Bloque 1
ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO
En este compendio
fascículo 1 lograste comprender de manera simple que es la corriente eléctrica
así como los efecto
térmico, magnético y luminoso de esta, así como funciona el un circuito
eléctrico y algunas
propiedades de los conductores, el funcionamiento de algunos aparatos
eléctricos en términos
de voltaje, intensidad de corriente y potencia ; así como la Ley de Ohm.
Al uso de la corriente
eléctrica en nuestros días no le damos la importancia que tiene por ejemplo,
te has puesto a pensar
que en tu casa escuchas el radio, ves televisión o simplemente puedes
encender un foco, para
lo cual utilizas la electricidad, aunque también la tenemos presente en la
naturaleza, en tiempos
de lluvia, cuando observas descargas eléctricas (relámpagos), al quitarte
las ropa en la oscuridad
ves pequeñas luces, son descargas eléctricas o si tocas un metal y truena,
en estos fenómenos hay
cargas eléctricas, si te das cuenta esta presente en nuestra vida
cotidiana.
Comencemos por identificar
las fuentes de energía más comunes que proviene a partir de la
transformación de la
energía, de una en otra, por ejemplo el sol que se transforma a partir de la
fotosíntesis y pasa
hacia los seres vivos, o pasa a los árboles y estos a su vez sirve como leña
para producir calor
etc., observa la figura siguiente.
Las fuentes eléctricas
más sencillas y además comunes son las pilas, las baterías o
acumuladores que
proviene a partir de una transformación de energía química a eléctrica .
III.
RETROALIMENTACIÓN Y VERIFICACIÓN DE APRENDIZAJES
3.1
COMPENDIO FASCÍCULO 1. CORRIENTE ELÉCTRICA E
INDUCCIÓN
MAGNETICA.
FÍSICA III
CUADERNO DE ACTIVIDADES
DE CONSOLIDACIÓN Y RETROALIMENTACIÓN
11
Entre las fuentes de
energía más usadas son las plantas generadoras de energía eléctrica a partir
de otras energías y son
:
Geotérmicas – El vapor
de agua de la tierra (geiser)
Termoeléctricas – El
calor
Hidroeléctricas -- Las
caídas del agua o golpeteo del mar
Núcleo eléctricas- La
fisión nuclear
Este tipo de plantas
generalmente trabajan a partir del movimiento de un generador que tiene la
función de transformar
la energía mecánica de rotación en energía eléctrica, a partir de un
conjunto de ruedas de
palas llamadas turbinas que se mueven a través de las energías antes
mencionadas.
Como ya sabemos de donde
obtenemos la electricidad la podemos definir como una
manifestación de energía
generada por el movimiento de electrones, a través de un conductor.
Podemos utilizar a la
energía eléctrica en dispositivos eléctricos (planchas cafetera, focos,
parrillas,
elementos llamados
resistencia y cables conductores, etc.) para producir calor a este fenómeno se
le conoce como efecto térmico, que se produce a partir de una diferencia de potencial en
un
circuito. Si logramos
elevar la temperatura de metal determinado a niveles muy altos se puede
producir luminiscencia,
es decir provocamos el efecto luminoso del cual obtenemos la
luz artificial
de los focos. Auque
también cuado los electrones corren a través de un conductor se genera un
campo eléctrico que a su
vez genera un campo magnético así se logra el
efecto magnético de la
electricidad.
A un circuito simple lo podemos considerar como el camino por el cual
pueden fluir electrones el
cual esta formado por:
una fuente de poder (pila); un cable conductor un foco ( o resistencia) un
interruptor. Si
recuerdas en tus practicas de laboratorio creaste un circuito sencillo, ahí se
comprobaron algunos los
efectos mencionados. Cuando cerramos el circuito se encendió el foco, y
esto se debe a que
tenemos corriente eléctrica que se define como “ el flujo de electrones a
través de un conductor.” y esto es lo que permite que se encienda y se
caliente el foco, si
tuvieras una brújula en
ese momento se comprobaría también el efecto magnético.
Los conductores son materiales que permiten el flujo de la corriente
eléctrica ya que los
electrones de mueven con
mayor facilidad, principalmente metales algunos ejemplos de estos son:
la plata, el oro, el
cobre, aluminio, etc., el más usado en la vida cotidiana es el cobre debido a
su
bajo costo. En otros
materiales los electrones están fuertemente unidos y no pueden desplazarse
libremente, lo que no permite el
paso de la electricidad, estos materiales se les conoce como
malos
conductores o aislantes, algunos ejemplos de estos son caucho, corcho, madera, etc. Y
algunos materiales se comportan como
conductores y aislantes y son conocidos como
semiconductores; pero también a temperaturas muy
bajas (cerca del cero absoluto), algunos
conductores casi no oponen
resistencia al flujo de cargos y son conocidos como
superconductores.
Las principales características de
resistencia de un conductor es su longitud, el material con que
esta hecho, el área de la sección
transversal y temperatura. Si se duplica la longitud del alambre,
su resistencia se duplica también si
la sección transversal se duplica, la resistencia del alambre se
reduce a la mitad.
En un circuito se manejan tres
variables fundamentales: Voltaje, intensidad de corriente o
corriente
eléctrica y resistencia. Cada uno de ellos tiene la función
especifica siguiente;
Voltaje
o diferencia de potencial: es el trabajo que se realiza una carga de prueba y su unidad es
el volt ( V
) y se representa
así . ∼
V = cargatr adbea pjoru eba
Corriente
eléctrica: es la
cantidad de carga eléctrica que pasa por un cable conductor en una
unidad de tiempo y su unidad de
medida es el Ampere ( A ) y en circuito se representa
I
I = cargati edme pporu eba
Resistencia
eléctrica: es la
oposición que presenta todo dispositivo eléctrico al paso de la
corriente eléctrica, y su unidad de
medida es el Ohm (Ù) y en un circuito se representa así:
WWWW
Veamos como trabaja estas variables
dentro de un circuito para lo cual hay que establecer la
relación que existe entre ellas. A
ésta relación se le conoce como Ley de Ohm que dice:
“La
intensidad
de corriente a través de un conductor es directamente proporcional a la
diferencia
de potencial entre los extremos del mismo e inversamente proporcional a su
resistencia
“
RESISTENCIA = INDTIFEENRSEIDNACDIA D
DEE C POORTREINECNITAE
FÍSICA III
CUADERNO DE ACTIVIDADES DE CONSOLIDACIÓN
Y RETROALIMENTACIÓN
13
La ley de Ohm nos sirve para sacar
los cálculos y resolver problemas en circuitos eléctricos en
serie o paralelo, las formulas
variantes que podemos obtener de esta ley son las siguiente:
R
= VI I = RV V = I ⋅ R
Donde
R
= es resistencia
I
= es corriente
V
= es voltaje
Anteriormente definimos lo que es un
circuito ahora observa la representación gráfica de este.
conductor Resistencia
I i = flujo de corriente
Pila
Ejemplos
Determinar la resistencia de un
calentador cuando la corriente es de 2.8 A Si utiliza un voltaje de
125 V
= = = 44.64Ù
2.8A
125V
I
R V
Se tiene un foco de 100 W ¿Cuál es
la resistencia del filamento del foco si utiliza una corriente de
P = I2 R
( ) = = = =
7.30Ù
13.69
100
100Watt
I
R P 2 2
Se tiene dos tipos de conexiones de
circuitos en serie y en paralelo:
Circuitos
en serie: es cuando
los elementos de este se encuentran conectados uno tras otro de
amanera que pasa la misma corriente,
la figura nos indica como se encuentra un circuito en serie
⊗---------⊗--------⊗
R R R
2 3
2 3
eq
RT =
112 + 6.81 + 15 = 133.81 Ù
0.881A
133.81
118
R
I = V = =
Si recuerdas en Física II vimos el
concepto de potencia que es la rapidez con que se efectúa un
trabajo, en tema la podemos
considerar como la energía generada o consumida en una instalación
en determinado tiempo. También
podemos recordar que la unidad de la potencia el Watt ahora
veamos por que tiene la misma
unidad.
; watt
s
; Joules
t
P = W
Donde:
W = trabajo
t = tiempo
Si voltaje es:
q
V = W
y despejamos W entonces W = Vq
Al sustituir en nuestra formula
original de potencia obtendremos
t
P = V q
Y si I = q/t y la sustituimos en
nuestra formula anterior obtendremos
P = VI
Watts = volt x ampere
Si utilizamos la ley de Ohm V = RI
sustituimos en la formula anterior tendremos
P = I2 R P = V2
R
En función de corriente En función
de voltaje
Ejemplos
En una vivienda se utiliza un foco
de 100 watts con un voltaje de 115 V calcular la resistencia del
filamento del foco.
P = V 2
R
R = V2 = (115)2 = 132.25 Ù
R 100
La corriente en un circuito en serie
es igual en todo el circuito.
FÍSICA III
CUADERNO DE ACTIVIDADES DE
CONSOLIDACIÓN Y RETROALIMENTACIÓN
17
Calcula la potencia de una cafetera
eléctrica que utiliza un voltaje de 115 V , y calienta 11/2 de
agua en 5 min. si la corriente que
lleva el circuito es de 16 A .
P = V I = (115 V) (15 A ) = 1725 watts.
Generadores
eléctricos
Ahora nos introduciremos más a fondo
del efecto magnético de la corriente eléctrica, para lo cual
definiremos lo que es la inducción
Cuando hay movimiento relativo entre
una bobina (alambre conductor enrollado ) y campo
magnético (imán) se induce voltaje.
La magnitud del voltaje y corriente depende de la rapidez con
que cambia el campo magnético, si
introduces muy lentamente el imán en la bobina se produce
voltaje muy bajo, en cambio si la
introduces rápidamente el voltaje será mayor. Aunque también el
voltaje inducido depende del número
de espiras que
contenga la bobina, si duplicamos el número
de espiras en la bobina el voltaje
se duplicara, y así sucesivamente. Con esto llegamos a la
conclusión que al inducir voltaje
acelerando el campo magnético en torno a un conductor se llama
inducción
magnética.
Ley de Faraday es un resumen de la
inducción magnética: el voltaje inducido en una bobina es
proporcional
al producto del número de espiras y a la razón de cambio del campo magnético
dentro
de dichas espiras.
Si recuerdas anteriormente hablamos
que un generador convertía la energía mecánica en eléctrica
a partir de un conjunto de ruedas de
palas llamadas .turbinas que se mueven, y trabajan a partir de
la siguiente manera:
Cuando introduces el imán en la
bobina de alambre se induce el voltaje al mover el imán; pero en
la practica es más fácil mover la
bobina que el imán. Y la manera de hacerlo es girar la bobina en
un campo magnético estacionario con
lo cual estamos creando un generador, como se muestra en
la figura siguiente
Otro elemento que trabajan a través
de la inducción magnética son los transformadores. Un
transformador
es un convertidor
de corriente y voltaje, y esta compuesto de dos bobinas
enrolladas una sobre otra colocadas
a una distancia muy cercana, la variación de la corriente de
inducción induce a la segunda por la
variación del campo magnético; las bobinas de colocan en
una núcleo de hierro dulce, en la
primera bobina es la que lleva la corriente real y se le llama
primaria y al a que lleva a la
corriente inducida se le llama secundaria. Dependiendo de la
necesidad que se tenga de aumentar o
bajar el voltaje es como se realiza el embobinado; si se
necesita aumentar el voltaje la
primera bobina debe ser más pequeña que la segunda y si es
necesario bajarlo entonces es al
contrario mayor número de vueltas en la primera bobina que en la
segunda . Ejemplos
de estos
transformadores tenemos a los eliminadores que tiene los
cargadores o el transformador que
hay en tu calle y que alimenta a tu casa. Observa Las dos
figuras que te ejemplifican los dos
casos mencionados.
La relación que existe entre el
voltaje y el embobinado es el siguiente
Voltaje primario = voltaje
secundario
Número de espiras primario número de
espiras secundario
Es decir:
2
2
1
1
N
V
N
V =
El motor
eléctrico es un
dispositivo que transforma la energía eléctrica en mecánica y esta
compuesto de un conductor enrollado
en forma de espiras alrededor de un cilindro de hierro
llamado armadura, que gira cuando se
le suministra energía por medio de una corriente eléctrica,
trabaja también a través de la
inducción magnética, como lo vemos en la figura.
Para determinar la dirección de la
corriente inducida aplicamos la
Ley de Lenz que nos dice: En
un
circuito conductor cerrado, la corriente inducida aparece en una dirección tal
que esta
se
opone al cambio que la produce.
El signo menos en la ley de faraday
indica esta oposición
+ -
FÍSICA III
CUADERNO DE ACTIVIDADES DE
CONSOLIDACIÓN Y RETROALIMENTACIÓN
19
EJERCICIOS
Contesta las siguientes preguntas
sin regresarte a revisar la información anterior
1. La corriente eléctrica es
considerada como.
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
2.- Cuando armas el cableado de tu
casa se forma un circuito en ...
_______________________________________________________________________________
3.- Esta unidad es el producto
resultante de multiplicar a la potencia desarrollada por el tiempo
empleado.
_______________________________________________________________________________
4.- Las tres características que nos
dan la resistencia de un conductor son
1 _____________________
2 _____________________
3 _____________________
5.- La ley de Ohm indica...
_______________________________________________________________________________
6.- Cuando tenemos un circuito
eléctrico conectado en serie el voltaje en el circuito es
_______________________________________________________________________________
7.- Cuando un circuito tiene una
corriente igual en todo sus elementos quiere decir que esta
conectado...
_______________________________________________________________________________
8.- Calcula el voltaje que utiliza
una cafetera eléctrica que trabaja con una corriente de 2 A y
tiene una resistencia de 55 Ù.
_______________________________________________________________________________
9.- Calcula la resistencia que
compone a un sartén eléctrico que utiliza un voltaje de 115 V y
una corriente de 28 A
_______________________________________________________________________________
