Actividades (30)

Realiza las siguientes actividades en tu cuaderno copiando los enunciados completos.

21. Dibuja un polímetro indicando todas sus partes.
22. Dibuja el esquema de conexión de un voltímetro en un circuito con una pila y una bombilla.
23. Dibuja el esquema de conexión de un amperímetro en un circuito con una pila y una bombilla.
24. Dibuja el esquema de conexión de un óhmetro en un circuito con una pila y una bombilla.
25. Copia y rellena la siguiente tabla:


 MagnitudSímbolo de la magnitud
Se mide en
 Símbolo de la unidad de medida
 Se mide con
 Voltaje    
 Intensidad    
 Resistencia    


Actividad práctica nº 2

Realiza en el panel de circuitos cada uno de los circuitos que hay dibujados en la pizarra y mide con el polímetro las magnitudes que se indican:



4. LA LEY DE OHM

En 1822 científico George Simon Ohm, relacionó la intensidad de corriente, la tensión y la resistencia, enunciando la ley de Ohm de la forma siguiente:

La intensidad de corriente que circula por un hilo conductor es directamente proporcional
a la tensión entre sus extremos e inversamente proporcional a la resistencia

Esta ley, que se cumple siempre en todos los elementos sometidos a tensión y por los que circula intensidad de corriente, se puede expresar de forma matemática como:

Despejando, podemos obtener las tres fórmulas de la ley de Ohm, que pueden obtenerse fácilmente del triángulo de la ley de Ohm:


A continuación vamos a ver ejemplos de aplicación de la ley de Ohm, en cada caso hay que utilizar la fórmula correspondiente:


Actividades (31)

Realiza las siguientes actividades en tu cuaderno copiando los enunciados completos.

26. Vamos a repetir el experimento llevado a cabo por George Simon Ohm. En su experimento Ohm utilizó pilas de 5 V, las cuales fue incorporando, de una en una, a un circuito. Al mismo tiempo que iba incorporando pilas al circuito, Ohm fue midiendo, con un aparato llamado amperímetro, la intensidad de corriente en los circuitos resultantes; obteniendo los datos de voltaje e intensidad que figuran en la tabla.

Voltaje 5 V
 10 V 15 V
 20 V
Intensidad 0,2 A
 0,4 A
 0,6 A
 0,8 A
Relación
V/I
    

a) Cubre los huecos de la tabla:
b) ¿Permanece constante la relación V/I, o varía con la tensión?
c) ¿Qué nombre recibe dicha relación?
d) ¿Podrías decir cuál es la resistencia del circuito que empleó Ohm?

27. La siguiente tabla muestra los valores de la intensidad, resistencia y tensión de varios elementos de un circuito. Sin embargo se han borrado diversos valores. Calcula los valores que faltan indicando las operaciones necesarias.

 Voltaje 6V
10V
 12mV
  20V  12V
 Resistencia 200

 4  2K  4K  10  0,1
 Intensidad 30mA 3A 60mA50000mA
  0,015A 5A 

28. Dibuja el triángulo de la ley de Ohm y obtiene las tres fórmulas a partir del mismo.

29. Di cuáles de las siguientes frases son verdaderas con respecto a la ley de Ohm:

a) Al aumentar la resistencia de un circuito, disminuye la intensidad de corriente.
b) Al disminuir la tensión, disminuye la intensidad de corriente que circula por el circuito.
c) Al disminuir la resistencia, disminuye la intensidad de corriente que circula por el circuito.
d) En un circuito dado, el producto de la resistencia por la intensidad permanece constante.

30. Conectamos una bombilla de 300
Ω de resistencia a la corriente de un enchufe que tiene 220 V. Dibuja el circuito y calcula la intensidad que circula por el mismo.

31. Conectamos una pila a una bombilla de 90
Ω. Si la intensidad que medimos con un polímetro es de 0,05 A, ¿Qué pila hemos colocado en el circuito?.

32. ¿Qué resistencia tendrá una bombilla conectada a una pila de 9 V, por la que circula una intensidad de 0,3 A
?.


5. EFECTOS DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA

La corriente eléctrica causa diversos efectos cuando atraviesa determinados materiales. Estos efectos pueden ser aprovechados para construir aparatos que produzcan luz, calor o movimiento y poder aprovechar así la energía eléctrica.

1.ENERGÍA CALORÍFICA (CALOR)

Cuando los electrones circulan por un conductor, chocan contra las partículas (núcleos y electrones) del material por el que circulan. De este modo la energía que transportan se convierte en energía calorífica. Este fenómeno se conoce con el nombre de efecto Joule.

Dicho efecto es por un lado un inconveniente, ya que se pierde energía eléctrica al hacer circular la corriente por cualquier conductor. Sin embargo, puede aprovecharse en equipos como planchas, hornos, secadores, cafeteras y en cualquier dispositivo eléctrico que transforma la energía eléctrica en calor. Los elementos empleados para producir calor a partir de la luz eléctrica son las resistencias.

2.ENERGÍA LUMÍNICA (LUZ)

Al ser atravesados por la corriente, los cuerpos incrementan su temperatura. Si este aumento es importante, los cuerpos se vuelven incandescentes, es decir, comienzan a emitir luz. Al principio la luz es roja y a medida que sigue aumentando la temperatura la luz tiende al blanco.

En este fenómeno de incandescencia se basa el funcionamiento de las bombillas convencionales, llamadas por ello, lámparas de incandescencia. En dichas lámparas, el filamento de wolframio (un metal) alcanza unas temperaturas de 2000-3000ºC al pasar por el la corriente. Para evitar que se queme, el filamento se encierra en una ampolla de vidrio en la que se elimina el oxígeno (haciendo vacío o conteniendo una mezcla de argón y nitrógeno).



3.ENERGÍA MECÁNICA (MOVIMIENTO)

La conversión de energía eléctrica en mecánica se realiza a través de motores, por ejemplo, en un tren eléctrico, en una batidora, en un exprimidor, en un ventilador...
Su funcionamiento se basa en el fenómeno de inducción electromagnética en el que la corriente que pasa por un conductor actúa como un imán. Empleando las fuerzas de atracción y repulsión entre un imán y un hilo conductor colocado en su interior puede obtenerse el movimiento del imán.


Actividades (32)

Realiza las siguientes actividades en tu cuaderno copiando los enunciados completos.

33. Elabora una lista con objetos que produzcan alguno de estos efectos (al menos 4 por ejemplo):

CALOR:
tostadora
LUZ:
bombilla
MOVIMIENTO:
motor de batidora

34.Di en que se transforma la electricidad ,en los siguientes aparatos, para su funcionamiento (en algunos se transformará en varios tipos de energía).






ACTIVIDADES FINALES DE REPASO DEL TEMA


Entra en la siguiente dirección:

http://www.portaleso.com/portaleso/trabajos/tecnologia/ele.yelectro/elec1.swf

Contesta a las siguientes preguntas sirviéndote de la misma:

1. ¿Qué es la electricidad?


2. Completa la siguiente frase:

La energía ni se ____________ ni se _______________, sólo se _________________


3. ¿De dónde proviene la electricidad fundamentalmente?


4. ¿Qué es la corriente eléctrica?


5. ¿Qué es un conductor?


6. ¿Qué es un aislante?


7. ¿Qué es un circuito eléctrico?


8. ¿Qué elementos debe tener un circuito eléctrico?


10. ¿En qué se diferencia un circuito abierto de un circuito cerrado?


11. Completa la siguiente frase:

En un circuito eléctrico, el sentido real de la corriente es desde el ___________ hasta el __________, pero el sentido convencional de la corriente es desde el ___________ hasta el __________.


12. En un circuito eléctrico: ¿para qué sirve los generadores?


13. En un circuito eléctrico: ¿para qué sirve los receptores?


14. En un circuito eléctrico: ¿para qué sirve los conductores?


15. En un circuito eléctrico: ¿para qué sirve los elementos de maniobra?


16. Dibuja los símbolos de un interruptor, un conmutador, un pulsador, una bombilla, una pila y un motor.


17. ¿Qué es la tensión y cual es su unidad de medida?


18. ¿Qué es la intensidad y cual es su unidad de medida?


19. ¿Qué es la resistencia y cual es su unidad de medida ?


20. Dibuja el triángulo y las tres fórmulas de la ley de Ohm.