Circuitos eléctricos básicos Inicio o Objetivos o Bloque 1: Carga eléctrica. Materiales conductores y aislantes. Magnitudes fundamentales. Actividades Bloque 1 o Bloque 2: El circuito eléctrico. Simbología normalizada. Conexiones serie, paralelo y mixto. o Bloque 3: Ley de ohm. Potencia eléctrica y energía o Actividad final

Bloque 1: Carga eléctrica. Materiales conductores y aislantes. Magnitudes fundamentales.

ORIGEN DE LA CARGA ELÉCTRICA

Todos los materiales están compuestos de átomos y estos, a su vez, de electrones, protones y neutrones.En condiciones normales, el número de electrones es igual al de protones por lo que el material no tiene propiedades eléctricas. Sin embargo, bajo ciertas condiciones, se crea un exceso o defecto de electrones, y en consecuencia el material adquiere carga y propiedades eléctricas: Q≠0La carga eléctrica se representa por la letra Q y se mide en culombios C.

TIPOS DE MATERIALES

AislantesLos electrones están fuertemente unidos al núcleo atómico por lo que apenas pueden moverse de su zona de equilibrio y por ello, no se da el movimiento de carga eléctrica. Ejemplos de materiales aislantes son la madera, los plásticos, la cerámica y el vidrio.

ConductoresLos electrones están débilmente unidos al núcleo atómico por lo que pueden moverse por todo el material con gran facilidad. El movimiento ordenado de la carga eléctrica (electrones o huecos en exceso) por el metal se denomina corriente eléctrica. Ejemplos de materiales conductores son los metales como el oro, la plata, el cobre o el aluminio.

SemiconductoresSon aislantes bajo determinadas condiciones y conductores en otras. Forman parte de la inmensa mayoría de los componentes electrónicos actuales y los más utilizados son el silicio (Si) y el germanio (Ge).

CORRIENTE ELÉCTRICA Y MAGNITUDES ELÉCTRICAS FUNDAMENTALES

Cuando se unen dos cuerpos con distinta carga a través de un elemento conductor, se produce un movimiento de electrones desde el que tiene exceso de carga negativa hacia el que tiene exceso de carga positiva. Ese movimiento es lo que conocemos como corriente eléctrica: flujo o movimiento ordenado de electrones en el interior de un conductor para lograr el equilibrio electrónico entre dos puntos con distinta cantidad de carga eléctrica.

Intesidad de corriente (I)Nosotros no podemos contar la cantidad de electrones que circulan por un conductor puesto que es una cantidad muy grande, por eso, para medir la corriente eléctrica que circula por un conductor se utiliza una magnitud que es la Intensidad de corriente, o simplemente Intensidad o Corriente eléctrica. La Intensidad de corriente es la cantidad de carga que atraviesa un conductor por unidad de tiempo. I=Q/t. La Intensidad de corriente se mide en Amperios (A).

Resistencia eléctrica (R)Todos los conductores no conducen la corriente eléctrica de igual forma, hemos visto anteriormente que existen materiales (aislantes) que no dejan pasar la corriente eléctrica y otros (conductores) que si lo permiten. La dificultad que opone un material al paso de la corriente es lo que llamamos Resistencia eléctrica y depende de varios factores:

De la sección; cuanto más delgado mayor Resistencia.

De la longitud del conductor; a mayor longitud más Resistencia.

Del tipo de material; unos materiales ofrecen más Resistencia que otros. A esta propiedad de cada material se le conoce como Resistividad.

La unidad de Resistencia es el Ohmio (Ω).

Voltaje (V) o tensión¿Qué provoca el movimiento de los electrones en un conductor? Para que por un conductor circule una corriente eléctrica es necesario que entre sus extremos haya una diferencia de carga eléctrica, de manera que los electrones circularán desde donde hay más cantidad hasta donde hay menos.A esta diferencia de carga eléctrica se le llama diferencia de potencial o Voltaje y es la fuerza que provoca la corriente eléctrica o movimiento de electrones en un conductor.La unidad de medida del Voltaje es el Voltio(V) el cual se define como la diferencia de potencial capaz de provocar una corriente de un amperio en un conductor cuya resistencia sea de un ohmio.

Actividades Bloque 1

Actividad de Espacios en Blanco

Lee los contenidos del bloque 1 y a continuación coloca las palabras que faltan en los siguientes párrafos.

Todos los materiales están compuestos de átomos y estos, a su vez, de , protones y neutrones.

La es la cantidad de carga que atraviesa un conductor por unidad de tiempo. I=Q/T.

La Intensidad de corriente se mide en (A).

Todos los conductores no conducen la corriente eléctrica de igual forma, hemos visto anteriormente que existen materiales (aislantes) que no dejan

pasar la corriente eléctrica y otros (conductores) que si lo permiten. La dificultad que opone un material al paso de la corriente es lo que llamamos

. La unidad de Resistencia es el (Ω).

La fuerza que provoca la corriente eléctrica o movimiento de electrones en un conductor es lo que

llamamos . La unidad de medida

del voltaje es el (V)

Reflexión

Teniendo en cuenta que la resistencia eléctrica (R) de un elemento depende de su sección (S), su longitud (L) y de la resistividad del material (ρ), intenta deducir una expresión que relacione entre si estas cuatro magnitudes.

Ten en cuenta que la resistencia aumenta con la sección y con la resistividad y disminuye con la longitud.

Problema

Calcula la Resistencia eléctrica de un conductor de cobre de 50 metros de longitud y 2,5 mm2 de sección.

Resistividad del cobre: ρ=0,017 Ω•mm2/m

Bloque 2: El circuito eléctrico. Simbología normalizada. Conexiones serie, paralelo y mixto.

EL CIRCUITO ELÉCTRICO Un circuito eléctrico es un conjunto de elementos que, unidos de forma adecuada, permiten el paso de la corriente eléctrica (electrones). La función de un circuito eléctrico es convertir la energía eléctrica del generador en otro tipo de energía mediante un receptor. Según la tipología del receptor la energía eléctrica se convertirá en diferentes tipos de energía útiles para el hombre. Por ejemplo, mediante un motor eléctrico conviertimos la energía eléctrica en movimiento, mediante una lámpara convetimos la energía eléctrica en luz y mediante una resistencia convertimos la energía eléctrica en calor.

Un circuito eléctrico está compuesto por los siguientes elementos:

Un generador de voltaje (pila, batería, red eléctrica, etc.). Permite establecer la diferencia de potencial que pondrá en marcha a los electrones provocando la corriente eléctrica.

Un receptor de la corriente (motor, lámpara, resistencia etc.). Transforma la energía eléctrica en otro tipo de energía que podemos aprovechar.

Unos elementos de maniobra (interruptores, pulsadores, conmutadores, etc.) Permiten controlar y dirigir la corriente eléctrica accionando los diferentes receptores del circuito.

Unos elementos de protección (fusible, interruptor automático, etc.). Protegen el circuito frente a las posible subidas de voltaje o intensidad, así como a los usuarios frente a las posibles descargas eléctricas.

Unos cables de material conductor que conecten los anteriores. Normalmente están fabricados de cobre o aluminio recubierto de material plástico aislante.

SIMBOLOGÍA NORMALIZADA

Para representar los circutos eléctricos sobre el papel se emplea una simbología normalizada facilitando así la interpretación de los planos eléctricos. Cada elemento de un circuito queda representado por un símbolo.

Haz cliq aqui para ver una tabla con los símbolos eléctricos de los elementos principales de un circuito.

CONEXIONES SERIE, PARALELO Y MIXTO

Según las diferentes formas de conectar entre si los elementos de un circuito eléctrico, éstos se clasifican en circuitos en serie, circuitos en paralelo y circuitos mixtos.

Circuito serie

Los diferentes elementos de conectan uno a continuación del otro, de tal manera que la corriente eléctrica sólo tiene la posibilidad de seguir un camino único. En este tipo de circuitos la intensidad de corriente es la misma en todos los elementos del circuito, mientras que el voltaje del generador se repartirá entre los diferentes elementos receptores existentes en el circuito.

Circuito paralelo

En este tipo de circuitos los elementos se conectan de manera que cada elemento receptor recibe todo el voltaje del generador. Como consecuencia de ello la corriente dispone de diferentes caminos posibles y la intensidad de corriente se repartirá entre los diferentes receptores del circuito.

Circuito mixto

Son circuitos eléctricos que disponen de conexiones tanto en serie como en paralelo.

Aqui puedes ver los diferentes tipos de circuitos así como sus correspondientes esquemas eléctricos normalizados.

Actividades Bloque 2

Pregunta de Selección Múltiple1) ¿Cómo se llama el elemento encargado de establecer la diferencia de potencial en un circuito eléctrico?

Reistencia

Receptor

Generador

2) ¿Cómo se llaman los elementos encargados de transformar la energía eléctrica en otro tipo de energía?

Motores

Receptores

Resistencias

3) Entre los elementos de maniobra que permiten controlar y dirigir la corriente eléctrica por las diversas partes del circuito encontramos los siguientes:

Pulsadores

Interruptores

Lámparas

Resistencias

Conmutadores

4) Los circuitos en los que los elementos receptores están sometidos al mismo voltaje se llaman:

Circuitos en serie

Circuitos en paralelo

Circuitos mixtos

5) Los circuitos cuyos elementos receptores reciben la misma intensidad de corriente se llaman:

Circuitos en serie

Circuitos en paralelo

Circuitos mixtos

6) Los circuitos que disponen de receptores conectados en serie y de receptores conectados en paralelo se llaman:

Circuitos en serie

Circuitos en paralelo

Circuitos mixtos

Diseño de circuitos eléctricos

Mediante la utilización de la herramienta de diseño del procesador de textos representa los siguientes circuitos eléctricos utilizando la simbología normalizada. A continuación explica detalladamente su funcionamiento.

- Una pila en serie con una bombilla y un interruptor.

- Una pila en serie con dos bombillas y un pulsador.

- Una pila en paralelo con dos motores y un interruptor que lo acciona todo.

- Una pila en paralelo con tres resistencias y dos interruptores, uno que acciona dos resistencias y otro que acciona la tercera.

- Una pila en serie con una bombilla y en paralelo con un motor y un zumbador, así como un pulsador que lo acciona todo.

ReflexiónTienes que diseñar dos circuitos eléctricos. Ambos estarán constituidos por un generador, tres lámparas y un interruptor. La diferencia entre ellos es que en uno las tres lámparas deberán lucir con mayor intensidad lumínica que en el otro.

ReflexiónDiseña un circuito constituido por dos conmutadores y una lámpara, de manera que permita el encendido de la lámpara desde dos posiciones distintas.

Actividad de Lectura

PECES LUMINOSOS

La generación de luz mediante electricidad es algo bastante común en nuestra sociedad. Sin embargo, también algunos organismos vivos, como las luciérnagas, algunas algas y ciertas especies de peces, son capaces de emitir luz.

Por ejemplo, los peces abisales, animales que viven en el mar a mucha profundidad, donde no llega la luz solar, son animales "bioluminiscentes": son capaces de generar luz. ¿Cómo lo hacen? A partir de cambios químicos que se producen en sus células.

La generación de luz tiene varios fines en estos peces:

- Por una parte, les sirve para cazar. En muchas especies la "lámpara" está situada cerca de la boca del pez. Así, las presas son atraídas por esta fuente de luz y pueden ser atrapadas con facilidad.

- Por otro lado, la emisión de luz les sirve también para aparearse, pues gracias a la luz los peces pueden reconocer a individuos de la misma especie en un ambiente completamente oscuro.

Contesta a las siguientes preguntas:

1. ¿Cómo se denominan los peces que son capaces de generar luz?

2. ¿Para qué les sirve esta capacidad?

3. ¿Cómo genenan la luz?

4. ¿Cómo se llaman los peces que viven en el mar a mucha profundidad?

5. ¿Qué otros organismos vivos además de los peces son capaces de generar luz?

Bloque 3: Ley de ohm. Potencia eléctrica y energía

LA LEY DE OHM

La Ley de Ohm, postulada por el físico y matemático alemán Georg Simon Ohm, es una de las leyes fundamentales de la electricidad y relaciona entre sí las tres magnitudes eléctricas fundamentales anteriormente estudiadas.

Debido a la existencia de materiales que dificultan más que otros el paso de la corriente eléctrica a través de los mismos, cuando el valor de su resistencia varía, el valor de la intensidad de corriente también varía de forma inversamente proporcional. Es decir, a medida que la resistencia aumenta la corriente disminuye y, viceversa, cuando la resistencia al paso de la corriente disminuye la corriente aumenta, siempre que para ambos casos el valor del voltaje se mantenga constante.

Por otro lado y de acuerdo con la propia Ley, el valor del voltaje es directamente proporcional a la intensidad de la corriente; por tanto, si el voltaje aumenta o disminuye, la intensidad de corriente que circula por el circuito aumentará o disminuirá en la misma proporción, siempre y cuando el valor de la resistencia conectada al circuito se mantenga constante.

En consecuencia, la fórmula matemática que representa la Ley de Ohm, y por tanto la relación entre las tres magnitudes eléctricas fundamentales es:

V = I • R, siendo V= Voltaje (voltios), I= Intensidad (amperios), R= Resistencia (ohmios)

Despejando de esta fórmula podemos obtener otras dos expresiones de la Ley de Ohm:

I = V / R

R = V / I

El siguiente triángulo nos puede servir para recordar las distintas expresiones de la Ley de Ohm.

Haz click en el siguiente enlace para ver ejemplos de aplicación de la Ley de Ohm.

POTENCIA ELÉCTRICA Y ENERGÍA

La potencia eléctrica mide de la cantidad de energía eléctrica que un receptor consume en un tiempo dado.Su unidad es el vatio (W), un múltiplo del vatio es el Kilovatio, 1 KW = 1000 W.Dado un receptor eléctrico (bombilla, motor, resistencia) sometido a un voltaje V y por el que circula una intensidad de corriente I, la potencia que consume es:

P = I • V, siendo P= Potencia (vatios), I= Intensidad (amperios), V= Voltaje (voltios)

En nuestras casas pagamos el "recibo de la luz" dependiendo de la cantidad de energía eléctrica que hayamos consumido. Pagaremos más o menos dependiendo de que hayamos tenido más o menos electrodomésticos conectados durante un tiempo dado. Esta energía eléctrica que nosotros consumimos se ha producido en algún tipo de central de producción de energía. Allí han transformado otra forma de energía en energía eléctrica. La unidad de energía eléctrica más utilizada es el kilovatio por hora (KW·h) y se define como la energía consumida por un aparato de 1 KW de potencia funcionando durante 1 hora. La expresión mátemática de la energía es:

E = P • t, siendo E= Energía (KW·h), P= Potencia (Kilovatios), t= tiempo (horas)

Haz click aqui para ver ejemplos de cálculo de potencia, energía y coste de la factura de la luz.

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Actividades Bloque 3

Pregunta Verdadero-FalsoIndica si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas.

1) La Ley de Ohm relaciona entre sí las tres magnitudes eléctricas fundamentales (voltaje, intensidad y resistencia).

Verdadero Falso

2) El valor del voltaje es inversamente proporcional al valor de la intensidad.

Verdadero Falso

3) El valor de la intensidad es inversamente proporcional al valor de la resistencia.

Verdadero Falso

4) El valor de la resistencia es directamente proporcional al valor del voltaje.

Verdadero Falso

5) La potencia eléctrica mide la cantidad de energía eléctrica que consume un receptor y su unidad es el KW·h.

Verdadero Falso

6) La unidad de energía eléctrica más utilizad es el vatio por hora (W·h).

Verdadero Falso

7) El voltaje se puede expresar como: V = P / I

Verdadero Falso

8) La potencia se puede expresar como: P = t / E

Verdadero Falso

9) El consumo de la energía eléctrica depende exclusivamente de la potencia de los aparatos que tengamos conectados.

Verdadero Falso

10) Para transportar una cantidad de potencia eléctrica determinada, cuanto mayor sea el voltaje menor será la intensidad.

Verdadero Falso

ProblemaMediante la aplicación de la Ley de Ohm calcula las siguientes magnitudes:

a) Intensidad de corriente que circula por un circuito que funciona a 300 mV y tiene una resistencia eléctrica de 1 KΩ.b) Voltaje de una batería que alimenta un circuito de 2,2 KΩ por el que circulan 5 mA.c) Resistencia de una estufa eléctrica que funciona a 220 V y por la que circulan 11 A.d) Voltaje de una pila que alimenta un circuito de 100 Ω por el que circulan 45 mA.

ProblemaSabiendo que la empresa suministradora nos cobra 0,15 euros por cada KW∙h, calcula el coste total de la factura de la luz durante un mes, de una vivienda que realiza el siguiente consumo:

(Suponer que el mes en curso tiene 30 días naturales).

a) 8 bombillas de 60 W cada una que funcionan durante 7 horas al día.b) Una cocina eléctrica de 600 W que funciona durante 2 horas al día.c) Una lavadora de 800 W que se pone 12 veces al mes y cada lavado dura 2 horas.d) Un frigorífico de 250 W que funciona durante 16 horas al día

e) Un sistema de aire acondicionado que funciona a 220 V y 6 A de intensidad y que funciona 4 horas al día.

Actividad final

Prueba de evaluación1) Desde el punto de vista de la conductividad eléctrica, ¿qué tres tipos de materiales conocemos?

a) Plásticos, maderas y metales.

b) Conductores, aislantes y metales.

c) Conductores, aislantes y semiconductores.

2) ¿Cuáles son las tres magnitudes eléctricas fundamentales y en qué unidades se miden?

a) Potencia (W), resistencia (A) y voltaje (V).

b) Energía (W), resistencia (Ω) e intensidad (A).

c) Voltaje (V), intensidad (A) y resistencia (Ω).

3) ¿Cuáles son los elementos principales de un circuito eléctrico?

a) Receptor, generador, resistencia y pila.

b) Generador, receptor, elementos de maniobra y protección y cables.

c) Generador, resistencia, motor y cables.

4) Aplicando la Ley de Ohm calcula el voltaje en un elemento de un circuto de 5 KΩ de resistencia y por el que circulan 40 mA de intensidad.

a) 200 mV

b) 200 V

c) 20 V

5) ¿Qué valor de resistencia tendrá un electrodoméstico que funciona a 220 V y por el que circulan 5,5 A de intensidad.

a) 40 KΩ.

b) 400 Ω.

c) 40 Ω.

6) Calcula la potencia eléctrica de un motor que funciona a 380 V y tiene una resistencia de 95 Ω.

a) 1,52 KW.

b) 152 W.

c) 15,2 KW.

7) Calcula la energía eléctrica que consumirá diariamente un aparato de aire acondicionado que funciona a 220 V y por el que circulan 12 A de intensidad.

a) 636,6 KW·h

b) 63,36 KW·h

c) 6,336 KW·h

8) Sabiendo que la empresa suministradora nos cobra 0,15 € por cada KW·h, calcula el coste total de la factura de la luz durante un mes de un ascensor que dispone de un motor de 3000 W y que funciona dos horas al día. (Suponemos que el mes en curso tiene 30 días naturales).

a) 275 €.

b) 270 €.

c) 27 €.

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