TERCER TRIMESTRE ESTÁNDARES DE APRENDIZAJE …ieslosneveros.es/images/Naturaleza/FCAQCA4ESO/... ·...

TERCER TRIMESTRE

ESTÁNDARES DE APRENDIZAJE IMPRESCINDIBLES

B4.C8.1. Explica la relación existente entre las cargas eléctricas y la constitución de la materia y asocia la carga eléctrica de los cuerpos con un exceso o defecto de electrones. CMCT

B4.C8.2. Relaciona cualitativamente la fuerza eléctrica que existe entre dos cuerpos con su carga y la distancia que los separa, y establece analogías y diferencias entre las fuerzas gravitatoria y eléctrica. CMCT

B4.C9.1. Justifica razonadamente situaciones cotidianas en las que se pongan de manifiesto fenómenos relacionados con la electricidad estática. CMCT, CAA, CSC

B4.C 11.1. Comprueba y establece la relación entre el paso de corriente eléctrica y el magnetismo, construyendo un electroimán. CMCT, CAA

B4.C11.2. Reproduce los experimentos de Oersted y de Faraday, en el laboratorio o mediante simuladores virtuales, deduciendo que la electricidad y el magnetismo son dos manifestaciones de un mismo fenómeno. CMCT, CAA, CD

B4.C12.1. Realiza un informe empleando las TIC a partir de observaciones o búsqueda guiada de información que relacione las distintas fuerzas que aparecen en la naturaleza y los distintos fenómenos asociados a ellas. CCL, CAA

B5.C7.1. Interpreta datos comparativos sobre la evolución del consumo de energía mundial proponiendo medidas que pueden contribuir al ahorro individual y colectivo. CCL, CAA, CSC

B5.C11.1. Describe el proceso por el que las distintas fuentes de energía se transforman en energía eléctrica en las centrales eléctricas, así como los métodos de transporte y almacenamiento de la misma. CMCT, CSC

Aprende, aplica y avanza

1 Completa la siguiente frase: «Se habla de ................................. cuando la mate-

ria adquiere propiedades ................................. . Se debe a la ................................. o

redistribución de ................................., y se puede producir por .................................,

por ................................. y por ................................. . En el primer caso, los cuerpos

quedan ................................. con signo contrario, y en el segundo, con el mismo

.............................. . En el tercero se produce una ................................. de electrones».

2 Indica a qué tipo de electrización corresponden estas afirmaciones:

a) No es necesario el contacto entre cuerpos: ...............................................................

b) Los cuerpos contactan, pero sin frotarlos: ...............................................................

c) Los cuerpos quedan electrizados con signos contrarios: .......................................

La electrización de la materia es el fenómeno por el cual un cuerpo adquiere pro-piedades eléctricas. Debido a ellas, atrae o repele a otros cuerpos electrizados.

Se debe a la transferencia de electrones de un cuerpo a otro, o a una redistri-bución de electrones en el interior de uno de ellos. Dos objetos electrizados con el mismo signo se repelen, y si lo están con signo contrario, se atraen.

La materia se puede electrizar de tres formas:

Concepto de electrización: tipos

Al frotar dos cuerpos, uno que-da electrizado positivamente, y el otro, negativamente.

Frotamiento

Al tocar una bola metálica con un cuerpo electrizado, ambos se electrizan con el mismo signo.

Contacto

Al acercar un cuerpo electriza-do a una bola metálica, se redis-tribuyen los electrones de esta.

Inducción

Electricidad y magnetismo

1 Electrización de la materia

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Nombre y apellidos: ............................................................................................................................................................................................... Fecha: ........................................................

Unidad 5

Electricidad y magnetismo


1 Escribe el símbolo del átomo o ión que se forma cuando…

a) Un átomo de magnesio pierde dos electrones: .........................................................

b) El ión Fe3+ gana un electrón: .......................................................................................

c) El ión O2– pierde dos electrones: ..................................................................................

d) Un átomo de azufre gana dos electrones: ..................................................................

2 Define, con tus palabras, el concepto de carga neta.

3 En la imagen, indica las partes del electroscopio y explica brevemente cómo funciona.

4 Para saber si un cuerpo está cargado, basta con tocar con él la esfera de un elec-troscopio. Indica si un cuerpo está cargado si al tocar con él un electroscopio…

a) … las varillas no se mueven. ..................................................................................................

b) … las varillas, que se encontraban separadas, se separan más. ..........................

c) … las varillas, que estaban separadas, se juntan. ........................................................

Cuando un cuerpo gana electrones, queda con carga eléctrica negativa, y si los pierde, con positiva. En el SI, la carga se expresa en culombios (C).

Si un cuerpo tiene el mismo número de electrones que de protones, su carga neta es cero. Cuando gana un electrón, se dice que tiene carga neta –1 (por ejemplo, el ión Cl–); si gana dos electrones, su carga neta es –2 (por ejemplo, S2–), y así sucesivamente. Si los pierde, la carga neta será positiva, tanto mayor cuanto mayor sea el número de electrones que pierda (por ejemplo, Na+, o Fe2+).

La carga neta se conserva. Por tanto, si un cuerpo adquiere carga positiva es porque otro, u otros, la han adquirido negativa en la misma cantidad.

La carga eléctrica se conserva

1

3

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2 Carga eléctrica. Ley de conservación

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Unidad 5

La ley de Coulomb establece que dos cuerpos con carga eléctrica se atraen o se repelen con una fuerza que es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa. Matemáticamente:

F Kd

Q q2$$

=

La constante K depende del medio en el que se encuentren los cuerpos carga-dos (no es lo mismo, por ejemplo, en aire que en agua) y la distancia siempre se mide desde el centro de los cuerpos.

Significado y expresión de la ley de Coulomb


1 Representa las fuerzas que se ejercen entre las siguientes esferas cargadas:

I. II.

III. IV.

V. VI.

2 Repasa los múltiplos y submúltiplos y expresa las siguientes cargas en el SI de unidades:

a) 2 mC: ......................................................................................................................................

b) 3 nC: ........................................................................................................................................

c) 7 µC: ........................................................................................................................................

3 Calcula la fuerza con la que interaccionan dos cargas de 1 C que se encuen-tran a 1 m de distancia: a) en aire; b) en agua (busca en tu libro los valores de K para estos medios).

Q = 0 q > 0 Q < 0 q > 0

Q = 0 q = 0 Q > 0 q > 0

Q > 0 q = 0 Q = 0 q < 0

3 Ley de Coulomb

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Unidad 5


1 Las siguientes imágenes representan las dos fases de formación de un rayo nube-tierra. Escribe, a la derecha de cada una, lo que representan.

.................................................................

.................................................................

.................................................................

.................................................................

.................................................................

.................................................................

.................................................................

.................................................................

2 Sabiendo que en la formación de un rayo la nube queda cargada por la fricción entre cristales de hielo que se mueven en el interior de la nube debido a las corrientes de aire, ¿qué tipos de electrización intervienen desde que empieza el fenómeno hasta que se produce el rayo?

3 Para describir un rayo se habla del relámpago y del trueno. ¿A qué nos referi-mos con cada uno de estos términos?

A veces, al tocar objetos o a otras personas, o al poner en contacto unos obje-tos con otros, se producen «chispazos» de mayor o menor intensidad: se trata de fenómenos electrostáticos.

Una de las descargas electrostáticas naturales de mayor intensidad es el rayo. Su naturaleza eléctrica fue demostrada por Benjamin Franklin, quien encontró la forma de esquivar su potencial destructor ideando el pararrayos.

Las descargas electrostáticas

a)

b)

4 La electrostática en nuestro entorno

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Unidad 5

El magnetismo es la propiedad que presentan ciertos materiales, que denomi-namos imanes, de atraer determinados metales, como el hierro y sus aleacio-nes. Se trata de una interacción a distancia.

Un imán tiene dos polos, que denominamos polos magnéticos norte y sur y no se pueden separar. Es en los polos donde la atracción es más intensa, y entre ellos se encuentra la zona neutra, en la que la atracción es nula.

Los polos del mismo tipo se repelen, y los de distinto tipo se atraen.

Según su origen, los imanes se clasifican en naturales y artificiales, y según la duración de las propiedades magnéticas, en temporales y permanentes.

Concepto de magnetismo. Tipos de imanes


1 Busca en tu libro e indica otros dos metales, aparte del hierro, que son atraí-dos por los imanes.

2 ¿Qué significa que el magnetismo es una interacción a distancia?

3 Representa las fuerzas que actúan sobre los siguientes imanes, e indica si se trata de fuerzas de atracción o de repulsión.

4 Indica lo que representa la siguiente imagen.

5 ¿Qué dos criterios de clasificación se han utilizado para clasificar los imanes?

SN

N S N S

N

Zona neutra

Polo magnético norte Polo magnético sur

S

S N SNS N SN N S NSN S NS N S N SN S N S

5 Magnetismo e imanes. Polos magnéticos

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Unidad 5


Las agujas imantadas se orientan en la dirección norte-sur, lo que hizo pensar que la Tierra se comporta como un gran imán natural. Esto es la base del fun-cionamiento de las brújulas.

La electricidad y el magnetismo, aunque en principio se estudiaron como fe-nómenos de diferente naturaleza, resultaron estar muy relacionados:

• En 1820, Oersted comprobó que cuando se acerca una aguja imantada a un hilo por el que circula una corriente eléctrica, la aguja se orienta perpendicu-larmente al hilo.

• En 1831, Faraday comprobó que cuando se mueve un imán dentro de una espira (hilo conductor cerrado), en esta aparece una corriente eléctrica. Esta corriente recibe el nombre de «corriente inducida», y el fenómeno se conoce como inducción electromagnética.

• En 1873, Maxwell unificó los fenómenos eléctricos y magnéticos bajo una misma teoría: el electromagnetismo.

La electricidad y el magnetismo están relacionados

1 Sabiendo que el polo norte magnético de la aguja imanta-da de una brújula se orienta hacia el polo norte geográfico de la Tierra, rotula la siguiente imagen indicando la dispo-sición de los polos magnéticos de las agujas imantadas, y de los polos geográficos y magnéticos de la Tierra.

2 Debajo de cada imagen, escribe una frase explicativa e in-dica el fenómeno con el que se relaciona:

.................................................................

.................................................................

.................................................................

.................................................................

.................................................................

.................................................................

Corriente

A

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NS

N

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a) b)

6 Del magnetismo al electromagnetismo

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Unidad 7

La energía es la capacidad para producir cambios. La transformación de ener-gía para su aprovechamiento se hace a partir de las fuentes de energía.

LAS FUENTES DE ENERGÍA

son pueden ser

para obtener

normalmente esta se transforma en energía

RECURSOS

TÉRMICA

MATERIAS PRIMAS

ELÉCTRICA

ENERGÍA PRIMARIA

RENOVABLESNO RENOVABLES

CARBÓN

PETRÓLEO

GAS NATURAL

ENERGÍA NUCLEAR

HIDRÁULICA

EÓLICA

SOLAR

MARINA

GEOTÉRMICA

Qué es la energía. De dónde la obtenemos

Completa las frases y resume1 Completa las palabras que faltan en esta frase:

Los ................................ y materias primas que utilizamos para obtener energía

.............................. y transformarla en energía ................................ o ................................

eléctrica se denominan ................................ de ................................ .

2 Completa la tabla con algún inconveniente de estas fuentes de energía no renovables:

Fuente de energía

Energía obtenida

Procede de... Ventajas Inconvenientes

Carbón TérmicaLa descomposición de

plantas y microorganismos enterrados durante

millones de años

La energía que se obtiene llega a todos los lugares donde se necesita y da respuesta a las

necesidades de nuestra sociedad.

Son recursos limitados que

acabarán ................................ .

Generan problemas de ..

......................................... .

Petróleo Térmica

Gas natural Térmica

Nuclear Térmica Combustibles nuclearesSu producción es continua, y con poco combustible se

obtiene mucha energía

Generan residuos

............................... . Se pueden

producir ............... ................. .

3 Relaciona cada fuente de energía renovable con sus ventajas e inconvenientes:

Materiales necesarios asequibles Energía limpia Útil para dar electricidad a viviendas aisladas

Eólica Hidráulica Geotérmica Solar

Pueden causar gran impacto ambiental

Solo se puede usar en lugares concretos del planeta

Se necesita silicio para la construcción de placas fotovoltaicas, que es un recurso limitado

La energía71 Las fuentes de energía

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Unidad 7


1 Indica si las siguientes acciones en relación con el desarrollo sostenible son acciones individuales, desarrollo de nuevas tecnologías o medidas políticas:

a) Reducir el tráfico de coches por el centro de las ciudades.

b) Utilizar regletas con interruptor para apagar completamente los electro-domésticos.

c) Invención de las lámparas LED.

d) Prohibición de la fabricación de bombillas de filamento incandescente.

2 Elabora una lista de acciones individuales que puedas llevar a cabo todos los días y que vayan encaminadas a un ahorro de la energía o a una reducción de la contaminación.

El desarrollo sostenible es el desarrollo (social, tecnológico, etc.) que permite que se satisfagan las necesidades de la sociedad actual, sin que se corra el ries-go de que las siguientes generaciones no tengan cubiertas sus necesidades.

Para conseguir el objetivo principal del desarrollo sostenible destacamos ac-ciones en tres ámbitos diferentes:

1. Desarrollos tecnológicos para reducir la contaminación y para aumentar el rendimiento de los procesos energéticos. El rendimiento de un proceso energético es la relación entre la energía que debemos dar, por ejemplo a un motor, y la energía que se aprovecha; hay que reducir la energía que se pierde, o se disipa.

2. Acciones individuales. Para reducir la contaminación y aprovechar mejor la energía no solo necesitamos tecnología; cada uno de nosotros debe con-cienciarse del uso racional de los recursos: usar bombillas de bajo consumo, apagar luces que no estén siendo usadas, usar el transporte público y la bi-cicleta, y otras tantas acciones individuales que sumarán una acción global beneficiosa para el medio ambiente.

3. Medidas políticas, como es el protocolo de Kyoto, cuyos países firmantes se comprometen a reducir las emisiones de dióxido de carbono a la atmósfera.

Cómo conseguir el desarrollo sostenible

2 El desarrollo sostenible

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Unidad 7

La corriente eléctrica que llega a las casas procede de centrales eléctricas, que transforman una energía primaria en energía eléctrica. Todas las centrales eléctricas tienen en común que convierten la energía mecánica en energía eléctrica, pues se hace girar una turbina, que a su vez hace girar un alternador, que genera corriente eléctrica alterna.

A partir de la combustión de petróleo, carbón o gas natural, se obtiene gran cantidad de energía térmica, que sirve para tener vapor de agua a alta presión, que es el que mueve la turbina y el alternador para generar la corriente alterna.

Centrales térmicas


1 Indica dos ventajas y dos inconvenientes de este tipo de central eléctrica:

Ventaja I: ......................................................................................................................................

Ventaja II: .....................................................................................................................................

Inconveniente I: .........................................................................................................................

Inconveniente II: ........................................................................................................................

2 Señala en el esquema de la central térmica los lugares donde se produce una conversión de energía en otra.

3 Señala en el esquema cuál es el lugar por el que se produce la mayor emisión de contaminación de este tipo de centrales.

4 ¿Qué sale por la torre de refrigeración? Señala las opción correcta:

a) Gases corrosivos. c) Vapor de agua.

b) Dióxido de carbono. d) Humos.

Combustible

Condensador

Transformador

Líneade transmisión

Turbinas

Alternador

Generador

Caldera

Torrede

refrigeración

Vapor

Agua

3 Las centrales eléctricas

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Unidad 7


En este tipo de central, el calor necesario para tener vapor de agua a alta presión se obtiene de una reacción nuclear de fisión. El combustible nuclear que se uti-liza es uranio. No se produce dióxido de carbono. Se producen residuos peligro-sos y en caso de accidente las consecuencias pueden llegar a ser desastrosas.

En estas centrales el movimiento de la turbina se produce a partir de agua embalsada, que cae desde cierta altura.

Centrales nucleares

Centrales hidráulicas

Edi�cio de contención

Condensador

Alternador

Generador

Transformador


Torrede

refrigeración

Reactor

Generadorde vapor

Barrasde control

Vapor

Agua

Turbinas

Compuerta

Embalse

Alternador

Transformador

Línea de transmisión

Presa

Turbina

Generador

5 Indica dos ventajas y dos inconvenientes de las centrales nucleares:

Ventaja I: ......................................................................................................................................

Ventaja II: .....................................................................................................................................

Inconveniente I: .........................................................................................................................

Inconveniente II: ........................................................................................................................

6 Indica los elementos que tienen en común las centrales nucleares y las térmicas.

7 ¿Cuál es el principal inconveniente de las centrales hidráulicas?

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Unidad 7


Su funcionamiento es similar al de las centrales térmicas convencionales, aun-que se utiliza otro tipo de combustible: la biomasa, que procede de residuos de la agricultura y la ganadería y de restos de poda de los árboles.

Su principal ventaja es que utiliza restos de plantas, que durante su vida han consumido el dióxido de carbono que se genera al quemarlos.

Ambas usan la energía del movimiento del mar. La principal diferencia es que la mareomotriz usa las mareas y la undimotriz la energía de las olas.

Centrales térmicas de biomasa

Centrales marinas

Alternador

Generador

Caldera

Trituradora

Bomba

Transformador

Turbina

Línea de transmisión

Filtro de humos

Chimenea

Generador

Turbinas

Olas

El aire escomprimidopor las olas

Alternador


Turbina

Transformador

Alternador

Mar

Embalse

Generador

8 Indica cuál de las fuentes de energía de esta página emite dióxido de carbono.

9 ¿Qué elementos tienen en común las centrales de esta página?

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Unidad 7


Aprovechar la energía del sol y del viento para la producción de electricidad es el tipo de fuente de energía renovable más extendida en nuestro territorio.

Los aerogeneradores convierten la energía del movimiento del viento en corriente eléctrica. Para pro-ducir esa corriente es necesario que el viento mueva las aspas del aerogenerador.

Centrales eólicas y solares

10 Indica una ventaja y una desventaja del uso de la energía eólica:

Ventaja: ........................................................................................................................................

Desventaja: .................................................................................................................................

11 Compara los dos tipos de centrales solares y explica su principal diferencia.

En las centrales solares fotovoltaicas se utilizan células fotovoltaicas que convierten directamen-te la luz solar en corriente eléctrica. Para ello es necesario que la luz solar incida directamente en los paneles fotovoltaicos.

En las centrales solares térmicas la luz del sol se refleja en unos espejos que la concentran en la parte superior de una torre, donde se encuentra la caldera, que calienta agua hasta conseguir el vapor que moverá la turbina y el generador.

Célulafotovoltaica

Panelfotovoltaico

Transformador

Líneade transmisión Línea

de transmisiónCaldera

Turbina

Transformador

Alternador

Generador

Condensador

Generadorde vapor

Luz solar re�ejada

Fluido conductorde calor

Heliostatos

Bomba

Palade rotor

Transformador

Conductores


Multiplicador

Generador

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Unidad 7

La energía eléctrica, E, es la energía que transportan las cargas que se mueven por un circuito. Se calcula a partir de la diferencia de potencial, V, la intensidad de la corriente, I y el tiempo, t:

E = V · I · t

La potencia eléctrica, P, es la energía que se pone en juego en un período de tiempo determinado. Se calcula así:

P = V · I

Teniendo en cuenta las dos expresiones anteriores de la energía y la potencia eléctricas, se puede concluir que:

8E P t P tE

$= =

Tal y como corresponde a la definición de potencia eléctrica.

Relación entre la energía y la potencia eléctricas


1 En el SI, la energía se mide en julios (J), la diferencia de potencial en voltios (V), la intensidad de corriente en amperios (A) y el tiempo en segundos (s). Sabemos que la intensidad de corriente se obtiene dividiendo la carga eléctrica entre el tiempo; por tanto, la unidad de intensidad de corriente se relaciona con la unidad de carga eléctrica (culombio, C) dividiendo esta últi-ma entre la unidad de tiempo. A partir de esta información, indica cuál es la relación entre un julio, un culombio y un voltio.

2 Un electrodoméstico es atravesado por una corriente de 0,25 A cuando se conecta a la red doméstica existente en nuestro país:

a) Calcula la potencia eléctrica del electrodoméstico.

b) Si permanece conectado y en funcionamiento durante una hora, ¿qué energía eléctrica ha consumido?

4 Energía y potencia eléctricas

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Unidad 7


1 Observa el esquema e indica por qué son necesarias las subestaciones de transformación y de distribución.

2 La energía eléctrica que se transforma en energía térmica mediante calor, Q, correspondiente a un conductor de resistencia eléctrica R que es atravesado por una intensidad de corriente eléctrica I durante un tiempo t, se calcula de acuerdo con la siguiente expresión:

Q = I 2 ∙ R ∙ t

Calcula el valor que corresponde a la energía eléctrica disipada en forma de calor si:

I = 25 mA ; R = 3 kZ ; t = 24 h

No es posible transportar toda la energía eléctrica producida en una central eléctrica sin que haya pérdidas. Parte de la energía se pierde en forma de ca-lor. Cuanto mayor es la intensidad de la corriente, mayores son las pérdidas de energía. Para hacer que estas pérdidas sean lo menores posible, se aumenta la tensión, V, hasta 400 kV; por eso, los elementos de soporte de los cables se llaman torres de alta tensión.

Elementos y tensiones de la red eléctrica

Centralesde generación

Red de transporte,220 kV y 400 kV

Subestaciónde transformación

Subestaciónde distribución

Redde distribución,

≤ 132 kV

Redde distribución

Centrode control eléctrico

Consumodoméstico, 220 V

Consumo industrial,de 12,5 kV a 132 kV

5 Transporte y distribución de energía eléctrica

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Unidad 7

El cuadro eléctrico tiene varios interruptores. Entre ellos destacamos el IGA (interruptor ge-neral automático) y el ID (interruptor diferen-cial); ambos protegen contra cortocircuitos, desconectando rápidamente la instalación.

En las etiquetas de los electrodomésticos se indica la potencia y otras características.

Además, es obligatorio que se muestre el có-digo de eficiencia energética, que va de me-nor, A++, a mayor, G, consumo energético.

El cuadro eléctrico Las etiquetas de los electrodomésticos


1 Si en un domicilio salta continuamente el interruptor ID, esto puede ser sín-toma de (marca la opción más adecuada):

a) Un consumo excesivo de electricidad.

b) Una subida en el precio del kWh.

c) Un cortocircuito en un aparato enchufado a la red.

d) Un corte en el suministro por parte de la compañía eléctrica.

2 Indica alguna medida que puedas realizar en tu domicilio para disminuir el coste de la factura eléctrica:

10 AIGA

ICP ID

16 A 20 A 25 A30 A

A++ Consumo de energía inferior al 30% de la media

Entre el 30% y el 42%







Superior al 125%

A+

A

B

C

D

E

F

G

En una factura eléctrica distinguimos conceptos que conllevan un coste fijo y otros que dependen del consumo de energía.

Factura eléctrica

Coste fijo

• Potencia contratada. Cada usuario contrata una potencia según los equipos que tenga.

• Alquiler de equipos. Las compañías eléctricas co-bran un alquiler por el contador. A veces el usua-rio contrata un servicio de averías y emergencias.

• Impuesto sobre la potencia contratada.

Coste según consumo

• Energía consumida. La energía consumida se expresa en kWh y se mide en el contador.

• Impuesto según consumo.

Además, tanto al coste fijo como al coste según consumo, habrá que añadir el impuesto sobre el valor añadido (IVA).

6 Uso doméstico de la energía eléctrica

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