Tecnología 2º ESO Andalucía PD

DEMO

2 ESO

tecnología M.P. Bl ázq uez, I . Hoyo s , J. S an t o s

propuesta didáctica

SUMA

piezaS

© GRUPO ANAYA, S.A., 2021 - C/ Juan Ignacio Luca de Tena, 15 - 28027 Madrid.

Reservados todos los derechos. El contenido de esta obra está protegido por la Ley, que establece penas de prisión y/o multas, además de las correspondientes indemnizaciones por daños y perjuicios, para quienes reprodujeren, plagiaren, distribuyeren o comunicaren públicamente, en todo o en parte, una obra literaria, artística o científica, o su transformación, interpretación o ejecución artística fijada en cualquier tipo de soporte o comunicada a través de cualquier medio, sin la preceptiva autorización.

índice Suma Piezas y las claves del proyecto ...........................

Nuestro proyecto para el área

4

.............................................. 6

Unidades

1. La tecnología marca el progreso de nuestra sociedad ....................................................................................... 8 2. Diseño de elementos técnicos ......................................

1 18

3. Materiales tecnológicos. Madera y metales .........

1 30

4. Estructuras y mecanismos ...............................................

1 42

5. Electricidad ................................................................................

54

6. Hardware y sistemas operativos 7. Software y aplicaciones

................................. 170

.................................................... 182

8. Internet .........................................................................................

190

9. Introducción a la programación ..................................

100

Criterios de evaluación y estándares de aprendizaje del currículo de Andalucía ...................................................................................... 111

SUMA

piezaS

. e j a z i d n e r p a u y construye t Un proyecto sustentado en el aprendizaje competencial y en el desarrollo de compromisos del alumnado con la realidad de su tiempo

Suma Piezas propone un nuevo enfoque competencial, con el máximo rigor curricular y una secuenciación de contenidos coherente y coordinada entre todas las áreas a lo largo de la etapa. Favorece la competencia en comunicación lingüística, primordial para acceder al conocimiento que permite comprender el mundo que nos rodea y desarrollar habilidades de convivencia.

De manera flexible, Suma Piezas brinda la posibilidad de incorporar metodologías activas, utilizar estrategias cooperativas y de pensamiento, fomentar las habilidades personales y sociales para la gestión de las emociones y el desarrollo del emprendimiento y atender la orientación académica y profesional, apostando por la igualdad y la inclusión. Y todo ello, dentro del marco de los Objetivos de Desarrollo Sostenible, que han de ser nuestro horizonte en los próximos años.

6

LAS CLAVES DEL PROYECTO ODS

Compromiso ods Los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) establecen el marco a partir del cual articular aprendizajes competenciales que refuercen en el alumnado su preparación hacia una ciudadanía comprometida.

Plan Lingüístico Contribuye al desarrollo de habilidades orales y escritas y al aprendizaje de los diferentes aspectos relacionados con el uso del lenguaje.

Desarrollo del pensamiento Las estrategias de pensamiento fomentan la competencia de aprender a aprender; contribuyen a que el alumnado tome conciencia de sus procesos mentales y a que actúe de forma reflexiva y crítica.

Aprendizaje cooperativo La aplicación de técnicas cooperativas favorece el aprendizaje e incrementa la participación y el sentido de responsabilidad del alumnado para generar capacidades de comunicación y cooperación.

Educación emocional Proporciona al alumnado pautas para la gestión emocional de sus situaciones de aprendizaje diarias, ayudándoles a que, a nivel intrapersonal, identifiquen y reconozcan las emociones, las regulen y las gestionen; y a nivel interpersonal, adquieran habilidades de relación con las personas.

Cultura emprendedora Promueve las distintas habilidades de emprendimiento en sus tres dimensiones, personal, social y productiva, de manera transversal en todas las áreas a través de una secuencia progresiva de actividades a lo largo de toda la etapa.

TIC Integra el uso de las TIC como recurso para obtener información, seleccionarla y utilizarla con una finalidad concreta, desarrollar la ciudadanía digital y las competencias de planificación, gestión y elaboración de trabajos, pasando a tener un uso para el aprendizaje y el conocimiento (TAC).

Orientación académica y profesional Facilita el desarrollo de habilidades que le ayudarán a conocerse a sí mismo, a entender el entorno y a tomar decisiones académicas y profesionales que le permitan entrar en el mercado laboral y prosperar en él.

Evaluación Incorpora estrategias que permiten al alumnado participar en la evaluación de su aprendizaje analizando «qué ha aprendido» y «cómo ha aprendido», acompañando su análisis con el uso del portfolio y de otros instrumentos que faciliten una valoración objetiva.

7

nuestro proyecto para el área

INCLUYE

PROYECTO DIGITAL

Los libros presentan los contenidos y las actividades ajustados al desarrollo curricular de nuestra comunidad. Bajo una metodología competencial, permiten responder de una manera creativa e innovadora a nuestro compromiso con los Objetivos de Desarrollo Sostenible y posibilitan el crecimiento de las habilidades y las aptitudes que exige nuestra sociedad, cada vez más diversa.

1

2

ESO

ESO

gía tecnolaoda ic l p a Cer ro, Y. del

V. Par ra,

I. Cab ane

tecnolo ázq uez M. P. Bl

SUMA

INCLUYE

BANCO DE RECURSOS Y LIBRO DIGITAL

3 ázq uez M. P. Bl

os, , I. Hoy

4 ESO

gía

tecnolo

J. San tos

ázq uez M. P. Bl

SUMA

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EL PROYECTO DIGITAL para el profesorado La web www.anayaeducacion.es La web del profesorado es una herramienta que facilita y enriquece la labor docente. Con ella, podrá adaptar los contenidos a las necesidades de los estudiantes a través de recursos adicionales o reforzar aspectos didácticos que considere relevantes: • Programación, propuesta didáctica y documentación del proyecto.

• Diversidad e inclusión, para atender a la diversidad de motivaciones, intereses, ritmos y estilos de aprendizaje del alumnado. Ofrece: - Recursos teóricos para la adaptación curricular.

- Fichas de ejercitación.

- Fichas de profundización y para el desarrollo de competencias.

- Tareas y otros recursos.

• La evaluación, pilar fundamental del proyecto, presenta: - Pruebas y registros de evaluación prediseñados.

- Documentación específica.

- Fondo de herramientas de evaluación.

• Banco de recursos, con una gran variedad de recursos digitales tales como:

- Presentaciones.

- Glosario.

- Aprende jugando.

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SUMA

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PROYECTO DIGITAL

tecnolo

- Videotutoriales.

gía

J. San tos

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ESO

- Lecturas relacionadas con la materia.

os, , I. Hoy

s

ESO

Los libros del alumnado

tecnología aplicada

BANCO DE RECURSOS Y LIBRO DIGITAL

os, , I. Hoy

gía

J. San tos

EZ , J. L. LÓP

SUMA

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3 ESO

tecnología TECNOLOGÍA

Una propuesta didáctica para cada libro del alumnado con las soluciones de las actividades, orientaciones metodológicas, sugerencias para aplicar las claves del proyecto, etc.

PROPUESTA DIDÁCTICA

las Propuestas didácticas para el profesorado

M.P. Bl ázquez, I. Hoyos, J. Santos

ESO

propuesta didáctica

SUMA

piezaS

el libro digital Los libros de todos los cursos disponen de una versión digital. Podrá descargar el libro completo o por unidades, con todos sus recursos o en su versión ligera (sin los recursos digitales más pesados), lo que posibilita su uso en condiciones offline y online. Los recursos de cada unidad se agrupan por tipologías y permiten un acceso directo al banco de recursos de la web y a la propuesta didáctica.

¿y para el al umnado?

Banco de recurs os nayaeduc

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• Recurso

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5ELECTRICIDAD ää Presentación de la unidad

La electricidad es, junto con la programación y la resolución de problemas, uno de los bloques de contenidos de la asignatura que se extienden a lo largo de toda la ESO. En esta unidad se presentan conceptos básicos, como los elementos de los circuitos eléctricos, las magnitudes básicas y la relación que existe entre ellas a través de la ley de Ohm, que acompañarán al alumnado en cursos superiores. La unidad se completa con el estudio de circuitos básicos y la generación de energía eléctrica, incidiendo también en la importancia del ahorro energético.

ää Recursos y materiales La unidad se aborda principalmente con el libro del alumnado, la propuesta didáctica y los recursos digitales disponibles en la web de Anaya, aunque también le serán de gran utilidad los manuales y las revistas especializados, y las consultas en la web.

ää Sugerencias generales Ideas previas y dificultades de aprendizaje La unidad revisa los contenidos de electricidad desde la base. Esto significa que no es necesario tener ningún conocimiento previo sobre la electricidad, los componentes eléctricos, las magnitudes o los electrodomésticos. No obstante, no es un tema totalmente nuevo para el alumnado de este curso, ya que en los últimos cursos de la etapa de Educación Primaria pudieron estudiar cuestiones relacionadas con la electricidad y el montaje de circuitos sencillos mediante operadores como lámparas y pulsadores e interruptores. Se puede decir que en aquella etapa la introducción a la electricidad se hizo de forma cualitativa, siendo el enfoque de esta unidad más cuantitativo a partir del conocimiento y empleo de la ley de Ohm, que relaciona las magnitudes de voltaje e intensidad eléctrica.

Es precisamente esta cuestión relacionada con la aproximación cuantitativa de la unidad la que va a presentar mayor dificultad para el alumnado por su falta de práctica a la hora de resolver problemas basados en una ecuación de primer grado. En este curso de 1.° de ESO, las alumnas y los alumnos se enfrentarán en el área de Matemáticas a la práctica de este tipo de problemas matemáticos. Es necesario que entiendan que la resolución de problemas a partir de la ecuación de primer grado de la ley de Ohm es del mismo tipo que la de los problemas que pueden plantear en la clase de Matemáticas. A partir de tener claro este planteamiento, es muy posible que puedan salvar esta dificultad.

Educación en valores Siempre que se trate un tema relacionado con la energía, su aprovechamiento y consumo, es necesario transmitir ciertos valores, no por el simple hecho de que ponerlos en práctica sea bueno, sino con la idea de cambiar actitudes y plantear estilos de vida que afecten lo menos posible al medio ambiente.

Estos valores, concretados en acciones personales, se basan en el consumo responsable de la energía y en la idea de que aunque necesitamos la energía eléctrica para nuestro bienestar, nada es eterno ni gratuito. A menudo no somos conscientes de que un consumo exacerbado y una falta de sostenibilidad en nuestras acciones dan lugar a consecuencias nefastas para el planeta.

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CC: competencias clave, CCL: comunicación lingüística, CMCT: competencia matemática y competencias básicas en ciencia y tecnología, CD: competencia digital, CAA: aprender a aprender, CSYC: competencias sociales y cívicas, SIEP: sentido de iniciativa y espíritu emprendedor y CEC: conciencia y expresiones culturales.

Contenidos y competencias Contenidos de la unidad Página inicial • La energía de nuestro día a día 1. E l circuito eléctrico • ¿Qué es un circuito eléctrico?

2. L os generadores eléctricos • El voltaje eléctrico 3. C onductores y aislantes • La corriente eléctrica en los conductores

Competencias clave CCL, CMCT, CD, CAA, CSC, SIEP CMCT, CD, SIEP, CAA CMCT, CSC, CCL CMCT, CD, SIEP, CAA

4. Los receptores eléctricos • Receptores emisores de luz • Receptores emisores de calor • Receptores generadores de movimiento • Otros receptores

CMCT, CSC, CCL

5. E lementos de control y protección • Interruptores • Pulsadores • Conmutadores 6. Simbología eléctrica 7. La resistencia eléctrica • El concepto de resistencia eléctrica. Ley de Ohm

CMCT, CSC, CCL

8. La potencia eléctrica 9. Disposición de receptores en un circuito • Resistencia equivalente • El circuito serie • El circuito paralelo 10. Las fuentes de energía • Las energías renovables • Las energías no renovables

CMCT, CCL CMCT, CAA

11. La generación y el transporte de la energía eléctrica • La producción de electricidad • El alternador • Las líneas de transporte • Las estaciones de transformación 12. El código de eficiencia energética • El etiquetado energético • Campos de la etiqueta energética Taller de tecnología • Medidas eléctricas

CMCT, CSC, CSYC

Trabaja con lo aprendido

CMCT, CD, CAA, CSC, SIEP

CMCT, CSC, CSYC

CMCT, CSYC, CSC, CCL

CMCT, CSYC SIEP, CCL, CAA, CSC, CD CMCT, CCL, CAA

Compromiso ODS En anayaeducacion.es dispone de vídeos sobre las metas 7.3, 11.6, 12.8 y 13.3 de los ODS, que el alumnado debería visionar para ayudarse a realizar estas actividades.

piezas clave

5

Compromiso ODS • Metas 7.3, 11.6, 12.8 y 13.3

eLECTRICIDAD La energía de nuestro día a día Son muchas las formas de energía disponibles, pero ninguna de ellas es tan versátil como la energía eléctrica: fácil de generar a partir de diferentes fuentes y de sencilla conversión en otras formas de energía, es, al mismo tiempo, fácil de transportar. Pero no todo podían ser ventajas: no resulta sencillo almacenarla en grandes cantidades. Con todo ello, la energía eléctrica es la energía de nuestro día a día.

Artículos como un ordenador, un teléfono móvil, un horno microondas, una bombilla o un motorcillo eléctrico tienen algo en común: necesitan electricidad para funcionar. Es preciso conectarlos a un circuito eléctrico para que la energía eléctrica procedente del generador fluya a través de estos aparatos. En su interior, la electricidad es transformada en distintas formas de energía.

Plan Lingüístico • Destreza: escritura (Texto expositivo científico) • Destreza: oral (Texto argumentativo, Hablar en público, Saber escuchar)

Organizadores gráficos: • Línea del tiempo Aprendizaje cooperativo • Sumamos • Asamblea de ideas Orientación académica y profesional • Ficha: Nuestra vida no se puede concebir sin electricidad • Itinerario: ¿Quieres dedicarte a estudiar, desarrollar e implantar energías renovables?

TIC • Vídeo: La electricidad • Laboratorio virtual: Ley de Ohm • Simulación: Kit virtual de construcción de circuitos • Cómo buscar información en la Red Evaluación • Autoevaluación interactiva • Actividades interactivas • Fichas imprimibles de evaluación, de ejercitación, de profundización y de adaptación curricular • Portfolio

VÍDEOS

Objetivos de Desarrollo Sostenible. Metas 7.3, 11.6, 12.8 y 13.3.

PRESENTACIÓN

Componentes eléctricos.

VÍDEO

Electricidad.

DOCUMENTO

Cómo utilizar la técnica: «Intuyo y deduzco».

PRESENTACIÓN

COMPROMISO ODS Trabaja en pequeño grupo (3 a 5 personas) para organizar una campaña de ahorro de energía en tu instituto. Antes de comenzar, leed las metas 7.3, 11.6, 12.8 y 13.3; a continuación, seguid estos pasos: a) Lluvia de ideas. b) Seleccionad las ideas más factibles para llevar a cabo en vuestro entorno. c) Distinguid entre las que se pueden aplicar por parte de cualquier persona del centro, como apagar las luces al salir del aula, y las que necesitan una inversión económica, como sustituir las ventanas por unas que mejoren el aislamiento. Seleccionad también las ideas que se pueden aplicar en vuestras casas. d) Preparad la campaña de concienciación: carteles informativos, creación de una comisión dedicada a la implantación de las medidas de ahorro y del posterior control de su aplicación. e) Investigad acerca del ahorro energético que supone la sustitución de lámparas y electrodomésticos antiguos por otros más modernos y eficientes. No olvidéis anotar el coste de la compra de los nuevos dispositivos; accediendo a las páginas web de varias tiendas, buscad el precio de distintas lámparas, su consumo real, el consumo equivalente y los lúmenes.

102

Desarrollo del pensamiento Técnicas de pensamiento: • ¿Qué te hace decir eso?

• Canal de transferencia • Intuyo y deduzco • Generar-clasificar-relacionar • Solución a cuatro • Efecto y alcance

LOS Recursos en la web DE ESTA UNIDAD PRESENTACIÓ

Consulta cuáles son las metas 7.3, 11.6, 12.8 y 13.3 en nuestra web anayaeducacion.es.

Ejemplos de circuitos y esquemas eléctricos.

N

Lectura temática «Electricidad y circuitos eléctricos».

DOCUMENTO

PRESENTACIONES

Fuentes renovables de energía.

Centrales eléctricas.

DOCUMENTO

Transformadores.

DOCUMENTO

Plan Lingüístico: Textos argumentativos.

Cómo utilizar las técnicas: «Efecto y alcance» y «Línea del tiempo».

Corriente continua y corriente altena.

DOCUMENTO

2

Cómo utilizar la técnica: «Generar-clasificar-relacionar».

3

Conductores y aislantes

4

Los receptores eléctricos

5

Elementos de control y protección

INTERACTIVO

Adivina el componente eléctrico.

SIMULACIÓN

Laboratorio virtual: «ley de Ohm».

Simbología eléctrica

7

La resistencia eléctrica

8

La potencia eléctrica

9

Disposición de receptores en un circuito

10 Las fuentes de energía

11

La generación y el transporte de la energía eléctrica

12

El código de eficiencia energética DOCUMENTOS

día

1

El circuito eléctrico Los generadores eléctricos

6

DOCUMENTOS

Magnitudes proporcionales.

Cómo utilizar la técnica: «Intuyo y deduzco».

DOCUMENTO

Cómo utilizar las técnicas: «¿Qué te hace decir eso» y «Canal de transferencias».

electricidad La energía de nuestro día a

Taller de tecnología Medidas eléctricas Trabaja con lo aprendido

SIMULACIÓN

Kit virtual de construcción de circuitos eléctricos.

DOCUMENTOS

Ventajas e inconvenientes de la energía nuclear.

Orientación académica y laboral: ¿Quieres dedicarte a las energías renovables?

DOCUMENTO

Cómo utilizar la técnica: «Solución a cuatro».

DOCUMENTO

Consejos para elaborar tu portfolio.

INTERACTIVOS

Mapa de la unidad. ¡Ponte a prueba!

103

Página inicial CE.1.1. (EA.1.1.1.), CE.1.2. (EA.1.2.1.)

Sugerencias metodológicas Como se ha comentado anteriormente, esta unidad se presenta desde dos aproximaciones: la primera, de tipo cualitativo, en la que interesa que el alumnado entienda cierta terminología y asimile los conceptos relacionados con los operadores y circuitos eléctricos, así como las magnitudes y otros parámetros.

La creación de mapas mentales o esquemas derivados de la lectura y la selección de la información más importante son cruciales para poder distinguir los términos esenciales. La segunda aproximación es de tipo cuantitativo, es decir, los alumnos y las alumnas tendrán que entender la naturaleza de las magnitudes implicadas en la ley de Ohm; para ello, es fundamental la ejercitación mediante su aplicación práctica a la resolución de problemas. La unidad incluye otros ejercicios relacionados con la asociación de receptores en los circuitos. En este tipo de problemas de naturaleza matemática, los receptores serán asimilados a resistores eléctricos y, por lo tanto, el alumnado tendrá que conocer, a partir de la demostración matemática, la forma de actuar en estos receptores desde el conjunto del circuito. Las dos asociaciones estudiadas serán la serie y paralelo.

Compromiso ODS Se plantea una actividad de tipo cooperativo para trabajar varias metas relacionadas con el consumo energético: la meta 12.8, que pretende asegurar que las personas de todo el mundo tengan la información y los conocimientos pertinentes para el desarrollo sostenible y los estilos de vida en armonía con la naturaleza —esto permitirá reducir el gasto energético y ahorrar en infraestructuras—; la meta 7.3, que pretende duplicar la tasa mundial de mejora de la eficiencia energética. Una las consecuencias directas de la mejora en la eficiencia de las infraestructuras apunta a la meta 11.6, cuyo objetivo es reducir el impacto ambiental negativo per cápita de las ciudades, prestando especial atención a la calidad del aire y a la gestión de los desechos por parte de los municipios. Por último, dado que existe una justificada preocupación por el calentamiento global, debido fundamentalmente a razones antropogénicas, la mejor arma para combatir la situación se establece en la meta 13.3, que busca mejorar la educación, la sensibilización y la capacidad humana e institucional para mitigar el cambio climático y sus efectos.

Recursos en la web En este apartado se muestran los contenidos que se van a abordar en la unidad en forma de esquema, así como la relación de recursos digitales disponibles en la web del alumnado y que se recomienda consultar en cada paso de la unidad.

De esta forma, se puede utilizar el esquema para ofrecer a los estudiantes la estructura general de los contenidos, con el fin de que les resulte más fácil integrarlos en el marco de sus conocimientos.

55

1

2

ä 1.1 ¿Qué es un circuito eléctrico?

EL CIRCUITO ELÉCTRICO

Un circuito eléctrico es un camino cerrado formado por un material conductor de la electricidad, en el que se conectan componentes eléctricos por los que circulan las cargas eléctricas.

El átomo y los electrones ––

En un circuito eléctrico puedes encontrar los siguientes elementos:

➜ Pila o generador, que proporciona energía al circuito.

– –

➜ Conductores, que permiten la circulación de electricidad desde el

– –

generador hasta los receptores.

➜ Receptores, que transforman la energía eléctrica y producen efectos: movimiento (energía cinética), luz (energía lumínica), calor (energía calorífica), etc.

–

➜ Elementos de control, como los interruptores y los pulsadores.

La materia está constituida por unas partículas llamadas «átomos». Los átomos están formados por partículas subatómicas llamadas «protones», «neutrones» y «electrones». Los protones tienen carga eléctrica positiva, y los electrones, carga eléctrica negativa. La del electrón es la cantidad más pequeña de carga que podemos encontrar.

➜ Elementos de protección, como los fusibles.

La pila o generador, los conductores y, al menos, un receptor deben estar presentes en el circuito. Los elementos de control y de protección son opcionales.

+

que reaccionan generando electricidad. Cuando las sustancias internas de una pila o de una batería permiten que la reacción se revierta, se denominan «pilas o baterías recargables».

➜ Alternadores, que son máquinas eléctricas de corriente alterna.

Generan energía eléctrica en forma de ondas; es decir, su valor va cambiando con el tiempo.

➜ Fuentes de alimentación. Son dispositivos electrónicos que transforman la corriente alterna en otra forma de energía eléctrica, como, por ejemplo, corriente continua, cuyo valor no varía con el tiempo.

Voltaje =

Energía térmica

e)

+

Agua caliente Agua fría

En anayaeducacion.es encontrarás un vídeo introductorio sobre lo que vas a estudiar en la presente unidad y una presentación sobre los componentes eléctricos.

Energía E ; V= Carga eléctrica Q

donde E es la energía expresada en julios (J), Q es la carga eléctrica expresada en culombios (C) y V es el voltaje expresado en voltios (V).

El voltio es la unidad de voltaje en el sistema internacional y recibe este nombre en honor a Alessandro Volta (1745–1827), creador de la primera pila eléctrica. Se representa mediante la letra V.

Un ordenador de sobremesa está conectado a la red eléctrica de corriente alterna, sin embargo, sus circuitos funcionan con corriente continua.

Por ello, necesita de una fuente de alimentación cuya misión es la de transformar la señal eléctrica alterna en continua.

El circuito eléctrico. Los generadores eléctricos CE.4.3. (EA.4.3.2.), CE.4.5. (EA.4.5.1.)

Sugerencias metodológicas

ä 2.2 El voltaje eléctrico

El voltaje, o potencial eléctrico, es la magnitud eléctrica que indica cuánta energía se ha aportado a cada carga eléctrica.

Canal de transferencia. Imagínate un sistema de calefacción dotado de una caldera que caliente el agua que circula por las tuberías hasta los radiadores. ¿Qué similitudes observas entre este sistema y un circuito eléctrico? ¿Qué componente actúa como generador en el sistema de calefacción? ¿Y cuáles serían los elementos de control?

Llave de paso

104

➜ Pilas y baterías, que contienen en su interior sustancias químicas

Si un generador entrega un julio de energía a un culombio de carga (esto es, a 6,24 · 1018 electrones), se dice que el voltaje del generador es de un voltio. Por tanto, la fórmula del voltaje será:

Circuito de calefacción

d)

5

Como hemos dicho, un generador tiene la función de aportar energía eléctrica a las cargas y de dirigir su desplazamiento a lo largo de un circuito. Cuando un generador no dispone de energía, dichos desplazamientos no se producen y no hay corriente eléctrica.

Fuente de alimentación 2

Unidad

ä 2.1 Los generadores eléctricos En un circuito eléctrico, el generador es el elemento que aporta la energía a las cargas eléctricas para que estas la distribuyan y transporten a lo largo del circuito. Se clasifican en:

Interruptor

Fusible

b)

+

• Corriente continua, es la que proporcionan las pilas y las baterías eléctricas. Su valor es constante.

Conductor

¿Qué te hace decir eso? ¿Qué bombillas crees que se iluminarán en los siguientes circuitos?

c)

Según la forma en la que se genera, hay dos tipos de corriente eléctrica:

• Corriente alterna, es la que se obtiene con los alternadores. Este es el tipo de corriente que circula por la red eléctrica que llega hasta nuestras casas. Su valor varía pasando de positivo a negativo, y viceversa, todo el tiempo.

Generador

Comprende, piensa, investiga...

a)

Corriente alterna y corriente continua

Receptor

Como el electrón posee una carga tan pequeña, se ha definido una unidad mayor, el culombio, de símbolo C, que contiene la carga eléctrica de 6,24 · 1018 electrones, lo que es equivalente a la carga de 624 000 billones de electrones.

1

LOS GENERADORES ELÉCTRICOS

Ejemplo resuelto ¿Qué voltaje tiene una batería que acumula una carga de 10 culombios y almacena una energía de 45 julios?

Solución: Una batería de estas características tendrá un voltaje de: Energía 45 J Voltaje = = = 4,5 V Carga 10 C

Amplía la información sobre la corriente eléctrica con el documento «Corriente continua y corriente alterna» que encontrarás en nuestra web.

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TIC Antes de profundizar en la unidad, puede recomendar al alumnado que vea, a modo de introducción, el vídeo «La electricidad», que encontrará en nuestra web.

Desarrollo del pensamiento El alumnado dispone en anayaeducacion.es de los recursos «¿Qué te hace decir eso» y «Canal de transferencia» para aprender a aplicar estas técnicas de pensamiento.

• Una vez presentado el circuito eléctrico y sus componentes, se muestra la primera de las magnitudes, el voltaje eléctrico. Es quizá la magnitud cuya comprensión entraña mayor dificultad; sin embargo, es probablemente la más importante de las que caracterizan un circuito.

• Es recomendable que el alumnado trabaje desde el principio la parte de contenidos que tiene mayor relación con la física teórica, ya que a partir de exponerse los conceptos y de ir acercándolos a la práctica poco a poco a través del cálculo de magnitudes, del montaje de circuitos y de la medida de las magnitudes eléctricas, se motivarán en mayor medida y, como consecuencia, aprenderán de forma significativa.

• Este planteamiento metodológico es el empleado en este epígrafe. Se empieza por presentar el voltaje basando dicho concepto con el de energía. De esta forma, ambos conceptos, voltaje y energía, quedan asociados conceptualmente. Así, el dispositivo generador de voltaje, será también el que proporciona energía al circuito.

• Conviene advertir al grupo que los bornes, o polos, de un generador de corriente continua no son iguales. La corriente sale por uno de ellos y regresa por el otro. Si se invierten las conexiones (si se cambia el cable que va al polo positivo por el que va al polo negativo, y viceversa), se invierte el sentido de la corriente.

• Para comprobarlo, se puede pedir al alumnado que monte un circuito como el de la figura y observe el sentido de giro del eje del motor. Esta comprobación se puede llevar a cabo mediante cualquier simulador de circuitos eléctricos (por ejemplo, Yenka).

M

+ –

Hecho esto, debe invertir las conexiones y comprobar que el eje del motor gira en sentido contrario.

M

+ –

Soluciones Comprende, piensa, investiga...

1 ¿Qué te hace decir eso? a) La bombilla no se iluminará por tener un cortocircuito entre sus bornes. b) Solo se iluminará la bombilla de la izquierda cuando el interruptor esté en la posición de circuito cerrado. c) Solo se iluminará la bombilla de la izquierda, ya que la de la derecha está cortocircuitada con una rama en paralelo. d) Se iluminarán la bombilla situada arriba a la izquierda y la de abajo, mientras que la bombilla de arriba a la derecha permanecerá apagada por estar cortocircuitada por un puente entre sus bornes. e) Se iluminarán la bombilla situada arriba a la izquierda y la de abajo, mientras que la bombilla de arriba a la derecha permanecerá apagada por estar conectada solo en un terminal y no formar un circuito cerrado.

2 Canal de transferencia. Dado que la electricidad es intangible, se trata de ayudar en la comprensión de los fenómenos físicos que tienen lugar con la descripción de un símil cercano, el circuito hidráulico de calefacción, en el que se combinan varias formas energéticas con el propósito de calentar una estancia. Este símil es muy apropiado para alumnos y alumnas de las edades que nos ocupan, ya que resulta muy intuitivo y para ellos es más real y reconocible pensar en el movimiento de corrientes de agua que en el transporte de cargas eléctricas.

El sistema de calefacción propuesto tiene una gran similitud con un circuito eléctrico. Al igual que los circuitos eléctricos, se trata de un sistema cerrado en el que un fluido circula entre los diversos componentes. En un sistema de calefacción, la caldera, o calentador, será el encargado de proporcionar energía al agua, de la misma forma que un generador eléctrico dota de energía a las cargas. El agua circulante en un sistema de calefacción pasa de un estado en el que adquiere calor a otro en el que lo pierde, mientras que en el circuito eléctrico son las cargas las que van perdiendo su energía a medida que pasan por los receptores del circuito. En los circuitos eléctricos empleamos como elementos de control interruptores y pulsadores que activan o desactivan el paso de la corriente, mientras que en el de calefacción serán la llave de paso y las válvulas las encargadas de cortar el flujo de agua.

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3

4 No todos los materiales tienen el mismo comportamiento frente a la corriente eléctrica. Algunos permiten el paso de la corriente y son empleados para conducirla; otros, por el contrario, no permiten el paso de la corriente y son utilizados para evitar que llegue donde no debe.

CONDUCTORES Y AISLANTES

Tipo

Práctica guiada Observa el circuito de la fotografía. En él se puede ver una pila conectada a una lámpara, intercalando entre ambas un objeto. Repite la experiencia intercalando, uno a uno, objetos fabricados con diferentes materiales, anotando si la lámpara se enciende, y, por tanto, se trata de un elemento conductor, o si la lámpara se apaga, por lo que estaremos conectando un aislante. Empieza ensayando con los siguientes objetos: cable de cobre, trozo de tubería, lapicero, trozo de vidrio, cáscara de huevo, trozo de limón y agua.

Características

Conductores

Oponen poca resistencia al paso Materiales metálicos. de la corriente eléctrica.

Aislantes

Oponen una resistencia elevada al Papel, plásticos, cerámica, vipaso de la corriente eléctrica. drio.

Semiconductores

Pueden comportarse como con- Elementos como el germanio ductores o aislantes, según aspec- y el silicio para fabricar diotos externos. dos, transistores, etc.

Se llama corriente eléctrica al efecto que surge en el interior de un conductor cuando está conectado a un circuito cerrado en el que se dispone de un generador. Las cargas se mueven y, por tanto, crean un flujo a través de los conductores.

La corriente eléctrica consiste en el movimiento continuo y ordenado de electrones a través de los elementos del circuito.

Para determinar si el flujo es pequeño o grande, existe una forma de cuantificarlo en función del número de cargas que atraviesan un determinado punto del circuito en una unidad de tiempo. Esto se define como intensidad de corriente eléctrica o, sencillamente, intensidad eléctrica. Matemáticamente se expresa como: Intensidad =

Carga ; Tiempo

I=

Q t

El amperio es la unidad de voltaje en el sistema internacional y recibe este nombre en honor a André Marie Ampère (1775–1836), inventor del galvanómetro, dispositivo utilizado para la medida de la intensidad de corriente. Se representa mediante la letra A.

Comprende, piensa, investiga...

3 ¿Cuánta energía almacena una batería de coche de 12 voltios con una carga de 600 culombios?

Intuyo y deduzco. El aire es aislante (la electricidad no circula de un borne a otro en un enchufe); sin embargo, la electricidad del rayo pasa de las nubes hasta el suelo. ¿Cómo explicarías este fenómeno?

5 ¿Qué intensidad se obtiene de un generador si

5

A continuación vamos a revisar los principales receptores de los circuitos eléctricos.

ä 4.1 Receptores emisores de luz Existen dispositivos muy variados que transforman la energía eléctrica en luz. Su principal representante son las lámparas.

En la actualidad, cada vez es más utilizada la iluminación basada en diodos emisores de luz (led). Están fabricados con materiales semiconductores y tienen un consumo eléctrico muy reducido.

ä 3.1 La corriente eléctrica en los conductores

Por tanto, si la carga eléctrica se mide en culombios y el tiempo en segundos, la intensidad eléctrica se medirá en culombios por segundo, aunque se ha rebautizado esta unidad compuesta en una más sencilla: el amperio.

4

Unidad

Los receptores son elementos que reciben la energía eléctrica y la transforman en otras formas de energía. En general, todos los receptores poseen una propiedad común, que se conoce como resistencia eléctrica, que representa la oposición que ofrecen al paso de la corriente eléctrica a través de ellos.

LOS RECEPTORES ELÉCTRICOS

Ejemplos

serva los elementos aislantes que tiene. ¿Qué elementos de los aparatos es necesario aislar? ¿De qué materiales están hechos?

CE.4.3. (EA.4.3.1.) (EA.4.3.2.) (EA.4.3.3.) CE.4.4. (EA.4.4.1.), CE.4.5. (EA.4.5.1.)

Sugerencias metodológicas

Tipos de lámparas • Lámparas incandescentes y halógenas clásicas. Tienen escasa eficiencia energética y corta duración. En toda la Unión Europea está prohibida su fabricación y distribución (excepto las unidades que hubiera en almacén antes de agosto de 2018). Están basadas en un filamento incandescente dentro de una ampolla de vidrio. En el caso de las halógenas, contienen gas halógeno en el interior.

• En relación con la conducción eléctrica, conviene aclarar que los conductores no tienen por qué ser necesariamente sólidos. El agua salada y los ácidos son también buenos conductores.

Algunos gases, como el flúor y el neón, pueden ser conductores, pero solo si se les aplican corrientes con voltajes relativamente elevados.

• Halógenas especiales. Tienen escasa eficiencia energética y corta duración (unas 2 000 horas de uso). Están basadas en un filamento incandescente dentro de una ampolla de vidrio que contiene gas halógeno. Se emplean para la iluminación de hornos y otros usos a altas temperaturas.

• Tubo fluorescente. Ahorran entre un 50 % y 80 % respecto a las antiguas incandescentes. Tienen una larga vida útil, pero el número de encendidos y apagados afecta a su duración. En su interior contienen una pequeña cantidad de vapor de mercurio y un gas inerte, habitualmente argón o neón. Al hacer circular la corriente a través de ellos, se produce el efecto de ionización del gas, que se ilumina gracias a su propiedad de fluorescencia.

• Lámpara compacta fluorescente (bajo consumo). Su funcionamiento y propiedades son como las de un fluorescente normal. Su vida útil es muy prolongada y ahorran entre el 50 % y el 80 % respecto a las antiguas incandescentes. No necesita cebador y su casquillo es como los de las antiguas lámparas incandescentes. Su encendido es gradual y al contener vapor de mercurio, deben ser entregadas en puntos especiales para su reciclaje.

circulan 360 culombios en dos minutos? ¿Y si circularan 4 culombios en el mismo tiempo?

6 Busca algunos aparatos eléctricos en casa y ob-

Conductores y aislantes. Los receptores eléctricos

• Lámpara de diodos led. Son muy eficientes, ahorran el 90 % respecto a las antiguas incandescentes y tienen muy larga vida útil de hasta 25 000 horas.

Está fabricada con materiales semiconductores de bajo consumo.

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Desarrollo del pensamiento El alumnado dispone del recurso «Intuyo y deduzco» en anayaeducacion.es, que le ayudará a organizar sus pensamientos para expresarse mejor.

• Se puede indicar que hay receptores que son sensibles a los cambios de sentido de la corriente eléctrica que los atraviesa, como ocurre con el motor y con los diodos led, en cambio otros receptores no ven alterado su funcionamiento cuando dicho sentido cambia, como ocurre con las bombillas incandescentes.

Soluciones Comprende, piensa, investiga...

TIC Para completar los contenidos de estas páginas, puede aprovechar la presentación «Componentes eléctricos», que encontrará en nuestra web.

3 Dado que el voltaje, por definición, es la energía por unidad de carga, es decir, V = E/Q, al disponer de una carga de 600 culombios y un voltaje de 12 voltios, se despeja la energía y se sustituyen valores: E = V · Q = 12 V · 600 C = 7 200 julios

4 Intuyo y deduzco. El fenómeno se conoce como ionización del aire. Esto significa que debido a la alta tensión eléctrica en la atmósfera (de hasta millones de voltios), la capacidad de aislamiento del aire se reduce drásticamente. Los átomos de los gases del aire comienzan a perder electrones, que circularán libremente, actuando como transportadores de la energía acumulada por fricción entre las nubes. Entonces se genera un rayo que transporta la energía eléctrica entre la región de mayor voltaje, también llamado potencial eléctrico, a la zona de menor potencial eléctrico, el suelo o tierra.

5 Por definición, la intensidad eléctrica o corriente eléctrica es la carga circulante por un circuito en un determinado período de tiempo. Es decir: I=

Q t

=

4C 2 min

=

4C 120 s

= 0,03333 A = 33,33 mA

Obsérvese que para que la corriente se pueda expresar en amperios, la carga eléctrica ha de medirse en culombios, y el tiempo, en segundos.

6 Normalmente los aislantes de los aparatos eléctricos están hechos de algún tipo de material plástico, incluyendo los cables conductores, aunque es posible que encuentren algún aislante cerámico.

4 LOS RECEPTORES ELÉCTRICOS

ä 4.2 Receptores emisores de calor Los dispositivos que convierten la energía eléctrica en energía calorífica basan su funcionamiento en el efecto Joule: cuando una corriente eléctrica circula por un conductor, parte de la energía eléctrica se transforma en energía calorífica. Algunos ejemplos son: tostadores, calentadores de agua, hornos eléctricos, etc.

El calor puede transmitirse de tres formas diferentes: por conducción, por convección y por radiación. Existen distintos tipos de calefactores, basados en cada una de las formas de transmisión del calor.

Calefactor radiante por infrarrojos.

La transmisión de calor por conducción se produce al entrar en contacto dos cuerpos a distintas temperaturas. Una plancha para ropa es un dispositivo que transmite el calor por conducción.

La transmisión de calor por convección se hace a través de un fluido (líquido o gas) que conduce el calor a lugares con distinta temperatura. Un secador de pelo es un dispositivo que transmite el calor por convección.

5 ELEMENTOS DE CONTROL Y PROTECCIÓN Circuito abierto, circuito cerrado Decimos que un circuito está cerrado cuando todos sus elementos están conectados y la corriente eléctrica circula por ellos. Por el contrario, cuando un circuito está abierto, la corriente no circula por él. Esto se puede deber a que alguno de los elementos está desconectado o estropeado, o bien un elemento de control está abierto.

ä 4.4 Otros receptores

Un ejemplo es el interruptor de la luz de tu habitación o los interruptores para encender o apagar el horno, la campana extractora, etc.

ä 5.2 Pulsadores Funcionan de forma similar a los interruptores, con la particularidad de que solo cumplen con su misión de abrir o cerrar el circuito eléctrico mientras permanecen accionados. Existen dos tipos de pulsadores:

ä 5.3 Conmutadores Circuito cerrado, bombilla encendida.

En el hogar, son muchos los electrodomésticos que contienen partes encargadas de producir movimiento: las bombas de la lavadora y el lavavajillas, la batidora, el exprimidor o el lector de DVD. Algunos de ellos funcionan con corriente continua, y otros, con corriente alterna.

Relé electromagnético.

Sirven para abrir o cerrar el circuito en el que se encuentran.

Ejemplos típicos son el mando del portero automático y el timbre de las casas que se mantienen activos el mismo tiempo que se esté pulsando su botón.

Los receptores más habituales en el taller de tecnología que producen movimiento son los motores de corriente continua.

Altavoz.

ä 5.1 Interruptores

• Pulsadores normalmente cerrados, o n.c.

ä 4.3 Receptores generadores de movimiento

Motorcillo eléctrico.

5

• Pulsadores normalmente abiertos, o n.a.

La transmisión de calor por radiación se debe a la temperatura interna de cada cuerpo. Cuanto mayor es la temperatura de un cuerpo, mayor es la intensidad de su radiación. Existen numerosos calefactores que funcionan por radiación: infrarrojos, halógenos, de cuarzo, etc.

Los motores eléctricos convierten la energía eléctrica en energía mecánica a partir de las fuerzas que se originan en los conductores de cobre del motor al moverse dentro del campo magnético que generan los imanes del motor.

Unidad

Los elementos de control son componentes cuya misión es permitir o impedir el paso de la corriente eléctrica por todo el circuito o por una parte de él. Existen tres tipos principales: interruptores, pulsadores y conmutadores.

El conmutador se diferencia del interruptor en que este último solo controla el paso de corriente a través de una línea de un circuito, mientras que al accionar un conmutador, se cambia la conexión entre dos circuitos. Es decir, con una sola acción, abre un circuito y cierra otro, y al volver a cambiar su posición, se cierra el que estaba abierto y se abre el que estaba cerrado.

Su aspecto exterior es similar al de los interruptores, y un ejemplo lo puedes encontrar en los mandos que encienden y apagan las luces de los pasillos y otras estancias desde dos puntos diferentes.

Circuito abierto, bombilla apagada.

Considera todos aquellos que transforman la energía eléctrica en una forma de energía diferente de las anteriormente mencionadas. Entre ellos se encuentran los altavoces, los zumbadores y los timbres, los relés electromagnéticos, etc.

Conmutador y esquema de circuito eléctrico con conmutador.

Comprende, piensa, investiga...

7

Generar-clasificar-relacionar. Haz una lista de las estancias de tu casa, ve recorriendo una a una y apunta qué aparatos eléctricos hay en ellas. Obsérvalos y anota qué transformación de energía hace cada uno. Si transforman la electricidad en calor, especifica si emplea conducción, convección o radiación. Averigua si tienen mo-

tores o bombas y qué tipo de corriente emplean para funcionar. ¿Hay alguno que aproveche la energía eléctrica para producir más de un efecto? Organiza toda la información clasificando los aparatos por el tipo de transformación que llevan a cabo y observa los componentes que tienen en común.

Comprende, piensa, investiga...

7 Generar-clasificar-relacionar. Esta actividad se enfoca a que cada estudiante compruebe, a modo de trabajo de campo, lo indicado en la actividad anterior.

Respecto a los aparatos eléctricos generadores de calor, la mayoría combinan los tres sistemas —conducción, convección y radiación—, a excepción de la placa de inducción de la cocina y el microondas. Estos aparatos emiten ondas electromagnéticas que provocan el calor en el interior de la sartén o de la comida, respectivamente.

+ V

Repasa lo aprendido con el juego interactivo «Adivina el componente eléctrico».

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Soluciones

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Hay aparatos calefactores que disponen de un motor interno para hacerlos rotar y así dirigir el calor hacia la zona deseada.

Desarrollo del pensamiento Para la actividad 7, recomendamos emplear la técnica «Generar-clasificar-relacionar», cuya explicación encontrarán en nuestra web.

4 LOS RECEPTORES ELÉCTRICOS

ä 4.2 Receptores emisores de calor Los dispositivos que convierten la energía eléctrica en energía calorífica basan su funcionamiento en el efecto Joule: cuando una corriente eléctrica circula por un conductor, parte de la energía eléctrica se transforma en energía calorífica. Algunos ejemplos son: tostadores, calentadores de agua, hornos eléctricos, etc.

El calor puede transmitirse de tres formas diferentes: por conducción, por convección y por radiación. Existen distintos tipos de calefactores, basados en cada una de las formas de transmisión del calor.

Calefactor radiante por infrarrojos.

La transmisión de calor por conducción se produce al entrar en contacto dos cuerpos a distintas temperaturas. Una plancha para ropa es un dispositivo que transmite el calor por conducción.

La transmisión de calor por convección se hace a través de un fluido (líquido o gas) que conduce el calor a lugares con distinta temperatura. Un secador de pelo es un dispositivo que transmite el calor por convección.

5 ELEMENTOS DE CONTROL Y PROTECCIÓN Circuito abierto, circuito cerrado Decimos que un circuito está cerrado cuando todos sus elementos están conectados y la corriente eléctrica circula por ellos. Por el contrario, cuando un circuito está abierto, la corriente no circula por él. Esto se puede deber a que alguno de los elementos está desconectado o estropeado, o bien un elemento de control está abierto.

Altavoz.

Funcionan de forma similar a los interruptores, con la particularidad de que solo cumplen con su misión de abrir o cerrar el circuito eléctrico mientras permanecen accionados. Existen dos tipos de pulsadores:

ä 5.3 Conmutadores Circuito cerrado, bombilla encendida.

En el hogar, son muchos los electrodomésticos que contienen partes encargadas de producir movimiento: las bombas de la lavadora y el lavavajillas, la batidora, el exprimidor o el lector de DVD. Algunos de ellos funcionan con corriente continua, y otros, con corriente alterna.

ä 4.4 Otros receptores

Sirven para abrir o cerrar el circuito en el que se encuentran.

Un ejemplo es el interruptor de la luz de tu habitación o los interruptores para encender o apagar el horno, la campana extractora, etc.

ä 5.2 Pulsadores

Ejemplos típicos son el mando del portero automático y el timbre de las casas que se mantienen activos el mismo tiempo que se esté pulsando su botón.

Los receptores más habituales en el taller de tecnología que producen movimiento son los motores de corriente continua.

Relé electromagnético.

ä 5.1 Interruptores

Elementos de control y protección CE.4.3. (EA.4.3.3.)

Sugerencias metodológicas

• Pulsadores normalmente cerrados, o n.c.

ä 4.3 Receptores generadores de movimiento Los motores eléctricos convierten la energía eléctrica en energía mecánica a partir de las fuerzas que se originan en los conductores de cobre del motor al moverse dentro del campo magnético que generan los imanes del motor.

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• Pulsadores normalmente abiertos, o n.a.

La transmisión de calor por radiación se debe a la temperatura interna de cada cuerpo. Cuanto mayor es la temperatura de un cuerpo, mayor es la intensidad de su radiación. Existen numerosos calefactores que funcionan por radiación: infrarrojos, halógenos, de cuarzo, etc.

Motorcillo eléctrico.

Unidad

Los elementos de control son componentes cuya misión es permitir o impedir el paso de la corriente eléctrica por todo el circuito o por una parte de él. Existen tres tipos principales: interruptores, pulsadores y conmutadores.

El conmutador se diferencia del interruptor en que este último solo controla el paso de corriente a través de una línea de un circuito, mientras que al accionar un conmutador, se cambia la conexión entre dos circuitos. Es decir, con una sola acción, abre un circuito y cierra otro, y al volver a cambiar su posición, se cierra el que estaba abierto y se abre el que estaba cerrado.

Su aspecto exterior es similar al de los interruptores, y un ejemplo lo puedes encontrar en los mandos que encienden y apagan las luces de los pasillos y otras estancias desde dos puntos diferentes.

Circuito abierto, bombilla apagada.

Considera todos aquellos que transforman la energía eléctrica en una forma de energía diferente de las anteriormente mencionadas. Entre ellos se encuentran los altavoces, los zumbadores y los timbres, los relés electromagnéticos, etc.

Conmutador y esquema de circuito eléctrico con conmutador.

El principal recurso metodológico que se empleará en esta sección será relacionar el nombre de cada elemento de control con su función. Para ello, se puede pedir al alumnado que, tras observar su funcionamiento, realice un esquema en su cuaderno que represente gráficamente la explicación de cómo operan.

Comprende, piensa, investiga...

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Generar-clasificar-relacionar. Haz una lista de las estancias de tu casa, ve recorriendo una a una y apunta qué aparatos eléctricos hay en ellas. Obsérvalos y anota qué transformación de energía hace cada uno. Si transforman la electricidad en calor, especifica si emplea conducción, convección o radiación. Averigua si tienen mo-

tores o bombas y qué tipo de corriente emplean para funcionar. ¿Hay alguno que aproveche la energía eléctrica para producir más de un efecto? Organiza toda la información clasificando los aparatos por el tipo de transformación que llevan a cabo y observa los componentes que tienen en común.

+ V

Repasa lo aprendido con el juego interactivo «Adivina el componente eléctrico».

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6

7

SIMBOLOGÍA ELÉCTRICA

Como en toda actividad técnica, la representación gráfica es una parte importante en la definición de los circuitos eléctricos. Para poder interpretar un esquema eléctrico que representa un circuito, es necesario conocer la simbología empleada para los generadores, los conductores, los receptores y los elementos auxiliares como interruptores y pulsadores.

Observa la siguiente tabla y trata de memorizar los diferentes símbolos eléctricos que se representan.

Tipo

Imagen

+

V =I·R

V

R=

I

+ – + –

Batería

I=

–

R

V R V I

Ejemplos resueltos

Alternador

Calcula la intensidad que circula por una bombilla de 100 Ω si se conecta a una pila de 5 V.

Cable

Solución: V 5V = = 0,05 A = 50 mA R 100 Ω

Resistencia

En función de esta oposición, los materiales se clasifican en conductores, aislantes, semiconductores y superconductores. La resistencia eléctrica de un objeto depende de su composición y de sus dimensiones físicas. La resistividad es una propiedad física de los materiales que permite conocer si un material es buen o mal conductor. A mayor resistividad, peor capacidad para conducir la electricidad.

En el sistema internacional, la unidad de resistencia es el ohmio y se representa con la letra Ω.

ä 7.2 La ley de Ohm Georg Ohm, científico alemán del siglo xviii, descubrió la relación que existe entre las tres magnitudes eléctricas fundamentales —intensidad, voltaje y resistencia— y enunció la ley que lleva su nombre: La intensidad que recorre un circuito eléctrico es directamente proporcional al voltaje aplicado e inversamente proporcional a la resistencia del circuito.

Matemáticamente, se expresa mediante la fórmula: I =

I=

Calcula a qué voltaje es necesario conectar una resistencia de 3 Ω para que por ella circule una intensidad de 1,5 A.

Bombilla

Solución:

Timbre

V = I · R = 1,5 A · 3 Ω = 4,5 V Calcula el valor de una resistencia por la que circulan 0,25 A al conectarla a una pila de 9 V.

M

Motor

Solución:

Interruptor

R=

Simbología eléctrica. La resistencia eléctrica

5

Se define la resistencia eléctrica como la mayor o menor dificultad que presenta un cuerpo al paso de la corriente eléctrica.

Triángulo de la ley de Ohm

Símbolo

Pila

Unidad

ä 7.1 El concepto de resistencia eléctrica

LA RESISTENCIA ELÉCTRICA

V 9V = = 36 Ω I 0,25 A

V R

Despejando en la fórmula anterior, o con ayuda del triángulo de la ley de Ohm, podrás obtener las otras dos expresiones de la ley.

El valor del voltaje dependerá de la batería o fuente de alimentación; dado este valor, la intensidad será pequeña si la resistencia del circuito es grande y será elevada si la resistencia del circuito es pequeña.

Valores elevados de intensidad pueden causar daños al circuito; para evitarlos, deben utilizarse elementos de protección.

Símbolo

Unidad

Símbolo de la unidad

Intensidad

I

Amperio

A

Voltaje

V

Voltio

V

Resistencia

Magnitud

R

Ohmio

Z

Pulsador NA

Comprende, piensa, investiga...

Pulsador NC

8 ¿Qué valor expresado en ohmios tiene una resistencia por la que circula una intensidad de 0,5 A cuando es conectada a una batería de 24 V?

Conmutador

9 ¿A qué voltaje es necesario conectar una bom-

10 ¿Qué intensidad circulará por una bombilla de 90 Ω al ser conectada a una pila de 4,5 V?

11

billa de 100 Ω para que por ella circule una intensidad de 1,2 A?

Fusible

Intuyo y deduzco. Considera dos circuitos con la misma resistencia. Por el primero circula el doble de intensidad que por el segundo. ¿Cómo será el voltaje del segundo circuito?

Experimenta con el laboratorio virtual de la ley de Ohm que te ofrecemos en anayaeducacion.es.

Consulta en anayaeducacion.es la presentación «Ejemplos de circuitos y esquemas eléctricos».

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111

Desarrollo del pensamiento En anayaeducacion.es encontrarán el recurso «Intuyo y deduzco» para que el alumnado aplique esta técnica de pensamiento.

TIC Con el laboratorio virtual «Ley de Ohm» que encontrará en nuestra web, el alumnado podrá comprobar la relación que guardan el voltaje, la intensidad de corriente y la resistencia de un circuito.

CE.4.3. (EA.4.3.2.) CE.4.4. (EA.4.4.1.), CE.4.5. (EA.4.5.1.)

Sugerencias metodológicas • La ley de Ohm, que a priori parece sencilla, es motivo de grandes dificultades para aquellos alumnos y alumnas con destrezas matemáticas sin desarrollar. El empleo práctico de esta ley, y de la fórmula matemática que la representa, consiste básicamente en el despeje de cada una de las variables — tensión, corriente y resistencia— en función de las otras dos. En este sentido, parece lógico realizar un ejercicio resuelto que contemple estos tres supuestos y como tal aparece en la sección lateral.

• Para facilitar la comprensión y el empleo de la ley de Ohm, se pueden plantear cuestiones como las siguientes: ¿qué tendríamos que hacer en un circuito para aumentar la intensidad manteniendo fija la resistencia? ¿Qué sucederá con la intensidad de la corriente si aumentamos la resistencia y mantenemos fijo el voltaje?

• En este curso se enfocará el concepto de resistencia únicamente a los registros eléctricos, si bien hay que mencionar durante la lección que los conductores también ofrecen su resistencia eléctrica. Esta, en la mayoría de los casos, es insignificante, por lo que se simplificará la resistencia de los conductores a valor nulo. A modo de reto, se puede instar al alumnado a realizar una investigación para conocer cuáles son los factores que influyen en la resistencia de un conductor, expandiendo esta investigación a la comprobación de la influencia de estos factores en la determinación de la resistencia eléctrica de un conductor. Con esto se pretende simular los experimentos originales de Ohm, en los que sometía distintos conductores a un voltaje fijo. Como consecuencia, en cada uno se originaba una corriente eléctrica diferente. Este será el patrón de decisión que determine la resistencia de un conductor. Es fácil acceder a la fórmula que define la resistencia de un conductor dependiente de su propia naturaleza resistiva, de la sección y de la longitud como medidas dimensionales de dicho conductor.

• Por último, es importante que los alumnos y las alumnas entiendan el concepto de «intensidad máxima» o «límite de corriente eléctrica» en un conductor, que determina el valor máximo de corriente que puede soportar sin destruirse. Esta cuestión, que ha de evitarse en todos los cálculos eléctricos de un circuito con el fin de prevenir la destrucción de sus componentes por la circulación de corriente elevada, es aprovechada para incorporar elementos de protección como es el caso de los fusibles, que en definitiva son conductores calibrados para soportar sin fundirse hasta un valor máximo determinado de corriente.

Soluciones Comprende, piensa, investiga...

8 Por aplicación de la ley de Ohm: R=

V I

=

24 V 0,5 A

= 48 Z

9 Despejando el voltaje de la ley de Ohm: V = I · R = 1,2 A · 100 Ω = 120 V

10 Por aplicación directa de la ley de Ohm: I=

V R

=

4,5 V 90 Z

= 0,05 A = 50 mA

11 Intuyo y deduzco. Al tener la misma resistencia, cuando se dobla la intensidad, el voltaje se duplica: Primer circuito: V1 = I1 · R1 Segundo circuito: V2 = I2 · R2 Como I2 es igual a 2 · I1 y además R1 = R2 = R, aplicamos estas relaciones a la ecuación del segundo circuito. Así: V2 = (2 · I1) · R = 2 (I1 · R), y dado que V1 = I1 · R, entonces V2 = 2 · V1

8 LA POTENCIA ELÉCTRICA Standby

9 Todos los aparatos eléctricos, en su funcionamiento, consumen energía eléctrica. La cantidad de energía que consumen depende de la potencia eléctrica que desarrollan.

La potencia eléctrica es la cantidad de energía que se consume durante un período de tiempo. La unidad de medida es el vatio (W), que se define como el consumo de un julio de energía cada segundo: 1 W = 1 J/1 s

Unidad

DISPOSICIÓN DE RECEPTORES EN UN CIRCUITO Asociación en serie de resistencias Asociación en serie de dos resistencias

A pesar de que el julio es la unidad de medida de la energía en el sistema internacional, cuando se habla de energía eléctrica, se prefiere emplear otra unidad, el kilovatio-hora (kWh). Resulta más sencillo calcular la energía consumida multiplicando la potencia en kilovatios por el número de horas que un dispositivo está en funcionamiento.

Standby es la situación en la que se encuentran algunos aparatos eléctricos cuando estando enchufados, están a la espera de iniciar su funcionamiento.

En esta situación, el aparato tiene un consumo eléctrico, aunque sea muy pequeño. Por eso se recomienda que si no se van a utilizar los aparatos, se desconecten totalmente de la corriente eléctrica. ¿Sabes que el consumo de estos aparatos «en espera» puede llegar a alcanzar hasta el 10 % del consumo total en una vivienda?

Investiga cuántos aparatos de tu casa permanecen la mayor parte del tiempo en espera.

El valor de la potencia de un aparato eléctrico está escrito en su superficie o en su placa de características. Por ejemplo, las bombillas suelen tener su potencia escrita en el bulbo o en el casquillo. A continuación, puedes ver una tabla comparativa de las potencias de distintos tipos de bombillas que proporcionan una cantidad equivalente de luz.

Tipo de bombilla

R2

Asociación en serie de n resistencias R1 R2 Rn

Los circuitos eléctricos están compuestos habitualmente por más de un receptor. Estos receptores pueden estar asociados de diferentes formas, dando lugar a distintos tipos de circuitos.

Se denomina resistencia equivalente a aquella resistencia que sustituye a otras resistencias, con el mismo efecto en el circuito que las resistencias a las que reemplaza.

ä 9.2 El circuito serie En un circuito serie, los receptores están conectados uno a continuación del otro. Tiene el inconveniente de que si uno de los receptores se estropea, el resto dejará de funcionar, puesto que la corriente no podrá circular a través de él.

La resistencia total que ofrece el conjunto de receptores es igual a la suma de la resistencia de cada uno de ellos, de acuerdo con la fórmula: Rt = R1 + R2 + ... + Rn

Equivalencias lumínicas

Incandescente

40 W

60 W

75 W

100 W

Halógena

22 W

35 W

47 W

60 W

Bajo consumo

9W

11 W

15 W

20 W

5W

8W

10 W

13 W

Led

R1

Asociación en serie de tres resistencias R1 R2 R3

Ejemplo resuelto Una bombilla de 60 W está encendida durante 3 horas diarias en una semana. ¿Qué energía ha consumido en kWh en dicho período?

Solución: Lo primero que haremos será calcular el número de horas que ha estado encendida la bombilla: 7 días · 3 h/día = 21 horas La potencia en kW será: 60 W = 0,06 kW 1 000 W/kW Aplicando la fórmula: E = 0,06 kW · 21 horas 8 E = 1,26 kWh

Por ejemplo, la resistencia total o equivalente de una asociación en serie de dos resistencias de 3 Ω y 5 Ω será una resistencia de: Rt = R1 + R2 = 3 Ω + 5 Ω = 8 Ω En un circuito serie, la intensidad que recorre todos los elementos es la misma, y corresponde a la intensidad que proporciona el generador.

Sin embargo, el voltaje se reparte entre los diferentes elementos; es decir, la energía que proporciona el generador se distribuye entre todos los receptores del circuito.

Se podrá calcular el voltaje en cada punto multiplicando el valor de la intensidad por el valor de cada resistencia.

Si se suman todos los voltajes de las resistencias, el resultado ha de ser igual al valor del voltaje de la pila o generador.

Magnitud

12 Calcula el consumo, en kWh, de los siguientes aparatos durante 30 días: a) Un televisor de 150 W de potencia, funcionando todos los días 3 h diarias. b) Una lavadora de 800 W de potencia, funcionando todos los días durante 1,5 horas. c) Un ordenador de 100 W, funcionando 4 horas un día sí y otro no.

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Explicación

La potencia eléctrica CE.4.3. (EA.4.3.2.)

Sugerencias metodológicas Aunque la potencia se expresa inicialmente en unidades del sistema internacional, en este apartado se explica la unidad técnica que los alumnos y las alumnas utilizarán a lo largo de su posible futuro profesional relacionado con la tecnología o como simples usuarios de la energía eléctrica: el kilovatio/hora (kWh).

Fórmula

Resistencia equivalente

La suma de las resistencias que forman el circuito.

Voltaje

El voltaje que proporciona la pila se distribuye entre las diferentes resistencias, cumpliéndose que la suma de los voltajes de las resistencias ha de ser igual al voltaje del generador.

Vgen = V1 + V2 + ... + Vn

Intensidad

Al existir un solo camino para la corriente, esta será la misma para todos los elementos del circuito.

I = I1 = I2 = ... = In

Comprende, piensa, investiga...

112

5

ä 9.1 Asociación de resistencias.

Resistencia equivalente

Rt = R1 + R2 + ... + Rn

113

Para completar el entendimiento de esta unidad técnica, es muy importante que el alumnado lleve a cabo la actividad propuesta, que tiene un enfoque doméstico y que resultará sencillo de entender.

Soluciones Comprende, piensa, investiga...

12 a) P = 150 W = 0,15 kW; Energía = 0,15 kW · (30 días · 3 h/día) = 13,5 kWh

8

9

LA POTENCIA ELÉCTRICA Standby

Todos los aparatos eléctricos, en su funcionamiento, consumen energía eléctrica. La cantidad de energía que consumen depende de la potencia eléctrica que desarrollan.

La potencia eléctrica es la cantidad de energía que se consume durante un período de tiempo. La unidad de medida es el vatio (W), que se define como el consumo de un julio de energía cada segundo: 1 W = 1 J/1 s

Unidad

DISPOSICIÓN DE RECEPTORES EN UN CIRCUITO Asociación en serie de resistencias Asociación en serie de dos resistencias

A pesar de que el julio es la unidad de medida de la energía en el sistema internacional, cuando se habla de energía eléctrica, se prefiere emplear otra unidad, el kilovatio-hora (kWh). Resulta más sencillo calcular la energía consumida multiplicando la potencia en kilovatios por el número de horas que un dispositivo está en funcionamiento.

Standby es la situación en la que se encuentran algunos aparatos eléctricos cuando estando enchufados, están a la espera de iniciar su funcionamiento.

En esta situación, el aparato tiene un consumo eléctrico, aunque sea muy pequeño. Por eso se recomienda que si no se van a utilizar los aparatos, se desconecten totalmente de la corriente eléctrica. ¿Sabes que el consumo de estos aparatos «en espera» puede llegar a alcanzar hasta el 10 % del consumo total en una vivienda?

Investiga cuántos aparatos de tu casa permanecen la mayor parte del tiempo en espera.

El valor de la potencia de un aparato eléctrico está escrito en su superficie o en su placa de características. Por ejemplo, las bombillas suelen tener su potencia escrita en el bulbo o en el casquillo. A continuación, puedes ver una tabla comparativa de las potencias de distintos tipos de bombillas que proporcionan una cantidad equivalente de luz.

Tipo de bombilla

R1

R2

Asociación en serie de tres resistencias R1 R2 R3 Asociación en serie de n resistencias R1 R2 Rn

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ä 9.1 Asociación de resistencias.

Resistencia equivalente Los circuitos eléctricos están compuestos habitualmente por más de un receptor. Estos receptores pueden estar asociados de diferentes formas, dando lugar a distintos tipos de circuitos.

Se denomina resistencia equivalente a aquella resistencia que sustituye a otras resistencias, con el mismo efecto en el circuito que las resistencias a las que reemplaza.

40 W

60 W

75 W

100 W

22 W

35 W

47 W

60 W

Bajo consumo

9W

11 W

15 W

20 W

Led

En un circuito serie, los receptores están conectados uno a continuación del otro. Tiene el inconveniente de que si uno de los receptores se estropea, el resto dejará de funcionar, puesto que la corriente no podrá circular a través de él.

La resistencia total que ofrece el conjunto de receptores es igual a la suma de la resistencia de cada uno de ellos, de acuerdo con la fórmula: Rt = R1 + R2 + ... + Rn

5W

8W

10 W

13 W

Por ejemplo, la resistencia total o equivalente de una asociación en serie de dos resistencias de 3 Ω y 5 Ω será una resistencia de: Rt = R1 + R2 = 3 Ω + 5 Ω = 8 Ω En un circuito serie, la intensidad que recorre todos los elementos es la misma, y corresponde a la intensidad que proporciona el generador.

Ejemplo resuelto Una bombilla de 60 W está encendida durante 3 horas diarias en una semana. ¿Qué energía ha consumido en kWh en dicho período?

Sin embargo, el voltaje se reparte entre los diferentes elementos; es decir, la energía que proporciona el generador se distribuye entre todos los receptores del circuito.

Solución: Lo primero que haremos será calcular el número de horas que ha estado encendida la bombilla: 7 días · 3 h/día = 21 horas La potencia en kW será: 60 W = 0,06 kW 1 000 W/kW

Se podrá calcular el voltaje en cada punto multiplicando el valor de la intensidad por el valor de cada resistencia.

Si se suman todos los voltajes de las resistencias, el resultado ha de ser igual al valor del voltaje de la pila o generador.

Aplicando la fórmula: E = 0,06 kW · 21 horas 8 E = 1,26 kWh

Magnitud

rante 30 días: a) Un televisor de 150 W de potencia, funcionando todos los días 3 h diarias. b) Una lavadora de 800 W de potencia, funcionando todos los días durante 1,5 horas. c) Un ordenador de 100 W, funcionando 4 horas un día sí y otro no.

Explicación

Fórmula

Resistencia equivalente

La suma de las resistencias que forman el circuito.

Voltaje

El voltaje que proporciona la pila se distribuye entre las diferentes resistencias, cumpliéndose que la suma de los voltajes de las resistencias ha de ser igual al voltaje del generador.

Vgen = V1 + V2 + ... + Vn

Intensidad

Al existir un solo camino para la corriente, esta será la misma para todos los elementos del circuito.

I = I1 = I2 = ... = In

Comprende, piensa, investiga...

12 Calcula el consumo, en kWh, de los siguientes aparatos du-

Rt = R1 + R2 + ... + Rn

112

113

Unidad

9 DISPOSICIÓN DE RECEPTORES EN UN CIRCUITO

ä 9.3 El circuito paralelo

Ejemplo resuelto En el circuito de la figura, calcula:

Nomenclatura de los circuitos Al resolver circuitos eléctricos, es habitual asignar a los voltajes y a las intensidades un subíndice para indicar que se trata del voltaje y la intensidad a través de un componente determinado. Así: • I es la intensidad que proporciona la pila.

• I1 es la intensidad que circula por la primera resistencia.

• I2 es la intensidad que circula por la segunda resistencia.

De la misma forma, para el voltaje tendremos: • V es el voltaje de la pila.

• V1 es la caída de voltaje en la primera resistencia.

c) La intensidad de la corriente que atraviesa cada una de las resistencias.

En un circuito paralelo, los receptores tienen sus terminales conectados entre sí. De esta forma existe más de un camino por el que la corriente eléctrica puede circular.

3X

a) La resistencia equivalente. b) La intensidad total de la corriente que recorre el circuito.

+

7X

La resistencia total de un conjunto de resistencias conectadas en paralelo se calcula de acuerdo con la fórmula: 1 1 1 1 = + + ... + Rt R1 R2 Rn

Rt = R1 + R2 = 3 Ω + 7 Ω = 10 Ω

I = I1 = I2 = 1 A d) Para calcular la caída de voltaje en cada resistencia, bastará con aplicar la ley de Ohm en cada una de ellas: V2 = I2 · R2 = 1 A · 7 Ω = 7 V

En el caso particular de dos resistencias, la fórmula se reduce a: R1 · R2 Rt = R1 + R2 También puedes utilizar la fórmula anterior para asociaciones de más de dos resistencias, agrupándolas de dos en dos hasta obtener una única resistencia equivalente.

En los circuitos en paralelo, todos los elementos están conectados al mismo voltaje, el voltaje del generador. Y la intensidad que proporciona el generador corresponde a la suma de las intensidades que circulan por cada una de las resistencias.

Magnitud

La suma de las caídas de voltaje en ambas resistencias tiene que coincidir con el voltaje de la pila, como puedes comprobar fácilmente: V = V1 + V2 = 3 V + 7 V = 10 V

13 Calcula la resistencia equivalente de las siguientes agrupaciones de resistencias: 10 X

5X

1X

7X

e)

f)

c)

2X

4X

4X

4X

1X

4X

2X

3X

4X

5X

3X

4X

5X

3X

El voltaje que proporciona la pila es el mismo para todos los elementos que se conecten en paralelo.

Por cada rama del circuito circulará una intensidad que dependerá exclusivamente del valor de resistencia de la rama. La intensidad total, que es la proporcionada por la pila, será la suma de todas las intensidades circulantes por las ramas.

14 Calcula la intensidad que proporciona la pila y la que circula por cada resistencia, así como el voltaje en cada resistencia, si cada rama del ejercicio anterior se conecta a una pila de 9 voltios.

6X 4X 12 X

Disposición de receptores en un circuito CE.4.4. (EA.4.4.1.)

V = V1 = V2 = ... = Vn

Sugerencias metodológicas Es recomendable emplear desde el principio de la explicación el ejercicio resuelto a modo de ejemplo que facilite al alumnado la organización de los datos a la hora de resolver un circuito serie.

Una vez que el circuito serie esté superado, se procede a la explicación del circuito paralelo, que ha de llevar igual tratamiento. Es recomendable emplear un poco más de tiempo en los cálculos relacionados con las funciones inversas, sobre todo teniendo en cuenta que las proporciones y las fracciones son temas que no han terminado de asimilar en el área de Matemáticas.

Soluciones Comprende, piensa, investiga...

13 a) R = 10 + 5 = 15 Ω b) R = 1 + 7 +2 = 10 Ω

R2

Fórmula

c) R=2+4=6Ω

R1

Asociación en paralelo de n resistencias.

d) R=4+4=8Ω

I = I1 + I2 + ... + In

Calcula la resistencia equivalente de las siguientes asociaciones de resistencias: 6X

Puedes practicar la construcción de circuitos serie y paralelo con el kit virtual que se ofrece en anayaeducacion.es

114

Explicación

Intensidad

c) P = 100 W = 0,1 kW; Energía = 0,1 kW · (15 días · 4 h/día) = 6 kWh

paralelo de tres resistencias.

ElAsociación núcleo seen divide en dos fragmentos y unos pocos neutrones que pueden romper más núcleos, produciéndose Rn una reacción en cadena.

Para controlar esta reacción se utiliza un material moderador, capaz de frenar a los neutrones.

Se calcula como el valor inverso de la suma de los valores inversos de cada una 1 1 1 1 Resistencia = + + ... + de las resistencias del circuito. En el caso Rt R1 R2 Rn equivalente de tener dos resistencias, se puede emplear la fórmula del producto partido de la suma.

Voltaje

La fisión nuclear se consigue romR piendo un núcleo al 3bombardearlo con neutrones.

Ejemplo resuelto

2X

g)

d)

R1 R2

Comprende, piensa, investiga...

a)

R2 Asociación en paralelo de dos resistencias.

V1 = I1 · R1 = 1 A · 3 Ω = 3 V

• V2 es la caída de voltaje en la segunda resistencia.

b)

R1

a) La resistencia equivalente será la suma de las resistencias: b) Para calcular la intensidad total, aplicamos la ley de Ohm, dividiendo el voltaje entre la resistencia equivalente: I = V = 10 V = 1 A Rt 10 Ω c) Como las resistencias están conectadas en serie, todas ellas están recorridas por la misma intensidad.

5

Asociación Fisión nuclear en paralelo de resistencias

Este esquema es el que se utiliza en las viviendas. Permite que aunque uno de los receptores no funcione, los demás puedan hacerlo.

10 V

d) La caída de voltaje en cada resistencia.

Solución:

b) P = 800 W = 0,8 kW; Energía = 0,8 kW · (30 días · 1,5 h/día) = 36 kWh

ä 9.2 El circuito serie

Equivalencias lumínicas

Incandescente Halógena

e) R = 1 + 4 + 2 +3 = 10 Ω

Solución: 1 1 1 1 1 1 1 3+2+1 6 = + + + + + = = R t R1 R2 R3 4 6 12 12 12 Para obtener el valor de Rt, se invierte el resultado obtenido:

f) R = 3 + 4 + 5 = 12 Ω

Rt = 12 = 2 Ω 6

115

TIC Recomendamos indicar al alumnado que realice prácticas de montaje virtual de circuitos en serie y en paralelo con el kit de construcción de circuitos que encontrarán en anayaeducacion.es.

g) R = 3 + 4 + 5 + 6 = 18 Ω

14 a) La corriente que circula por las resistencias es I = V/Rtotal = 50 V/15 Ω = 3,33 A. Por lo tanto, V10 = 3,33 A · 10 Ω = 33,3 V. V5 = 3,33 A · 5 Ω = 16,7 V

b) La corriente que circula por las resistencias es I = V/Rtotal = 50 V/10 Ω = 5 A. Por lo tanto, V1 = 5 A · 1 Ω = 5 V. V7 = 5 A · 7 Ω = 35 V V2 = 5 A · 2 Ω = 10 V

c) La corriente que circula por las resistencias es I = V/Rtotal = 50 V/6 Ω = 8,33 A. Por lo tanto, V2 = 8,33 A · 2 Ω = 16,7 V. V4 = 8,33 A · 4 Ω = 33,3 V

d) La corriente que circula por las resistencias es I = V/Rtotal = 50 V/8 Ω = 6,25 A Por lo tanto, V4 = 6,25 A · 4 Ω = 25 V. V4 = 6,25 A · 4 Ω = 25 V

e) La corriente que circula por las resistencias es I = V/Rtotal = 50 V/10 Ω = 5 A. Por lo tanto, V1 = 5 A · 1 Ω = 5 V. V4 = 5 A · 4 Ω = 20 V V2 = 5 A · 2 Ω = 10 V V3 = 5 A · 3 Ω = 15 V

f) La corriente que circula por las resistencias es I = V/Rtotal = 50 V/12 Ω = 4,17 A. Por lo tanto, V3 = 4,17 A · 3 Ω = 12,5 V. V4 = 4,17 A · 4 Ω = 16,7 V V5 = 4,17 A · 5 Ω = 20,8 V

g) La corriente que circula por las resistencias es I = V/Rtotal = 50 V/18 Ω = 2,78 A Por lo tanto, V3 = 2,78 A · 3 Ω = 8,33V. V4 = 2,78 A · 4 Ω = 11,1 V V5 = 2,78 A · 5 Ω = 13,9 V V6 = 2,78 A · 6 Ω = 16,7 V Tras realizar cada cálculo, el alumnado ha de comprobar que la suma de todos los voltajes calculados en cada rama es igual a 50 voltios, cumpliéndose así la regla de repartos de tensiones (voltajes) en un circuito serie.

59

10

9 DISPOSICIÓN DE RECEPTORES EN UN CIRCUITO

LAS FUENTES DE ENERGÍA

Ejemplo resuelto En el circuito de la figura de la derecha, calcula: a) La resistencia equivalente. b) La intensidad total de la corriente que recorre el circuito. c) El voltaje en cada resistencia. d) La intensidad de la corriente que atraviesa cada una de las resistencias.

Solución:

+

R1 · R2

3X

6X

–

Parques eólicos

3+6

18

=

I = V = 12 = 6 A Rt 2 c) Como las resistencias están conectadas en paralelo, todas ellas reciben el mismo voltaje.

V = V1 = V2 = 12 V d) Para calcular la intensidad de corriente, bastará con aplicar la ley de Ohm en cada una de las resistencias: V1 R1

=

12 = 4A 3

; I2 =

V2

=

R2

Los parques eólicos se sitúan en zonas donde existen vientos fuertes y relativamente constantes. Un ejemplo de ello son los ubicados en la costa, donde la constante brisa permite el aprovechamiento continuo de la energía.

ä 10.1 Las energías renovables Por definición, las energías renovables son aquellas cuyas fuentes no se agotan a medida que se utilizan para aprovechar su energía; es decir, son aquellas cuyas fuentes se regeneran a un ritmo igual o mayor que el ritmo al que se consumen.

Entre las energías renovables de las que podemos sacar provecho, están la energía solar, la energía eólica, la energía geotérmica, la biomasa o la energía del agua.

12 = 2A 6

Energía solar

15 Calcula la resistencia equivalente, la intensidad

16 Observa los siguientes circuitos equipados con

que proporciona la pila y la que circula por cada resistencia, así como el voltaje en cada bombilla, en cada uno de los siguientes circuitos. Considera todas las bombillas iguales y, por tanto, con la misma resistencia eléctrica de 100 ohmios.

bombillas (L) e interruptores (S). Los interruptores de cada rama podrán estar cerrados y permitir el paso de corriente, o estar abiertos, por lo que no circulará corriente. Según la posición de los interruptores en cada circuito, ¿qué bombillas lucirán y cuáles estarán apagadas?

100 X

100 X

L1

a)

+

100 X

10 V

Es generada por el Sol a partir de las reacciones de fusión nuclear que se producen en su núcleo. La energía liberada en el Sol nos llega a través de la radiación electromagnética, manifestándose de diversas formas: luz visible, radiación infrarroja y radiación ultravioleta.

L2

100 X L4

100 X

100 X

100 X

+

100 X

17

L3

S3

S2

b) +

Comprende, piensa, investiga...

S1

+V

b)

S1

L2

L1

V

Req = 100 Ω + 100 Ω + 100 Ω + 100 Ω = 4 · 100 Ω = 400 Ω

transformación de una fuente primaria y que está lista para ser almacenada, transportada y utilizada en el lugar de consumo.

Comprende, piensa, investiga...

a)

voltaje, al tener el mismo valor resistivo. Así la resistencia equivalente es de:

nible en la naturaleza antes de ser convertida o transformada. Las fuentes de energía primaria son: el Sol, el viento, el calor interno de la Tierra, el agua, los combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas natural), la biomasa y el uranio.

Por otra parte, además de esta clasificación se utiliza otra que se basa en determinar si la energía es renovable o ilimitada o si, por lo contrario, la energía está presente de forma limitada en nuestro planeta como es el caso de la energía no renovable.

=2Z

9

b) Para calcular la intensidad total, aplicamos la ley de Ohm, dividiendo el voltaje entre la resistencia equivalente:

I1 =

15 a) Se trata de un circuito serie en el que cuatro resistencias de 100 Ω se reparten por igual el

➜ Fuente de energía secundaria, que es aquella que procede de la

3·6

=

R 1 + R2

5

➜ Fuente de energía primaria, que es toda forma de energía dispo-

12 V

a) Como se trata de dos resistencias en paralelo, la resistencia equivalente vendrá dada por la fórmula: Rt =

Unidad

La energía eléctrica es la fuente de energía más utilizada por la humanidad. No obstante, a excepción de los fenómenos meteorológicos, necesitamos captar energía desde otras fuentes primarias para convertirla en energía eléctrica en nuestras centrales. De esta forma, podemos distinguir:

L3

L4

10 V S2

El espejo. Andalucía es la primera región de España en aprovechamiento de la energía solar, tanto con plantas termosolares como empleando tecnología fotovoltaica y placas solares para calefacción y agua caliente sanitaria.

Averigua y explica con tus propias palabras las diferencias y las similitudes entre las placas fotovoltaicas y las placas de energía térmica solar.

La energía solar se puede aprovechar de forma directa para la iluminación, la climatización natural, cocinar en un horno solar, producir agua caliente para uso doméstico o calefacción, o para otras tareas cotidianas como secar la ropa. De forma indirecta se utiliza para generar energía eléctrica.

Por tanto, la corriente que circula por todas ellas será de:

VR = 0,025 A · 100 Ω = 2,5 V

Energía eólica La energía eólica es la energía que tiene una masa de aire en movimiento, la energía del viento. Su origen está en el Sol, ya que es el irregular calentamiento de las masas de aire lo que provoca las diferencias de presiones que dan lugar a su desplazamiento.

El aprovechamiento de la energía eólica se lleva a cabo fundamentalmente mediante modernos molinos de viento instalados en parques o granjas eólicas, donde la energía del viento es transformada en energía eléctrica. También es posible su aprovechamiento directo como, por ejemplo, en barcos de vela, alas delta y molinos de viento, ya prácticamente en desuso, para la molienda de grano o la extracción de agua.

116

117

10 · V

Z = 0,025 A = 25 mA 4 El voltaje de cada una de las resistencias es: I=

b) S e trata de un circuito paralelo en el que el voltaje es aplicado directamente a cada resistencia, circulando tantas corrientes diferentes como ramas hay. Así, la resistencia equivalente de este circuito en paralelo, al tratarse de cuatro resistencias iguales de 100 Ω, será: Req =

100 Z 4

= 25 Z

Esto hace que la corriente que circula a través de la batería sea de valor: IV =

10 V 25 Z

= 0,4 A

Cada una de las ramas está directamente conectada a la pila, por lo que la corriente por cada rama con resistencia es: IR =

10 V 100 Z

= 0,1 A

Obsérvese que los 0,4 A se repartirán por cada una de las ramas cumpliéndose que: IV = IR1 + IR2 + IR3 + IR4 = 0,1 + 0,1 + 0,1 + 0,1 = 0,4 A

16 a) Se iluminarán las lámparas L1, L2 y L4 por estar cerrados los interruptores S1 y S3, mientras

que L3 permanecerá apagada, ya que S2 está abierto impidiendo que circule corriente por esa rama.

b) La lámpara L1 estará iluminada independientemente de la posición de los interruptores del circuito.

Por otro lado, al encontrarse los interruptores S1 y S2 abiertos, no permitirán el paso de corriente por ninguna de las lámparas restantes.

10

9 DISPOSICIÓN DE RECEPTORES EN UN CIRCUITO

LAS FUENTES DE ENERGÍA

Ejemplo resuelto En el circuito de la figura de la derecha, calcula: a) La resistencia equivalente. b) La intensidad total de la corriente que recorre el circuito. c) El voltaje en cada resistencia. d) La intensidad de la corriente que atraviesa cada una de las resistencias.

Solución:

+

R1 · R2

=

R 1 + R2

3X

6X

–

Parques eólicos

transformación de una fuente primaria y que está lista para ser almacenada, transportada y utilizada en el lugar de consumo.

3·6 3+6

18

=

Por otra parte, además de esta clasificación se utiliza otra que se basa en determinar si la energía es renovable o ilimitada o si, por lo contrario, la energía está presente de forma limitada en nuestro planeta como es el caso de la energía no renovable.

=2Z

9

b) Para calcular la intensidad total, aplicamos la ley de Ohm, dividiendo el voltaje entre la resistencia equivalente: I = V = 12 = 6 A Rt 2

V = V1 = V2 = 12 V d) Para calcular la intensidad de corriente, bastará con aplicar la ley de Ohm en cada una de las resistencias: V1 R1

=

12 = 4A 3

nible en la naturaleza antes de ser convertida o transformada. Las fuentes de energía primaria son: el Sol, el viento, el calor interno de la Tierra, el agua, los combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas natural), la biomasa y el uranio.

➜ Fuente de energía secundaria, que es aquella que procede de la

c) Como las resistencias están conectadas en paralelo, todas ellas reciben el mismo voltaje.

I1 =

5

➜ Fuente de energía primaria, que es toda forma de energía dispo-

12 V

a) Como se trata de dos resistencias en paralelo, la resistencia equivalente vendrá dada por la fórmula: Rt =

Unidad

La energía eléctrica es la fuente de energía más utilizada por la humanidad. No obstante, a excepción de los fenómenos meteorológicos, necesitamos captar energía desde otras fuentes primarias para convertirla en energía eléctrica en nuestras centrales. De esta forma, podemos distinguir:

; I2 =

V2

=

R2

Los parques eólicos se sitúan en zonas donde existen vientos fuertes y relativamente constantes. Un ejemplo de ello son los ubicados en la costa, donde la constante brisa permite el aprovechamiento continuo de la energía.

ä 10.1 Las energías renovables Por definición, las energías renovables son aquellas cuyas fuentes no se agotan a medida que se utilizan para aprovechar su energía; es decir, son aquellas cuyas fuentes se regeneran a un ritmo igual o mayor que el ritmo al que se consumen.

Entre las energías renovables de las que podemos sacar provecho, están la energía solar, la energía eólica, la energía geotérmica, la biomasa o la energía del agua.

12 = 2A 6

Energía solar Es generada por el Sol a partir de las reacciones de fusión nuclear que se producen en su núcleo. La energía liberada en el Sol nos llega a través de la radiación electromagnética, manifestándose de diversas formas: luz visible, radiación infrarroja y radiación ultravioleta.

Comprende, piensa, investiga...

15 Calcula la resistencia equivalente, la intensidad

16 Observa los siguientes circuitos equipados con

que proporciona la pila y la que circula por cada resistencia, así como el voltaje en cada bombilla, en cada uno de los siguientes circuitos. Considera todas las bombillas iguales y, por tanto, con la misma resistencia eléctrica de 100 ohmios.

bombillas (L) e interruptores (S). Los interruptores de cada rama podrán estar cerrados y permitir el paso de corriente, o estar abiertos, por lo que no circulará corriente. Según la posición de los interruptores en cada circuito, ¿qué bombillas lucirán y cuáles estarán apagadas?

a)

100 X

100 X

L1

a)

+

100 X

10 V

S1

+V

L2

100 X L4

b)

L3

S3

S2

b) 100 X

+

100 X

100 X

+

100 X

V

L1

S1

L2 L3

L4

10 V S2

Comprende, piensa, investiga...

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El espejo. Andalucía es la primera región de España en aprovechamiento de la energía solar, tanto con plantas termosolares como empleando tecnología fotovoltaica y placas solares para calefacción y agua caliente sanitaria.

Averigua y explica con tus propias palabras las diferencias y las similitudes entre las placas fotovoltaicas y las placas de energía térmica solar.

La energía solar se puede aprovechar de forma directa para la iluminación, la climatización natural, cocinar en un horno solar, producir agua caliente para uso doméstico o calefacción, o para otras tareas cotidianas como secar la ropa. De forma indirecta se utiliza para generar energía eléctrica.

Energía eólica La energía eólica es la energía que tiene una masa de aire en movimiento, la energía del viento. Su origen está en el Sol, ya que es el irregular calentamiento de las masas de aire lo que provoca las diferencias de presiones que dan lugar a su desplazamiento.

El aprovechamiento de la energía eólica se lleva a cabo fundamentalmente mediante modernos molinos de viento instalados en parques o granjas eólicas, donde la energía del viento es transformada en energía eléctrica. También es posible su aprovechamiento directo como, por ejemplo, en barcos de vela, alas delta y molinos de viento, ya prácticamente en desuso, para la molienda de grano o la extracción de agua.

116

117

Las fuentes de energía CE.4.3. (EA.4.3.1. )

Sugerencias metodológicas En esta sección se presentan las fuentes de energía, comenzando por la clasificación de las fuentes de energía primaria y secundaria. Aunque a priori puede parecer una explicación sencilla, algunos alumnos y alumnas no son capaces de distinguir cada clase, por lo que se recomienda al docente que realice una explicación basada en imágenes relativas a cada una de las clases de fuentes.

A continuación, se presenta la primera sección sobre las energías renovables. Es muy recomendable que el alumnado realice esquemas del aprovechamiento de cada tipo de energía para poder identificarlas mediante dibujos, como los incluidos en la unidad u otros que puedan extraer de diferentes fuentes supervisadas por su profesor o profesora.

• Es conveniente indicar al alumnado que si bien la energía eólica se debe a los movimientos de masas de aire atmosférico captados por centrales eólicas, su origen inicial es también la energía del sol.

• Cabe observar que en esta clasificación se han agrupado todas las fuentes de energía que emplean el movimiento de agua, indicando después los tipos de centrales que extraen dicha energía: centrales hidroeléctricas, centrales mareomotrices y centrales undimotrices.

Unidad

10 LAS FUENTES DE ENERGÍA

Energía geotérmica Es la energía que puede obtenerse mediante el aprovechamiento del calor interno de la Tierra. Se utiliza de forma indirecta para la generación de energía eléctrica y directamente para sistemas de calefacción.

Energía de la biomasa Es la energía que se obtiene a partir de toda materia orgánica de origen vegetal o animal, así como de productos transformados, natural o artificialmente, de los anteriores. El aprovechamiento de la biomasa se puede realizar quemando los residuos para obtener energía eléctrica y energía calorífica, o a través de transformaciones que permitan la obtención de otros combustibles, como, por ejemplo, el biodiésel.

Central undimotriz

Energía del agua La energía contenida en el agua, llamada «energía hidráulica», se manifiesta de diferentes maneras, principalmente en forma de energía cinética en el agua en movimiento de un río; corrientes marinas, olas y mareas; y como energía potencial del agua almacenada en una presa.

La energía hidráulica se aprovecha de forma directa como medio de transporte, río abajo, de personas y mercancías, así como para mover norias que sirven para el abastecimiento de agua. De forma indirecta se utiliza en:

➜ Centrales hidroeléctricas. En este tipo de centrales, se aprovecha la energía mecánica del agua que fluye por un río y del agua almacenada en una presa para producir energía eléctrica.

No existe un único modelo de central undimotriz. Recientemente se ha puesto en funcionamiento una central en la que las olas mueven unas boyas fijadas a unos brazos mecánicos.

➜ Centrales mareomotrices. La diferencia de altura entre la pleamar y la bajamar permite el aprovechamiento de la energía del movimiento de grandes masas de agua para la obtención de electricidad.

➜ Centrales undimotrices. Aprovechan la energía del movimiento de las olas, originadas por la acción del viento sobre el mar, para generar electricidad.

Central hidroeléctrica

Central mareomotriz

Agua almacenada durante la marea alta

Transformador

Canal de admisión

Marea baja

Transformador

Turbina

Generador

118

60

Carbón El carbón es un combustible fósil que se originó por la descomposición de vegetales que se acumularon en zonas pantanosas o marinas. Está compuesto fundamentalmente por carbono, hidrógeno y oxígeno. El carbón se utiliza sobre todo en la producción de energía eléctrica, pero también en procesos industriales como la fabricación de acero.

Turbina

Consulta la presentación «Fuentes renovables de energía» y compara su información con la de la presente página.

En la sección presentada bajo este título se han reunido las principales fuentes de energía de tipo no renovable. Se recomienda presentarlas inicialmente como fuentes procedentes de combustibles fósiles y procedentes de combustibles nucleares. El primer agrupamiento consistirá en el empleo del carbón, petróleo y el gas natural para mover la turbina generadora, mientras que el segundo agrupamiento se centrará en el empleo de isótopos de uranio para centrales nucleares de fisión.

Petróleo El petróleo es una mezcla heterogénea de compuestos orgánicos, básicamente hidrocarburos, insolubles en agua. Procede de la sedimentación, durante millones de años, de zooplancton y algas en los fondos marinos, con la consiguiente descomposición de materia orgánica.

El petróleo es la principal fuente de energía en los países desarrollados.

Su aprovechamiento se lleva a cabo a través de su transformación en combustibles que pueden ser utilizados tanto para el transporte como para la producción de energía eléctrica. Del petróleo también se obtienen otros productos, como los plásticos y el asfalto de las carreteras.

Gas natural El gas natural es una mezcla heterogénea de compuestos orgánicos, principalmente hidrocarburos, en estado gaseoso. Suele encontrarse formando bolsas sobre los yacimientos petrolíferos. Es el combustible fósil menos contaminante y su transformación desde el yacimiento hasta su utilización es mínima. El aprovechamiento del gas natural se lleva a cabo a través de la generación de energía eléctrica y su uso en calefacción o en cocina.

El uranio es el elemento más empleado para el aprovechamiento energético de los combustibles nucleares.

La obtención de energía se realiza a través de la fisión o rotura de los átomos del isótopo de uranio-235. Cuando un átomo de uranio se fisiona al ser bombardeado por un neutrón, se obtienen dos átomos más ligeros, siendo la masa final menor que la suma de las masas iniciales. Al igual que en la reacción de fusión, esa diferencia de masa se ha transformado en energía. La reacción debe ser controlada puesto que al romperse el átomo de uranio, se liberan neutrones que producen, a su vez, la rotura de átomos de uranio cercanos, liberando así mayores cantidades de energía. Este proceso recibe el nombre de reacción en cadena.

Generador

Las energías no renovables Sugerencias metodológicas

Las fuentes de energía no renovables son aquellas que se agotan a medida que se va haciendo uso de ellas, sea porque no se regeneran, o bien porque lo hacen a un ritmo menor al que se consumen. Las fuentes de energía no renovables más importantes son el carbón, el petróleo, el gas natural y el combustible nuclear.

Combustibles nucleares

Red eléctrica

5

ä 10.2. Las energías no renovables

La energía liberada se emplea principalmente para la obtención de energía eléctrica, aunque también ha sido utilizada con fines destructivos en forma de armas nucleares.

Complementa la información de estas páginas con la presentación «Centrales eléctricas» y el documento «Ventajas e inconvenientes de la energía nuclear».

Fisión nuclear Neutrón

Núcleo pesado

El núcleo se descompone en otros más pequeños

Se libera energía y nuevos neutrones, que inciden en otros núcleos pesados

La fisión nuclear se consigue rompiendo un núcleo al bombardearlo con neutrones.

El núcleo se divide en dos fragmentos y unos pocos neutrones que pueden romper más núcleos, produciéndose una reacción en cadena. Para controlar esta reacción se utiliza un material moderador, capaz de frenar a los neutrones.

119

Actualmente, este tipo de energías son las más empleadas por la humanidad, pero se recomienda indicar a los alumnos y las alumnas claramente que es necesaria una transición para sustituir este tipo de fuentes de energía por otras respetuosas con el medio ambiente y que no incrementen la huella de carbono, por la incorporación de CO2 a la atmósfera. Por otro lado, muchos países están desmantelando las centrales termonucleares a causa de lo peligrosos que pueden llegar a ser los accidentes en dichas centrales.

Según los miembros del IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change), el grupo de expertos que estudian los efectos del cambio climático, existe una agenda internacional que todos los países han de seguir para tratar de limitar los daños en el medio ambiente debido al cambio climático. Esto exige un rápido cambio de rumbo en el tipo de energías que consumimos. De ahí la necesaria transición hacia las energías renovables.

• Se puede mencionar que Japón y la Unión Europea siguen investigando y apostando por la fusión nuclear, pues consideran que tiene el potencial de proporcionar una solución segura, rentable y sostenible para las necesidades energéticas europeas y mundiales.

11

Unidad

LA GENERACIÓN Y EL TRANSPORTE DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA La generación de la energía eléctrica Bobinas del estátor Imanes del rotor

S

N

N Eje motriz

S Corriente alterna

Este alternador está formado por un rotor con imanes permanentes y por un estátor con cuatro bobinas.

El rotor, al girar, produce constantes cambios en los campos magnéticos a los que están sometidas las bobinas, lo que genera en ellas (induce) una corriente alterna. Esta corriente se transmite a través de sus terminales a un transformador.

ä 11.1 La producción de electricidad.

Centrales eléctricas

La corriente eléctrica que llega a nuestras viviendas se genera en centrales eléctricas. La mayoría de estas instalaciones están provistas de turbinas y alternadores. La diferencia entre unas centrales y otras radica en la fuente de energía que se utiliza para mover la turbina.

En las centrales térmicas de combustión, la energía se obtiene a partir del calor que se genera al quemar carbón, fuel, gas natural, madera o cualquier otro combustible.

En las centrales térmicas nucleares, la energía necesaria para generar el vapor que moverá la turbina se obtiene a partir de reacciones controladas de fisión nuclear.

En las centrales térmicas solares, se aprovecha el calor del Sol para generar el vapor capaz de mover la turbina.

ä 11.2 El alternador El alternador es una máquina que transforma la energía mecánica en energía eléctrica. La energía que produce el movimiento del alternador puede proceder del vapor de agua generado a temperatura y presión elevadas en una central nuclear o térmica, del agua que cae en una central hidroeléctrica, del viento o de las olas, entre otras fuentes.

La electricidad debe ser transportada desde el lugar donde se produce hasta los puntos de consumo: industrias, hogares, alumbrado, etc. En cada instante, la electricidad que se genera debe ser igual a la que se consume, puesto que no es posible almacenarla en grandes cantidades.

La energía eléctrica se genera a un voltaje entre 5 y 25 kV (media tensión); para reducir las pérdidas en el transporte, es necesario aumentar esa tensión entre 222 kV y 400 kV (alta tensión); posteriormente habrá que volver a reducir la tensión para el consumo en la industria a 690 V, y en los hogares a 230 V.

Transformación y transporte de la corriente eléctrica

GENERACIÓN (Media tensión: 5,25 kV) Líneas de distribución (12 kV)

Reactor

Turbinas

Consumo (Baja tensión)

Vapor Torre de refrigeración

690 V Viviendas 220-230 V

Agua

CENTRO DE DISTRIBUCIÓN

Comprende, piensa, investiga...

18 Infórmate sobre el efecto Joule y los problemas

120

–L a corriente continua es la que proporcionan las pilas, las baterías y las dinamos, y siempre circula en el mismo sentido, desde el polo negativo hasta el polo positivo del generador. Es el tipo de corriente que emplearemos en nuestros proyectos.

Transformador

Generador

• Conviene recordar que hay muchas maneras de generar una corriente eléctrica: mediante pilas y baterías, con paneles solares, con alternadores, etc. Según la forma en la que se genera, la corriente puede ser continua o alterna.

Industria

Red eléctrica

Circuito primario Circuito secundario Circuito de refrigeración Generador de vapor Barras de control

CENTRO DE TRANSFORMACIÓN Líneas de transmisión (69 kV)

Central eléctrica nuclear

Edificio de contención

Sugerencias metodológicas

Centro de transformación.

El voltaje se modifica mediante el uso de transformadores. Estas máquinas se encuentran en las llamadas estaciones o centros de transformación.

TRANSPORTE (Alta tensión: 220-400 kV)

La generación y el transporte de la energía eléctrica CE.4.3. (EA.4.3.1.)

No todas las líneas de transporte y distribución tienen el mismo voltaje.

En función de este se clasifican en líneas de baja, media y alta tensión.

ä 11.4 Las estaciones de transformación

Los generadores constan de una parte fija que recibe el nombre de estátor, y una parte móvil, llamada rotor. En el alternador de la figura, el estátor está formado por bobinas de hilo conductor, y el rotor, por un conjunto de imanes.

Su funcionamiento se basa en la relación que existe entre la electricidad y el magnetismo por la que en un hilo conductor se crea una corriente eléctrica inducida por los campos magnéticos generados por imanes en movimiento.

5

ä 11.3 Las líneas de transporte

que origina en el transporte de la electricidad a grandes distancias. ¿Por qué es importante transportar la energía eléctrica a tensiones elevadas?

Puedes ampliar la información de esta página consultando el documento «Transformadores».

19

En algunos países se compensa económicamente a los ciudadanos que viven cerca de líneas de transporte de energía eléctrica. Infórmate del porqué y escribe la justificación.

121

–L a corriente alterna cambia periódicamente de sentido. Se obtiene con los alternadores y es el tipo de corriente que circula por la red eléctrica que llega hasta nuestras casas.

• Es bastante probable que el alumnado no sea capaz de asimilar el concepto de corriente alterna en su verdadera magnitud, pero hay que tratar de que asocie la corriente alterna con la variación periódica del sentido del movimiento de los electrones.

• Se puede promover un debate en clase sobre las ventajas de la energía eléctrica frente a otras fuentes de energía. Si no se dispone de tiempo para el debate, se pueden mencionar las siguientes: –L a mayoría de las formas de energía (luz, calor, energía mecánica, energía química…) se pueden transformar directamente en energía eléctrica.

–E n los motores eléctricos, la energía eléctrica se transforma en energía mecánica con un rendimiento muy superior al de otro tipo de motores. Existen motores eléctricos cuyo rendimiento energético alcanza el 90 %.

–D e todas las formas de energía, la electricidad es la que mejor se puede emplear en los sistemas de control.

–E n las regiones alejadas de las redes de distribución de energía (tendidos eléctricos, oleoductos), se puede obtener energía eléctrica de forma autónoma, mediante aerogeneradores y sistemas fotovoltaicos.

• Como recomendación metodológica general, sería muy positivo que el alumnado copiara en su cuaderno el dibujo esquemático completo representado al final de esta sección, donde se observan las conexiones de todas las etapas de transformación y transporte de la corriente eléctrica.

• Por último, se ha de contemplar la posibilidad de que algunos alumnos o alumnas presenten dudas en cuanto al sentido de disponer de tales infraestructuras para hacer llegar la energía eléctrica a las casas o industrias. Además, pueden tener dudas en cuanto a que quizá no serían necesarios tales despliegues tecnológicos, ya que se podría generar la energía de forma próxima a las viviendas.

Se debe explicar con claridad la idea de que la corriente alterna no se puede almacenar y si se generara corriente continua, serían necesarias unas baterías enormes para almacenarla; por tanto, todo el sistema debe estar equilibrado, intentando generar en cada momento lo que se demande. Se puede visitar la web: https://demanda.ree.es/visiona/home para observar el seguimiento que se realiza por parte de Red Eléctrica Española de la demanda instantánea.

Soluciones Comprende, piensa, investiga...

17 El efecto Joule es un fenómeno que ocurre cuando una corriente eléctrica atraviesa un conductor; provoca una pérdida de energía en forma de calor, aumentando la temperatura en el conductor. Este fenómeno se aprovecha en las lámparas incandescentes y en los radiadores eléctricos para disipar luz y calor, respectivamente, al paso de la corriente. Sin embargo, en el transporte de la energía eléctrica desde su lugar de producción hasta el punto de consumo, ese calor disipado se considera una pérdida de energía. Por ello, para minimizar el efecto Joule en el transporte, se eleva mucho la tensión, o voltaje, por lo que la corriente, o intensidad eléctrica, disminuye a valores muy pequeños. Al disminuir la intensidad de la corriente, las pérdidas de energía por efecto Joule se reducen significativamente.

18 Esta actividad va dirigida a que el alumnado investigue sobre los fenómenos que pueden ocurrir en el entorno de las líneas de alta tensión. Hay algunos estudios que revelan problemas de salud en individuos que viven muy cerca de estas redes. Es una cuestión controvertida y que todavía está en pleno debate en algunos países, aunque en otros ya han preferido actuar a favor de los ciudadanos.

61

12

Unidad

EL CÓDIGO DE EFICIENCIA ENERGÉTICA

ä 12.1 El etiquetado energético

Marca y modelo

A

Es

Clasificación energética del producto

Un dispositivo es energéticamente eficiente cuando tiene un elevado rendimiento energético. Quiere decir que aprovecha al máximo la energía suministrada, reduciendo al mínimo las pérdidas de energía.

La utilización de electrodomésticos energéticamente eficientes permite el ahorro de energía y agua en los hogares, lo que contribuye a hacer un uso más eficiente de la energía y de los recursos naturales.

ä 12.2 Campos de la etiqueta energética La etiqueta energética tiene una apariencia similar a la de la figura de la página siguiente. En ella destacan los siguientes campos:

➜ Marca y modelo. Debe incorporar el nombre del fabricante y el modelo del electrodoméstico al que corresponde.

➜ Clasificación energética del producto. Es el dato más relevante de la etiqueta e indica la categoría de consumo en la que se encuentra el electrodoméstico en relación con el consumo medio de electrodomésticos del mismo tipo. Cuanto más alta es la categoría, menor es el consumo energético.

➜ Consumo eléctrico anual, expresado en kWh y calculado bajo unas condiciones de uso estandarizadas.

Los más eficientes

Consumo eléctrico (anual o en 100 ciclos)

Debido a la importancia de ahorrar energía y reducir las emisiones de dióxido de carbono, el Parlamento Europeo exige el etiquetado energético de los electrodomésticos para poder identificar su nivel de eficiencia energética.

Los que presentan consumo medio

Alto consumo de energía Otras características de este tipo de electrodoméstico

CE.4.3. (EA.4.3.1.)

Tomando como referencia un frigorífico promedio de clase G

Eu

El etiquetado energético es obligatorio en frigoríficos, congeladores, lavadoras, lavavajillas, secadoras, lavadoras-secadoras, fuentes de luz, hornos eléctricos, climatizadores, campanas extractoras, calentadores de agua, aspiradoras, televisores e, incluso, neumáticos.

El código de eficiencia energética

INTERPRETACIÓN DE LAS ETIQUETAS

El rendimiento energético es la relación que existe entre la energía extraída de un sistema, o energía útil (Eu) que realmente obtenemos, y la energía suministrada (Es) a dicho proceso o sistema.

Rendimiento =

5

La etiqueta energética

Menos del 20 %

B

Entre el 20 % y el 30 %

C

Entre el 30 % y el 40 %

D

Entre el 40 % y el 50 %

E

Entre el 50 % y el 70 %

F

Entre el 70 % y el 85 %

G

Entre el 85 % y el 100 %

Sugerencias metodológicas • Para poder entender el sentido de las etiquetas, habrá que explicar al alumnado dos términos que seguramente no entiendan en primera instancia: la eficiencia y el rendimiento. Para complementar la definición del libro del alumnado, se puede emplear un gráfico como este:

Comprende, piensa, investiga...

20

Solución a cuatro. Compara la antigua y la nueva etiqueta de eficiencia energética de los productos. En tu opinión, ¿cuáles son las ventajas y los inconvenientes que presenta cada una de ellas?

21 Los tamaños de los televisores suelen venir indicados en pulgadas. ¿Sabes en qué sistema de medida se utiliza esta unidad?, ¿a cuántos centímetros corresponde?

22 Averigua el significado de los siguientes pictogramas e indica en qué tipo de electrodoméstico crees que podrías encontrarlos:

Energía perdida

➜ Otras características, en función del tipo de electrodoméstico. Por ejemplo, en una lavadora, aparte del consumo energético anual y su categoría energética, se incluye el número de litros de agua por ciclo y la cantidad de ropa que puede lavar, así como el ruido durante el lavado y el centrifugado.

➜ Código QR. En los dispositivos con el etiquetado más actual, el código QR da acceso a una descripción del modelo en la base de datos de registro de la Unión Europea.

122

123

Desarrollo del pensamiento Recomendamos usar la técnica de desarrollo del pensamiento «Solución a cuatro» para resolver la actividad 19 de una manera más cooperativa.

Energía suministrada

Sistema o proceso

Energía útil

Se trata de describir las pérdidas de potencia de un sistema que da lugar al aprovechamiento de una energía útil final. Cuanto mayor sea el valor de la energía útil para una energía suministrada dada, mayor será la eficiencia del sistema.

Por tanto, el rendimiento es un valor cuantitativo (comprendido entre 0 y 1) que nos indica, precisamente, la eficiencia energética, cuanto más cerca esté el valor del rendimiento de 1, más eficiente será el sistema. Puede que ambos términos den lugar a confusión, pero hay que indicar al alumnado que son conceptos que definen la misma idea, de forma cualitativa en el caso de la eficiencia energética, y de forma cuantitativa por medio del valor del rendimiento.

• Una vez aclarado este punto, se puede pasar a explicar el sentido de la etiqueta energética y de los datos que en ella se indican según el texto y el esquema visual mostrados en estas páginas.

Soluciones Comprende, piensa, investiga...

19 Solución a cuatro. La nueva etiqueta es más visual y ofrece más cantidad de información en el mismo espacio. Otra novedad es que incorpora un código QR con cuyo escaneado se puede acceder a más información sobre el producto. Además el código que emplea es casi idéntico al de la clasificación energética de las viviendas. Como inconveniente, al principio, algunas personas la pueden interpretar como menos explícita que la antigua.

Con el nuevo etiquetado se pretende eliminar la necesidad de seguir añadiendo símbolos + en las categorías más eficientes. La A siempre definirá los electrodomésticos más eficientes del mercado, y según vayan apareciendo nuevos aparatos más eficientes, los antiguos (menos eficientes) irán bajando de categoría.

20 Las pulgadas son unidades propias del sistema imperial, también conocido como sistema inglés. Una pulgada corresponde a 2,54 centímetros.

21 Significado de pictogramas (de izquierda a derecha): Primera fila: 1. Mediante las letras XY se indica el número máximo de servicios (formados por plato, vaso y cubiertos), colocados según las especificaciones del fabricante, que el lavavajillas puede lavar en un ciclo.

2. Las letras XY identifican el consumo de agua por ciclo del programa «eco», en decenas y unidades de litro.

3. Las letras XYZ identifican en decenas, unidades y décimas la capacidad máxima de masa de ropa en kilogramos que se puede lavar simultáneamente en un ciclo de lavado.

4. Se indica mediante las letras XYZ —centenas, decenas y unidades— la capacidad de un frigorífico, en litros.

Segunda fila: 1. Indica, en horas y minutos, la duración del programa «eco».

2. Indica la cantidad de ruido que genera un electrodoméstico en decibelios. Debajo del pictograma se establece una escala de A a D, donde A es bajo ruido y D es ruido elevado. En este pictograma se resalta la letra B indicando una generación de ruido de baja a moderada.

3. En este pictograma se representa el símbolo del escurrido por centrifugado para la ropa en una lavadora. Se indica una escala desde la letra A hasta la letra G, donde A corresponde con un alto grado de centrifugado, y G, un mínimo grado. La letra que sobresale, en este caso la letra B, identifica la característica de este electrodoméstico.

4. Las letras XYZ indican en centenas, decenas y unidades los litros de capacidad de un congelador, ya sea independiente o combinado con un frigorífico.

62

Unidad

logía

Taller de Tecno

medidas eléctricas Presentación DEL proyecto

A partir de un esquema eléctrico se pueden calcular las magnitudes eléctricas como la intensidad eléctrica y el voltaje. En este proyecto podrás montar el circuito físicamente y, con el uso de un multímetro, comprobar los resultados calculados.

estudio teórico del circuito

Vamos a abordar un circuito paralelo. Para ello, dispondremos de una batería de 3 voltios a la que conectaremos dos resistencias de 220 ohmios y 1 000 ohmios, respectivamente. El esquema se corresponde con el mostrado en la figura. Primero calcularemos los valores de la intensidad y el voltaje en todos los elementos.

It

3V

I1

0,22 kX

1 kX

Componente Batería

3V

+

Segunda medida: Intensidad total del circuito Ahora conecta la batería a los mismos puntos donde habías conectado el multímetro en la práctica anterior. Para poder medir la intensidad eléctrica que cede la batería al circuito, habrá que insertar el multímetro en serie. Realiza el montaje y observa como los cables rojos están asociados a los puntos del circuito que tienen el voltaje mayor.

Practica tú mismo con la solución del circuito y comprueba tus resultados con los que se proporcionan en la tabla de soluciones. En color negro se han dispuesto los datos del problema y en rojo están los valores que se han calculado a partir de los datos.

I2

+

Req

Voltaje [V]

Intensidad [mA]

3

16,63

3

13,63

0,22

3

1

R1 R2

3

Resistencia [KZ]

Cambia el selector a la escala adecuada en el sector indicado con el símbolo A y toma nota del valor que aparece en la pantalla.

Observa que se ha dejado un hueco en la celda correspondiente a la resistencia de la batería. Esta resistencia no existe, pero en su lugar se puede calcular el valor de la resistencia equivalente que detecta la batería (Req).

Comprobación de resultados y análisis de errores

Para comprobar que los resultados son correctos, puedes calcular el valor de dicha resistencia equivalente mediante dos métodos, que a continuación se indican:

El error absoluto es la diferencia entre el valor calculado y el valor medido. Por ejemplo, si has calculado que una resistencia es de 3,2 ohmios y la medida es de 3,1 ohmios, el error absoluto será:

Para analizar los errores, se van a utilizar el error absoluto y el error relativo:

• Método a: Cálculo de la resistencia equivalente por asociación en

Ea = 3,2 – 3,1 = 0,1 Ω

paralelo de resistencias.

R1 · R2 1 · 0,22 = = 0,18 kΩ = 180 Ω Req = R1 + R2 1 + 0,22 • Método b: Cálculo de la resistencia equivalente por aplicación de la ley de Ohm. En este caso, disponemos del voltaje de la pila y de la intensidad que emite, y por tanto: 3V V = = 0,18 kΩ = 180 Ω Req = I 16,63 mA

El error relativo indica el grado de error, es decir, el porcentaje de error de la medida. Se calcula dividiendo el error absoluto entre el valor calculado, y todo ello se multiplica por cien para ofrecer el dato como un porcentaje. En el ejemplo anterior, el error relativo será: Er =

• Una placa de prototipado o breadboard.

• Multímetro digital.

· 100 = 3,13 %

Valor calculado

Resistencia equivalente

180 Ω

Intensidad por el circuito

16,63 mA

• Una resistencia de 1 kΩ, una resistencia de 220 Ω.

• Una batería de 3 V montada a partir de dos pilas de 1,5 V tipo AA.

0,1 Ω 3,2 Ω

Copia en el cuaderno esta tabla, incluye los valores que has medido y calcula los errores: Magnitud

Para montar el circuito, vas a necesitar:

medidas en el circuito

5

Primera medida: Resistencia equivalente Para medir la resistencia equivalente, es importante que NO conectes las pilas al circuito. Replica el montaje de la izquierda. En él puedes observar que se ha utilizado el multímetro para conectar el montaje en paralelo de las dos resistencias. Cambia el selector a la escala adecuada en el sector indicado con el símbolo Ω y toma nota del valor que aparece en la pantalla.

Valor medido

Error absoluto

Error relativo

¿Crees que los porcentajes de error relativo que has obtenido son bajos? ¿Se pueden dar por válidas las medidas? Justifica tu respuesta.

124

CE.1.1. (EA.1.1.1.), CE.1.2. (EA.1.2.1.), CE.4.3. (EA.4.3.3.), CE.4.4. (EA.4.4.1.), CE.4.5. (EA.4.5.1.)

Sugerencias metodológicas Los trabajos en el aula-taller relacionados con esta unidad se pueden llevar a cabo por parejas o individualmente y se han dividido en cuatro fases. La primera consiste en el acopio de materiales, tal y como se especifica en la presentación del proyecto, y el estudio teórico de circuito. No es necesario utilizar una fuente de alimentación específica, siendo suficiente el empleo de dos pilas tipo AA de 1,5 voltios que configuran la batería de 3 voltios que necesita el circuito. Además, habrá que proporcionar a cada equipo dos resistores eléctricos de 220 ohmios y de 1 kiloohmio respectivamente.

125

Orientación académica y profesional A lo largo de la unidad, el alumnado se habrá dado cuenta de lo necesaria que es la energía eléctrica hoy en día. Este puede ser un buen momento para informar sobre las numerosas profesiones relacionadas con ella. Para ello, disponen en anayaeducacion.es de la ficha «Nuestra vida no se puede concebir sin la electricidad» con información y actividades.

r el material Recuerda selecciona para tu portfolio. de esta unidad de trabajo

trabaja con lo

Unidad

aprendido

La corriente eléctrica y el circuito eléctrico 1 Define «corriente eléctrica» con tus propias palabras.

2 ¿Qué es un circuito eléctrico? ¿Qué elementos lo componen? ¿Cuáles de ellos deben estar obligatoriamente presentes para considerarse un circuito eléctrico?

3 ¿Qué es el átomo? ¿Qué elementos lo forman?

Componentes del circuito eléctrico 4 Indica una característica de cada uno de los tipos de generadores de voltaje.

5

Taller de tecnología. Medidas eléctricas

Explica, con tus propias palabras, el concepto de voltaje. ¿Qué relación existe entre el voltaje, la energía y la carga eléctrica?

6 ¿Cómo se clasifican los materiales según permitan el paso o no de la corriente eléctrica? Escribe tres ejemplos de cada uno de ellos.

7 Haz una tabla en tu cuaderno en la que desarrolles una clasificación de los diferentes receptores estudiados; indica las transformaciones de energía que se producen en cada uno de ellos.

13 Se conecta un timbre a una pila de 4,5 V y se mide a través del timbre una intensidad de 0,05 A. Dibuja el circuito eléctrico utilizando los símbolos correspondientes y calcula la resistencia del timbre.

18 Escribe, uno a uno, los pasos necesarios para resolver un circuito paralelo y un circuito serie. Utiliza en ambos circuitos dos resistencias de 15 kΩ y 5 kΩ, y una pila de 5 V.

Dibuja el circuito eléctrico utilizando los símbolos correspondientes y calcula la intensidad que circula por la bombilla.

las características de los circuitos serie y paralelo, incluyendo su resistencia equivalente, su intensidad y su voltaje. equivalente de dos resistencias en paralelo se requiere aplicar la operación inversa de la suma de los valores inversos, pero también has estudiado que se obtiene el mismo valor equivalente al dividir el producto de ambas por su suma. Demuestra esta igualdad matemáticamente.

sentar como una resistencia de 36 Ω. A través del motor circula una intensidad eléctrica de 0,5 A. Dibuja el circuito eléctrico utilizando los símbolos correspondientes y calcula el voltaje de la pila a la que debe ser conectado el motor.

12 W Agrupación 1

8 ¿Qué diferencia existe entre un pulsador, un interrup-

das en serie y otras 2 en paralelo. ¿Qué pareja de bombillas se iluminará más? Justifica tu respuesta.

positivos eléctricos empleados en los esquemas.

28 W

22

40 W

30 X Agrupación 2

del alternador?

24 Indica, al menos, tres elementos empleados en las

10 ¿Qué crees que significa que en un circuito simple con un generador y una resistencia eléctrica conectados mediante conductores, cuanto más voltaje tenga el generador más corriente fluirá por él? Indica qué relación tiene esta expresión con la ley de Ohm.

11 Copia y completa la siguiente tabla en la que aparecen las magnitudes eléctricas fundamentales, sus siglas, unidades y símbolos.

Magnitud

Símbolo

Unidad

Símbolo

Voltaje

líneas de distribución de energía eléctrica.

17 Indica si las siguientes agrupaciones de resistencias están conectadas en serie o en paralelo y calcula su resistencia equivalente.

Circuito 1 R1 = 5 X R2 = 3 X

Circuito 2 R1 = 12 X R2 = 13 X

R1 = 5 X

R1 = 12 X

R2 = 3 X

R3 = 4 X

R3 = 4 X R1 = 6 X3 Circuito

25 ¿Qué dispositivo eleva el valor del voltaje generado para que pueda ser transportado?

El consumo eléctrico en los hogares 26 ¿Cuáles son los electrodomésticos que deben incorporar obligatoriamente el etiquetado de eficiencia energética?

R2 = 13 X

27 Haz una lista de la información más importante

R3 = 25 X

que ha de contener una etiqueta de eficiencia energética. ¿Se te ocurre algún otro aspecto importante que pueda ser incluido?

Amperio R

12 Copia la tabla y aplica la ley de Ohm para completarla.

Voltaje (V)

Intensidad (A)

Resistencia (Z)

33

11

150

75 2,5

R3 = 25 X Circuito R2 = 42 k X

=6 4X X R R21 =

R2 = 2 k X

RR32==2,4 4 XX

R1 = 1 k X

R3 = 2,4 X

R1 = 1 k X

28

Línea del tiempo. Busca información de las diferentes tecnologías utilizadas en la fabricación de los televisores electrónicos desde su aparición en el año 1936. Ordénalas en una línea de tiempo.

29

Intuyo y deduzco. Actualmente existen en el mercado frigoríficos que incorporan pantallas

R3 = 5 k X

20

R3 = 5 k X

Para ayudarte a comprobar tus conocimientos consulta el mapa interactivo y completa la actividad interactiva ¡Ponte a prueba! de esta unidad.

126

Efecto y alcance. Enumera las ventajas y las desventajas que supone el uso de la energía eléctrica. Haz una tabla con dos columnas, en la de la derecha enumera las ventajas y en la de la izquierda los inconvenientes.

23 ¿En qué principio físico se basa el funcionamiento

25 X 30 X

Existen frigoríficos que no funcionan con energía eléctrica. Busca información sobre ellos y haz una grabación de voz o de vídeo explicando su funcionamiento.

32 ¿Qué crees que significa la expresión «Han saltado los plomos»? ¿Han «saltado los plomos» en tu casa alguna vez? ¿Por qué ocurre este fenómeno?

Pide ayuda en casa para identificar el término de potencia contratada en una factura eléctrica y explica en qué consiste.

33

La energía eléctrica

tor y un conmutador? Dibuja, además, sus símbolos.

9 Dibuja de memoria al menos seis símbolos de disLa resistencia eléctrica

31

21 Hay 4 bombillas iguales en un circuito, 2 conecta-

16 Calcula la resistencia equivalente de las siguientes agrupaciones de resistencias:

fuente de energía distinta de la energía eléctrica? ¿Cuáles son sus ventajas e inconvenientes?

20 Has estudiado que para calcular la resistencia

15 Considera que un motor eléctrico se puede repre-

Disposición de receptores en un circuito

30 ¿Qué cocinas conoces que funcionen con una

19 Realiza en tu cuaderno un cuadro comparativo de

14 Se conecta una bombilla de 100 Ω a una pila de 9 V.

5

táctiles, conexión inalámbrica y otros avances tecnológicos. ¿Para qué crees que se pueden utilizar estas innovaciones?

Asamblea de ideas. Piensa en medidas para reducir el consumo de electricidad en tu domicilio y en tu instituto. Trabajad en grupos para elaborar una lista de medidas de ahorro y ponedlas en común con el resto de grupos de tu clase.

34 Piensa ahora en medidas para ahorrar en el consumo de agua, de calefacción y de gas. Trabajad de forma análoga a la de la actividad anterior.

35

Clasifica las medidas de ahorro consensuadas en los ejercicios anteriores en función de los recursos y de la dificultad para llevarlas a cabo. ¿Serías capaz de comprometerte a cumplir, al menos, cinco de ellas?

36 Haz una lista de los electrodomésticos que tenéis en casa. Trata de encontrar en Internet o en su placa de características la potencia que consume en kilovatios (kW). Pregunta en casa cuántas horas creen que están funcionando al día. Multiplica la potencia de cada electrodoméstico por las horas de funcionamiento. Suma todos los valores obtenidos y compara la cifra obtenida con tus compañeras y compañeros para ver quién consume más y quién consume menos.

37 Visualiza en Internet el documental de Documentos TV «La tragedia electrónica», donde se trata el problema del tráfico ilegal de residuos electrónicos. Identifica quiénes son los culpables, quiénes los beneficiados y quiénes los perjudicados por este tráfico. ¿Qué medidas podrías tomar como consumidor? Debate tus propuestas con tus compañeros y compañeras en clase.

anayaeducacion.es En el banco de recursos encontrarás documentos que explican cómo utilizar las técnicas o las llaves indicadas en algunas actividades.

127

Plan Lingüístico Para ayudar al alumnado a desarrollar sus competencias lingüísticas, podrá emplear algunas de las fichas e infografías disponibles en nuestro Plan Lingüístico: – Texto expositivo.

– Texto científico expositivo.

Desarrollo del pensamiento En anayaeducacion.es el alumnado dispone de las explicaciones sobre cómo aplicar las técnicas de pensamiento «Efecto y alcance» (actividad 22) e «Intuyo y deduzco» (actividad 29), y de cómo usar el organizador gráfico «Línea del tiempo» (actividad 28).

TIC Recuerde que en anayaeducacion.es el alumnado dispone del documento «Cómo buscar información en la Web» que les ayudará a encontrar resultados, a discriminar las fuentes fiables y a citar las fuentes correctamente.

Aprendizaje cooperativo Para la actividad 33, proponemos emplear la técnica de aprendizaje cooperativo «Asamblea de ideas».

Recuerde que en anayaeducacion.es tanto el alumnado como los docentes disponen de la información necesaria para trabajar dicha técnica.

Compromiso ODS La actividad 35 promueve el logro de las metas 12.8 y 13.3. Recuerde que dispone, en anayaeducacion.es de vídeos sobre dichas metas.

En la segunda fase se harán los cálculos necesarios para obtener los valores de todos los parámetros eléctricos del circuito representado en la figura propuesta. Se ha proporcionado una tabla muestra para que el alumnado copie y complete con la información relativa a los cálculos realizados. Como se observa, el empleo de la tabla se puede adaptar a circuitos con resistores de diferentes valores a los propuestos. Utilícese de guía la resolución teórica del circuito.

La siguiente fase consistirá en la medición de los parámetros del circuito. Para ello, se han proporcionado dos esquemas eléctricos muy similares a los que podrán montar en el taller los alumnos y las alumnas, la primera sin la conexión de la pila para medir la resistencia equivalente, y la segunda, tras conectar las baterías, para medir la corriente eléctrica por el circuito con la inserción de un amperímetro conectado en serie con dichas baterías.

Una vez recabada la información del cálculo teórico y de las medidas prácticas, los equipos procederán a calcular las divergencias entre los valores teóricos y los medidos como parte de la cuarta fase de este experimento. Se ha proporcionado la forma de calcular el error absoluto y el error relativo. Finalmente, se pregunta a los equipos sobre la validez de las medidas, donde tendrán que justificar la respuesta por análisis de los errores relativos. El elemento con mayor error del circuito es la tolerancia de los resistores, que de forma habitual se cifra en un 5 por ciento. Se puede tomar esta cifra como el valor máximo de error relativo a fin de validar las medidas.

Trabaja con lo aprendido CE.4.3. (EA.4.3.1.) (EA.4.3.2.), CE.4.4. (EA.4.4.1.)

La corriente eléctrica y el circuito eléctrico 1 La corriente eléctrica es el movimiento ordenado y continuo de cargas eléctricas a través de un conductor. Viene determinada por la magnitud intensidad eléctrica, que define cuántas cargas circulan por un punto de un circuito en un tiempo determinado.

2 Un circuito eléctrico es un camino a través del cual las cargas distribuyen su energía. Esto significa que las cargas adquirirán energía mediante una batería o un generador eléctrico, y tendrán que recorrer un camino cerrado, de forma que finalicen su recorrido en la misma batería.

Además, en un circuito se dispone de conductores que permiten que dicho camino exista, y a lo largo de ellos se dispone de elementos consumidores o receptores de la energía de las cargas. Por tanto, generador, conductor y receptor son los tres elementos imprescindibles para que un circuito sea tal.

3 El átomo es la mínima parte de materia de un elemento químico que conserva sus propiedades químicas. Está formado por múltiples partículas subatómicas entre las que destacan los protones y neutrones, alojados en el núcleo del átomo, y los electrones, partículas con una masa insignificante en comparación con las otras dos, que orbitan alrededor del núcleo atómico, en la corteza.

Componentes del circuito eléctrico 4 Esta información se encuentra en el epígrafe 2, Los generadores eléctricos, del libro del alumnado. Pilas y baterías son generadores de naturaleza química, y en base a una reacción se produce el voltaje. El alternador se basa en una construcción de componentes electromagnéticos, que genera una corriente a partir del movimiento de un rotor en relación con su estator.

5 Texto expositivo. Esta actividad pretende que el alumnado sepa interpretar y explicar el significado de la expresión que define el voltaje como la energía por unidad de carga que se transmite en un circuito.

6 Los materiales se clasifican en conductores, como los metales en general, y aislantes, como los plásticos o la madera.

7 En esta actividad se pide al alumnado que anote los receptores que se describen en la unidad y, a su lado, el tipo de energía que emiten cuando son alimentados con energía eléctrica. Por ejemplo, los resistores, o resistencias eléctricas, emiten calor; los motores emiten movimiento o energía mecánica; etc.

8 Un pulsador es un dispositivo que interrumpe o permite el paso de la corriente eléctrica únicamente mientras se mantenga pulsado. Esto significa que tiene una posición estable y una inestable. Algunos ejemplos son las teclas de los ordenadores o el botón de llamada en el telefonillo de casa.

63

Por otro lado, un interruptor tiene el mismo funcionamiento que un pulsador, pero manteniendo su posición estable cada vez que se acciona. Dispone de dos posiciones que se corresponden con dos estados, el estado abierto y el cerrado. Los interruptores para encender las luces en las habitaciones son un ejemplo de este tipo de mecanismos eléctricos.

Finalmente, un conmutador es un dispositivo que tiene dos posiciones estables y cada una de ellas conecta un circuito o una rama diferente. Para ello dispone de tres terminales de los cuales uno de ellos es la conexión común y los otros dos se conectarán, respectivamente, a dos circuitos o ramas diferentes.

9 Se pide al alumno o la alumna que trate de recordar la simbología eléctrica estudiada en la unidad mediante la representación gráfica de, al menos, seis componentes. Es importante que el alumnado conozca y utilice con soltura esta simbología.

La resistencia eléctrica 10 En el circuito propuesto, el valor de la resistencia es constante. Dado que la ley de Ohm contempla una relación directa entre voltaje y corriente eléctrica, cuanto mayor sea el voltaje, mayor es la corriente que fluye por el circuito.

11 La tabla resultante será: Magnitud

Sigla

Unidad

Símbolo

Voltaje

V

Voltio

V

Intensidad

I

Amperio

A

Resistencia

R

Ohmio

Ω

Voltaje (V)

Intensidad (A)

Resistencia (Ω)

33

11

3

150

2

75

50

2,5

20

12 La tabla completa será:

13 El circuito que se describe en el enunciado se representa a continuación, y el timbre tendrá una resistencia eléctrica de: Rt =

4,5 V 0,05 A

= 90 Z

I = 0,05 A

4,5 V

+ –

14

I=

9V 100 Z

= 0,09 A

I = 0,09 A

9V

100 X

+ –

15 Al aplicar la ley de Ohm y multiplicar ambos valores, el valor del voltaje de la pila será: V = I · R = 0,5A · 36 Ω = 18 V

Disposición de receptores en un circuito 16 Agrupación 1: 12 W

28 W

40 W Se observa que hay dos ramas en paralelo. La superior tiene dos resistencias de 12 Ω y 28 Ω, que se encuentran en serie, por lo que equivalen a un valor de 40 Ω.

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Para obtener la resistencia total equivalente, habrá que realizar el paralelo de la rama superior de 40 Ω con la resistencia de la rama inferior de 40 Ω. Así: Req =

(40 · 40) (40 + 40)

=

1 600 80

= 20 Z

Agrupación 2:

30 X 25 X 30 X La resistencia equivalente se obtiene en este caso por la suma de la resistencia de 25 Ω con la equivalente del paralelo de dos resistencias de 30 Ω. Así: Req =

(30 · 30) (30 + 30)

+ 25 = 15 + 25 = 40 Z

17 Circuito 1: R1 = 5 X

R2 = 3 X

R1 = 12 X

R2 = 13 X

R3 = 25 X

R3 = 4 X Resistencias en serie con un valor total equivalente de: Req = 5 + 3 + 4 = 12 Ω Circuito 2:

R1 = 5 X

R2 = 3 X

R1 = 6 X

R1 = 12 X

R2 = 2 k X

R2 = 13 X

R2 = 4 X R1 = 5RX= 2,4 R2 X =3X 3

R3 = 4 X

R1 = 12 1 kXX R2 = 13 X

R3 = 5 k X

R3 = 25 X

Resistencias en serie con un valor total equivalente de: Req = 12 + 13 + 25 = 50 Ω

R3 = 4 X

Circuito 3:

R1 = 6 X

R2 = 2 k X

R2 = 4 X R3 = 2,4 X R1 = 5 X

R2 = 3 X

R3 = 25 X

R1 = 6 X

R2 = 2 k X

R1 = 1 k R X2 = 4 X R3 = 5 k X

R3 = 2,4 X R1 = 12 X R2 = 13 X

R1 = 1 k X

R3 = 5 k X

Resistencias en paralelo con un valor total equivalente de: Req =

R3 = 4 X

1 1

1

1

6

4

2,4

R3 = +25 X+

Circuito 4:

R1 = 6 X

= 1,2 Z

R2 = 2 k X

R2 = 4 X R3 = 2,4 X

R1 = 1 k X R3 = 5 k X

Resistencias conectadas en serie con un valor total equivalente de: Req = 1 + 2 + 5 = 8 kΩ

18 En el circuito serie, se parte del cálculo de la resistencia equivalente mediante la suma de los valores de las resistencias de 15 kΩ y 5 kΩ, obteniendo 20 kΩ. Al aplicar la ley de Ohm, se podrán sustituir en la fórmula el voltaje de 5 V y la resistencia de 20 kΩ. Dividiendo ambos valores, se obtendrá la intensidad del circuito, es decir: I=

5V 20 Z

= 0,25 mA

65

Por otro lado, si ambas resistencias se conectan en paralelo, cada una de ellas tendrá un voltaje igual que el de la pila, es decir, 5 V. Esto hará que la circulación de corriente por cada una de ellas sea de 5V/15 kΩ = 0,33 mA y de 5V/5 kΩ = 1 mA, respectivamente. La suma de ambas nos dará el valor de corriente que fluye desde la pila, es decir, 1,33 mA. Al aplicar la ley de Ohm al valor de la pila y de la corriente que circula por ella, se obtendrá el valor de la resistencia equivalente que representa el paralelo de ambas resistencias, es decir: R=

V I

=

5V 1,33 mA

= 3,75 kZ

Este valor también se puede calcular aplicando la fórmula de obtención de la resistencia equivalente en paralelo a partir de las dos resistencias conectadas según esta asociación: la inversa de la suma de las inversas o, también, el producto dividido por la suma de dichas resistencias.

R=

5 · 15 (5 + 15)

=

75 20

= 3,75 kZ

19 La tabla pedida es de este tipo: Circuito

Voltaje

Intensidad

Resistencia equivalente

Serie

El voltaje de la pila es igual que la suma de los voltajes de cada dispositivo receptor.

A todos los receptores de un circuito en serie les atraviesa la misma corriente eléctrica.

La resistencia equivalente es igual a la suma de las resistencias de la serie.

Paralelo

Todos los receptores de un circuito en paralelo tienen el mismo voltaje.

En un circuito en paralelo, la intensidad que cede la pila es igual a la suma de todas las intensidades circulantes por sus ramas.

La resistencia equivalente es igual al valor inverso de la suma de los valores inversos de cada uno de los receptores conectados en el circuito.

20 Suponiendo dos resistencias de valores R1 y R2, la demostración es: Req =

1 1 R1

+

1

=

R2

1 R2 R1 · R2

+

=

R1 R1 · R2

1 R1 + R2

=

R1 · R 2 R1 + R2

R1 · R2

En el caso particular de dos resistencias del mismo valor R1 = R2 = R: la demostración matemática es: Req =

1 1 R1

+

1

=

R2

1 1 R

+

1 R

=

1 2

=

R 2

R

21 En cualquier circuito eléctrico siempre se iluminarán más las bombillas que se conectan en paralelo. Al conectarse en paralelo, el valor de la resistencia eléctrica conjunta, o resistencia equivalente, se reduce, por lo que aumenta la corriente en el circuito, favoreciendo un aumento en la entrega de energía a cada receptor. Por otro lado, cualquier resistencia que esté en serie asumirá solo una parte del voltaje del circuito, lo que hará que el total de la energía que consuma ese receptor sea menor que si estuviera conectado en paralelo.

La energía eléctrica 22 Efecto y alcance. La energía eléctrica es la base de nuestra civilización, sin duda alguna. Este hecho, junto con el transporte por carretera, ha modificado el aspecto de nuestro planeta, sobre todo, en los lugares donde nos concentramos los seres humanos.

Aparentemente, la energía eléctrica no tiene más que ventajas, pero si la analizamos, la mayoría de los inconvenientes proviene de la generación y el transporte de este tipo de energía. Los sistemas más utilizados para generarla son las centrales térmicas y nucleares. Un futuro de generación energética sostenible, principalmente basada en las energías alternativas, acabaría con muchos de los inconvenientes relacionados con el cambio climático y la contaminación.

23 En el principio físico del electromagnetismo.

24 El esquema completo de la distribución eléctrica se inicia en la central eléctrica de la que salen unas primeras líneas hacia el centro de transformación, después otras hacia el centro de distribución, y de él, unas terceras hacia los puntos de consumo.

25 El transformador eléctrico.

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El consumo eléctrico en los hogares 26 El etiquetado energético es obligatorio (en la fecha de publicación de esta obra) en frigoríficos, congeladores, frigo-congeladores, frigoríficos-bodega, lavadoras, lava-secadoras, lavavajillas, secadoras domésticas, lámparas de iluminación domésticas, hornos domésticos, aires acondicionados domésticos, campanas extractoras, televisores, aparatos de calefacción y calentadores de agua.

27 La nueva etiqueta energética ha de contener el código QR y datos como la marca y el modelo; el nivel de eficiencia según el código de colores; el consumo energético anual o por cien ciclos en programa «eco» en kWh, y otras características que dependen del electrodoméstico. Por ejemplo, en una lavadora, los litros de agua consumidos, el nivel de ruido en funcionamiento y la cantidad de ropa que se puede lavar en un ciclo.

De forma específica, se puede establecer un pequeño debate por equipos en el que los equipos discutan qué características no están contempladas, tras una búsqueda exhaustiva de todas las características posibles que una etiqueta energética puede contener para los electrodomésticos listados anteriormente.

28 Línea del tiempo. La búsqueda de información mediante buscadores en Internet ofrece multitud de resultados empleando los términos «televisión» y «línea de tiempo». Esta búsqueda da lugar a resultados como http://www.detectivesdelahistoria.es/la-linea-de-tiempo-y-la-evoluciondel-televisor/, o si se accede a SlideShare utilizando los mismos criterios de búsqueda, existen numerosas presentaciones sobre este tema, como por ejemplo: http://www.slideshare.net/ leoivandimas/historia-y-evolucin-de-la-televisin.

29 Intuyo y deduzco. Los avances tecnológicos indicados apuntan al empleo del conocido como «internet de las cosas». Las pantallas táctiles permiten establecer la comunicación con el electrodoméstico. A través de ella el aparato ofrece información sobre su temperatura, su contenido, avisa sobre alimentos de próxima caducidad o suministros que escaseen, permitiendo a los usuarios gestionar la utilización y reposición de los alimentos. En este caso, el empleo de la conexión a Internet permitirá recibir toda esa información también en nuestros terminales, modificar a distancia la temperatura del aparato y, si así lo configuramos, realizar el pedido a la tienda directamente desde el frigorífico, entre otras utilidades.

30 Las más habituales son las cocinas que utilizan gas, en ciudades suelen ser de gas natural, y en poblaciones más pequeñas, gas butano o propano.

Uno de los inconvenientes de estas cocinas consiste en que necesitan que la estancia tenga una ventilación adecuada, ya que se está quemando gas cuando se cocina y, por tanto, se están generando productos de la combustión que hay que evacuar. De forma excepcional, se pueden producir episodios de escapes de gas que pueden llegar a ser peligrosos. En el caso de emplear bombonas, hay que ocuparse de su sustitución y tener siempre recambio, lo que ocupa bastante sitio en la cocina.

Otro inconveniente puede ser que la regulación de la temperatura de cocción es menos exacta.

31 Existen frigoríficos que funcionan con gas, su funcionamiento es similar al de los frigoríficos eléctricos, la principal diferencia estriba en que su compresor utiliza un motor de combustión en lugar de un motor eléctrico.

Las llamadas neveras portátiles no tienen ningún tipo de fuente de energía y están diseñadas con aislamientos térmicos. Para conservar los alimentos y bebidas fríos, hay que introducir bloques de hielo o enfriadores, y solo mantienen el frío durante unas horas.

32 Esta expresión ha quedado obsoleta, se debe a que, antiguamente, para proteger las instalaciones eléctricas domésticas de sobreintensidades o consumos excesivos, los circuitos de las viviendas disponían de unos elementos de protección similares a fusibles que recibían el nombre coloquial de «plomos» debido a su composición, al igual que los fusibles, se fundían por el calor que generaban valores elevados de corriente.

Hoy en día, estos aparatos han sido sustituidos por dispositivos electromecánicos de acción magnética llamados «interruptores automáticos», que se abren cuando la acumulación de consumos de diversos aparatos en casa provoca una demanda de corriente eléctrica mayor de la que se ha contratado con la compañía eléctrica. Por lo que hoy en día la expresión más corriente tiende a ser «ha saltado el automático».

33 Sumamos. Este es un buen ejercicio de reflexión para convencerse de las múltiples medidas que se pueden tomar para reducir el consumo eléctrico. Entre estas medidas, se encuentran: – Cambiar las bombillas por otras de bajo consumo.

–T ener una actitud responsable a la hora de encender y apagar las luces en su casa a las estrictamente necesarias.

– Reducir el número de aparatos en stand-by.

– Evitar dejar electrodomésticos encendidos cuando no están siendo utilizados.

– Lavar en programas cortos o «eco», aprovechando la máxima capacidad del aparato.

–R egular el termostato de la calefacción en invierno a una temperatura más baja y abrigarse en casa.

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– Regular el termostato del aire acondicionado a una temperatura más alta.

– Evitar abrir el frigorífico innecesariamente y mantenerlo abierto el mínimo tiempo posible.

34 El alumnado puede ofrecer soluciones como reducir la capacidad de la cisterna del WC insertando en su interior una botella de agua o un objeto grande de material no oxidable; ducharse en lugar de bañarse; cerrar el grifo durante el cepillado de los dientes o el enjabonado; poner la lavadora y el lavavajillas solo cuando estén llenos al máximo de su capacidad; en viviendas unifamiliares, recoger el agua de lluvia para el riego o la limpieza, etc.

35 ODS. Una buena práctica para esta actividad sería ordenar las medidas obtenidas en las actividades anteriores en una tabla que las clasifique en función de tres criterios: fácilmente aplicables, de posible aplicación y de difícil aplicación.

Así podrán observar la cantidad de medidas de fácil aplicación que pueden implementar.

36 Se debe plantear la primera fase de la actividad como individual (que el alumnado realizará con la ayuda de sus familiares), y la fase posterior de puesta en común de los datos, en el seno de un equipo de 4 o 5 estudiantes.

En caso de no encontrar la etiqueta en un determinado electrodoméstico, puede intentar leer en la chapa de identificación del electrodoméstico su año de fabricación y las características eléctricas que tenga.

En cualquier caso, esta actividad pone en contacto al alumnado con los objetos reales de forma que pueda experimentar por sí mismo la lectura de los datos que ha estudiado en un objeto real.

37 El documental tiene una duración de 50 minutos, por lo que se puede llevar a cabo su visionado en una sesión de la asignatura, o bien pedir al alumnado que lo vea en su casa.

Se propondrá al alumnado que tome nota sobre los datos e informaciones relacionados con las cuestiones que se formulan. En una sesión posterior se puede establecer un debate para discutir sobre el problema, los afectados, los culpables y las personas que se benefician, así como las medidas que podrían tomar, como consumidores, para reducir la generación de residuos electrónicos.

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Estándares de aprendizaje y criterios de evaluación currículo de andalucía

Unidad 5