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Adaptación unidad 9. Corriente eléctrica Física y Química 3º. ESO Material fotocopiable autorizado. Unidad 9. Corriente eléctrica 1. Corriente eléctrica Cuando dos cuerpos de cargas opuestas se ponen en contacto se produce un flujo de electrones desde el cuerpo que está cargado negativamente hacia el cuerpo con carga positiva hasta igualar la carga neta de ambos cuerpos. La corriente eléctrica es la circulación continua de electrones dentro de un conductor, cuando entre sus extremos se aplica una diferencia de potencial. Los materiales conductores son aquellos en los que se puede inducir una corriente eléctrica, mientras que los aislantes son aquellos en los que no se puede inducir dicha corriente. Existen dos tipos de corriente: corriente continua (CC) y corriente alterna (CA). 1.1. Circuitos Un circuito eléctrico es una red de componentes conectados entre sí para permitir la circulación de la corriente eléctrica. Cuando las cargas eléctricas circulan sin encontrar en su camino nada que interrumpa su flujo se dice que recorren un circuito eléctrico cerrado. Cuando la circulación de electrones se interrumpe, hablamos de un circuito eléctrico abierto. 1.2. Elementos de un circuito eléctrico En cualquier circuito eléctrico sencillo se distinguen varios tipos de elementos: • Generadores: suministran energía al circuito. Por ejemplo, alternadores, baterías, dinamos y pilas. • Conductores: materiales que permiten a los electrones fluir ininterrumpidamente de un polo negativo del generador hasta el polo positivo del mismo. Normalmente son cables de hilo de cobre trenzado. • Receptores: reciben la energía eléctrica y la transforman en otras más convenientes como luz, sonido, movimiento o calor. Algunos receptores son electrodomésticos, estufas, lámparas… • Elementos de control: permiten controlar el circuito conectando y desconectando sus elementos a voluntad del usuario. Los más comunes son conmutadores, interruptores y pulsadores. • Elementos de protección: protegen la instalación y a sus usuarios de cualquier avería. Son los fusibles, magnetotérmicos e interruptores de protección. Adaptación unidad 9. Corriente eléctrica Física y Química 3º. ESO Material fotocopiable autorizado. 1.3. Magnitudes eléctricas Las principales magnitudes eléctricas son: • Diferencia de potencial (V): mide la energía que el generador proporciona a los electrones. Su unidad en el SI es el voltio. • Intensidad de corriente (I): cantidad de carga que atraviesa el circuito por unidad de tiempo. Se mide en amperios. • Resistencia (R): oposición que ofrecen los conductores a ser atravesados por una carga. Se mide en ohmios, cuyo símbolo es Ω. ACTIVIDADES 1. Une los elementos de las tres columnas: a) Diferencia de potencial 1. Oposición de los conductores al paso de una corriente. A. Amperios b) Intensidad de corriente 2. Mide la energía que el generador ofrece a los electrones. B. Ohmios c) Resistencia 3. Cantidad de corriente que pasa por un circuito en una unidad de tiempo. C. Voltios Adaptación unidad 9. Corriente eléctrica Física y Química 3º. ESO Material fotocopiable autorizado. 2. Completa las siguientes frases: a) La corriente eléctrica es la continua circulación de _____________ por un material conductor cuando se aplica una diferencia de potencia entre sus extremos. b) La diferencia de ___________ mide la energía que el generador aporta a los electrones. c) La ____________ de corriente es la cantidad de carga que atraviesa el circuito por unidad de tiempo. d) Los _____________ convierten la energía eléctrica en otras formas de energía. 3. Nombra los siguientes elementos de un circuito: 4. Completa el texto con las siguientes palabras: circuito, germanio, pieza, semiconductor, invención, material. Un microchip es un pequeño ____________ electrónico en el que todos los componentes se encuentran en una misma ____________. Hoy en día, la mayoría de los microchips o circuitos integrados están hechos de silicona, pero el primer chip se hizo con ____________. Este chip fue presentado por el ingeniero Jack Kilby en Texas Instruments en 1958. Su idea fue hacer todos los componentes con el mismo ____________ para evitar tener que conectarlos. Esto redujo tiempo y coste en la fabricación de otros aparatos electrónicos. Antes de la ____________ de este chip era necesario soldar cientos de componentes para fabricar circuitos muy complejos. Un solo material ____________ hizo posible la colocación de millones de transistores en un área del tamaño de un grano de arroz. Adaptación unidad 9. Corriente eléctrica Física y Química 3º. ESO Material fotocopiable autorizado. 5. Contesta a estas preguntas sobre el texto de la actividad anterior: a) ¿Qué es un microchip? b) ¿De qué están hechos los microchips? c) ¿Para qué sirve un transistor? d) ¿Por qué los microchips son mejores que los circuitos convencionales? Adaptación unidad 9. Corriente eléctrica Física y Química 3º. ESO Material fotocopiable autorizado. 2. Ley de Ohm La intensidad que discurre por un circuito es directamente proporcional a la diferencia de potencial del generador e inversamente proporcional a la resistencia. Por ejemplo: en este circuito,la resistencia 2 k Ω es atravesada por una intensidad de 10 mA. Para calcular la tensión del generador usamos la ley de Ohm despejando la diferencia de potencial: Al sustituir, debemos tener cuidado al escribir las magnitudes en el SI: Los circuitos pueden configurarse en serie o en paralelo. Esto se hace con resistencias. Es algo muy común, pues conviene redirigir la energía eléctrica por muchos motivos técnicos, entre ellos para modificar la tensión eléctrica que le llega a los receptores. 3. Energía eléctrica Podemos calcular la energía eléctrica que fluye por un circuito por el que discurre una intensidad I conectado a una diferencia de potencial V durante un tiempo t: Si introducimos en esa expresión la Ley de Ohm, obtendremos la energía que se disipa mediante calor en un receptor de resistencia R: Adaptación unidad 9. Corriente eléctrica Física y Química 3º. ESO Material fotocopiable autorizado. Aunque en el SI la energía se mide en J (julios), suele utilizarse en la práctica el kilovatio-‐hora como unidad de energía. La potencia eléctrica es la energía por unidad de tiempo. La unidad de potencia es el vatio, representado por W. Así, si un generador eléctrico tiene una potencia de 1 W, podrá suministrar una energía de 1 J cada segundo. El kilovatio-‐hora es la energía consumida en una hora por un aparato que tiene una potencia de 1 kW. La equivalencia entre kW·∙h y J es: ACTIVIDADES 6. Haz los cálculos necesarios para completar esta tabla: I (A) R (Ω) V (V) 5 100 0,2 10 2 20 20 45 1,5 40 7. Escribe frases utilizando los siguientes grupos de palabras: a) Intensidad, resistencia, potencial, proporcional. b) Receptores, circuito, opera, resistor, serie, paralelo. c) Energía, se utiliza, se mide, S.I., kilovatio-‐hora, julios. Adaptación unidad 9. Corriente eléctrica Física y Química 3º. ESO Material fotocopiable autorizado. 8. Calcula la potencia de un electrodoméstico con los datos siguientes: P (W) E (kJ) T (s) V (V) I (A) R (Ω) ⎯ ⎯ 220 0,2 ⎯ 158,4 3600 ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ 0,2 1100 9. Escoge la opción correcta en cada caso: a) La intensidad de un circuito es directamente/inversamente proporcional a la resistencia. b) La intensidad de un circuito es directamente/inversamente proporcional a la diferencia de potencial del generador. c) El kW·∙h es una unidad de energía/potencial. d) El vatio es una unidad de energía/potencial. 10. Encuentra en esta sopa de letras algunas palabras relacionadas con lo que has estudiado: C I R C U I T O J C V O E C E Z O N U C I T S E I X I T L Y C K I L O V A T I O U R S E R L O X O A R S T C J Y G O D E S O E N E R G I A T T O N R A C P I R O R N C A H S A N S P A L I M I T O H M R O P A T U Ñ R P H F Adaptación unidad 9. Corriente eléctrica Física y Química 3º. ESO Material fotocopiable autorizado. 4. Las centrales eléctricas Para que podamos disfrutar de la energía eléctrica en nuestros hogares, antes debe pasar por un proceso de producción, transporte, distribución y comercialización. La energía eléctrica se genera en las centrales eléctricas, que son instalaciones en las que se transforma algún tipo de energía en energía eléctrica. Estas pueden ser: • Termoeléctricas: usan combustibles fósiles, energía solar o energía nuclear. • Hidroeléctricas: aprovechan la energía potencial gravitatoria del agua. • Eólicas: utilizan la energía del viento. • Mareomotrices: aprovechan la energía de las mareas. • Geotérmicas: usan la energía térmica del interior de la Tierra. • Fotovoltaicas: utilizan la energía solar. Excepto las centrales fotovoltaicas, todas siguen el principio físico de inducción electromagnética. Se necesita algún tipo de energía que sea capaz de mover enormes alternadores que produzcan una corriente eléctrica. En las centrales hidroeléctricas, la energía potencial gravitatoria que lleva el agua al descender mueve las turbinas, que a su vez hacen funcionar el generador y esto produce energía eléctrica. Se trata de una fuente de energía renovable con un alto rendimiento energético. Sin embargo, su impacto medioambiental es grande. Los parques eólicos cuentan con varias ventajas: no producen gases de efecto invernadero, se instalan fácilmente y el suelo donde se ubican se usa para otros fines. Sin embargo, su funcionamiento depende de las condiciones atmosféricas y las aspas pueden ser peligrosas para algunas aves. En las centrales termoeléctricas se calienta agua mediante la combustión de carbón, petróleo o gas natural. Cuando el agua pasa a estado gaseoso, es capaz de mover una turbina conectada a un alternador. Estas centrales generan mucho CO2 y residuos tóxicos. Sin embargo, son centrales muy rentables y se pueden instalar en casi cualquier lugar. Adaptación unidad 9. Corriente eléctrica Física y Química 3º. ESO Material fotocopiable autorizado. ACTIVIDADES 11. Escribe al menos tres frases enlas que compares las centrales eléctricas entre ellas. Compara sus ventajas y sus inconvenientes y su forma de producir energía. 12. Indica si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas: V F a) Todas las centrales eléctricas se basan en el principio de inducción electromagnética. b) Las centrales hidroeléctricas funcionan gracias al efecto de la energía gravitatoria. c) Un inconveniente de los parques eólicos es que producen gases de efecto invernadero. d) Las centrales termoeléctricas son muy rentables. 13. Relaciona cada tipo de central eléctrica con el tipo de energía que utiliza: a) Hidroeléctrica 1. Sol b) Eólica 2. Agua en movimiento c) Mareomotriz 3. Viento d) Geotérmica 4. Mareas e) Fotovoltaica 5. Energía térmica de la Tierra 14. Completa el siguiente esquema de una central hidroeléctrica con estos nombres: transformador, tendido eléctrico, presa, turbina, agua aprovechada para regar, embalse, agua en movimiento, generador. 15. Investiga para averiguar cuántas centrales de cada tipo de los que has estudiado hay en España. ¿Cuántas de ellas están ubicadas en Andalucía? Adaptación unidad 9. Corriente eléctrica Física y Química 3º. ESO Material fotocopiable autorizado. SOLUCIONARIO 1. a) 2. C) b) 3. A) c) 1. B) 2. a) La corriente eléctrica es la continua circulación de electrones por un material conductor cuando se aplica una diferencia de potencia entre sus extremos. b) La diferencia de potencial mide la energía que el generador aporta a los electrones. c) La intensidad de corriente es la cantidad de carga que atraviesa el circuito por unidad de tiempo. d) Los receptores convierten la energía eléctrica en otras formas de energía. 3. 1. Generador. 2. Receptor. 3. Elemento de control. 4. Conductor. 4. Un microchip es un pequeño circuito electrónico en el que todos los componentes se encuentran en una misma pieza. Hoy en día, la mayoría de los microchips o circuitos integrados están hechos de silicona, pero el primer chip se hizo con germanio. Este chip fue presentado por el ingeniero Jack Kilby en Texas Instruments en 1958. Su idea fue hacer todos los componentes con el mismo material para evitar tener que conectarlos. Esto redujo tiempo y coste en la fabricación de otros aparatos electrónicos. Antes de la invención de este chip era necesario soldar cientos de componentes para fabricar circuitos muy complejos. Un solo material semiconductor hizo posible la colocación de millones de transistores en un área del tamaño de un grano de arroz. 5. a) Es un pequeño circuito electrónico en el que todos sus componentes forman una misma pieza. b) Hoy en día, la mayoría de los microchips están hechos de silicona. c) Es un semiconductor que se utiliza para impedir o para amplificar las señales eléctricas de un circuito. d) Porque los microchips reducen tanto el tiempo como los costes derivados de la fabricación de aparatos electrónicos. Adaptación unidad 9. Corriente eléctrica Física y Química 3º. ESO Material fotocopiable autorizado. 6. I (A) R (Ω) V (V) 20 5 100 0,2 10 2 2 10 20 2,25 20 45 1,5 40 60 7. a) La intensidad de un circuito es directamente proporcional a la diferencia de potencial del generador, e inversamente proporcional a la resistencia. b) Los receptores pueden estar conectados en serie o en paralelo y, matemáticamente, el circuito opera como si hubiera una única resistencia. c) La energía se mide en julios en el S.I., pero el kilovatio-‐hora se usa más. 8. P (W) E (kJ) T (s) V (V) I (A) R (Ω) 44 ⎯ ⎯ 220 0,2 ⎯ 44 158,4 3600 ⎯ ⎯ ⎯ 44 ⎯ ⎯ ⎯ 0,2 1100 9. a) La intensidad de un circuito es inversamente proporcional a la resistencia. b) La intensidad de un circuito es directamente proporcional a la diferencia de potencial del generador. c) El kW·∙h es una unidad de energía. d) El vatio es una unidad de potencial. 10. C I R C U I T O J C V O E C E Z O N U C I T S E I X I T L Y C K I L O V A T I O U R S E R L O X O A R S T C J Y G O D E S O E N E R G I A T T O N R A C P I R O R N C A H S A N S P A L I M I T O H M R O P A T U Ñ R P H F Adaptación unidad 9. Corriente eléctrica Física y Química 3º. ESO Material fotocopiable autorizado. 11. • Tanto las centrales hidroeléctricas como las centrales de energía mareomotriz utilizan el agua para mover sus turbinas. • Mientras que las centrales de energía fotovoltaica utilizan la energía del Sol, las centrales de energía geotérmica utilizan la energía interna de la Tierra. • Las centrales de energía fotovoltaica y las de energía eólica producen energía limpia, ya que no emiten gases de efecto invernadero. 12. V F a) Todas las centrales eléctricas se basan en el principio de inducción electromagnética. X b) Las centrales hidroeléctricas funcionan gracias al efecto de la energía gravitatoria. X c) Un inconveniente de los parques eólicos es que producen gases de efecto invernadero. X d) Las centrales termoeléctricas sonmuy rentables. X 13. a) 2. b) 3. c) 4. d) 5. e) 1. 14. 15. • En 2015 existían 1077 parques eólicos instalados en España, de los cuales 153 estaban situados en Andalucía (en todas las provincias menos en Córdoba). • En 2016 existen 63 centrales térmicas en España, de las cuales 10 están situadas en Andalucía (en Almería, Cádiz, Córdoba, Huelva y Málaga). • En 2016 existen 32 centrales hidroeléctricas en España, de las cuales 2 están situadas en Andalucía (en Sevilla y Málaga). • La única central de energía mareomotriz en España está situada en el País Vasco. Adaptación unidad 9. Corriente eléctrica Física y Química 3º. ESO Material fotocopiable autorizado. • En 2016 existen 50 centrales de energía fotovoltaica en España, de las cuales 19 están situadas en Andalucía (en Sevilla, Córdoba y Cádiz). • No existen centrales geotérmicas en España.
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