CIRCUITOS DE CORRIENTE ELECTRICA PARA EL AVANCE TECNOLOGICO

INICIEMOS DESDE LA PRACTICA 

Crea un foco casero

Vamos a aprender cómo funcionan las bombillas haciendo una totalmente casera. ¿Qué materiales utilizamos? - 8 pilas de tamaño XL (1,5 voltios) o una pila de 12 voltios. - Minas de grafito (cuanto más finas mejor). - Cables con cocodrilos o caimanes. - Cinta aislante. - Un recipiente de cristal ancho o un plato de porcelana. - 2 clips metálicos. - Unas tijeras o un cúter. - Un tubo de cartón. - Un tarro transparente de cristal ¿Cómo lo realizamos? Lo primero que tenemos que hacer es cortar por la mitad el tubo de cartón y desechar una de las partes. Después, colocamos en la mitad que nos hemos quedado dos "caimanes" o "cocodrilos", uno a cada lado, y los fijamos con un poquito de cinta aislante. Por último, colocamos un clip en cada cocodrilo, de forma que quede sujeto.

Ahora tenemos que preparar la "batería" que dará luz a nuestra bombilla o foco casero. Para ello, tenemos que colocar en serie un total de 8 pilas de 1,5v, de forma que el lado negativo de cada una siempre esté en contacto con el lado positivo de la siguiente. Nuevamente, con un poquito de cinta aislante evitaremos que se muevan y las mantendremos unidas. ¡Y listo! Ya sólo queda colocar la mina de grafito entre los dos clips, el tarro de cristal encima cubriendo todo y conectar los cables a la "batería". Esperamos un segundo y... ¡pum! Nuestra improvisada bombilla se "encenderá". Si apagamos las luces, podremos observar aún mejor el espectacular efecto de la mina incandescente. 👍Darle play

 

Respondemos:

¿Por qué la mina de grafito emite luz?

¿Existirá algún movimiento en el interior de los cables?

¿Cómo fluye la energía eléctrica en la mina de grafito?

En algún diálogo, con seguridad escuchaste, las siguientes afirmaciones:

-     No vayas a tocar el tomacorriente o te electrocutaras con la corriente eléctrica.

-     Tiene quemaduras de segundo grado.

¿Estas afirmaciones nos hacen suponer que la electricidad se mueve? Explica por qué.

CONTINUEMOS CON LA TEORIA

ELECTRICIDAD

La electricidad es un fenómeno físico originado por cargas eléctricas estéticas o en movimiento y por su interacción. Cuando una carga se encuentra en reposo produce fuerzas sobre otras situadas en su entorno. Si la carga se desplaza produce también fuerzas magnéticas. La partícula fundamental más ligera que lleva carga eléctrica es el electrón, que transporta una unidad de carga.

FUENTES DE ELECTRICIDAD

Para que las cargas eléctricas se muevan, se utilizan fuentes de fuerza electromotriz, estas pueden ser químicas o magnéticas.

Fuerza electromotriz

Fuerza electromotriz (FEM) es la energía proveniente de cualquier fuente, medio o dispositivo que suministre corriente eléctrica.

Para ello se necesita la existencia de una diferencia de potencial entre dos puntos o polos (uno negativo y el otro positivo). Dicha fuente debe ser capaz de bombear o impulsar las cargas eléctricas, a través de un circuito cerrado, la fuerza electromotriz se obtiene de:

ü  Pilas y baterías

Son las fuentes de Fuerza Electromotriz más conocidas por las personas y generan energía eléctrica por medios químicos. 

Las pilas y baterías sirven para:

-- El funcionamiento del control remoto de los televisores

-- Encender una linterna

-- Encender los celulares

-- El funcionamiento de relojes

-- El funcionamiento de calculadoras

-- El funcionamiento de radios

Según Antoine Lavoisier, “La energía no se crea ni se destruye”, entonces podemos indicar que varios cítricos, entre ellos, el limón son excelentes conductores de electricidad, esto se debe a que tienen un carácter ácido que actúa como electrolito.

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Máquinas electromagnéticas

Las maquinas electromagnéticas generan energía eléctrica utilizando medios magnéticos y mecánicos. Un ejemplo claro es el caso de los dínamos que tienen las bicicletas para encender un foco, también existen generadores utilizados en vehículos automotores, generadores eléctricos portátiles y otros.

CORRIENTE ELECTRICA

La corriente eléctrica es entonces un flujo ordenado de carga eléctrica. En un conductor sólido, como un cable o alambre metálico, son los electrones libres del metal los que transportan la carga por el circuito. Los metales tienen la propiedad de tener electrones que pueden moverse con liberad a través de toda la red atómica, mientras que los protones cuya carga eléctrica es positiva se mantienen ligados a los núcleos que están más o menos fijos en posiciones determinadas.

Regla de signos para los generadores

La dirección de la corriente nos ayuda a determinar la polaridad de los elementos en el circuito y a medir su voltaje.

Para elementos activos, la convención pasiva de signos nos dice que la polaridad del voltaje con respecto a la corriente es la siguiente:

 

Para elementos pasivos, la convención pasiva de signos nos dice que la polaridad con respecto a la corriente es la siguiente:

La convención pasiva de signos nos dice que la corriente fluye desde el terminal negativo hacia el positivo para elementos activos (como fuentes de voltaje o corriente), y para el caso de elementos pasivos (Resistencias, inductor, capacitor) la corriente fluye desde el terminal positivo hacia el negativo.

Por ejemplo, si tenemos el siguiente circuito, la corriente fluiría de la siguiente manera, recordando que la corriente es la misma para todos los elementos que juntos forman un circuito cerrado (Malla)

 

Análisis de potencia utilizando la convención pasiva de signos

La convención pasiva de signos también nos indica que si la corriente de un elemento entra por la terminal positiva, se considera que esta es una potencia positiva (p = +vi), dicho caso indica que el elemento está absorbiendo potencia. Si la corriente del elemento entra por la terminal negativa, se considera que esta es una potencia negativa (p = -vi), dicho caso indica que el elemento está entregando potencia.

Los elementos que entregan energía son fuentes de voltaje y corriente (Elementos activos), y los elementos que absorben energía son elementos pasivos, como resistencias, inductores y capacitores.

Asociación de resistencias; serie, paralelo y mixto

Llamamos conexión a la forma de unir los bornes de los aparatos eléctricos.  Existen distintos tipos de conexiones, las principales son la serie y el paralelo; la conexión mixta es la unión de ambas. Veamos en que consiste cada una de ellas.

ü  Conexión serie

Un grupo de resistencias esta conectado en serie cuando ofrece un camino único al paso de corriente. En este tipo de conexión el extremo de entrada de una resistencia está conectado con el extremo de salida de la anterior y así sucesivamente.

La intensidad es la misma en todas las resistencias de la conexión serie. Y la tensión total  en los extremos de la rama será la suma de las caídas de tensión en cada una de las resistencias  que la componen.

La resistencia equivalente de un circuito serie es una resistencia  de valor igual a la suma de las resistencias  que componen la rama serie.

    ü  Conexión paralelo

Un grupo de resistencias está conectado en paralelo cuando los extremos de entrada de las resistencias están conectados entre sí y los de salida también están conectados entre sí.

La intensidad total  que entra en las resistencias en paralelo es igual a la suma de las intensidades  que circulan por cada una de las resistencias. La tensión en bornes de las resistencias es igual a la tensión a la que está sometido el acoplamiento paralelo.

Cuando se trata de calcular la resistencia equivalente de dos resistencias en paralelo el resultado de despejar en la ecuación anterior es el siguiente:

ü  Conexión mixta

Circuitos mixtos son aquellos en los que existen conexiones serie y paralelo en el mismo circuito. Para determinar la resistencia equivalente primero se simplifican las resistencias serie y paralelo parciales, hasta que se llegue a un circuito simple del que se determina su resistencia equivalente.

Leyes de Kirchhoff

Las leyes de Kirchhoff son una herramienta muy útil para facilitar el cálculo de circuitos. Antes de exponerlas es conveniente definir algunos términos:

Nudo: es un punto del circuito en el que concurren tres o más conductores. En un nudo se produce una derivación del circuito en la que se reparten las corrientes. También se les llama nodo.

Rama: es el conjunto de elementos comprendidos entre dos nudos consecutivos.

Malla: es un camino cerrado que puede ser recorrido sin pasar dos veces por el mismo punto y no puede ser subdividido en otros. Siempre está formada como mínimo por dos ramas.   

 

Fíjate: En el circuito de la figura hay dos nudos (A y B), tres ramas (las que salen de A y acaban en B) y dos mallas (que se pueden determinar partiendo de uno de los nudos, p.e. el A, y recorriéndolos en un sentido para una malla y en el contrario para la otra malla).

 

Ley de la unión o de los nodos

Primera ley de Kirchhoff o de las corrientes

En un nudo la suma de todas las intensidades que entran es igual a la suma de todas las intensidades que salen.

O, lo que es lo mismo, la suma algebraica de las intensidades que entran y salen de un nudo es cero.

Según esta ley, las cargas eléctricas que llegan a un nudo tienen necesariamente que salir del mismo, por lo tanto la suma de las intensidades que entran tiene que ser igual que la de las que salen.

Tomando como convenio que las corrientes entrantes son positivas y las salientes negativas, se cumple siempre que la suma de las intensidades entrantes es igual a la suma de las salientes, con lo que la suma algebraica de ambas es cero.

En el esquema eléctrico del circuito representaremos el sentido de las corrientes mediante flechas orientadas según el convenio elegido.

REALIZAMOS DESDE LA VALORACIÓN 

Observamos los siguientes gráficos y analizamos:

-     ¿Que causa la sobrecarga de energía?

-     ¿Qué causa la sobretensión?

-     ¿A qué se debe el falso contacto?

-     ¿Qué acciones podemos asumir para evitar incendios causados por la energía eléctrica?

-     Si tienes alguna propuesta, ¿la puedes enunciar?

-     ¿Qué acciones recomiendas para no electrocutarte?

-     ¿Partiendo de que la energía no se crea ni se destruye, solo se transforma, podríamos generar energía eléctrica con materiales de desecho?