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COLEGIO MONSEÑOR DIEGO ROSALESDEPARTAMENTO DE CIENCIASPROFESORA: ANLLELA VELÁSQUEZ/ANA MARIA GUTIERREZ

OCTAVO BÁSICO – CIENCIAS NATURALESPRIORIZACIÓN CURRICULAR

Nombreestudiante:Profesora: Anllela Velasquez Correo Electrónico: [email protected]: 02 de noviembre de 2020

Instrucciones:1. Si lo desea, puede imprimir este documento, responder directamente en su cuaderno de asignatura o responderla en computador y enviarla por correo electrónico.2. Lea atentamente cada explicación del contenido para luego responder las actividades.3. Estas guías corresponde a los Objetivos Prioritarios dispuestos por el Ministerio de Educación. La guía está separada por número de clase, que son 5.4. El tiempo estimado para realizar cada clase es de una hora y media cada día.5. Administre eficientemente su tiempo, comience por aquellas preguntas en las que tiene mayor dominio y deje las preguntas más desafiantes para el final.6. Revise sus respuestas las veces que sea necesario.Si tiene alguna dificultad durante la realización de esta guía no dude en contactarme al mail: [email protected] De lunes a viernes de 9:00 a 13:00 horas estaré atenta para revisar sus consultas.7. Esta guía será evaluada con un porcentaje de logro del 0% al 100%, para luego ser convertida a una calificación del 2 al 7. Su calificación equivaldrá al 20% del promedio final de la asignatura.

CRONOGRAMA DE APOYO ZOOM

Estimados padres, apoderados y estudiantes, la siguiente tabla ordena los contenidos que se trabajarán semanalmente en los apoyos virtuales vía Zoom. Quedan cordialmente invitados a seguir participando activamente en estas instancias para aclarar dudas y responder inquietudes.

Fecha Clase Objetivo ID05 de Noviembre

12 Describir y explicar un circuito eléctrico domiciliario y la función de sus componentes básicos, como enchufes, interruptores, conexión a la malla de tierra, dispositivos de seguridad y colores del cableado, entre otros.

473 429 2446

12 de noviembre

13 Analizar un circuito eléctrico en términos de conceptos tales como corriente eléctrica, resistencia eléctrica, potencial eléctrico, potencia eléctrica y energía eléctrica, considerando sus unidades de medida y cómo se miden.

19 de Noviembre

14 Aplicar las leyes de Ohm y de Joule en la resolución de problemas cuantitativos sobre circuitos eléctricos simples, en situaciones cotidianas y de interés científico.

26 de Noviembre

15 Describir, cualitativamente, las ventajas y desventajas que hay entre los circuitos eléctricos en serie y en paralelo, con ejemplos concretos.

03 de diciembre

16 Explicar el concepto de eficiencia energética aplicado a un circuito eléctrico.

Con el estudio de esta unidad las y los estudiantes comprenderán la importancia de un circuito eléctrico, así como analizar y comparar distintos tipos de circuitos eléctricos.

mailto:[email protected]


Aislante: es un material cuyas cargas eléctricas internas no pueden moverse causando una escasa magnitud de corriente bajo la influencia de un campo eléctrico, a diferencia de los materiales conductores y semiconductores, que conducen fácilmente una corriente eléctrica.

Amperio o amplificador (A): es la unidad de intensidad de corriente eléctrica. Forma parte de las unidades básicas en el sistema internacional de unidades y recibió ese nombre en honor al matemático y físico francés André-Marie Ampère.

Batería: Aparato pequeño, generalmente de forma cilíndrica o rectangular, que sirve para producir una corriente eléctrica continua a partir de una reacción química que se produce en su interior.

Circuito: es una interconexión de componentes eléctricos (como baterías, resistores, inductores, condensadores, interruptores, transistores, entre otros) que transporta corriente eléctrica a través de por lo menos una trayectoria cerrada.

Conductor: son metales, como el cobre, el oro, el hierro, la plata y el aluminio, y sus aleaciones, aunque existen otros materiales no metálicos que también poseen la propiedad de conducir la electricidad, como el grafito o las disoluciones y soluciones salinas (por ejemplo, el agua del mar).

Corriente: es el flujo de carga eléctrica que recorre un material. Se debe al movimiento de las cargas en el interior del mismo. Al caudal de corriente se le denomina intensidad de corriente eléctrica.

Ohm (Ω): es la unidad derivada de resistencia eléctrica en el Sistema Internacional de Unidades. Su nombre se deriva del apellido del físico alemán Georg Simon Ohm, autor de la ley de Ohm.

Resistencia: Oposición que presenta un conductor al paso de la corriente eléctrica.

Voltio (V): es la unidad derivada del Sistema Internacional para el potencial eléctrico, la fuerza electromotriz y la tensión eléctrica. Recibe su nombre en honor a Alessandro Volta, quien en 1800 inventó la pila voltaica, la primera batería química.


Clase 12: Circuito eléctrico domiciliarioObjetivos:

Describir y explicar un circuito eléctrico domiciliario y la función de sus componentes básicos, como enchufes, interruptores, conexión a la malla de tierra, dispositivos de

seguridad y colores del cableado, entre otros.

¿Qué es un circuito eléctrico?

Se denomina así a la trayectoria cerrada que recorre una corriente eléctrica.

El circuito y sus componentes

El camino por el que se desplazan los electrones se denomina circuito eléctrico, un sistema que hace posible controlar la corriente eléctrica. Está definido como un conjunto de elementos interconectados (alambres, interruptores, enchufes, entre otros) que permiten el paso de la corriente eléctrica.

El circuito está compuesto por:

Fuente de voltaje o generador: parte que proporciona la corriente eléctrica. Por ejemplo, pilas, baterías, un enchufe de una instalación fija, etc.Un enchufe tiene dos clavijas redondas con una toma de tierra en el medio.

Conductor: cables a través de los que fluyen los electrones de un extremo al otro y se utilizan como uniones entre los distintos elementos del circuito. Generalmente son formados por alambres delgados de cobre trenzado y recubiertos por un aislante plástico.

La composición de un cable es sumamente sencilla: un conductor, el aislamiento, la capa de relleno y una cubierta.

Cada elemento cumple una misión:Conductor eléctrico: uno o más hilos de cobre / aluminio. Es la parte del cable que transporta la electricidad.Aislamiento: recubre el conductor y se encarga de que la corriente no se escape del cable.Capa de relleno: se encuentra entre el aislamiento y el conductor. Con esta se logra un aspecto circular y homogéneo.Cubierta: protege al cable de la intemperie y los elementos externos. ¿Cuántos tipos de cable hay?El universo de los cables es increíblemente complejo y resulta impensable explicarlos todos en este post. Vamos a centrarnos en los que van a cruzarse en tu vida diaria. Pueden diferenciarse según varios criterios:

Número de hilos conductores: unipolares (un solo hilo conductor), multipolares (más de un hilo conductor) o mangueras (dos o tres conductores rodeados de protección).Estructura: los hay rígidos o flexibles, planos o redondos, coaxiales (con un núcleo chapado en cobre), trenzados (formados por pares de alambres entrelazados), con aislante o sin aislante, con o sin blindaje…Tipo de conductor: de alambre desnudo (es rígido y carece de recubrimiento); de alambre aislado (es igual que el anterior, pero cuenta con un aislante que lo recubre); conductor de cable flexible (es el más habitual); o de cordón.


Propiedades del recubrimiento: existe una nomenclatura para diferenciarlos: 1-T (Thermoplastic, es el más habitual), 2-H (Heat resistant, resiste hasta temperaturas de 75ºC), 3-HH (Heat Resistant, resiste hasta temperaturas de 90ºC), 4-W (Water resistant, resiste al agua y a la humedad), 5-LS (Low Smoke, baja emisión de humos y otros elementos contaminantes), 6-SPT (Service parallel themoplastic, se trata de dos cables flexibles y paralelos de plástico unidos entre sí, también denominado cordón dúplex).Tipo de aislamiento: termoplásticos o termoestables. Los termoplásticos son de policloruro de vinilo (PVC), polietileno (PE) o de policloropreno, neopreno o plásticos (PCP). Por su parte, los termoestables son de polietileno reticulado (XLPE), etileno-propileno (EPR), de cobre revestido o mineral aislado (MICC). ¿Qué significa el color de los cables?

Normalmente el aislante de los cables se fabrica de uno u otro color para que podamos distinguir fácilmente su función:Cable verde y amarillo: de toma de tierra.Cable azul: cable neutro. Hasta 1970 se utilizaba uno de color rojo.Cable marrón: cable de fase, aunque también puede ser negro o gris, dependiendo del color del aparato que lo lleve incorporado.Cable negro: cable de fase, que también puede ser blanco. Visible en la mayoría de instalaciones.Cable blanco: cable neutro. Son también tomas de tierra, pero solo se conectan al transformador para llevar de vuelta la energía.Cables de colores con rayas: neutrales, al igual que los anteriores. Se usan para identificar qué cable neutral corresponde a cada cable de color.Cables de colores: excepto los que tengan rayas, son cables de corriente o de carga. El más común es el rojo.“El cable de toma de tierra suele ser verde y amarillo. Los marrones y negros son cables de fase.”

Interruptor: dispositivo que permite maniobrar el circuito conectando y desconectando el paso de la corriente eléctrica.

Cómo funciona un interruptorDesde el punto de vista de la ingeniería, el funcionamiento de un interruptor es muy básico. Como ya sabemos, cualquier circuito eléctrico está compuesto por unos elementos conductores de la electricidad que la llevan hasta ciertos dispositivos eléctricos, como pueden ser condensadores, baterías, actuadores, bombillas, etc.

Cuándo un circuito está abierto (p.e. los cables están cortados en algún punto), la intensidad de corriente que circula es nula, y el aparato no funciona. Si está cerrado funciona.

El funcionamiento del interruptor se basa en abrir el circuito en un determinado punto, cortando el paso de la corriente a través de los conductores.Las partes fundamentales son los conectores y el actuador. Los conectores, normalmente uno fijo y el otro móvil, son los elementos que abren cierran el circuito eléctrico al estar uno en contacto con el otro en función de su posición. El actuador es el elemento que pulsamos o movemos con el fin de cambiar la posición de los conectores.

Cuando esos dos conectores están en contacto entre sí, la corriente circula a través del circuito. Cuando ambos conectores se han separado por una acción voluntaria (por el hombre o cualquier motor), el circuito queda abierto y por tanto no circula corriente a través de él y la carga (el aparato) deja de funcionar al no suministrarle energía eléctrica.

Receptor, carga o resistencia: punto de consumo de electricidad que recibe el flujo de energía eléctrica y la transforma en calor, luz, movimiento, sonido, etc. Algunos receptores son las lámparas, motores, estufas, máquinas, etc.


Enchufe: está formado por dos elementos: clavija y tomacorriente (o toma de corriente), que se conectan uno al otro para establecer una conexión que permita el paso de la corriente eléctrica.

Este mecanismo forma un circuito eléctrico al encajar el conector móvil (patillas o pines, generalmente dos o tres) situado en el extremo del cable de un dispositivo con la base (tomacorriente o enchufe hembra) fijada en un equipo o, en una pared de la edificación.

Enchufe macho o clavijaUn enchufe macho o clavija es una pieza de material aislante de la que sobresalen varillas llamadas espigas metálicas que se introducen en el enchufe hembra para establecer la conexión eléctrica. Por lo general, se encuentra en el extremo del cable de un dispositivo. Su función es establecer una conexión eléctrica con la toma de corriente que se pueda manipular con seguridad. Existen clavijas de distintos tipos y formas, que varían según las necesidades y normas de cada producto o país.

Enchufe hembra o tomacorrienteEl enchufe hembra, tomacorriente o toma de corriente, generalmente se sitúa en la pared, ya sea colocado de forma superficial (“enchufe de superficie”) o empotrado en la pared montado en una caja (“enchufe de cajillo” o “tomacorriente empotrado”), siendo este el más común. Como mínimo, constan de dos piezas metálicas, que reciben a sus homólogas macho, para permitir la circulación de la corriente eléctrica. Estas piezas metálicas quedan fijadas a la red eléctrica por tornillos o, actualmente con mayor frecuencia, por medio de unas pletinas plásticas que, al ser empujadas, permiten la entrada del hilo conductor y al dejar de ejercer presión sobre ellas, unas chapas apresan el hilo, impidiendo su salida.

Enchufe de superficieEl enchufe hembra de superficie, en el pasado, ha sido muy utilizado para instalaciones antiguas por su facilidad de instalación, al no precisar de obras. Sigue siendo utilizado para ampliar (a menudo de manera fraudulenta y peligrosa) las instalaciones principales, normalmente del tipo empotrado, por esas mismas razones. Existen líneas de fabricación de este tipo de producto destinadas específicamente a lugares rústicos o casas antiguas, cuyo exterior se asemeja a los primeros interruptores, y a menudo, fabricados con materiales como la porcelana o la baquelita.

Enchufe empotrado o de cajilloEn el enchufe hembra empotrado, la mayor parte del artefacto queda dentro de la pared, en un hueco perforado, quedando acondicionado mediante una caja metálica o de material termoplástico. El cajillo alberga la parte del enchufe hembra donde se conectan los cables.

La parte exterior sirve para impedir el contacto con las partes con tensión y para embellecer el aspecto del artefacto. En la actualidad, la parte exterior viene separada de la interior, incluso se suelen vender por separado. Es importante señalar que existen, en cada país, estándares de medida.

Mecanismos eléctricosLos enchufes, interruptores, conmutadores, pulsadores y cruzamientos, constituyen lo que se denominan mecanismos eléctricos. El mecanismo completo suele estar compuesto del mecanismo, tapa, bastidor y marco y cerquillo.Los mecanismos pueden ser empotrados, de superficie, libres o, incluso, de enchufe.

Magnitudes eléctricas básicas

Las magnitudes eléctricas básicas son la tensión o voltaje, la resistencia eléctrica y la intensidad de la corriente.La corriente eléctrica circula desde los puntos donde la energía es más alta hasta los puntos donde es más baja. Esta diferencia de potencial se llama voltaje o tensión y se mide en voltios (V).La resistencia eléctrica es la dificultad que opone un cuerpo al paso de la corriente eléctrica. Los materiales que presentan mucha dificultad se llaman aislantes y tienen una resistencia eléctrica


elevada. Por el contrario, los conductores son aquellos materiales que oponen poca resistencia al paso de la corriente.

La resistencia de un conductores directamente proporcional a su longitud e inversamente proporcional a su sección y varía con la temperatura. La unidad de medida de la resistencia es el ohmio (Ω).La intensidad de corriente (I) es la cantidad de carga eléctrica (electrones) que pasa por un conductor por unidad de tiempo. Depende de la tensión o voltaje que se aplique y de la resistencia que se opone. Su unidad de medida es el amperio (A)

Para entender estos conceptos se muestra la siguiente comparación:

Tenemos un depósito de agua (represa) con una altura determinada (tensión o voltaje). El caudal de agua que sale del depósito (intensidad de la corriente) al abrir la compuerta (interruptor eléctrico) hace que el flujo empuje una turbina (carga o resistencia) que opone cierta resistencia a este flujo. Mientras mayor sea este caudal, la fuerza ejercida en la turbina también aumentará, lo que implica una mayor potencia del sistema.

Principales componentes y dispositivos de protección de una instalación eléctrica


Dispositivos de protección

Existen diferentes dispositivos para proteger los circuitos eléctricos de los cortocircuitos y sobrecargas.

El fusibleDispositivo que posee en su interior una lámina metálica o un hilo de metal fusible, por ejemplo, plomo. Cuando ocurre el aumento brusco de corriente, el hilo o la lámina se funde y el circuito se abre inmediatamente, es decir, deja de fluir de inmediato la corriente.

El interruptor automático (disyuntor)Aparato electro-mecánico de conexión capaz de interrumpir corrientes en las condiciones normales especificadas del circuito, accionando manualmente el interruptor; y corrientes anormales como el cortocircuito o sobrecargas.Realiza la misma función que un fusible, pero no es necesario sustituirlo por otro nuevo cuando ocurre un cortocircuito o sobrecarga. Cuando los circuitos están protegidos por interruptores automáticos, al corregir la avería, es necesario accionar su palanca y así se restablece el suministro de corriente.Tanto los fusibles como los dispositivos automáticos se ajustan de fábrica para trabajar a una tensión o voltaje y a una carga en amperes determinada, incorporando un dispositivo térmico que abre el mecanismo de conexión del circuitocuando la intensidad de la corriente sobrepasa los límites previamente establecidos.

El protector diferencialInterruptor con la capacidad de detectar la diferencia entre la corriente de entrada y salida en un circuito. Cuando esta diferencia supera un valor determinado (sensibilidad) para el que está calibrado (30 mA, 300 mA, o mayores) el dispositivo abre el circuito e interrumpe el paso de la corriente.En una instalación eléctrica, cuando una persona toca un equipo con falla de aislamiento, la corriente pasa a través del cuerpo de la persona, que al estar en contacto con el suelo hace de conductor y provoca el disparo del diferencial, limitando el tiempo que la persona reciba la descarga eléctrica, por lo que sólo sentirá un calambre. Un protector diferencial se reconoce fácilmente al ser más ancho que un automático, contar con dos entradas y dos salidas y además porque siempre cuenta con un botón de prueba.

La tierra de protecciónConexión eléctrica directa, sin fusibles ni elementos de corte alguno de un circuito eléctrico, (por ejemplo, todas las partes metálicas de una instalación) mediante una toma de tierra con un electrodo o grupos de electrodos enterrados en el suelo. Las masas metálicas se conectan a tierra mediante un conductor de mínima resistencia, con el fin de reducir al máximo la posible tensión que pueda tener una masa metálica y facilitar así el paso de la corriente de fuga, evitando la aparición de tensiones de contacto peligrosas.Para que una toma de tierra sea eficaz debe ser capaz de transmitir la posible derivación eléctrica a tierra antes de que llegue al usuario o, si llega, que la intensidad no sea dañina.

Para ello es necesario medir la resistencia eléctrica de la tierra garantizando la mínima resistencia posible. Las partes metálicas de una instalación que no están normalmente energizadas, pero que pueden estarlo debido a una falla interna, la presencia de humedad o agua, descargas atmosféricas o sobretensiones son:

A. Carcasas de tableros eléctricos.B. Carcasas metálicas de maquinarias y herramientas eléctricas.C. Cercos metálicos expuestos a líneas aéreas.


Los elementos que constituyen una puesta a tierra son: el suelo, la toma de tierra, los bornes y el conductor de protección. Se debe considerar un largo suficiente de la barra (por lo menos 1,5 metros) y conexiones adecuadas de los conductores mediante pernos o grapas para estos fines.

Actividad.1.- ¿Qué tipo de circuito eléctrico domiciliario hay en tu hogar?, ¿Es en serie o en paralelo? Argumenta en base a tus experiencias cotidianas.

2.- Responden acerca de lo que ocurre en un circuito domiciliario si:- Se encienden o apagan luces de distintas piezas.

- Se conectan artefactos a distintos enchufes.

- Se desconecta el interruptor que se encuentra junto a la caja de fusibles.

3.- Los interruptores con que se encienden y apagan las luces de la casa, ¿están conectados en serie o en paralelo con las ampolletas? Argumenta tus respuestas por escrito apoyándote con dibujos o diagramas.

4.- Averigua la existencia o no de un reglamento que regule la instalación eléctrica en una casa.

5.- ¿Cuáles son los componentes del circuito eléctrico domiciliario?

6.- ¿Cuál es la función del “medidor” que se encuentra, habitualmente, en la primera instalación luego del alambrado hacia un poste de la vía pública?

7.- Escribe la función de un enchufe hembra y enchufe macho. ¿Hay alguna diferencia funcional entre ellos? ¿Por qué algunos enchufes, machos y hembras, tienen tres conectores?


Clase 13: Circuito eléctrico Objetivos:

Analizar un circuito eléctrico en términos de conceptos tales como corriente eléctrica, resistencia eléctrica, potencial eléctrico, potencia eléctrica y energía eléctrica, considerando sus unidades de medida y cómo se miden. Y examinar características eléctricas de artefactos

eléctricos, como corriente eléctrica y voltaje con que operan, y potencia y energía eléctrica que disipan.

Un circuito eléctrico es el conjunto de elementos eléctricos conectados entre sí que permiten generar, transportar y utilizar la energía eléctrica con la finalidad de transformarla en otro tipo de energía como, por ejemplo, energía calorífica (estufa), energía lumínica (bombilla) o energía mecánica (motor). Los elementos de un circuito eléctrico que se utilizan para conseguirlo son los siguientes:

Generador. Parte del circuito donde se produce la electricidad, manteniendo una diferencia de tensión entre sus extremos.Conductor. Hilo por donde circulan los electrones impulsados por el generador.Resistencia eléctrica. Son elementos del circuito que se oponen al paso de la corriente eléctrica.Interruptor. Elemento que permite abrir o cerrar el paso de la corriente eléctrica. Si el interruptor está abierto no circulan los electrones y si está cerrado permite su paso.

Resistencias de los conductores eléctricosLa resistencia es la oposición que encuentra la corriente eléctrica para pasar por los materiales y esta depende de tres factores:

El tipo de material. Cada material presenta una resistencia diferente y unas características propias, habiendo materiales más conductores que otros. A esta resistencia se le llama resistividad [ρ] y tiene un valor constante. Se mide [Ω·m].La longitud. Cuanto mayor es la longitud del conductor, más resistencia ofrece. Se mide en metros [m].La sección. Cuanto más grande es la sección, menos resistencia ofrece el conductor. Se mide en [m2].

La resistencia de un conductor se cuantifica en ohmios (Ω), y se puede calcular mediante la siguiente fórmula:

R = ρ • l / s

Asociación de resistenciasLas resistencias (y otros elementos del circuito) pueden conectarse de dos formas diferentes:

1. Asociación en serie. Los elementos asociados se colocan uno a continuación del otro. La corriente eléctrica tiene un único camino por recorrer, habiendo así la misma intensidad en todo el circuito. Por ejemplo, en caso de tener cuatro resistencias conectadas en serie, la resistencia equivalente se puede calcular como:

Req = R1 + R2 + R3 + R4


2. Asociación en paralelo. Se crean derivaciones en el circuito. La corriente eléctrica que sale del generador tiene distintos caminos por recorrer. Por ejemplo, en caso de tener cuatro resistencias asociadas en paralelo, la resistencia equivalente del circuito se calcula como:

1/Req = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + 1/R4

Todos los componentes de un circuito eléctrico son representados gráficamente mediante símbolos elementales aceptados por normas internacionales. Los esquemas de los circuitos eléctricos son dibujos simplificados que se utilizan para ver de forma clara y rápida como están conectados los circuitos.

El voltaje y la corriente son los conceptos fundamentales de la electricidad.

La cargaEl concepto de electricidad surge de algo que observamos en la naturaleza: una fuerza entre objetos que, como la gravedad, actúa a la distancia. Al origen de esta fuerza le hemos llamado carga. Un hecho sobresaliente de la fuerza eléctrica es que es grande, mucho más grande que la fuerza de gravedad. Sin embargo, a diferencia de esta, hay dos tipos de cargas eléctricas. Cargas de tipos opuestos, se atraen, y cargas de tipos iguales, se repelen. La gravedad solo tiene un tipo: siempre atrae, nunca repele.

Conductores y aislantesLos conductores están formados por átomos cuyos electrones exteriores, o de valencia, están débilmente ligados a sus núcleos. Un ejemplo es el átomo de cobre, cuya estructura idealizada representamos en la imagen. Los átomos metálicos felizmente comparten electrones exteriores cuando un montón de ellos están juntos. Como consecuencia, generan un "enjambre" de electrones que no están asociados a algún núcleo particular, y una fuerza eléctrica pequeña puede hacer que el enjambre electrónico se mueva. El cobre, el oro, la plata y el aluminio son buenos conductores, así como el agua salada. También existen malos conductores. El tungsteno —un metal que se utiliza para hacer filamentos de focos— y el carbono —en forma de diamante— son relativamente malos conductores, pues sus electrones son menos propensos a moverse.

Los aislantes son materiales cuyos electrones exteriores están fuertemente ligados a sus núcleos. Las fuerzas eléctricas moderadas no son capaces de arrancarlos de sus átomos. Cuando se les aplica una fuerza eléctrica a estos materiales, las nubes electrónicas de sus átomos se deforman, pero los electrones exteriores no son liberados. El vidrio, el plástico, la piedra y el aire son aislantes. Sin embargo, aun para estos materiales, si la fuerza eléctrica es lo suficientemente grande, es capaz de arrancar sus electrones exteriores —esta fuerza es conocida como "fuerza de ruptura"—. Es lo que pasa con las moléculas de aire cuando observas una chispa.

Los materiales semiconductores están entre los aislantes y los conductores. Usualmente actúan como aislantes, pero bajo ciertas circunstancias podemos hacer que se comporten como conductores. El semiconductor más conocido es el silicio (cuyo número atómico es 141414). Nuestra capacidad de controlar precisamente las propiedades conductoras y aislantes del silicio nos ha permitido crear maravillas modernas como las computadoras y los teléfonos celulares. Los detalles a nivel atómico de cómo funcionan los aparatos con semiconductores están gobernados por la física cuántica.


CorrienteLa corriente es el flujo de carga. La carga fluye en una corriente. Describimos la corriente como el número de cargas por unidad de tiempo que pasan a través de una frontera. Visualízate colocando una frontera transversal en un cable, posicionándote cerca de esta y contando el número de cargas que la atraviesan. Reporta cuánta carga pasó a través de la frontera en un segundo, asignándole el signo positivo a la corriente que se mueve en la dirección en la que lo haría una carga positiva.

Ya que la corriente es la cantidad de carga que pasa a través de una frontera en una cantidad de tiempo, podemos expresarla matemáticamente con la ecuación:

¿Qué es lo que transporta la corriente en un metal? En los metales, los electrones pueden moverse libremente; al hacerlo, generan la corriente dentro de estos materiales. Los núcleos positivos en los átomos metálicos están fijos en su lugar y no contribuyen a la corriente. Aunque los electrones tienen carga negativa y hacen casi todo el trabajo en la mayoría de los circuitos eléctricos, definimos una corriente positiva como la dirección en la que se movería una carga positiva. Esta es una muy vieja convención histórica.

¿Las cargas positivas pueden transportar corriente?Sí. Hay muchos ejemplos. En el agua salada, tanto las cargas positivas como las negativas transportan corriente. Si ponemos sal de mesa al agua esta se vuelve un buen conductor. La sal de mesa es cloruro de sodio, NaCl. En el agua, la sal se disuelve en iones de Na+ y Cl- que flotan libres. Ambos iones responden a la fuerza eléctrica y se mueven en direcciones opuestas por la solución de agua salada. En este caso, la corriente está compuesta por átomos en movimiento, iones positivos y negativos, no solo electrones libres. Dentro de nuestros cuerpos, las corrientes eléctricas son iones en movimientos, positivos y negativos. La misma definición de corriente funciona: cuenta el número de cargas que pasan por una frontera en una cantidad fija de tiempo.

¿Qué produce la corriente? Los objetos cargados se mueven en respuesta a fuerzas eléctricas y magnéticas. Estas fuerzas provienen de campos eléctricos y magnéticos, que a su vez vienen de la posición y el movimiento de otras cargas.

VoltajeEs una magnitud física que cuantifica la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos. También se puede definir como el trabajo por unidad de carga ejercido por el campo eléctrico sobre una partícula cargada para moverla entre dos posiciones determinadas.Para entenderlo mejor analiza la siguiente analogía:

El voltaje se parece a la gravedad:Para una masa m, un cambio en la altura h corresponde a un cambio en la energía potencial, ΔU = mgΔh

Para una partícula cargada q, un voltaje V corresponde a un cambio en la energía potencial, ΔU=qV


El voltaje en un circuito eléctrico es análogo al producto de g⋅Δh, donde g es la aceleración debida a la gravedad y Δh, h es el cambio en la altura.

Una bola en la cima de una colina rueda hacia abajo. Cuando está a medio camino, ha cedido la mitad de su energía potencial.Un electrón en la cima de una "colina de voltaje" viaja "hacia abajo" a través de cables y elementos de un circuito. Al hacer trabajo en su trayecto, cede energía potencial. Cuando el electrón está a la mitad de la colina, ha cedido, o "soltado", la mitad de su energía.

Tanto para la bola como para el electrón, el viaje colina abajo ocurre espontáneamente. La bola y el electrón se mueven por sí mismos hacia estados de menor energía. Pueden haber cosas en el camino de la bola que la hagan rebotar, como árboles y osos. En el caso de los electrones, podemos guiarlos por medio de cables y hacerlos fluir por componentes electrónicos —diseño de circuitos— y hacer cosas interesantes en el camino.

Podemos expresar matemáticamente el voltaje entre dos puntos como el cambio en energía que experimenta una carga:

PotenciaEs la cantidad de trabajo que se realiza por unidad de tiempo. Puede asociarse a la velocidad de un cambio de energía dentro de un sistema, o al tiempo que demora la concreción de un trabajo. Por lo tanto, es posible afirmar que la potencia resulta igual a la energía total dividida por el tiempo.

La potencia está definida como la tasa a la que la energía (U) se transforma o se transfiere en el tiempo. Medimos la potencia en unidades de joules/segundo, también conocidas como watts.

Un circuito eléctrico es capaz de transferir potencia. La corriente es la razón de flujo de carga, y el voltaje mide la energía por unidad de carga que se transfiere. Podemos insertar estas definiciones en la ecuación para la potencia:

La potencia eléctrica es el producto del voltaje por la corriente, y se mide en watts.

Un artefacto eléctrico está formado por una fuente de alimentación que proporciona energía, cables, bombillas, interruptores, bobinas, imanes, motores, otros. Funcionan transformando, ampliando, reduciendo o interrumpiendo la corriente eléctrica. Por ejemplo, una lámpara incandescente transforma la electricidad en luz.


La energía eléctrica puede provenir de pilas y baterías, pero la utilizada en nuestras casas, en las escuelas y en los comercios, viene de " fábricas de electricidad", llamadas centrales eléctricas. En las centrales eléctricas se hacen grandes turbinas que, al moverse, accionan los generadores de electricidad y así se obtiene la energía eléctrica. Para mover las turbinas se puede usar la energía del agua, del viento, de los combustibles fósiles ( gas, carbón y petróleo) y la nuclear. Como: Central Hidroeléctrica, Central Térmica, Central Nuclear, Central Eólica y Generador.

La electricidad en Chile tiene un voltaje estándar de 220-240 voltios, comprobar con la etiqueta del aparato eléctrico, si en ‘INPUT’ especifica 100-240V, 50/60 Hz’, quiere decir que puede ser utilizado en todos los países del mundo, esto aplica tanto para cargadores de tabletas, ordenadores portátiles, cámaras fotográficas y teléfonos celulares, etc.

La potencia eléctrica en un circuito eléctrico es la energía generada, consumida o transportada cada segundo, y es igual al producto de intensidad de corriente por voltaje.

Cuando la energía o potencia se disipan, se dice que desaparece, por pérdida de densidad o por pérdida de energía eléctrica debida a la resistencia de un circuito. Entonces, cuando un aparato eléctrico se calienta está perdiendo energía o potencia.

Actividad.

1.- ¿Qué es un circuito eléctrico?

2.- ¿Cuáles son los elementos de un circuito eléctrico?

3.- ¿A que se debe la resistencia de los conductores eléctricos?

4.- ¿De que forma se pueden conectar las resistencias?

5.- Define: Conductores, aislantes, corriente, voltaje y potencia.


6.- Haz una lista de 4 artefactos eléctricos que se encuentren en tu hogar y completa el siguiente cuadro como el ejemplo.Nombre de artefacto Funcionamiento Origen eléctrico VoltajeRadio Transforma electricidad

en sonidoCorriente eléctrica 220-240


Clase 14: Ley de OhmObjetivos:

Aplicar las leyes de Ohm y de Joule en la resolución de problemas cuantitativos sobre circuitos eléctricos simples, en situaciones cotidianas y de interés científico.

La Ley de Ohm

Impulsada en 1827 por el matemático y físico alemán Georg Simon Ohm, es una de las leyes fundamentales de la electrodinámica. Se utiliza para determinar la relación que existe entre la diferencia de potencial, la intensidad de corriente y la resistencia.

La ley de Ohm dice: "en un circuito eléctrico, la intensidad de la corriente que lo recorre es directamente proporcional a la tensión aplicada e inversamente proporcional a la resistencia que este presenta".

Establece que la diferencia de potencial V que aplicamos entre los extremos de un conductor determinado es directamente proporcional a la intensidad de la corriente I que circula por el citado conductor. Ohm completó la ley introduciendo la noción de resistencia eléctrica R; que es el factor de proporcionalidad que aparece en la relación entre V e I:

V= R x I

La fórmula anterior se conoce como fórmula general de la ley de Ohm, V corresponde a la diferencia de potencial, R a la resistencia e I a la intensidad de la corriente. Las unidades de esas tres magnitudes en el sistema internacional de unidades son, respectivamente, voltios (V), ohmios (Ω) y amperios (A).

En física, el término ley de Ohm se usa para referirse a varias generalizaciones de la ley originalmente formulada por Ohm. El ejemplo más simple es:

Donde J es la densidad de corriente en una localización dada en el material resistivo, E es el campo eléctrico en esa localización, y σ (sigma) es un parámetro dependiente del material llamado conductividad.

En un diagrama se muestran las tres formas de relacionar las magnitudes físicas que intervienen en la ley de Ohm.


La Ley Joule

Se conoce como efecto Joule al fenómeno irreversible por el cual si en un conductor circula corriente eléctrica, parte de la energía cinética de los electrones se transforma en calor debido a los choques que sufren con los átomos del material conductor por el que circulan, elevando la temperatura del mismo. El nombre es en honor a su descubridor, el físico británico James Prescott Joule

La ley de Joule muestra la relación que existe entre el calor generado por una corriente eléctrica que circula por un conductor, la corriente misma, la resistencia del conductor y el tiempo que está circulando la corriente. En 1845 demostró que el calor es:

Proporcional al tiempo durante el que pasa la corriente eléctrica.Proporcional al cuadrado de la intensidad que circula.Proporcional a la resistencia del conductor.

Un componente eléctrico (o electrónico) que se encuentra sometido a un voltaje V, y por el cual circula una intensidad de corriente I, consume una potencia P, que viene dada por la Ley de Joule:

P = V x I

Que, al igual que hacíamos con la ley de Ohm, podemos situar en un diagrama para facilitarnos su uso a la hora de despejar:

El efecto Joule limita la corriente eléctrica que pueden transportar los cables de las conducciones eléctricas.

Potencia Eléctrica: Para entender qué es la potencia eléctrica hay que definir antes el concepto de “energía”: En este contexto la energía es la capacidad de un dispositivo eléctrico para realizar un trabajo (desplazamiento de cargas eléctricas por el material conductor).

Cuando conectamos un computador o cualquier artefacto eléctrico a un circuito alimentado por una fuente de fuerza electromotriz (ya sea una pequeña batería o una central hidroeléctrica), la energía eléctrica que suministra fluye por el conductor, permitiendo que, por ejemplo, una ampolleta transforme esa energía en luz y calor, o un motor pueda mover una maquinaria.

De acuerdo con el postulado de la física, “la energía ni se crea ni se destruye, se transforma”, en el caso de la energía eléctrica esa transformación se manifiesta en la obtención de luz, calor, frío, movimiento (en un motor), o en otro trabajo útil que realice cualquier dispositivo conectado a un circuito eléctrico cerrado.

Se define potencia eléctrica como la energía eléctrica utilizada, disipada, transformada por material conductor a través del tiempo. Matemáticamente se puede determinar como:


Para calcular la potencia que consume un dispositivo conectado a un circuito eléctrico se multiplica el valor de la tensión (voltaje), en volt (V), aplicada por el valor de la intensidad (I) de la corriente que lo recorre (expresada en ampere).Para realizar ese cálculo matemático se utiliza la siguiente expresión:

Actividad

Resuelve las siguientes situaciones problemáticas:

1.- Una ampolleta tiene las siguientes características: 100 watt, 220 voltios. Calcula:a) La intensidad de la corriente que pasa por la ampolleta cuando la encendemosb) La resistencia del filamento de la ampolletac) El calor que desprende la ampolleta en media hora (Energía eléctrica transformada)d) La energía consumida en una semana si la ampolleta está encendida durante 5 horasdiarias.

2.- La potencia de una lavadora es 1.800 watt, si un generador le suministra una corriente de 8,18 A, ¿a qué tensión (voltaje) está conectada?


3.- ¿Qué corriente fluye por un artefacto si consume una potencia de 1.200 watt y se conecta a una diferencia de potencial de 220 volt?

4.- Una ampolleta de 100 W se conecta a 220 volta) ¿Qué intensidad la atraviesa?b) ¿Cuál es su potencia?c) ¿Cuántas calorías desprende en 1/2 hora? (Recuerda que 1 cal es aproximadamente a 4,2 J)

5.- Una estufa eléctrica consume 2 kW y trabaja con 220 volt. Si la mantenemosfuncionando durante 4 horas y considerando que 1 kWh cuesta 110 pesos, entonces el gasto diario que se hace con esta estufa esA) 220 pesosB) 440 pesosC) 880 pesosD) 1.760 pesosE) 24.200 pesos

6.- Una persona compra una ampolleta que trae escrito los valores 60 W y 220 V, esta persona vive en Santiago de Chile, al encender esta ampolleta durante 2 horas, la energía consumida en cada segundo esA) 6 JB) 60 JC) 120 JD) 220 JE) 440 J


Clase 15: ventajas y desventajas que hay entre los circuitos eléctricos en serie y en paraleloObjetivos:

Describir, cualitativamente, las ventajas y desventajas que hay entre los circuitos eléctricos en serie y en paralelo, con ejemplos concretos.

Los circuitos eléctricos

El circuito eléctrico es el recorrido preestablecido por el que se desplaza las cargas eléctricas.

Las cargas eléctricas que constituyen una corriente eléctrica pasan de un punto, que tiene mayor potencia eléctrico de a otro que tiene un potencial inferior para mantener permanente mente esa diferencia de potencial, llamado también voltaje o extensión entre los extremos de un conductor se necesita un dispositivo llamado generador "pilas,baterías, dinamos conectores" que tomen la cargas que llegan a un extremo y las impulsan hasta el otro.

Ventajas de circuitos eléctricos:

Circuito paralelo:Es una conexión de dispositivos eléctricos (como bobinas, generadores, resistencias, condensadores, etc.) colocados de manera tal que tanto los terminales de entrada o bornes de cada uno, como sus terminales de salida, coincidan entre sí.

La ventaja del circuito paralelo es que te mantiene el voltaje igual que todas las cargas como en tu casa ,todos los contactos donde conectabas todo como la tv, secadora, el horno de microondas, el celular etc. Y todos tienen el mismo voltaje.


Circuito en serie: Es un tipo de circuito eléctrico provisto de un único camino para la corriente, que debe alcanzar a todos los bornes o terminales conectados en la red de manera sucesiva, es decir uno detrás de otro, conectando sus puntos de salida con el de entrada del siguiente.

La ventaja del circuito en serie es que en caso de requerir alguna caida de voltaje controlado, puede hacerse a través de un circuito serie, este se ocupa muchas veces en la pruebas , para no meter todo el voltaje se reduce colocando una carga a la serie.

Desventaja:Los circuitos necesitan de una fuente de alimentación y al menos de un elemento eléctrico conectado a la fuente de alimentación circuito se conoce como para que la electricidad fluya.

Diferencias entre circuito en serie y paraleloCuando los elementos de un circuito están conectados en una serie, el circuito actúa como una única ruta de corriente. en contraste, un circuito paralelo consiste en múltiples ramas, que son caminos independientes a través de los cuales puede fluir la corriente (por ejemplo, tres cables desde un extremo de una batería hasta el otro extremo de la batería). Los circuitos en serie y en paralelo tienen diferentes propiedades con respecto al voltaje, la corriente y la resistencia.

Calculando La Resistencia TotalCuando se diseñan o reparan circuitos, a menudo se conocen las resistencias de los elementos en el circuito (como bombillas o aparatos). si no se conoce, se pueden medir con un ohmiómetro o un multímetro. a partir de estos números, suele ser útil calcular la resistencia total del circuito. La resistencia total en circuitos en serie es simplemente la suma de las resistencias individuales (r1 + r2 + r3, etc.). calcular la resistencia total es un poco más difícil con los circuitos paralelos, donde 1 / resistencia total = 1 / r1 + 1 / r2 + 1 / r3, etc.

Alterando La Resistencia TotalDebido a las fórmulas de resistencia total para circuitos en serie en comparación con los circuitos paralelos, la resistencia total de los circuitos en serie solo puede hacerse más grande agregando más resistencias, mientras que la resistencia total de los circuitos en paralelo solo puede hacerse más pequeña. Esta diferencia puede ser ventajosa o desventajosa, según el objetivo del proyecto en cuestión.

Corriente Y VoltajeLa corriente eléctrica es diferente en diferentes puntos en circuitos paralelos (varía directamente con las resistencias de los diversos elementos en el circuito). En contraste, la corriente es constante en los circuitos en serie. por otro lado, la tensión en los circuitos paralelos es constante, mientras que es variable en los circuitos en serie. Estas características pueden ser ventajosas o desventajosas, dependiendo de las especificaciones de cada proyecto.

Independencia Eléctrica


En un circuito en serie, solo hay un camino para que siga la electricidad. como resultado, cuando uno de los elementos en el circuito se rompe, ninguna corriente puede fluir a través de él y todo el circuito se vuelve eléctricamente muerto. Un ejemplo de esto es cuando una bombilla en una hilera de luces de navidad baratas se apaga, se apaga todo el soporte. en contraste, un circuito paralelo tiene múltiples ramas de corriente, por lo que si una bombilla se apaga en una rama, el flujo de electricidad hacia las otras ramas no se verá afectado. Las luces navideñas más caras suelen configurarse como circuitos paralelos.

Actividad

1.- ¿A qué se le llama voltaje?

2.- ¿Qué es un generador?

3.- Nombra los tipos de circuitos eléctricos y las diferencias que existen entre ellos.

4.- Realiza un cuadro comparativo con las ventajas y desventajas de los circuitos paralelos y circuito en serie.Tipo de circuito Paralelos SerieVentajas

Desventajas

5.- Nombra un ejemplo de circuito en paralelo y uno de circuito en serie.

6.- De acuerdo a las imágenes de circuito en paralelo y circuito en serie, ¿Qué elementos tiene en común? ¿en qué se discrepan?


Clase 16: Eficiencia energéticaObjetivos:

Explicar el concepto de eficiencia energética aplicado a un circuito eléctrico.

¿Qué es la eficiencia energética y para qué sirve?

La eficiencia energética es una práctica empleada durante el uso de energía con el objetivo de reducir el consumo de energía. Los individuos y las organizaciones que son consumidores directos de la energía pueden reducir el consumo energético para disminuir costos y promover la sustentabilidad de su negocio o mejorar la economía familiar. Entre las preocupaciones actuales está el ahorro de energía y el efecto medioambiental de la generación de energía eléctrica, principalmente en países como el nuestro cuyo mayor porcentaje de generación es térmico, por ende tiene costo alto.

La Eficiencia Energética es el conjunto de acciones que permiten optimizar la relación entre la cantidad de energía consumida y los productos y servicios finales obtenidos, lo cual se puede lograr a través de la implementación de mejores hábitos de consumo e inversiones a nivel tecnológico.

La eficiencia energética corresponde al uso eficiente de la energía eléctrica. Un aparato, proceso o instalación es energéticamente eficiente cuando consume una cantidad inferior a la media de energía para realizar una actividad. Una persona, servicio o producto eficiente comprometido con el medio ambiente, además de necesitar menos energía para realizar el mismo trabajo, también busca abastecerse, si no por completo, con la mayor cantidad posible de energías renovables (también llamadas energías alternativas).La eficiencia energética busca proteger el medio ambiente mediante la reducción de la intensidad energética y habituando al usuario a consumir lo necesario.

Entre las políticas se han asumido en Chile respecto a la energía, está el incentivo al concepto de eficiencia energética. Esto tiene que ver con un ahorro y mejor utilización de la energía disponible privilegiando, por ejemplo, el uso de aparatos que produzcan el mismo beneficio con menor costo energético. Podemos apreciar la iniciativa en la certificación de ciertos aparatos, como electrodomésticos o ampolletas, que incluyen una escala de eficiencia y sitúan al aparato dentro de un rango.A continuación, se entregan algunos tips de eficiencia energética para que los compartas con tu familia y amigos.

Consejos para llevar la eficiencia energética al hogar

Estos son algunos consejos prácticos que te ayudarán a integrar la eficiencia energética en tu hogar:

Apaga las luces si no las estás utilizando. Compra ampolletas eficientes con etiqueta energética clase A. Las ampolletas de ahorro de

energía iluminan lo mismo que las corrientes o incandescentes y duran mucho más. Aprovecha la luz natural en vez de la ampolleta. Además, sácale partido a la luz del día y pinta

las paredes y cielos de colores claros, ya que así podrás ahorrar hasta un 5% de electricidad. Iluminar directamente las áreas de trabajo.


Una ampolleta de 40 watts en una lámpara sobre el escritorio ilumina mejor que una de 200 watts en el techo. Instala luces más bajas en balcones y pasillos.

Desenchufa los aparatos eléctricos que no se estén usando. Desenchufa el cargador del celular cuando éste ya esté cargado. Si se deja enchufado, seguirá

gastando energía. Mantén el computador en ahorro de energía. Evita abrir muchas veces la puerta del refrigerador, ya que así se gasta más energía. Cierra bien la puerta del microondas. Si la dejas abierta, desperdicias energía. Al comprar electrodomésticos, fíjate en que tengan sello o etiquetado energético. Éste

proporciona información necesaria para ahorrar energía y ayuda a elegir el mejor. Lava en la lavadora con carga completa. Guardar el agua hervida en un termo. Comprar artefactos del tamaño y potencia de acuerdo a tus necesidades. Selecciona la ropa que se necesita planchar de acuerdo al calor requerido. No dejar encendida la plancha más de lo necesario.

Recordemos sobre los circuitos eléctricos lo siguiente:


Cada ampolleta está conectada a la pila en su propio circuito separado. Las ampolletas encienden con el mismo brillo que en el circuito en serie con una sola ampolleta. Este circuito se conoce como un circuito en paralelo. Si se desenrosca una ampolleta del receptáculo, la otra ampolleta permanece encendida.

Se consume más corriente en un circuito en paralelo que en un circuito en serie. Si, por ejemplo, dos ampolletas están conectadas en paralelo, éstas consumen más corriente que dos ampolletas conectadas en serie. Entonces diremos que el circuito en serie es más eficiente que el circuito en paralelo.

Actividad

1.- ¿A qué se le llama eficiencia energética?

2.- ¿Quiénes son los consumidores directos de la energía?

3.- ¿Qué políticas se han asumido en Chile respecto a la energía?

4.- ¿Por qué se dice que la eficiencia energética busca proteger el medio ambiente?

5.- ¿Cuál de los consejos para llevar la eficiencia energética en el hogar se practican o prácticas en tu hogar?

6.- Respecto los circuitos en paralelo y serie, explica en tus palabras: ¿Cuál es el más eficiente energéticamente y por qué?


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