Electricidad dinámica

Guía de Trabajo Nº1

  • ¿Cuál es la diferencia entre corriente y voltaje?

Trabajo Grupal Individual (TGI).

  • Lea la parte correspondiente a este tema, respondiendo las prácticas pertinentes.

Trabajo con la Sección.

  • El docente medirá cuando la mayoría haya terminado el trabajo asignado y entonces lo explicará y revisará las respuestas a las prácticas, para ello puede pedir a los alumnos que pasen al frente y den sus respuestas o las escriban en la pizarra.

Cargas en Movimiento

Los metales difieren un poco de los demás elementos en que los electrones de sus capas externas no están completamente ligados a átomos individuales, permitiendo que pasen de un átomo a otro, cuando un conductor eléctrico metálico sufre una diferencia de cargas entre sus extremos, los electrones fluyen por la superficie del conductor en el sentido de dónde hay exceso de electrones hasta donde hay déficit de estos, en ese momento se ha creado una corriente eléctrica.

Intensidad o Amperaje.

A la cantidad de cargas eléctricas que circulan por una sección dada de un conductor eléctrico por cada segundo se le llama Intensidad eléctrica y se mide en Amperios. O dicho, en otros términos, la corriente eléctrica es igual a la cantidad de cargas eléctricas que fluyen por unidad de tiempo:

I = q/t             I= Intensidad de Corriente, se mide en Culombios/segundo = Amperios (A).

q= Carga eléctrica, se mide en Culombios (C).

t= Tiempo (s).

El amperímetro es el instrumento usado para medir la corriente eléctrica.

Práctica

  • 1) La intensidad de corriente eléctrica que pasa por una sección transversal de un conductor metálico, donde circulan 9,0 x 10-6 C en 0,010 s, corresponde a
a) 1,1 x 103 Ab) 9,0 x 10-4 Ac) 2,5 x 10-7 Ad) 9,0 x 10-8 AR/ b
  • 2) Una corriente eléctrica I fluye por la sección transversal de un alambre conductor, transportando una carga q en un tiempo t. Si, en el mismo tiempo, la carga transportada es incrementada a (3/2) q, la intensidad de corriente eléctrica que circula es
a) (3/2) Ib) (2/3) Ic) 3 Id) 2 IR/ a
  • 3) Por un alambre circula una corriente de 2,50 A; la carga eléctrica que pasa por el alambre en 60,0 s es
a) 150 Cb) 24,0 Cc) 2,50 Cd) 0,0400 CR/ a
  • 4) Se tienen dos alambres conductores; por la sección transversal del primer alambre pasa una corriente eléctrica I durante un tiempo t, y por la sección transversal del segundo alambre pasa una corriente eléctrica 3 I durante 2 t. Por lo tanto, al comparar las cargas eléctricas que han pasado por esas secciones transversales, es correcto afirmar que
a)son iguales las dos.
b)es mayor la del primer alambre.
c)es mayor la del segundo alambre.
d)No son comparables pues no se conocen I ni t.R/ c

Experimento

En caso de que no se disponga de los materiales, puede solicitar a los alumnos que trabajen con este laboratorio virtual: http://www.sciencekids.co.nz/gamesactivities/circuitsconductors.html

Materiales: agua, sal, mina de grafito, alambre eléctrico telefónico, pila cuadrada de 9v o dos pilas regulares de 1,5v, un bombillito o un led apropiado para ese voltaje.

  • A) Elabore un circuito simple con un led y una pila, dejando dos bornes libres que insertará en el recipiente.
  • B) Que los estudiantes en grupos depositen el agua y le agreguen sal al agua, luego de agitarlo, introducen los bornes expuestos del circuito al agua, probando si enciende el led o no.
  • C) Podrá usar solo agua sin sal y ver qué ocurre a medida que va aumentando la cantidad de salD) Luego elimine el vaso con agua y cierre el circuito, haciendo notar la cantidad de luz emitida, ahora cierre el circuito donde estaba el vaso con agua con una mina de lápiz, ajuste el punto de contacto alejando el contacto sobre la mina de lápiz.

Cada grupo deberá responder:
¿El agua es conductor de electricidad?
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¿Explique por qué es peligroso tocar una fuente de electricidad si el piso está mojado y no usamos zapatos con aislante?
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¿El grafito es conductor de electricidad? de ser así, ¿por qué no se hacen circuitos eléctricos con grafito?
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Cuando termine el experimento, inicie la lectura del tema que sigue a continuación.

Conductores y aisladores.

Recordemos que los electrones están orbitando alrededor de los átomos y cada átomo tiene sus electrones, esto es válido en el caso de los no metales, pero en el caso de los metales, los electrones están poco ligados a átomos particulares (de hecho, en el caso de metales, no se le llama nube electrónica, sino mar de electrones), de modo que éstos son compartidos por todos los átomos, pudiendo fluir de un átomo a otro, ésta es la razón por la cual los conductores al ser afectados por un campo magnético o por una diferencia de potencial (carencia de electrones en un extremo y exceso en el otro extremo –voltaje-) permiten el flujo de electricidad, eso son los conductores. Un aspecto importante a tener en cuenta es que aunque los metales dejan fluir los electrones con relativa facilidad, siempre ellos tienen tendencia a impedir el paso de la electricidad, a ello se le llama resistencia eléctrica, y todo conductor tiene cierto grado de resistencia eléctrica, entre mayor sea la resistencia eléctrica, menor es su capacidad de conducir.

Conductores

Permiten el paso de la electricidad con relativa facilidad.

Algunos metales conductores en orden de mayor a menor conductividad eléctrica son:

Oro, cobre, aluminio, grafito.

Aisladores

A los no metales, generalmente se les considera aisladores o aislantes, esto debido a que no conducen la electricidad o la conducen pobremente.

Algunos aisladores son:

Aire seco, hule, plástico, madera seca, agua desionizada (sin sales minerales).

Supercondutores

También existen materiales que conducen la electricidad en determinadas condiciones y cuando cambian, no la conducen, a estos materiales se les denomina “Semiconductores” y su uso se ha extendido mucho, principalmente en electrónica ya que materiales semiconductores como el silicio son la base para los microprocesadores y circuitos integrados.

Otro tipo de sustancias que a bajas temperaturas conducen la electricidad sin ningún tipo de resistencia, se denominan “Superconductores”, en la actualidad los superconductores tienen que estar a temperaturas cercanas al cero absoluto, algunos de ellos son cerámicos, pero se ha estado trabajando para obtener superconductores a temperatura ambiente y se han logrado algunos avances. Cuando se logre obtener superconductores comerciales a temperatura ambiente, el mundo será revolucionado pues seguramente los aparatos eléctricos funcionaran por muchísimo más tiempo con una batería eléctrica y no se necesitaría de transformadores en el tendido eléctrico, entre otros beneficios.

Cuando se enfría el Aluminio y el Estaño a casi cero grados centígrados (por ejemplo sumergiéndolo en helio líquido), se convierte como superconductor.

Una de las características más interesantes de ellos es que cuando se les pone sobre un imán, levitan.

Semiconductores

Son sustancias que conducen electricidad en algunas circunstancias, mientras que en otras no conduce.

Circunstancias como la presión, existencia de campos magnéticos o eléctrico, temperatura o radiación, convierten un semiconductor del estado aislante al estado conductor.

Hay dos tipos: Intrínsecos: Los que son cristales que a temperatura ambiente tienen átomos con una estructura tipo A debido a los enlaces covalentes, estos cristales tienen electrones que al absorber energía pasan a la banda de conducción, quedando un hueco en la banda de valencia, cambiando así, con una pequeña estimulación de ser aislante a ser conductor.

Los semiconductores extrínsecos, son semiconductores intrínsecos que se les agregan impurezas para facilitar el proceso de “dopaje” para cambiarle las propiedades con más facilidad.

Ejemplos de semiconductores son: Germanio, azufre, silicio, selenio, cadmio, boro, indio, galio, etc.

Los semiconductores sirven para hacer microchips y transistores.

Práctica:

  • 1) Lea las siguientes afirmaciones:
I.Las cerámicas, el vidrio, el plástico y el hule son ejemplos de aisladores de la corriente eléctrica.
II.Algunos metales son buenos conductores de la corriente eléctrica, pues en ellos los electrones libres se mueven con facilidad.

De las anteriores afirmaciones, ¿cuáles son correctas?

a) solo la IIb) ningunac) solo la Id) ambasR/ d

Ley de Ohm

Hay dos clases de corriente eléctrica: Corriente Continua y Corriente Alterna.

Lo primero en tener claro es este par de conceptos:

Corriente Continua (CC o DC): La corriente continua es aquella en la que no hay variación ni en la magnitud ni en el sentido de la corriente, todas las baterías y pilas producen este tipo de corriente.

Corriente Alterna (AC o CA): Es el tipo de corriente que varía en magnitud y en sentido en intervalos periódicos. Es el tipo de corriente que se usa en las casas.

La ley de Ohm es una de las leyes de electricidad más básicas y explica la relación entre el voltaje, corriente y resistencia eléctrica y básicamente dice que:

V= I.R               I= Intensidad eléctrica, se mide en amperios (A)

V= Voltaje, se mide en Voltios (V)

R= Resistencia, se mide en Ohmios (Ω)

Por favor amplie su comprensión de la Ley de Ohm explorando este laboratorio virtual:

Experimento

Materiales:

  • Una pila de 9 V
  • Dos cables (ideal si tienen pinzas o lagartos en los extremos para fijarlos)
  • Cuatro bombillitos o led apropiados para ese voltaje.

Proceso:

1) Busque una pila, dos cables y haga un simple circuito tal como se muestra seguidamente, para encender los bombillos o led.

2) Por favor perciban la intensidad de la luz.

3) Ahora cada grupo elabore la siguiente conexión de bombillos.

  • 4) ¿por qué la intensidad de la luz es distinta en cada circuito siendo los mismos componentes?

Circuitos eléctricos.

Se puede entender una corriente eléctrica como el flujo de agua dentro de una manguera (de hecho, es un flujo de electrones en el conductor) y en tales circunstancias, el caudal de agua puede fluir entero o fraccionado dependiendo del tipo de conexión de mangueras que se haga. Lo mismo sucede con la corriente eléctrica; la cual fluye del extremo negativo al positivo o bien desde el lugar donde hay exceso de electrones hasta el lugar donde hay deficiencia de electrones.

Circuito en Serie:

En un circuito en serie la corriente eléctrica circula por el conductor manteniéndose el mismo valor de la corriente en cada resistencia (bombillos en este caso), pero dividiéndose el valor del voltaje entre las cargas del circuito.

En el siguiente laboratorio virtual por favor, usando los tester que se le muestran, haga mediciones de corriente (en miliamperios) o de voltage. Observe que los dos tester tienen la conexión al circuito de forma diferente, uno en paralelo y el otro en serie.

Ahora por favor observe esta imagen:

En este circuito serie, la pila de 10 V y 6 A alimenta los dos bombillos, entre quienes se divide el voltaje, pero el amperaje queda igual

En el circuito serie:

Voltaje: Se divide.

Corriente: No se divide.

Resistencia: Se calcula así:  R= R1+R2+R3…

Circuito Paralelo.

En el circuito paralelo el flujo de corriente se divide entre las cargas, pero se mantiene la diferencia de potencial entre ellas, o sea, el voltaje no se divide.

Puede observar este concepto cuando hace mediciones de voltaje y amperaje en este circuito:

http://www.thephysicsaviary.com/Physics/Programs/Labs/ParallelCircuitLab/index.html

Ahora observe esta figura:

Aquí se muestra como la corriente (el amperaje) de la pila se ha dividido entre los bombillos mientras que el voltaje se ha mantenido constante.

Voltaje: Se divide.

Corriente: No se divide.

Resistencia: Se calcula así:

Práctica.

1) En una casa alimentada con 10 A de CA a 110V, se conectan 4 bombillos en paralelo, si cada uno tiene una resistencia de 5 Ω, Calcule la corriente y voltaje que le corresponde a cada bombillo.

2) Un electricista dispone de 220V a 10 A de CA para hacer una instalación, si dispone de 4 bombillos iguales que deben ser conectados a la misma red, de los cuales quiere que dos alumbren a media luz (porque les llega la mitad del voltaje), ¿qué debe hacer? Escriba el diagrama que represente la conexión.

3) En un circuito sencillo, una fuente de 5,0 V provoca el flujo de una corriente de 1,0 A; el valor de la resistencia al paso de la corriente en el circuito es

a) 0,2 Ωb) 1,0  Ωc) 4,0  Ωd) 5,0  ΩR/ d

4) En un tomacorriente de voltaje V, se conecta un aparato eléctrico con resistencia R, en el cual circula una corriente I. Suponga que este mismo artefacto se pudiera conectar a un tomacorriente cuyo voltaje es 2 V y aún así funcionaría, entonces, la nueva corriente eléctrica que circularía por el artefacto, con respecto a la inicial, sería

a) igualb) el doblec) la mitadd) el cuádruploR/ b

5) Lea la siguiente información:

Cuando algunos sólidos se enfrían hasta lograr temperaturas muy bajas, su resistencia a la conducción de la corriente eléctrica disminuye hasta anularse. La temperatura crítica a la cual ocurre este fenómeno depende del material enfriado.

¿A qué tipo de material se refiere esa información?

a) conductorb) dieléctricoc) semiconductord) superconductorR/ d

6) Por un conductor cuya resistencia es 10 Ω pasa una corriente de 1,2 A. ¿Cuál es la diferencia de potencial eléctrico aplicada a ese conductor?

a) 0,12 Vb) 8,3 Vc) 12 Vd) 11 VR/ c

7) A continuación, se le muestra un circuito eléctrico simple con tres resistencias eléctricas

La intensidad de corriente eléctrica en cada resistencia es

a)12 Ab) 26 Ac) 2,7 Ad) 9,0 AR/ c

8) El siguiente circuito consta de tres resistencias:

Si la corriente que pasa por la fuente es 0,240 A, ¿cuál es la resistencia equivalente del circuito y la diferencia de potencial eléctrico de la fuente?

a) 450  Ω y 108 Vb) 50,0  Ω y 108 Vc) 450  Ω y 12,0 Vd) 50,0  Ω y 12,0 VR/ d