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Teoría Tecnología Tercero ESO
TEMA 5. CIRCUITOS ELÉCTRICOS
Recuerda que la tecnología crea objetos que
satisfacen necesidades. Pero estos objetos en muchas
ocasiones llevan circuitos eléctricos en su interior. Por
eso, en este tema vamos a estudiar los circuitos
eléctricos y vamos a aprender a resolver problemas de
electricidad. El índice del tema es:
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1. Elementos de un circuito eléctrico
2. Magnitudes eléctricas y sus propiedades
3. Asociación de resistencias
4. Circuitos electrónicos
1. Elementos de un circuito eléctrico
1.1.- Circuito eléctrico
Ya sabemos que la materia está formada de
átomos y que los átomos tienen electrones, que son
partículas con carga negativa que están en la parte
externa del átomo. Llamamos corriente eléctrica al
desplazamiento continuo de electrones. Un circuito
eléctrico es un conjunto de elementos conectados
entre sí por los que circula corriente eléctrica.
1.2.- Elementos eléctricos
Los elementos imprescindibles que componen un
circuito eléctrico son: generadores, receptores y
cableado.
Generadores. Los generadores ceden energía a
las cargas (las impulsan); por tanto, los generadores
transforman algún tipo de energía en energía eléctrica.
Son generadores: pilas, baterías y alternadores.
Receptores. Los receptores consumen la energía
de las cargas; por tanto, los receptores transforman la
energía eléctrica de las cargas en otro tipo de energía.
Recuerda que las cargas tienen energía gracias al
generador. Son receptores: bombillas, motores,
resistencias, timbres, etc.
Cableado. Las cargas salen del generador con
energía, gastan su energía al pasar por los receptores
y vuelven al generador sin energía. Para ello, las
cargas necesitan un camino cerrado por el que
desplazarse. Ese camino está formado por cables
eléctricos, que son de cobre.
Estos tres tipos de elementos ya son suficientes para
realizar un circuito eléctrico; pero también es común
que los circuitos eléctricos tengan además: elementos
de control, elementos de protección e instrumentos de
medida.
Elementos de control. Los elementos de control se
utilizan para dirigir e interrumpir la corriente. Son:
interruptor, pulsador y conmutador. Un interruptor es
por ejemplo el interruptor de la luz, ya que una vez
apretado la luz se enciende y no se apagará hasta que
volvamos a apretar. Un pulsador es por ejemplo el
pulsador de un timbre de una casa, ya que el timbre
sólo suena mientras estemos apretando.
Elementos de protección. Los elementos de
protección se utilizan para proteger los circuitos
eléctricos y a las personas de las corrientes eléctricas.
Son: fusibles, interruptores magnetotérmicos e
interruptores diferenciales.
Instrumentos de medida. Los instrumentos de medida
se utilizan para medir magnitudes eléctricas. Son:
amperímetro, voltímetro y polímetro.
1.3.- Reglas básicas
Regla 1. Aunque sabemos que las cargas que se
mueven por los circuitos son electrones, tienen carga
negativa y salen del polo negativo de la pila para volver
al polo positivo de la misma, nosotros preferimos
suponer que las cargas son positivas y que salen del
polo positivo de la pila para volver al polo negativo de la
misma.
Regla 2. Para que las cargas salgan de la pila es
imprescindible que tengan un camino para poder volver
a la pila; si no es así, las cargas no salen de la pila.
Regla 3. Las cargas desde que salen de la pila
hasta que vuelvan a ella no pasarán dos o más veces
por el mismo punto del circuito.
Regla 4. Para que las cargas pasen por un
receptor es imprescindible que las cargas tengan un
camino cerrado por el que puedan llegar desde la pila
hasta la entrada al receptor y desde la salida del
receptor hasta el otro extremo de la pila.
2. Magnitudes eléctricas
2.1.- Carga eléctrica
Ya conocemos muchas magnitudes y las unidades
en que se miden. Por ejemplo, la longitud (l) se mide en
metros (m). Vamos a aprender ahora cuatro
magnitudes eléctricas: carga eléctrica, intensidad de
corriente, voltaje, resistencia eléctrica y potencia
eléctrica.
La carga eléctrica (Q) se mide en Culombios (C).
Para conseguir un culombio negativo hacen falta
6,24·1018 electrones.
2.2.- Intensidad de un elemento y su propiedad
La intensidad de un elemento es la cantidad de
culombios que pasan por dicho elemento en un
segundo.
La intensidad (I) se mide en amperios (A). Por
tanto, I = Q/t.
La intensidad también se llama corriente o
intensidad de corriente.
Un nodo es un punto donde se encuentran varios
cables. La propiedad de la intensidad (o primera ley de
Kirchhoff) dice que: la intensidad que entra en un nodo
es igual a la intensidad que sale del nodo.
2.3.- Voltaje de un elemento y su propiedad
El voltaje de una pila es la energía que le da la
pila a cada culombio de carga al pasar dicha carga del
polo negativo al polo positivo de la pila.
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3.2.- Resistencias en paralelo
El voltaje de un receptor es la energía que pierde
cada carga al pasar dicha carga desde un extremo del
receptor al otro extremo.
El voltaje (U) se mide en voltios (V). Por tanto, U =
E/Q.
El voltaje también se llama tensión o diferencia de
potencial.
La propiedad del voltaje (segunda ley de
Kirchhoff) dice que para calcular el voltaje entre dos
puntos solo tengo que ir sumando los voltajes de los
receptores que me encuentre por el camino siguiendo
el sentido de la corriente; dicho voltaje será el mismo
elija el camino que elija.
2.4.- Resistencia y su propiedad
Una resistencia es un elemento que transforma la
energía eléctrica en calor.
La propiedad de las resistencias (ley de Ohm)
dice que para cada resistencia, el cociente entre su
voltaje y su intensidad es siempre el mismo. Dicho
valor es una magnitud llamada también resistencia (R)
y que se mide en ohmios (Ω). La resistencia también
se llama valor óhmico.
U = R*I
(ley de Ohm)
1V[=]1Ω*A
I = U/R
R
=
U/I
1A[=]1V/Ω
1Ω[=]1V/A
2.5.- Potencia y su propiedad
La potencia eléctrica de un elemento es la
rapidez con la que dicho elemento intercambia energía
eléctrica. En el caso de que el elemento sea una pila
diremos que cede potencia eléctrica; mientras que si es
un receptor diremos que consume energía eléctrica.
La potencia eléctrica (P) se mide en vatios. Por
tanto,
P = E/t = (U·Q)/t = U·I.
La propiedad de la potencia eléctrica (principio de
conservación de la potencia) dice que la suma de
potencias que ceden las pilas tiene que ser igual a la
suma de potencias que consumen los receptores.
3. Asociación de resistencias
3.1.- Resistencias en serie
Decimos que dos resistencias están en serie si existe
un camino de solo cable y sin nodos desde algún
extremo de una hasta algún extremo de la otra. Si la
resistencia A está en serie con la resistencia B y la
resistencia B está en serie con la resistencia C,
entonces las tres resistencias están en serie.
Siempre se cumple que las resistencias en serie tienen
la misma intensidad.
Cuando tengamos varias resistencias en serie
podemos cambiar todas ellas por una sola que
llamamos resistencia equivalente cuyo valor óhmico
sea la suma de los valores óhmicos de las resistencias.
Decimos que dos resistencias están en paralelo si (1)
existe un camino de solo cable (con o sin nodos) para ir
de un extremo de la primera a un extremo de la
segunda y (2) existe un camino de solo cable (con o sin
nodos) para ir del otro extremo de la primera al otro
extremo de la segunda. Si la resistencia A está en
paralelo con la resistencia B y la resistencia B está en
paralelo con la resistencia C, entonces las tres
resistencias están en paralelo.
Siempre se cumple que las resistencias en paralelo
tienen el mismo voltaje.
Cuando tengamos varias resistencias en paralelo
podemos cambiar todas ellas por una sola que
llamamos resistencia equivalente cuyo inverso del
valor óhmico sea la suma de los inversos de los valores
óhmicos de las resistencias.
4. Electrónica
4.1.Aparatos
electrónicos.
Son
aparatos
electrónicos, entre otros, el ordenador personal, la
grabadora de vídeo, la consola de videojuegos, el
módem, el ratón del ordenador, la impresora láser, el
ordenador portátil, la cámara digital, el teléfono móvil, el
Smartphone. Los aparatos electrónicos funcionan con
corriente continua.
4.2.- Componentes electrónicos. Vamos a estudiar
los siguientes:
-Resistencias fijas. Tienen un código de colores que
nos informa del valor de su resistencia.
-Resistencias variables o potenciómetro. Podemos
cambiar su valor óhmico.
-Resistencias dependientes. Hay resistencias cuyo
valor depende de la temperatura, de la luz, etc.
-Condensador. Es capaz de cargarse y descargarse de
electrones.
-Diodo. Sólo deja pasar la corriente en un sentido. Se
llama LED (light emisor diode) al diodo que se enciende
cuando pasa corriente por él.
-Transistor. Es el elemento básico de los circuitos
electrónicos. Tiene tres terminales. Con transistores se
pueden fabricar desde un interruptor electrónico hasta
un microprocesador.
-Relé. Es un conmutador electromagnético.