Electricidad

Protones: Tienen carga eléctrica positiva (+) y están fijos en el centro (núcleo).
Neutrones: No tienen carga eléctrica (son neutros).
Electrones: Tienen carga eléctrica negativa (-) y están girando alrededor del núcleo.

La electricidad es un tipo de energía que permite que los electrones salten de un átomo a otro.

Cuando los electrones se mueven de forma desordenada, no nos sirven de mucho. Para que funcionen nuestros aparatos, necesitamos una corriente eléctrica, que es el movimiento ordenado de millones de electrones en una misma dirección a través de un hilo conductor.

La corriente eléctrica es el movimiento ordenado de electrones de un átomo a otro, a través de un material conductor.

2. Materiales conductores y aislantes

No todos los materiales se comportan igual cuando los electrones intentan pasar a través de ellos. Dependiendo de esto, los dividimos en dos grandes grupos:

Materiales Conductores: Son aquellos que permiten que la electricidad pase fácilmente a través de ellos. Sus átomos "sueltan" los electrones sin oponer apenas resistencia.

Materiales Aislantes: Son materiales que bloquean el paso de la corriente eléctrica. Sus electrones están fuertemente unidos al núcleo y no se mueven.

Electricidad Estática

Hasta ahora hemos visto que la corriente eléctrica es como un río de electrones que viaja por un cable. Pero, ¿qué pasa si esos electrones no se mueven en una dirección, sino que se quedan "atrapados" en la superficie de un objeto? A esto lo llamamos electricidad estática (electricidad en reposo).

¿Cómo se cargan los cuerpos?

En su estado normal, los objetos que nos rodean son neutros, lo que significa que tienen el mismo número de protones (+) que de electrones (-). Sin embargo, si frotamos fuertemente dos materiales diferentes, podemos provocar que los electrones salten de un objeto a otro:

El objeto que gana electrones se queda con más cargas negativas que positivas. Decimos que se queda cargado negativamente (-).
El objeto que pierde electrones se queda con menos cargas negativas. Decimos que se queda cargado positivamente (+).

¡Cuidado! Los protones (+) están fuertemente encerrados en el núcleo del átomo. Por lo tanto, un cuerpo NUNCA gana ni pierde protones, solo se mueven los electrones.

Ley de las cargas eléctricas

Cuando dos cuerpos tienen carga eléctrica estática, interactúan entre sí mediante fuerzas invisibles sin necesidad de tocarse. La regla para saber qué pasará es muy sencilla:

Cargas del mismo signo se repelen.

Cargas de signo contrario se atraen.

Ejemplos de la vida cotidiana

Seguro que has vivido la electricidad estática en situaciones como estas:

Al bajarte del coche o tocar el carro de la compra en el supermercado y sentir un pequeño "chispazo".
Al quitarte un jersey de lana en invierno y escuchar un crujido, o ver que tu pelo se queda encrespado y flotando.
Los rayos en una tormenta: Las nubes se frotan entre sí por el viento, acumulando muchísima carga estática. Cuando esa carga es demasiado grande, salta hacia la Tierra en forma de un rayo gigante.

3. El circuito eléctrico. Componentes.

Un ciruito eléctrico es un conjunto de elementos conectados entre sí, por los que circuila una corriente electrica produciendo algún efecto (luz, calor, movimiento o sonido)

Todos los circuitos eléctricos básicos están formados por cuatro tipos de componentes esenciales:

Generadores

Proporcionan la energía necesaria para mover los electrones.

Pilas, baterías, dinamos.

Conductores

Son los caminos por donde viajan los electrones.

Cables de cobre.

Receptores

Reciben la energía eléctrica y la transforman en otros tipos de energía útil (luz, calor, movimiento o sonido).

Bombillas, motores, resistencias, zumbadores.

Elementos de Control

Permiten abrir o cerrar el camino de la corriente eléctrica a nuestro antojo.

Interruptores, pulsadores y conmutadores.

4. Representación de circuitos

En tecnología no dibujamos los componentes tal y como son en la realidad. Utilizamos símbolos internacionales para que cualquier persona del mundo pueda entender nuestro plano del circuito.

5. Circuito abierto y circuito cerrado.

Un circuito está cerrado cuando todos sus componentes están unidos entre sí de forma continua, sin ninguna rotura en el camino. De esta forma la corriente circula de manera continua por el bucle y hace funcionar los receptores que encuentre a su paso.

Un circuito está abierto cuando hay una interrupción o corte en el camino conductor. Esto puede pasar porque hemos apagado el interruptor, porque un cable se ha soltado o porque se ha roto el filamento de una bombilla. Los electrones no pueden saltar a través del aire (aislante). Por tanto, toda la corriente se detiene y los receptores no funcionan.

Ejemplos de circuitos abiertos

Ejemplos de circuitos cerrados

6. Cortocircuitos

Para detectar cortocircuitos hay que tener en cuenta que los electrones recorren siempre el camino más fácil, es decir, circulan por el que oponga menor resistencia.

Un cortocircuito es un fallo o inconveniente en un circuito, que hace que la corriente pase del polo positivo al negativo sin atravesar ningún receptor*. Desencadenando un sobrecalentamiento por aumento descontrolado de la corriente.

7. Tipos de circuitos: serie, paralelo y mixto

Los componentes de un circuito que hemos visto, se pueden conectar de forma eléctrica de diferentes formas. Así dependiendo de la disposición y conexión de los receptores veremos estás tipologías:

Circuito serie

En un circuito en serie, los receptores se colocan uno a continuación del otro, en el mismo cable, formando una especie de cadena.

Solo hay un único camino posible. Los electrones que salen de la pila están obligados a pasar por todos los receptores.
Si una bombilla/receptor se rompe o la quitamos, el camino se corta por completo. El circuito se convierte en un circuito abierto y todas las demás bombillas/receptores se apagan instantáneamente.
Las bombillas tienen que repartirse la energía de la pila. Por eso, si conectas tres bombillas en serie, lucirán con muy poca intensidad (menos que si hubiera una sola).

Circuito paralelo

En un circuito en paralelo, los receptores se colocan en cables o ramas separadas. El cable principal que sale de la pila se divide en varios caminos independientes (como los carriles de una autovía) y luego se vuelven a juntar.

Hay varios caminos posibles. Un electrón puede elegir la rama por la que viajar, pero no pasa por las tres.
La corriente tenderá a pasar más rápido por la rama que menos resistencia oponga.
Si una bombilla/receptor se rompe, los electrones simplemente dejarán de ir por esa rama, pero podrán seguir viajando por las demás ramas. Las otras bombillas/receptores seguirán encendidas como si nada hubiera pasado.
Cada bombilla está conectada directamente a los dos polos de la pila, por lo que todas reciben la máxima energía y lucen con total intensidad.

Circuito mixto

Un circuito mixto es aquel que tiene una combinación de los dos anteriores.

Dentro del mismo circuito, encontraremos algunos elementos conectados en serie y otros agrupados en paralelo.
Para resolverlos o entenderlos, siempre hay que separar las partes que están en serie de las que están en paralelo.

8. Magnitudes eléctricas fundamentales

Intensidad de corriente. Es la cantidad de electrones que circulan por un conductor por unidad de tiempo. Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el amperio (A).
Tensión o Voltaje. Es la energía o "fuerza" que empuja a los electrones para que se muevan. Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el voltio (V).
Resistencia. Es la oposición o freno que ponen los componentes al paso de los electrones. Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el ohmio (Ω).

9. La ley de Ohm

Un científico llamado Georg Ohm descubrió que estas tres magnitudes están totalmente unidas entre sí. Si cambias una, las otras cambian. Y coniguío describir este comportamiento en la Ley de Ohm:

“La intensidad de corriente que circula por un conductor eléctrico es directamente proporcional al valor del voltaje que hay entre sus extremos e inversamente proporcional al valor de su resistencia eléctrica.”

Se escribe en forma de ecuación como: I=V/R, donde I es la intensidad, V es el Voltaje o Tensión y la R es la resistencia.

Tambien se puede escribir como V=IxR y R=V/I, despejando las otras variables de la Ley de Ohm.

En tecnología hay una regla muy sencilla, el triángulo de Ohm. En este triangulo se representan las tres variables y con él podemos acordarnos fácilmente de las tres fórmulas.

Ejemplo: En el circuito de la figura, la pila tiene un voltaje de 15 V y la bombilla tiene una resistencia de 10 Ω. La ley de Ohm nos permite calcular la intensidad de corriente que circulará por el circuito de la siguiente forma:

I = voltaje de la pila : resistencia de la bombilla

Sustituyendo los datos:

I = V : R = 15V : 10Ω = 1,5A

10. Conversión de la energía eléctrica

Dependiendo del receptor que conectemos al circuito, podemos obtener diferentes tipos de energía:

Se pueden utilizar diferentes métodos para obtener luz a partir de la electricidad: bombillas incandescentes, tubos fluorescentes o tecnología LED de bajo consumo. Aparatos: Las bombillas de casa, los faros de los coches, las pantallas de los móviles.

Calor

Cualquier intensidad de corriente en un material produce un movimiento de los electrones, haciendo que choquen entre sí y desprendiendo calor en cada choque, a más corriente o maayor resistencia del material más calor producira este efecto, llamado científicamente Efecto Joule. Aparatos: Un tostador, un secador de pelo, una vitrocerámica o una plancha.

Movimiento

Se logra mediante el uso de motores eléctricos, que aprovechan las fuerzas magnéticas creadas por la electricidad para hacer girar un eje. Aparatos: Un ventilador, el motor de un coche eléctrico, una batidora o los limpiaparabrisas.

Sonido

La corriente se transforma en impulsos eléctricos que hacen vibrar una pequeña membrana dentro de un altavoz, empujando el aire y creando ondas sonoras. Aparatos: El altavoz de tus auriculares, el timbre del instituto o la alarma de un despertador.

Energía Química

Ocurre cuando usamos la corriente para alterar los componentes químicos del interior de una batería, acumulando esa energía para poder usarla más tarde. Aparatos: Cuando pones a cargar la batería de tu teléfono móvil o de tu consola portátil.

11. Energía y medio ambiente

La electricidad no se recoge directamente de la naturaleza. Para que llegue a los enchufes de nuestro instituto o de nuestras casas, primero tenemos que fabricarla en las centrales eléctricas. Estas transforman en energía eléctrica otras clases de energía (lumínica, térmica, mecánica, química...).

La forma en que producimos esa electricidad tiene un impacto directo sobre la salud de nuestro planeta. No solo diferenciamos energías limpias o renovables de las no renovables en cuanto a emisión de gases contaminantes se refiere, también analizamos el impacto medioambiental del transporte de energía, la contaminación en la fabricación o construcción de centrales eléctricas, etc...

Es por ello que tenemos que ser responsables en el uso de la energía eléctrica y contribuir al ahorro energético. Además de por el gasto económico que nos produce de forma directa, también por el impacto negativo en nuestro planeta y su salud. Alguno sconsejos prácticos:

Usa ventiladores en lugar de aire acondicionado, gasta un 90% menos. Usa persianas, toldos y ventanas para regular la temperatura de casa gratis.

Sustituir electrodomésticos viejos o con baja eficiencia energética por otros más eficientes. Clase A o mejor.

Evitar usar el modo 'stand by' de los aparatos electrónicos, ya que siguen consumiento electricidad.

Cambiar la iluminación incandescente o fluorescente por tecnología LED de bajo consumo. Además de apagar las luces cuando no la necesitemos.

Nunca metas comida caliente en el frigorífico, obligas al motor a trabajar al triple de potencia para enfriar el espacio.

Utilizar electrodomésticos como lavadora, secadora o lavavajillas solo cuando estén llenos o completos.

Ejercicios

Busca información sobre cuatro personas que fueron relevantes en el mundo de la electricidad, describe qué inventaron y en qué fecha. Algunas sugerencias: Volta, Ohm, Tesla, Faraday, Edison, Coulomb, Ampère.
Clasifica los materiales de la lista en materiales conductores o materiales aislantes: madera, cobre, plástico, hierro, tela, papel, agua pura, aluminio, piedra, corcho, plata, estaño, tierra, chapa, aire
Dibuja los siguientes circuitos mediante símbolos normalizados:

4. Indica qué receptores estarán activados/funcionando de cada circuito. Y luego describe que habría que hacer para hacer funcionar los que no lo están.

5. Dibuja el esquema eléctrico con tres bombillas en serie.

6. Calcula el voltaje de la pila conectada a un circuito, sabiendo que la intensidad que lo recorre es de 0,5 amperios y que la resistencia vale 20 Ω.

7. Calcula la intensidad que circula por el siguiente circuito, sabiendo que la pila tiene 3 voltios, y que la resistencia vale 15 Ω.

8. Indica para cada uno de los siguientes elementos si es generador, receptor, conductor o elemento de control: cable de cobre, bombilla, motor, pila, pulsador NC, batería, calefacción eléctrica, cable de aluminio, timbre, altavoz, conmutador.

9. Divide los siguientes aparatos según el tipo de energía que producen a partir de la energía eléctrica: Radio, Pantalla de ordenador, Televisor, Altavoz, Motor, Timbre, Tubo fluorescente, Horno, Ventilador, Cocina eléctrica, Coche eléctrico, Bombilla, Resistencia, Zumbador, Patín eléctrico.

10. Representa estos circuitos usando los símbolos eléctricos normalzados.

Ciurcuito A)

Ciurcuito B)

Circuito C)

Ciurcuito D)

Ciurcuito E)

Ciurcuito F)

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