Unidad 1 Electricidad Circuitos eléctricos

Tecnología

Educación tecnológica Electricidad pag. 1/38

Área de Educación Tecnológica

EDUCACIÓN TECNOLÓGICA

1° año

Unidad 1

Electricidad

Circuitos eléctricos

Año 2015

Tecnología


Sistemas eléctricos simples

Te invitamos a recorrer un espacio lleno de desafíos, donde te enfrentarás a variadas situaciones que te permitirán adquirir nuevos conocimientos acerca de la electricidad. Antes de resolver esta guía te proponemos que ingreses en el campus y completes la actividad inicial de circuitos eléctricos para conocer tus ideas previas acerca de la electricidad.

Circuitos Simples

Llegó el momento de armar circuitos eléctricos.

a. Con los elementos disponibles en tu kit, armen un circuito que permita encender una lamparita

b. ¿Cómo harían para encender y apagar la lamparita del circuito armado?

(sin apagar la fuente)

c. Dibujen el circuito armado en sus dos estados: encendido (cerrado) y apagado (abierto)

Circuito con la lamparita encendida Circuito con la lamparita apagada

d. Incorporen, al circuito anterior, un dispositivo llamado interruptor simple que permite controlarlo (encender y apagar la lamparita)

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PROHIBIDO

ADELANTARSE

e. Dibujen el circuito armado con el interruptor

Existe un conjunto de símbolos que se suelen utilizar para representar los circuitos eléctricos. Los símbolos son el resultado de acuerdos internacionales, para que se puedan utilizar en todo el mundo.

f. A continuación se presentan una serie imágenes. Marcar con un círculo, aquellas que usualmente se utilizan como símbolo:

g. ¿Qué ventajas tiene el empleo de símbolos?, además de ser universales

………………………………………………………………………………………………..

………………………………………………………………………………………………...

Simbología eléctrica

El organismo encargado en nuestro país de la normalización de los símbolos de electricidad es el IRAM. Los símbolos más comunes son:

CONTRAMANO

NO ¡PELIGRO!

MATERIAL

RADIOACTIVO

Pila o Fuente

Lámpara

Interruptor

Pulsador normal cerrado

Pulsador normal abierto

Cruce de cables con conexión

Cruce de cables sin conexión

Motor

M

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h. Para dibujar el circuito con su simbología deben ingresar en el programa

“Virtual Lab”

Armen, en el simulador, el circuito simple con su interruptor (switch de pared), fuente (pila) y una lamparita.

i. Una vez armado activar la vista con simbología (View Schmatic), en sus dos estados, apagado y encendido. Comparen los símbolos con los presentados más arriba, correspondientes a las normas IRAM. ¿Coinciden?

j. Dibujar, a continuación, el circuito utilizando los símbolos correspondientes.

Nota: Tener en cuenta que la lamparita no se representa con

sino con

Circuito simple apagado (abierto) Circuito simple encendido (cerrado)

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Circuitos Simples: conclusiones

A modo de conclusión expliquen qué condiciones se tienen que cumplir para poder encender una lamparita mediante un circuito eléctrico.

Expliquen con dibujos y palabras cómo piensan que es un interruptor por dentro.

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Cortocircuito

a. Cortocircuito: Decimos que se produce un cortocircuito cuando, en un circuito eléctrico, encontramos un camino cerrado en el que no se incluye un

elemento que consuma o transforme la energía eléctrica.

b. Utilizando el programa de simulación “Virtual Lab”, “armen” los siguientes

circuitos y prueben su funcionamiento:

c. ¿Qué pasa en cada uno de los ejemplos cuando se cierra el interruptor?

d. Explicación: Para poder entender lo que sucede selección en View Charges y podrán ver la circulación de los electrones. Ahora, ¿pueden sacar alguna

conclusión?

c. ¿Qué sucedería si se armara estos circuitos con los elementos reales?

30 watt

30 watt

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Circuitos serie y paralelo

Analizando circuitos Serie y Paralelo

a. Armen, con los componentes que crean necesarios, un circuito que permita encender 2 lamparitas con un solo interruptor. Luego dibujen el circuito:

b. Observen las siguientes imágenes y completen el nombre del circuito armado anteriormente:

Circuito………………………………

c. Armen, con los componentes que crean necesarios, el otro circuito que aparece en la imagen.

Circuito paralelo

Circuito serie

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d. ¿Los circuitos anteriores funcionan igual? Observen las lamparitas y describan las semejanzas y las diferencias encontradas entre el circuito serie y el circuito paralelo:

e. Dibujen ambos circuitos con la simbología correspondiente:

Armando circuitos

Armen con Virtual Lab los siguientes circuitos serie y paralelo.

a-¿Qué ocurre al encenderlo?, ¿cómo es la iluminación?

Serie: ……………………….

Paralelo: …………………………

20 watt

20 watt

20 watt 20 watt

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b-Si se quema una lamparita ¿qué sucede con la otra? Para comprobarlo armen, con VIRTUAL LAB, los circuitos serie (Fig.2) y paralelo (Fig.3) anteriores y reemplacen una lamparita por una quemada previamente (Fig. 1).

Fig. 1

Fig. 2

c. Completen las siguientes frases:

En el circuito serie cuando una lámpara se quema, la otra………………….

Esto sucede porque…………………………………………….

Fig. 3

j. En el circuito paralelo cuando una lámpara se quema, la otra………………….

Esto sucede porque…………………………………………….

k. Cuál de los dos circuitos (serie o paralelo) utilizarían para un artefacto eléctrico de dos lámparas que se desea ubicar en el techo de una habitación? ¿Por qué?

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Diseñando Circuitos

a. Una persona quiere encender dos lámparas de una habitación de modo

independiente, es decir cada una con un interruptor diferente. (hagan clic en el ícono de Habitación para abrirlo). ¿De qué modo conectarían el circuito eléctrico?

b. Dibujen el diseño

d. Con los elementos disponibles armen y verifiquen su funcionamiento.

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Elementos de Control

a. Diseñen con el simulador y luego completen la tabla con 5 circuitos eléctricos diferentes que cumplan con las siguientes especificaciones (a, b, c, d y e). Cada uno de ellos deberá utilizar un elemento de control diferente (los mismos están en la tabla).

a. hacer sonar un timbre

b. poner manualmente la luz en rojo o en verde en un cruce de ferrocarril

c. encender y apagar la luz de la habitación

d. regular el volumen de la radio

e. encender la luz interior de la heladera al abrir la puerta, y apagarla cuando se cierra

Elementos de Regulación y Control

Nombre Dibujo Símbolo Características Diseño del circuito

Interruptor Simple

Pulsador Normalmente

Abierto

Pulsador Normalmente

Cerrado

Deja de hacer contacto al pulsarse.

Se utiliza para la luz

de la heladera

Potenciómetro

Interruptor simple con 2

salidas

Verifiquen el funcionamiento armando los circuitos con los elementos del kit

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Fuentes de Energía en Circuitos Simples.

2. a. Construyan un circuito simple y varíen el voltaje de la fuente entre 3 y 12

Volts

b. ¿Qué sucede con la luminosidad?

c. Con el simulador armen el circuito simple con la batería de 9V y luego

aumenten el ”voltaje” añadiendo otra batería de 12v :

d. ¿Qué sucede con la lamparita? ¿Cómo podrían explicar lo sucedido?

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Medición de “voltaje”

El multimetro

a. Midan el “voltaje” de la lamparita con el multímetro

Para medir el “voltaje” deben conectar el selector en 20v porque los valores que van a medir son inferiores a 20v.

b. Armen un circuito en serie y otro en paralelo y luego midan los voltajes de la fuente y de cada lamparita. Completen la siguiente tabla con los voltajes medidos

CIRCUITO SIMPLE SERIE PARALELO

FUENTE

LAMPARITA 1

LAMPARITA 2 ----------------------------

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c. Armen el circuito mixto de la figura y luego midan los voltajes de la fuente y de cada lamparita. Completen la siguiente tabla con los voltajes medidos

¿Qué diferencias hay entre los circuitos a y b?

_______________________________________________________________________

FUENTE

LAMPARITA 1

LAMPARITA 2

LAMPARITA 3

LAMPARITA 4

d. Con el simulador “armen” los siguientes circuitos, midan los voltajes y completen la tabla

Para medir los voltajes deben utilizar los lapicitos (punteros) uno de cada lado del objeto a medir.

Circuito a Circuito b

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e. Completen la tabla

CIRCUITO Serie Mixto

FUENTE

LAMPARITA 1

LAMPARITA 2

LAMPARITA 3

LAMPARITA 4 ----------------------------

LAMPARITA 5 ----------------------------

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Cálculos de circuitos

a. Calculen el “voltaje” que recibe cada lamparita en el siguiente circuito,

considerando que la fuente posee 36V

b. Calculen el “voltaje” que recibe cada lamparita en el siguiente circuito,

considerando que la fuente posee 100V

d. Agregar en el circuito , los siguientes interruptores

Interruptor general

Pulsador N/A para L1 y L2

Potenciómetro para L4

L1

L2 L3 L4

L5 L6

L7

L4 L5

L6

L7

L8

L9

L11

L10

L1 L2

L3

L1

L2 L3 L4

L5 L6

L7

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e- Agregar en el circuito , los siguientes interruptores

Interruptor para L6 y L7

Pulsador N/C para L1

Potenciómetro para L3

I

L3

L4 L5

L6

L7

L8

L9

L11

L10

L1 L2

L4

L5 L6 L7

L9

L8

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Interruptor simple con dos salidas

La luz de la escalera

a- Armen un circuito eléctrico que permita encender y apagar la luz de una escalera

tanto desde arriba como desde abajo. Vean la animación para entender mejor la situación:

b-¿Cuál de los siguientes circuitos utilizarías? ¿Por qué?

c- Armen el circuito con el simulador. Utilicen 2 interruptores de 2 salidas que debido a que para funcionar la lamparita se deben encontrar en correspondencia, también se los llama “llaves combinadas”

Interruptor simple de 2 salidas (en la figura hay 2)

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d- Armen con el siguiente kit el circuito anterior para verificar el funcionamiento.

e- Los interruptores simples pueden tener 2 estados (abierto o cerrado):

Abierto Cerrado

En el caso de los interruptores simples con 2 salidas los estados son diferentes (1 o 2):

1

2

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El motor eléctrico

Un motor eléctrico sirve para transformar la electricidad en movimiento. Ahora aprenderemos a controlar ese movimiento y a conectarlo según la necesidad.

a. Armen un circuito para que el motor haga girar una polea en el sentido de las

agujas del reloj.

Elementos: Motor, polea, fuente, cable e interruptor simple

b. Dibujen el circuito armado.

Recuerden que el símbolo del motor es el siguiente:

c. ¿Cómo harían para que el motor gire en sentido contrario? Dibujen la solución y

pruébenla con los materiales.

d. Mencionen 3 aparatos en los que su motor debe girar en un solo sentido, como por

ejemplo en la licuadora.

En la imagen se muestra un circuito que permite controlar un motor mediante dos interruptores.

M

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e. Armen el circuito con el simulador. Cierren un interruptor y presten atención al

sentido de giro del motor. (En el simulador el motor se puede reemplazar con el ventilador)

f. Dibujen el circuito armado e indiquen con flechas como circula la corriente (view

charge)

g. ¿Qué ocurre si abren el interruptor anterior y cierran el otro? Dibujen el nuevo

circuito con su circulación de corriente.

h. Prueben cerrar ambos interruptores. ¿Qué ocurre? ¿Cómo podrían justificar lo

que sucede? Dibujen el circuito con ambos interruptores cerrados y marquen la circulación de corriente.

M

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i. Se necesita incorporar una lamparita, al circuito anterior, que se encienda

mientras el motor se encuentra funcionando. ¿Dónde conviene ubicarla? Dibujen el circuito y luego verifiquen con el simulador.

j. ¿Cuándo se cierran ambos interruptores, se enciende la lamparita? Y ¿el motor?

k. Modifiquen el circuito anterior de modo que incluya dos lamparitas. Una de ellas

se encienda cuando el motor gira en sentido horario. La otra cuando gira en sentido antihorario. Dibujen el nuevo circuito

l. ¿Qué ocurre con las lamparitas cuando se cierran ambos interruptores? ¿Y con el

motor?

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Llave inversora

a. Existe un interruptor llamado “llave inversora” que precisamente logra invertir la

polaridad (que los electrones circulen por el motor con sentido contrario).

Con el simulador armen el siguiente circuito que permite hacer girar al ventilador en los 2 sentidos:

b. Con View Charges observen el desplazamiento de los electrones y con View Schematic traten de analizar el funcionamiento de la llave inversora para luego contestar el punto c.

c. Completen los cables (con dibujos) para que el motor con el ventilador pueda girar

en ambos sentidos:

d. Armen un circuito con un motor controlado por la llave inversora.

Motor

(Hélice)

Llave inversora

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e. Nombren tres artefactos que posean un motor que deba girar en ambos sentidos.

f. Diseñen un circuito que permita controlar un motor mediante un interruptor simple y que posea una lamparita indicadora que se debe encender cuando el motor está girando. Propongan una solución en serie y otra en paralelo. Dibujen ambos circuitos.

Serie Paralelo

g. Pruébenlos con el simulador

h. Verifiquen con el siguiente kit.

i. ¿En cuál de los dos circuitos la luz brilla con mayor intensidad? ¿Por qué?

j. ¿En cuál de los dos circuitos el motor gira más rápido? ¿Por qué?

k. ¿Cuál de los dos circuitos elegirían para que la lámpara se apague en el caso de que el cable del motor se corte.¿Por qué?

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Diseño de circuitos

a. Diseñen un circuito para una casa que tenga: 1 fuente – 1luz para el baño con su

interruptor – 2 luces en paralelo para la cocina con un solo interruptor que las controle. – 1 luz para el dormitorio con su interruptor - un ventilador (motor) con un interruptor simple que lo encienda.

b. Diseñen un circuito para un autito eléctrico que tenga: 1 fuente (pilas) – 4 luces (2

delanteras y 2 traseras) que se enciendan con un solo interruptor – 1 bocina con un pulsador NA – 1 motor que se controle con un interruptor que le permita avanzar y retroceder.

Tabla de estados y diagrama de tiempo simultaneo

a. Armen el siguiente circuito y observen su comportamiento al cerrar el interruptor y el pulsador NA.

Habrán observado la aparición de un nuevo símbolo: que representa una bocina, chicharra o parlante. Otra manera de representarlo es la siguiente:

b. Tabla de estados: Esta tabla permite ver todas las posibles situaciones de

funcionamiento. Por ejemplo en el circuito anterior son 1. Luz y bocina encendidas 2. Luz y bocina apagadas 3. Luz encendida y bocina apagada y 4. Luz apagada y bocina encendida.

Les pedimos que completen la tabla siguiente con las palabras encendido o apagado según corresponda con el interruptor y el pulsador

NA

B

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c. Diagramas de tiempo simultaneo: Es un conjunto de diagramas interrelacionados que muestran el funcionamiento de un sistema en función del tiempo.

En los siguientes diagramas, completen el funcionamiento de la lámpara y la bocina en correspondencia con el interruptor y el pulsador. Por ejemplo desde el segundo 5 hasta el 30 el interruptor estará cerrado. De modo que a lo largo del eje horizontal quede representado el tiempo en el que están encendidos la lámpara y la bocina.

Aclaración: cuando no está explicitado sucede lo opuesto (abierto, no pulsado o apagado)

Interruptor Pulsador NA Lámpara Bocina

abierto sin pulsar

abierto pulsado

cerrado sin pulsar

cerrado pulsado

Interruptor

Pulsador NA

Lámpara

Bocina

Cerrado Cerrado

Pulsado Pulsado

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Tiempo

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Diseño y análisis

Circuito para 3 habitaciones:

Se tiene tres habitaciones A, B y C. Diseñen 3 circuitos eléctricos:

a. Diseñen (dibujen) un circuito que permita prender y apagar las 3 luces (una en cada habitación) con un solo interruptor.

b. Diseñen (dibujen) un circuito que permita prender y apagar las 3 luces (una en cada habitación) cada una en forma independiente, con 3 interruptores.

c. Diseñen (dibujen) un circuito que permita prender y apagar las 3 luces (una en cada habitación) con 2 interruptores, de modo que prendan A y B juntas y C independiente

f. Para este circuito (c) completen la siguiente tabla de estados

Interruptor 1 Interruptor 2 Luz A Luz B Luz C

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e. Para este (c) circuito completen el siguiente diagrama de tiempos simultáneo:

f. Armen el circuito con el simulador para verificar el funcionamiento

La Linterna

a. Diseñen el circuito eléctrico de una linterna que posee un interruptor y un pulsador.

La luz se puede encender o apagar con el interruptor. El pulsador permite emitir pulsos de luz

b. Completen la siguiente tabla de estados:

Interruptor Pulsador Luz

Interruptor 1

Luz A

Cerrado Cerrado

Interruptor 2

Luz B

Luz C

Cerrado

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c. Completen el siguiente diagrama de tiempos simultáneo:

d. Armen el circuito de la linterna con el simulador para verificar el funcionamiento

Interruptor

Luz

Cerrado Cerrado

Pulsador Pulsado

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Diseño de circuitos

Problemas de aplicación

1- Alarma manual.

a- Diseñen un circuito de manera que con el interruptor en la posición 1 se encienda la chicharra y en la posición 2 se enciendan 2 luces que se encuentran en paralelo entre sí.

b- ¿Qué agregarían al circuito anterior para que el mismo se puede apagar? (dibujen la solución).

2- El automóvil:

a-Armen el circuito eléctrico de la luz interior de un automóvil de dos puertas. La luz se debe encender al abrir cualquiera de las dos puertas y también desde una tecla en el tablero. (Recuerden el circuito de la heladera NC)

b- Dibujen el circuito que armaron en el punto anterior.

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3- Seguridad en el taller

En un taller, un operario está encargado de colocar el material en la posición correcta para que una troqueladora automática corte determinado material. Es necesario asegurarse que el motor eléctrico de la máquina no comience a funcionar hasta que el operario no haya retirado sus manos de la zona de trabajo. Para esto se utiliza un circuito con dos interruptores, que permite activar el motor de la máquina sí y sólo sí el operario presiona uno con su mano derecha y el otro con la izquierda.

a. Diseñen el circuito que permita el funcionamiento pedido.

b. ¿Por qué se elige pulsadores en lugar de interruptores? ¿Cuál debería ser la

distancia entre ellos?

c. El sistema anterior permite asegurar que el operario no corre peligro ya que tiene

las manos ocupadas. Pero puede ocurrir que el sistema funcione aunque el material no esté en la máquina.

Modifiquen el sistema anterior de manera que el motor sólo funcione cuando el material esté en la máquina y el operario presione los pulsadores.

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4. Votación Unánime

a. Diseñen un sistema que permita encender una lámpara cuando el resultado de una votación de 3 personas es unánime (Sólo se enciende cuando las 3 personas aprietan un pulsador).

b. Diseñen un sistema que permita encender una lámpara cuando el resultado de una votación de 3 personas es unánime. En este caso las tres personas votan afirmativamente o las 3 personas votan negativamente.

5. sensores magnéticos

a. Una embotelladora es una máquina que coloca la gaseosa en la botella y luego le coloca la tapa. Una vez que pasaron todas las botellas suena una alarma y se enciende una luz para que el operario coloque nuevamente botellas vacías en la máquina. Diseñen y armen un circuito eléctrico para que se encienda la luz y suene la bocina cuando pasó la última botella.

b. Dibujen el circuito armado.

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Ejercicios adicionales

Por una u otra puerta

En un comercio con dos puertas de acceso, una luz se enciende cada vez que una persona pisa la alfombra al entrar o al salir por alguna de aquéllas.

a- Diseñá el sistema que permite el funcionamiento pedido.

b- Completen la tabla de estados

Pulsador 1 Pulsador 2 Luz

Pulsado

Pulsado

Sin Pulsar

Sin Pulsar

c- Completen el siguiente diagrama de estados.

Pulsador 1

Pulsador 2

Lámpara

Pulsado Pulsado

Pulsado

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Tiempo

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EJERCITACIÓN ADICIONAL

Diseño de circuitos:

1. En un negocio de ropa hay dos probadores. En cada probador, hay dos lámparas que se encienden con el mismo interruptor. Una de las lámparas está adentro para iluminar el probador. La otra está afuera para indicar que el probador está ocupado.

En el negocio hay un interruptor general. Si está abierto, ninguna lámpara puede encenderse.

Si cualquiera de las lámparas se quema, las demás siguen funcionando.

Realizar el circuito que cumpla con los requisitos antes mencionados.

2. Dibujar un circuito eléctrico que tenga:

o 4 lámparas en serie con un sólo interruptor que las controle.

o 3 bocinas en paralelo con un pulsador NC que las controle.

o 1 motor con llave inversora

o 1 fuente.


o 4 lámparas en paralelo con un sólo interruptor que las controle.

o 5 lámparas en paralelo con un potenciómetro para controlarlas

o 2 bocinas en serie con un pulsador NA que las controle.

o 1 fuente.

4. Se quiere idear un circuito para un negocio que posibilite que 2 alarmas (buzzer) suenen con la misma intensidad si se abre una ventana. El sistema debe poder activarse cuando se retira el personal del negocio y desactivarse nuevamente al regresar al día siguiente. Al mismo tiempo que suena la alarma, deberá encenderse una luz que avise en la oficina de seguridad.


o 2 lámparas en serie con un sólo potenciómetro que las controle.

o 4 bocinas en serie con un pulsador NC que las controle.

o 3 lámparas en paralelo con llaves combinadas.

o 1 fuente.

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L6


o 4 timbres en paralelo con un sólo potenciómetro que los controle

o 3 lámparas en serie con un pulsador que las controle en paralelo con 1 lámpara controlada por un interruptor

o Una sola fuente.

Cálculo de voltaje:

1. Calcular el voltaje y colocar los interruptores pedidos

2. Calcular el voltaje y colocar los interruptores pedidos

L3

L9 =11V

L8

48 V L2

L4

L5

L6

Interruptor general

Pulsador NA para controlar L4

Potenciómetro para controlar solo L1

L7

L1

L3

L7

36 V

L1

L2

L4

Interruptor general



L9

L8

L5

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L2 L1

L4 L3

L6

L5

L9

L7

25 V

3. Indicar para el siguiente circuito, la cantidad de volts para cada una de las lámparas.

Para el circuito anterior agregar donde creas conveniente:

o Un interruptor que permita controlar todo el circuito

o Un interruptor que controle L1 y L2.

o Un Potenciómetro para controlar L5, L6 y L9

o Un pulsador NA para controlar L2 y L4

Análisis de Circuitos:

1. En el siguiente circuito, analizar que sucede y realizar la tabla de estados y el diagrama de tiempo simultáneo.

Interruptor 1

Interruptor 2

Interruptor 1 Interruptor 2 Lámpara Buzzer o Timbre

L8

L1 =

L2 =

L3=

L4 =

L5 =

L6 =

L7 =

L9

L8 =

L9=

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2. A continuación se presenta el circuito eléctrico de una linterna formado por un interruptor y un pulsador normal abierto. Armar la tabla de estados y el diagrama de tiempo simultáneo.

3. Analizar el comportamiento del siguiente circuito completando:

la Tabla de Estados

el Diagrama de Tiempos Simultáneos.

Interruptor Pulsador N/A

Lámpara Bocina

abierto No pulsado

abierto Pulsado

Cerrado pulsado

cerrado No pulsado

B

Interruptor

Pulsador n/a

Lámpara

Bocina

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4. Dibujar el circuito de un auto con una luz que prenda al abrirse una puerta y una bocina que suene al presionarse un botón.

Confeccionar la tabla de estados y el diagrama de tiempos simultáneos

5. Dibujar el circuito de un juguete con un motor que prenda al pulsar un botón y una luz que se prenda al abrir una puerta.

Confeccionar la tabla de estados y el diagrama de tiempos simultáneos

Responder:

1. ¿Qué tipo de circuito propondrías para controlar lámparas desde dos lugares diferentes (por ejemplo en una escalera)? Explica y realiza con dibujos aclaratorios correspondientes.

2. ¿Qué es un cortocircuito? Realiza un circuito con una batería, 2 lámparas, 1 motor, 1 interruptor, un pulsador NC y una llave combinada. Luego realiza las modificaciones necesarias para que se produzca un cortocircuito.

3. ¿Qué tipo de circuito propondrías para invertir la polaridad de un motor? Explica y realiza con dibujos aclaratorios correspondientes.

4. ¿Qué es un circuito mixto?

Unidad 1 Electricidad Circuitos eléctricos

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