T8 electricidad fq 4º eso

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Las rocas

TEMA 8: ELECTRICIDAD.

Cargas elctricas. Fenmenos elctricos. Importancia de la electricidad en la vida cotidiana. Electricidad y circuitos elctricos. Ley de Ohm. Energa y potencia elctrica.

8.1. Las cargas elctricas. Fenmenos elctricos. Importancia de la electricidad en la vida cotidiana.

La materia es elctricamente neutra, sin embargo, un cuerpo se dice que est electrizado cuando gana o pierde electrones. La cantidad de electricidad de ese cuerpo es un nmero entero de veces la carga del electrn. En el SI, la unidad de carga elctrica es el culombio (C), que equivale a la carga elctrica de unos seis trillones de electrones: 1 C = 6.24 1018 e-.

Muchos fenmenos naturales se deben a la electricidad, como los rayos, el fuego de San Telmoy las auroras boreales.Los rayos o relmpagos son descargas sbitas de electricidad entre dos nubes o entre una nube y la tierra. No est an claro cmo se forman, pero la explicacin ms aceptada parece ligarlos a los rayos csmicos que continuamente bombardean a nuestro planeta, que crearan las condiciones adecuadas para que se produjera la descarga, despus de que se hubiera generado cierta cantidad de carga elctrica en las nubes por la friccin que generan las partculas de hielo de las nubes (ENLACE).El fuego de San Telmo en realidad no es fuego, sino unadescarga luminiscente. El fogonazose produce cuando el campo elctrico creado por una tormenta intensa ioniza el airey hace que en su seno se forme unplasma de partculas cargadasque se mueven conjuntamente. Ese plasma adquiere un resplandor blanco azulado, que a veces tiene la apariencia de un haz de fuego e incluso puede formar largos e impresionantes chorros (ENLACE).Las auroras boreales se forman cuando el viento solar choca con el campo magntico de la Tierra. Llega un momento en el que las lneas del campo magntico se reconectan y liberan de golpe la energa acumulada, lo que propulsa electrones de vuelta a la Tierra. Cuando estos chocan con la parte superior de la atmsfera se genera el plasma llamado aurora, causante del despliegue de brillos y colores que se puede observar en los polos en determinadas pocas del ao (ENLACE).

Es imposible para nuestra forma de vida actual sobrevivir sin electricidad; pues, por obvio que resulte, la energa elctrica est presente casi en todo, fbricas, oficinas, seguridad, entretenimiento, iluminacin, etc., nos damos cuenta de ello slo cuando carecemos del servicio, no reflexionamos sobre su importancia.

La energa elctrica es de vital importancia para nuestro desarrollo, pero frecuentemente olvidamos los cuidados y previsiones que a propsito de su uso debiramos tener. Es comn que, en ocasiones sin razonarlo, conectemos varios aparatos en mismo enchufe, sin saber si ste se encuentra en condiciones de soportar la demanda de energa que le requerirn los aparatos; o que nos acostumbremos a que el cable del horno de microondas se caliente, pues de igual manera funciona.

8.2. Electricidad y circuitos elctricos. Ley de Ohm.

Cuando una carga se coloca en las inmediaciones de otras cargas, sufre una fuerza que puede desplazarla. Cuando existe un desplazamiento ordenado de cargas elctricas, se dice que se produce una corriente elctrica.

Cuando el recorrido de las cargas elctricas se cierra, decimos que existe un circuito elctrico. Un circuito elctrico est formado por distintos elementos conectados entre s: Generador que proporcione la energa necesaria para que circulen las cargas elctricas por el circuito. Hilos conductores por los que pueden circular las cargas elctricas. Receptores que aprovechan de manera til la energa que transportan las cargas elctricas, transformando esta energa elctrica en luz, movimiento, sonido, etc.

En un circuito, los elementos que lo componen se pueden disponer de dos maneras bsicas: En serie, cuando los elementos se disponen uno a continuacin de otro, en una misma rama del circuito. En paralelo, cuando diversos elementos se disponen en distintas ramas del circuito. Para estudiar el funcionamiento de los circuitos es necesario conocer algunas magnitudes elctricas, como son la intensidad de corriente, la diferencia de potencial, resistencia, energa elctrica y potencia elctrica.Intensidad de corriente (I): Cantidad de carga elctrica que atraviesa un conductor en un tiempo determinado. Su unidad en el SI es el amperio (A), que se corresponde a la intensidad de corriente que circula por un conductor cuando por ste se pasa una carga de un culombio en cada segundo.Diferencia de potencial o voltaje (V): Energa potencial que adquiere o que pierde una carga cuando se traslada entre dos puntos dentro de un circuito. Su unidad en el SI es el voltio (V).Resistencia elctrica (R): Oposicin que ofrece un conductor al paso de la corriente. Su unidad en el SI es el ohmio ().

La relacin entre el voltaje, la resistencia y la intensidad de corriente en un circuito viene dada por la siguiente expresin:

A partir de esta expresin se puede definir el ohmio como la resistencia de un conductor por el que circula una corriente de un amperio cuando entre sus extremos se establece una diferencia de potencial de un voltio.

La Ley de Ohm resulta muy til para predecir el valor de algunas magnitudes elctricas en un circuito a partir de otras. Su clculo vara en funcin de que la agrupacin de los elementos sea en serie o en paralelo.

Circuitos con resistencias agrupadas en serie. Los elementos estn conectados unos a continuacin de otros, como se observa en el circuito:

Todas las cargas que salen del primer receptor pasan por el segundo, por lo que la intensidad que pasa por cada resistencia es la misma:I1 = I2La diferencia de potencial en cada receptor depender entonces del valor de la resistencia de cada uno. Por tanto, el voltaje proporcionado por la batera/generador ser igual a la suma de la diferencia de potencial de cada receptor:V = V1 + V2La resistencia total del circuito, denominada resistencia equivalente, puede calcularse sumando el valor de todas las resistencias del circuito:Req = R1 + R2 Circuitos con resistencias agrupadas en paralelo. Los elementos estn conectados como se observa en el circuito:

Las cargas cuando llegan al punto A se reparten, circulando unas por la rama superior donde est R1, y otras por la inferior, donde est R2. Sin embargo, como la carga elctrica se conserva, la suma del nmero de cargas que entran en cada rama es igual al nmero de cargas que entran y salen del generador:IT = I1 + I2Sin embargo, las cargas no se reparten en cada rama de forma aleatoria, sino que se desplazarn ms cargas, y por tanto la intensidad de corriente ser mayor, en la rama del circuito donde la resistencia sea menor. Al ser la diferencia de potencial en cada receptor directamente proporcional al producto de ambas magnitudes (I R), esto hace que:V1 = V2La resistencia equivalente del circuito se calcula de la siguiente forma:1/Req = 1/R1 + 1/R2

8.3. Energa y potencia elctricas

En un circuito, todas las cargas que salen del generador vuelven al mismo tras recorrer el circuito, pero vuelven con menos energa de la que tenan al salir, ya que han cedido energa en su recorrido por el circuito.La energa elctrica es la causada por el movimiento de las cargas elctricas en el interior de los materiales conductores. En los conductores, la energa elctrica se disipa en forma de calor, o bien es consumida en los receptores, que la transforman en otros tipos de energa.

Ley de Joule: La energa elctrica disipada como calor en una resistencia o consumida por un receptor, es proporcional al valor de la resistencia, al cuadrado de la intensidad y al tiempo de paso de la corriente.

Donde:E es la energa en Julios (J).I es la intensidad en amperios (A).R es la resistencia en ohmios ().t es el tiempo en segundos (s).

Teniendo en cuenta la Ley de Ohm, la expresin anterior se puede reescribir como:

El efecto Joule es el que se aprovecha en aparatos elctricos como estufas y planchas.

La energa elctrica se puede transformar en otras formas de energa tiles, como en energa mecnica, responsable del funcionamiento de un secador de pelo. La potencia elctrica de un dispositivo representa la energa transformada en el dispositivo en la unidad de tiempo, y viene dada por la expresin:

Donde:P es la potencia en vatios (W).V es el voltaje (V).I es la intensidad (A).R es la resistencia ().Teniendo en cuenta el concepto de potencia y el efecto Joule, tenemos que:

Donde E representa la energa (en julios) consumido por un aparato elctrico en funcin del tiempo (en segundos) que se encuentre funcionando. Esta es la expresin que se usa cuando queremos obtener la energa en kilovatio hora (kWh), que es la energa que consume un aparato elctrico de 1kW de potencia que funciona durante 1 hora.

Cuestiones y problemas

Ley de Ohm1. Calcula la resistencia de un conductor por el que circula una corriente de 2 A bajo una tensin de 12V. Sol. 6 2. Calcula la diferencia de potencial entre los extremos de un conductor de 10 de resistencia por el que circula una corriente de 7.5 A. Sol. 75 V3. Calcula la intensidad de corriente que circula por un conductor de 10 de resistencia, si la diferencia de potencial entre sus extremos es de 0.02 mV. Sol. 210-6 A4. Calcula la intensidad que circula por un conductor de 10 ohmios de resistencia si entre sus extremos existe una diferencia de potencial de 2 V. (Sol: 0.2 A) 5. Calcula la intensidad que circula por un conductor de 20 ohmios de resistencia si entre sus extremos existe una diferencia de potencial de 9 V. (Sol: 0.45 A) 6. Calcula el valor de una resistencia por la que circula una intensidad de 2 A cuando entre sus entre sus extremos existe una diferencia de potencial de 220 V. (Sol: 110 ohmios) 7. Calcula la diferencia de potencial en los extremos de una resistencia de 150 ohmios cuando