domingo, 26 de abril de 2015
Guía didáctica La electricidad
Institución:
Docentes: Luis Fernando Posada M
Área: Ciencias naturales Grado: 11º
Asignatura: Física
Objetivo:
Conocer la energía eléctrica, así como las consecuencias de su uso, familiarizándonos con los orígenes de la misma. Además identificar el impacto social y medioambiental debido a su uso, tomando conciencia responsable de sus efectos sobre el medio ambiente.
Para realizar la siguiente actividad, es necesario tener los siguientes materiales: Una bombilla, alambre conductor, pilas de voltaje, un zócalo, interruptor y una linterna.
¿Cómo lo haremos?
Te has preguntado alguna vez ¿Por qué funcionan los aparatos eléctricos en nuestro hogar? Siempre que enciendes un aparato eléctrico este debe estar conectado a un toma corriente, de lo contrario no funcionará. Observa. ¿Qué vez?
Enciende ahora una linterna dentro de un cuarto oscuro y observa. ¿Qué puedes decir? Observa lo que pasa.
Enciende ahora una bombilla dentro del mismo cuarto. ¿Qué observas? ¿Qué hay de común en ambos ejemplos?
Nota que la linterna no funcionaría sin baterías, igualmente la bombilla si no se conectara a una toma corriente. Podemos decir entonces que la electricidad es un fenómeno físico cuyo origen son las cargas eléctricas y cuya energía se manifiesta en fenómenos mecánicos, térmicos, luminosos y químicos, entre otros.
Ahora, ¿Qué puedes decir de la electricidad? ¿Por qué es tan importante en nuestra vida? ¿Existen muchas formas de generar electricidad? Explica.
¿Qué se está transportando con la corriente eléctrica?
La corriente eléctrica necesitará de una fuente generadora que llamaremos FEM, fuerza electromotriz.
Para realizar la siguiente actividad, se hará el siguiente procedimiento:
Coge una pila o batería, une los alambres conductores a cada terminar de la batería. Ahora cada uno de los extremos de los alambres conductores irá conectado al zócalo donde estará la bombilla. Uno de los alambres estará unido al interruptor. Ahora observa lo que pasa. Enciende el interruptor, observa.
Un aparato eléctrico necesita estar alimentado por corriente que es suministrada por baterías o pilas (según su voltaje) conectado a través de 2 cables conductores (positivo y negativo). La función del interruptor es cortar uno de los 2 cables para que no reciba corriente el aparato eléctrico hasta que accionemos el interruptor, que lo único que hace es conectar el cable cortado.
Nos podemos preguntar entonces:
¿Qué se mueve con la corriente eléctrica?
¿Cuál es la función de los alambres conductores?
¿Qué se necesita para generar electricidad?
¿Será que todos los materiales sirven para conducir electricidad?
Corriente eléctrica
Sabemos
que en un conductor metálico, los electrones se encuentran en movimiento desordenado y por
lo tanto no tienen ninguna dirección definida a lo largo del conductor, pues el número de electrones que se desplazan en un sentido
es igual al número de electrones que se desplazan en el otro sentido.
Hemos
visto que cuando entre dos puntos de un campo eléctrico existe una diferencia de potencial (voltaje), las cargas
negativas tienden a
moverse en sentido contrario al campo
eléctrico y las positivas en el
mismo sentido.
Intensidad de la corriente eléctrica
Si
en un conductor se establece una corriente eléctrica, definiremos la
intensidad de la corriente eléctrica como la cantidad
de carga Q que pasa por una sección del conductor en una unidad de
tiempo t, es decir:
Unidades de la corriente
eléctrica
·
Sistema
ingles (S.I.)
La
unidad de la intensidad de la corriente
eléctrica I se denomina AMPERIO (A)
en honor al físico Andrés Ampere y se
define como la carga Q de un Coulomb que
pasa a través de una sección del
conductor cada segundo, es decir:
Si
utilizamos los submúltiplos del
amperio, tenemos:
¿Qué es un AMPERIO? ¿Qué es un mA y mAh? Corriente eléctrica Intensidad corriente eléctrica Electricidad, resumen Energía hidraúlica Corriente continua y alterna ¿Como medir corriente?
sábado, 25 de abril de 2015
Fuentes de corriente eléctrica
Para mantener la corriente eléctrica en un conductor es necesario conservar una diferencia de potencial o voltaje entre dos puntos, esto se logra uniendo el conductor a una fuente generadora de corriente.
Debemos
entender que una fuente generadora
de corriente es un dispositivo capaz de
mantener una diferencia de potencial entre dos puntos de un conductor. Las
fuentes de corriente son generadoras de
energía eléctrica, ya que realizan un
trabajo sobre las cargas que se introducen en ella.
Para
que la energía eléctrica aparezca por
intermedio del generador es necesario
que éste consuma otra energía; por
ejemplo en una pila se consume energía química, en un dínamo se consume
energía mecánica etc. En forma
general un generador tiene que consumir una
energía para lograr mantener una
diferencia de potencial.
Existen
varios generadores de energía eléctrica,
entre los cuales tenemos:
· Generadores
químicos:
Estos generadores aprovechan el hecho de que en muchas reacciones químicas se liberan
electrones en un lugar y son absorbidos en otro. Luigi Golvani y Alejandro
Volta construyeron una pila en la cual una solución liberaba electrones hacia una placa de CINC,
mientras los absorbía de una placa de
COBRE; haciendo que entre las placas
apareciera una diferencia de potencial. Figura 1.
· Generadores
magnéticos:
Michael Faraday y Joseph
Henry descubrieron que cuando un campo magnético varía su
intensidad, en dicha región aparece un campo eléctrico.
Esto
originaría una corriente eléctrica en un conductor de forma adecuada. En la figura 2 se puede observar
que cuando se acerca el imán (campo
magnético) a la bobina, hay aumento
en la intensidad del campo
magnético, creando una diferencia de
potencial en un sentido y produciendo
una corriente eléctrica. Si se invierte el movimiento del imán
se induce una corriente eléctrica
de sentido contrario, si no se varía el campo magnético (imán en reposo) no aparece campo eléctrico, ni ninguna
corriente.
· Par
termoeléctrico:
En
este generador se transforma el calor en energía eléctrica, en la figura
3 se puede observar un trozo de
alambre de hierro unido a un trozo de alambre de cobre; una de
las uniones se calienta con una llama,
haciendo que los electrones circulen por el ¨circuito¨; este
movimiento de electrones continuará mientras
uno de los alambres está a
mayor temperatura que la otra.
· Efecto fotoeléctrico:
Es
el fenómeno que se presenta cuando la luz incide sobre la
superficie de algunos metales
como el sodio y el potasio, presentándose
una emisión de electrones.
Existe
un aparato llamado célula fotoeléctrica, que se utiliza en este fenómeno. Si la luz es brillante, la
corriente es más intensa. La célula
fotoeléctrica constituye la base de la mayoría de instrumentos accionados por la luz como la
televisión, el cine, etc; en éste aparato se transforma energía radiante en
energía eléctrica.
·
Efecto piezoeléctrico:
Los
generadores que funcionan mediante este fenómeno se caracterizan por utilizar cristales que al ser sometidos a presiones débiles dan origen a
voltajes pequeñísimos que pueden amplificarse para su aprovechamiento. Este
fenómeno se utiliza en tocadiscos,
micrófonos, estabilizadores de frecuencia, entre otros.
Veamos algunos videos de la generación de la electricidad:
Video uno
Video dos
Video tres
Vídeo cuatro: Inducción magnética
Fuerza electromotriz (FEM)
Sabemos
que para mantener una corriente eléctrica se requiere de un generador que emplee algún
tipo de energía. Todos los
conductores presentan oposición a la
circulación de las cargas, por lo que para
mantener la corriente eléctrica hay que realizar un trabajo que obligue a las
cargas a moverse en contra
de los efectos de oposición que puede encontrar. La
fuerza electromotriz de un generador se define como el trabajo por
unidad de carga, se simboliza por FEM.
La FEM tiene que ver con
el trabajo (W) realizado por el generador por unidad de carga Q, al mover cargas positivas en un sentido contrario al campo eléctrico en
el interior del generador.
Potencia de un generador (P)
La
potencia
de un generador se refiere al trabajo que realiza el generador sobre la carga por unidad de tiempo, es decir:
Ejemplo
Un
generador suministra energía de 8 J para
llevar una carga eléctrica de 1 C del
polo negativo al polo positivo. Calcular
la potencia (P) del generador, si
se conecta a un conductor y hace que circule una
corriente eléctrica de de 5 A.
Con
la siguiente actividad se podrá observar la transformación de la energía.
Para dar inicio a la actividad se necesitará una pila de 1,5 Voltios, alambre conductor, bombillo y un amperímetro.
Al
unir el alambre conductor a la pila,
se establece una diferencia de potencial que hace que circule una corriente eléctrica I en sentido convencional, figura 3. En el conductor la corriente se dirige del polo positivo al polo negativo,
pues las cargas positivas se desplazan
desde puntos con potenciales mayores a
potenciales menores. Al llegar la corriente i al polo negativo de la pila, las cargas continúan su
movimiento, pasando del polo negativo al
polo positivo. Podemos observar que la intensidad de la corriente (magnitud) en cualquier punto del conductor es la misma, porque las cargas no se acumulan
dentro del conductor, por tanto la corriente que entra al bombillo es la misma
que sale, ya que las cargas al pasar por el bombillo le suministran energía.
En conclusión al conectar el bombillo a la pila, hubo una
manifestación de energía en forma de luz y en forma de movimiento, donde la pila permitió la transformación de su
energía química acumulada en energía de
movimiento luminosa y calórica, porque los cables conductores se calentaron.
Resistencia eléctrica (R)
Se llama resistencia eléctrica a la oposición que presenta un conductor al paso de la corriente eléctrica. A los conductores que presentan resistencia eléctrica (oposición) se les llama RESISTORES.
Para
que en un ¨ circuito eléctrico ¨
exista una corriente se necesita un generador
que proporcione energía y la
presencia de un alambre conductor. La corriente que circula
dependerá de varios factores relacionados con el conductor como: el largo, el área de la
sección y el material que constituye el conductor.
La
resistencia eléctrica se puede
representar en forma gráfica, esta forma gráfica se llamará circuito eléctrico. Si un
conductor tiene una resistencia R casi despreciable,
se representa por líneas rectas, por
ejemplo en la figura las secciones AB y
CD tienen resistencias muy pequeñas.
Si la resistencia es muy grande, se
representará por una línea quebrada, por ejemplo la sección BC.
Si
se aumenta la longitud del conductor, la intensidad de la corriente disminuye
en forma proporcional, esto significa que la resistencia de un conductor es directamente
proporcional a su longitud, es
decir:
La
constante K depende de los
materiales del cual esta construido el alambre y se llamará RESISTIVIDAD del material.
En
la siguiente tabla se observará la resistividad K de algunos materiales
Con
la siguiente actividad determinaremos la relación que existe entre la corriente I que circula por un
conductor y la diferencia de potencial
aplicada a los extremos de dicho conductor.
Recordemos que un circuito eléctrico es la esquematización del movimiento de las cargas eléctricas dentro del conductor
y la resistencia que puede presentar este conductor.
Los
circuitos que se observan indican
los diferentes valores de voltaje
que se aplican a un resistor,
estos voltajes originan corrientes eléctricas
de diferente intensidad. De estos
circuitos se puede construir una tabla
de corriente ( I ) en función del
voltaje (V).
Se puede observar que al graficar la corriente i en función del voltaje, se obtuvo una línea recta, lo que significa que la corriente eléctrica i es directamente proporcional al voltaje, es decir:
Esta
ley dice lo siguiente:
¨
Para muchos materiales la RESISTENCIA
es constante, independientemente del
voltaje aplicado al RESISTOR o de la
corriente que pasa a través de un conductor. ¨ En otras palabras la corriente que circula por un circuito
eléctrico cerrado, es directamente proporcional a la tensión o
voltaje que tiene aplicada, e
inversamente proporcional a la resistencia
que
ofrece a su paso la carga que tiene conectada.
Unidades de la resistencia
R
·
Sistema
ingles (S.I.)
La
unidad de la RESISTENCIA es el OHMIO que se obtiene de dividir voltaje V sobre corriente i, es decir:
Ejemplo
Un
conductor tiene una longitud de 200 m y 1 milímetro de diámetro, sí se
conecta a una pila de 1,5 voltios y circula corriente de 3 miliamperios.
¿Cuál es la resistividad K del material
del conductor?
Circuito básico: Animación Electricidad: De todo. Animaciones Resistencias: Valor numérico de sus colores Cálculo de una LEDS ¿Qué es un Diodo?
Elementos que hacen parte de un circuito eléctrico
Veamos un ejemplo de corriente eléctrica I
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