La materia está formada por átomos, los cuales a su vez están formados por
unas partículas muy pequeñas cargadas de electricidad llamadas electrones,
protones y neutrones.
Los protones y neutrones se encuentran agrupados en el núcleo del átomo y
los electrones se encuentran girando alrededor de éste a gran velocidad,
repartidos en varias capas.
El número de protones del núcleo no puede cambiarse y determina a qué
elemento químico corresponde dicho átomo (Hidrógeno = 1 protón, Helio = 2
protones, Litio = 3 protones …).
El átomo tiende a tener el mismo número de electrones que de protones y así
para tener carga neutra, aunque se pueden añadir o quitar electrones solo de la
última capa (capa de valencia), resultando un átomo con carga negativa o
positiva respectivamente.
Los átomos no se encuentran aislados, sino agrupados formando trozos de
materia. Si añadimos electrones a la última capa de un átomo, éste los comparte
con los átomos vecinos, hasta que todos tengan el mismo número de electrones.
Al paso de electrones
de un átomo a otro se le llama ELECTRICIDAD.
Actividades (1)
1. Dibuja un átomo neutro con dos protones y señala
y nombra las partículas de las que está formado.
2. ¿Qué es la capa de valencia de un átomo?.
3. ¿Por qué los átomos comparten los electrones de
la última capa con los átomos cercanos?.
4. ¿De qué está formada la materia?.
5. Explica con tus palabras qué es la electricidad.
2. ¿QUÉ ES UN CIRCUITO
ELÉCTRICO?
La energía originada por el movimiento de los
electrones puede ser transformada en otro tipo de energía más aprovechable
mediante unos dispositivos llamados receptores. Existen varios tipos de
receptores, los más importantes son los siguientes:
Para provocar el desplazamiento de electrones, necesitamos algún
dispositivo que genere muchos electrones libres. A estos dispositivos se les
llama generadores.
Existen varios tipos de generadores:
Mediante los generadores químicos sólo se puede conseguir un voltaje de 1,5
V, entonces, ¿Cómo es posible que existan pilas de 3 V, 9 V, 4.5 V … como las
siguientes?
Pues porque tienen varias pilas en su interior conectadas en serie, por
eso, los voltajes de esas pilas son múltiplos de 1,5.
Existen materiales que permiten el paso a través suya, llamados conductores
(Metales, agua,...) y existen otros materiales que no dejan pasar la
electricidad a través suya, llamados aislantes (Madera, plástico, …)
Para poder aprovechar convenientemente la energía eléctrica, hay que
mantener los electrones circulando continuamente, por lo que necesitamos
conectar los receptores a los generadores mediante cables (conductores),
formando un circuito cerrado.
Luego un CIRCUITO está formado por generadores y receptores
conectados mediante conductores, formando un circuito cerrado,
como en el siguiente dibujo:
Cuando se dibuja un circuito eléctrico, no se dibujan los receptores y
generadores como son en realidad, sino que se emplean símbolos para simplificar
el dibujo.
Estos son los símbolos de los elementos más importantes y su función dentro
del circuito:
Para simular circuitos eléctricos existe multitud de programas, nosotros nos centraremos en uno específico: Crocodile Clips. A continuación veremos un pequeño tutorial de como se trabaja en este entorno.
Actividades (2)
1.¿Qué es un receptor eléctrico?
2.Rellena la siguiente tabla de receptores
eléctricos:
3. ¿Qué es un
generador eléctrico?
3. ¿Qué es un generador eléctrico?
4. ¿Qué materiales podemos utilizar para conectar los generadores a los
receptores?
5. Dibuja un sencillo circuito
eléctrico y señala y nombra sus elementos.
6. Dibuja los siguientes circuitos
mediante sus símbolos. ¿Para qué nos podría servir cada uno?
7. Dibuja un circuito con una pila, un pulsador, un motor mediante sus
símbolos. ¿Para qué nos podría servir dicho circuito?.
8. Dibuja un circuito con una pila, un conmutador, y dos bombillas
mediante sus símbolos. ¿Para qué nos podría servir dicho circuito?
3. MAGNITUDES ELÉCTRICAS.
Una magnitud es un parámetro físico que puede ser medido mediante un
instrumento de medida.
Ejemplo: La longitud (l) se mide con una
regla en metros (m), la temperatura (T) se mide con un termómetro en grados
(ºC), etc.
En un circuito eléctrico hay parámetros que se pueden medir con
instrumentos de medida, los más importantes son los siguientes:
• Carga eléctrica (q). Expresa la cantidad de electricidad que tiene un cuerpo, es decir, el exceso o defecto de electrones, Su unidad es el culombio
(C). Dicho de otra forma, como el número de electrones que circula por
un conductor es altísimo y cada uno tiene una fuerza eléctrica pequeña,
estos se agrupan en "grupos", denominados culombios.
1 C = 6,24 x 1018 electrones
• Voltaje o tensión (V). Es la diferencia del número
de electrones que existe entre dos puntos de un circuito, para ello necesitamos
un generador. Se mide en voltios (V), mediante un instrumento llamado voltímetro.
•Intensidad (I), Es la cantidad de electrones
que pasan por un conductor en la unidad de tiempo. Se mide en amperios (A),
con un instrumento llamado amperímetro.
I = q / t
donde I (Intensidad), q (carga eléctrica) y t (tiempo)
•Resistencia (R), Es la dificultad que ofrece
un receptor al paso de los electrones. Se mide en Ohmios (Ω) con un
instrumento llamado Óhmetro.
La
resisencia de un conductor depende de las características del material,
es decir, de su resistividad, así como de la longitud y la sección del
conductor. Todos los parámetros se relacionan mediante la expresión:
R = ρ l / s donde ρ (resistividad del material), l (longitud del hilo) y S (sección)
• Energía (E) o trabajo eléctrico (W).
Es el producto de la FEM necesaria para transportar las cargas
eléctricas por el valor de esas cargas eléctricas. Su unidad es el Julio (watio * segundo).
E = W = FEM•carga= V •q = V •I •tE =V • I •tdonde E o W (energía eléctrica) y FEM (fuerza electromotriz)
• Potencia (P). Es la cantidad de energía eléctrica (W) generada o transformada por unidad de tiempo
P = W / t= V • I •t / t= V • IP = V • Idonde P (potencia eléctrica en watios (W))
Existe un aparato capaz de medir todas las magnitudes eléctricas, llamado polímetro.
SIMIL HIDRÁULICO PARA ENTENDER
LAS MAGNITUDES ELÉCTRICAS
Si conectamos dos vasos de agua con un tubo como en la figura anterior y
los llenamos con distinta cantidad de agua, se establece una corriente de agua
desde el vaso con mayor nivel de agua hasta el vaso con menor nivel de agua.
Esta corriente de agua se origina porque existe una diferencia de altura en los
niveles de agua.
En el caso de la electricidad, si existe una diferencia de potencial o
voltaje entre dos puntos, y los conectamos con un conductor, se establece una
corriente de electrones desde el punto con mayor potencial hasta el punto con
menor potencial.
Polímetro
4. LA LEY DE OHM
En 1827, el físico y matemático alemán Georg Simon Ohm se dio cuenta tras
varios experimentos, de que las tres magnitudes fundamentales están ligadas por
la siguiente fórmula (que se puede expresar de tres maneras):
La ley de Ohm es muy utilizada en electricidad, ya que nos permite calcular
una magnitud eléctrica, conociendo las otras dos.
Actividades (3)
1.Qué es una magnitud, pon dos
ejemplos distintos a los vistos.
2.Rellena la siguiente tabla de las
magnitudes eléctricas fundamentales:
3. ¿Cómo se
llaman los aparatos de medida utilizados para medir cada una de las magnitudes
eléctricas y qué se mide con ellos?
4. Dibuja el triángulo de la Ley de Ohm y a partir
de él, obtén las tres expresiones de la misma.
5. Calcula la magnitud que falta en cada uno de
los siguientes circuitos:
5. CONEXIÓN DE CIRCUITOS
SERIE, PARALELA Y MIXTA
Cuando conectamos varios elementos receptores en un circuito eléctrico,
podemos hacerlo de varias maneras, como veremos a continuación:
CONEXIÓN EN SERIE
CONEXIÓN EN PARALELO
CONEXIÓN MIXTA
•CONEXIÓN EN SERIE: Los receptores se conectan un o a la salida del otro.
> La intensidad es la
misma en todo el recorrido del circuito.
> El voltaje se reparte
entre todos los receptores.
•CONEXIÓN EN PARALELO: Cada polo de la pila se conecta a los dos terminales de cada receptor.
> El voltaje es el
mismo en todo el recorrido del circuito.
> La intensidad se
reparte entre todos los receptores.
•CONEXIÓN MIXTA: Existen receptores en serie y en paralelo conectados.
> La intensidad y el
voltaje varían en el circuito.
Para resolver estos circuitos, hay que "sumar" todas las
resistencias de manera que tengamos una sola resistencia equivalente que
nos permita calcular las magnitudes mediante la ley de Ohm.
CIRCUITOS EN SERIE
En el circuito en serie, la resistencia equivalente es la suma aritmética
de todas las resistencias conectadas en serie.
CIRCUITOS EN PARALELO
En el circuito en paralelo, la resistencia equivalente se calcula con la
siguiente fórmula:
CIRCUITOS MIXTOS
Existen multitud de circuitos mixtos y cada uno se resuelve de forma
distinta, sumado resistencias en serie o en paralelo con el objetivo de reducir
todas las resistencias a una sola resistencia equivalente que nos permita
conocer la intensidad total del circuito e ir calculando las distintas
corrientes y voltajes ayudándonos de los circuitos obtenidos en la
simplificación.
Ejemplo: Calcula las intensidades y voltajes
en cada una de las resistencias del siguiente circuito mixto:
