Electricidad y Circuitos Eléctricos
1. ¿Qué es la Carga Eléctrica?
Quizá hallas notado que al andar por la calle y rozar a alguna persona os dais calambre, o quizá habrás notado que al bajar del coche te da calambre.
Para explicar por qué los cuerpos se atraen o se repelen tenemos que recurrir al concepto de carga eléctrica.
La carga eléctrica es una propiedad de los cuerpos responsable de los fenómenos eléctricos
La materia la constituyen los átomos, que están formadas por partículas más pequeñas que poseen carga eléctrica: los electrones, que tienen carga negativa y son los responsables de los fenómenos eléctricos, y los protones, que tienen carga positiva y los neutrones que no tienen carga.
La materia es neutra normalmente, no está cargada eléctricamente, lo que significa que hay un equilibrio entre el número de cargas negativas (electrones) y el de cargas positivas (protones).
Aunque a veces, se produce un movimiento de electrones, que pasan de unos materiales a otros. Un experimento que podemos realizar es frotar un bolígrafo con la ropa y posteriormente acercarlo a un trocito de papel, verás que éste se queda pegado.
Dos cuerpos con el mismo tipo de carga se repelen, mientras que dos cuerpos con diferente tipo de carga, se atraen.
2. ¿Qué es la Corriente eléctrica?
Cuando los electrones no se mueven ,como en el bolígrafo del ejemplo anterior, estamos hablando de electricidad estática..
Pero, los electrones pueden desplazarse a través de ciertos materiales y a esto lo llamamos corriente eléctrica
Denominamos corriente eléctrica el desplazamiento continuo de electrones entre dos puntos.
MATERIALES CONDUCTORES Y AISLANTES
Llamamos materiales conductores a aquellos materiales que permiten el paso de la corriente eléctrica
En general, los metales son buenos conductores de la electricidad, destacan especialmente el cobre, el aluminio y el platino.
LLamamos materiales aislantes a aquellos materiales que no permiten el paso de la corriente eléctrica.
Materiales aislantes son: los plásticos, la madera o la cerámica, entre otros
2.1 De los siguientes materiales indica cuales son conductores y cuales son aislantes: madera, cobre, aluminio, agua, plástico, cerámica, oro, goma.
2.2 ¿Qué diferencia hay entre la corriente eléctrica y la carga estática?
3. ¿Qué es un circuito eléctrico?
Recordamos que la corriente eléctrica es un conjunto de electrones desplazándose por un conductor.
Un circuito eléctrico es una red que contiene una trayectoria cerrada por la que circula una corriente eléctrica. Está formado por un generador, un receptor, un conductor y un elemento de control
Los elementos básicos de un circuito son: un generador y un conductor que se conecta a los elementos de control, y a unos receptores (bombillas, motores, ...).
3.1 GENERADORES DE UN CIRCUITO
Los generadores son los encargados de empujar las cargas por el circuito (por ejemplo las pilas).Para que se muevan las cargas, necesitamos algo que las empuje. Los generadores realizan esta función.
Los generadores pueden ser pilas, baterías o dinamos (que generan corriente continua o corriente directa), o alternadores (que generan corriente alterna),
Además de las pilas existen más tipos de elementos generadores como por ejemplo los alternadores y las dinamos. Ambos son artefactos que transforman movimiento en energía eléctrica. Los alternadores están por ejemplo en las centrales eléctricas y las dinamos las puedes ver en algunas bicicletas o en las linternas que se encienden accionando una manivela.
3.2 RECEPTORES DE UN CIRCUITO
Los receptores son los elementos en los que la electricidad se convierte en algo útil (por ejemplo las bombillas o los motores).
Los electrones que salieron del generador, recorren el circuito pasando por el receptor gastando parte de su energía y produciendo efectos útiles como luz, calor, sonido, movimiento...
3.3 ELEMENTOS DE CONTROL
Los mecanismos más habituales que permiten controlar el paso de la corriente eléctrica son:
Interruptor: Tiene dos posibilidades: una permite el paso de la corriente, y la otra, no, y además mantiene la posición seleccionada.
Conmutador: Tiene dos salidas, por lo que puede derivar la electricidad hacia uno de esos caminos
Pulsador: como el interruptor puede permitir el paso de la electricidad o no, pero no conserva su estado, es decir, al dejar de presionarlo vuelve a su posición inicial
3.1 ¿Cómo se llama el elemento de control de un telefonillo?
3.2 ¿Si quisieras poder encender una bombilla o un motor con un elemento de control , cual usarías?
4. Simbología eléctrica
Cuando vamos a representar un circuito eléctrico necesitamos usar símbolos para facilitar la tarea de dibujarlo.
En la siguiente imagen podemos ver los simbolos más habituales
Un esquema eléctrico es la representación gráfica de un circuito en la que se utilizan los símbolos de los elementos que componen el circuito.
Además hay que tener en cuenta que para representar un circuito debemos siempre dibujar los cables rectos y formando ángulos de 90º en sus esquinas. Quedando un circuito básico representado de la siguiente manera.
4.1 Dibuja un circuito formado por una pila, una bombilla y un interruptor
4.2 Dibuja un circuito formado por una pila, un pulsador y un motor
5. Efectos de la Corriente eléctrica
Una de las ventajas de utilizar la energía eléctrica como fuente de energía es la facilidad para transformarla en algún efecto útil, tal como luz, calor, movimiento, sonido…
5.1.CALOR
Los electrones al circular por un conductor chochan con los átomos próximos. Cuando el conductor es muy estrecho, el número de colisiones entre los electrones aumenta, desprendiendo calor en cada choque, esto es lo que se conoce como efecto joule.
Este efecto se utiliza por ejemplo en un secador de pelo , una tostadora o un radiador eléctrico.
5.2.LUZ
La forma tradicional de obtener luz mediante electricidad es con una bombilla incandescente. Esta bombilla dispone de un cable fino por el que circulan los electrones, desprendiéndose mucho calor por el efecto joule.
El cable al aumentar de temperatura se pone al rojo vivo, y al aumentar más la temperatura emite una luz blanca que es la que vemos en la bombilla. El cable debe estar protegido del oxígeno para evitar que se rompa, por eso la bombilla tiene una cápsula de cristal que lo protege.
5.3.MOVIMIENTO
Existe una relación entre la electricidad y el magnetismo por la cual si un cable eléctrico se sitúa cerca de un campo magnético (un imán) y se aplica una corriente eléctrica en dicho cable, éste se mueve.
Si el cable se coloca en forma de espira y unido a un eje, solo podrá rotar soble el mismo, y por lo tanto se producirá un movimiento circular, que es precisamente lo que hace un motor eléctrico.
5.4 SONIDO
Con la misma idea anterior de la relación entre la electricidad y el magnetismo, la electricidad puede generar sonido.
Si colocamos un campo magnético y un cable eléctrico sobre una membrana, cuando el cable reciba electricidad producirá una vibración que hará que la membrana emita sonido. Así es como funcionan los altavoces.
6. Magnitudes Eléctricas
Vamos a intentar explicar las magnitudes eléctricas simulando un depósito de agua
Hay 3 magnitudes eléctricas muy importantes. Estas magnitudes son la tensión, la intensidad y la resistencia.
6.1 TENSIÓN O VOLTAJE (V)
La tensión o voltaje es la diferencia de energía eléctrica entre dos puntos de un circuito. La carga siempre circula desde los puntos donde la energía es más alta hasta los puntos en los que es más baja. Dicha energía es el equivalente a la altura en nuestro ejemplo hidráulico. La representamos con una V mayúscula.
La unidad de medida es el voltio, que se simboliza con la letra V. no hay que confundir unidades y magnitudes. Aquí tanto la tensión como el voltio tienen el mismo símbolo, la V, pero eso no significa que sean la misma cosa, como no significa que dos personas que se llamen Juan sean la misma persona.
6.2 INTENSIDAD (I)
La intensidad es la cantidad de electrones que circulan por el cable en un segundo.La representamos con la letra I. La tensión se define en un trozo de conductor o en un elemento del circuito.
En el ejemplo del agua sería la cantidad de agua que pasa por la conducción.
La unidad de intensidad es el amperio, que se simboliza con la letra A. Un amperio es una unidad bastante grande.
6.3 LA RESISTENCIA (R)
La resistencia es la dificultad que pone un elemento al paso de corriente eléctrica. La representamos con la letra R. Los conductores y los elementos de maniobra tienen muy poca resistencia. Los receptores tienen una resistencia bastante mayor y puede ser muy variada.
La unidad de resistencia es el Ohmio y se representa con la letra griega omega, Ω.
6.4 LEY DE OHM
Estas magnitudes están relacionadas mediante la ley de Ohm:
[notice]La ley de Ohm dice que la tensión es igual a la intensidad multiplicada por la resistencia.[/notice]
Si despejamos la intensidad o la resistencia obtenemos otras formas de esta misma ecuación.
Como consecuencia cualitativa de la ley de Ohm, podemos decir que si aumentamos la tensión a que está sometido un elemento aumenta la intensidad, lo que es intuitivamente comprensible. Si empujamos con más fuerza, se mueven más cargas. Piensa ¿qué sucedería a la intensidad si disminuimos la resistencia y mantenemos la tensión? Además de estas consideraciones cualitativas, la ley de Ohm permite hacer cálculos cuantitativos.
[legend title="Ejercicios" style="1"]
6.1 Explica que es la ley de Ohm y pon su fórmula. ¿Qué voltaje tendría un circuito que tiene una intensidad de 6 A y una resistencia de 3 Ohmios?
6.2 Calcula la intensidad que tendría un circuito formado por una pila de 9V y una resistencia de 2 ohmios[/legend]
7. Tipos de Circuitos eléctricos
Según se sitúen las resistencias en el circuito eléctrico podemos distinguir entre:
Circuito Serie
Circuito Paralelo
Circuito Mixto
7.1 CIRCUITO SERIE
Un circuito serie es aquel en el que las resistencias se sitúan seguidas unas detrás de otras en el mismo cable. Los electrones tienen que pasar obligatoriamente por todas las resistencias del circuito sin poder desviarse por ningún otro camino. En el circuito serie todas las resistencias tienen la misma intensidad pero diferente voltaje.
Hay que tener en cuenta que en un circuito serie si se funde una bombilla, no podrá encenderse ninguna otra del circuito, pues los electrones no podrán circular.
7.2 CIRCUITO PARALELO
Un circuito en paralelo es aquel en el que las resistencias se sitúan en diferentes cables o conductores, pudiendo los electrones circular por una resistencia u otra.
En un circuito en paralelo si una bombilla se funde, el resto puede seguir funcionando. En este caso el voltaje es igual en todas las resistencias y lo que varía es la intensidad que circula por ellas, circulando una mayor intensidad en las resistencias de menor valor.
7.3 CIRCUITO MIXTO
Un circuito mixto es aquel que tiene resistencias conectadas en serie junto a otras que están conectadas en paralelo
7.1 Dibuja dos circuitos eléctricos formados por una pila, un interruptor y tres bombillas, el primer circuito las bombillas están conectadas en serie y en el segundo en paralelo.
7.2 Dibuja el esquema de un circuito eléctrico mixto formado por una pila, un pulsador, tres motores conectados en paralelo seguidos de dos bombillas conectadas en serie
EJERCICIOS
1.1. A veces cuando vamos por un centro comercial nos da calambre la gente, ¿porque?
1.2. Si nos deslizamos por un tobogán de plástico quedas cargado eléctricamente; ¿crees que ocurriría lo mismo en un tobogán metálico?
