Manual Electricidad 1

EXPERIMENTOS DE ALUMNOS MANUAL DE PRÁCTICAS

LABORATORIO PORTÁTIL ELECTRICIDAD 1

Micromisión Simón Rodríguez Ciencias Naturales Física Upata

19

20

27

2 ELECTRICIDAD 1 P9900- 4D 1 2

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28

P3910 - 1A P3310 - 1S P3310 - 2E P3310 - 3A P3310 - 3B P3310 - 4A P3310 - 4B P3910 - 1B P3910 - 1C P3910 - 1D P3910 - 1F P3910 - 1E P3910 - 1H P3910 - 1G P3910 - 1J P3910 - 2R P3910 - 2T P3910 - 3G P3910 - 3M P3910 - 3O P3910 - 2K P3911 - 3B P3910 - 2A P3325 - 2C P3325 - 1A P3325 - 2A P3320 - 1B P3320 - 1I P3314 - 1A P3316 - 1C P3316 - 1B P3911 - 3D P3911 - 3A

1 1 2 1 1 1 1 4 5 2 1 4 4 2 1 1 2 1 1 1 2 2 2 1 1 1 2 2 1 1 1 4 2

panel de circuitos conjunto de cables de conexión compuesto por: cables de conexión 25 cm (negros) cables de conexión 50 cm (rojo) cables de conexión 50 cm (azul) cables de conexión 75 cm (rojo) cables de conexión 75 cm (azul) conductores STB en forma terminal conductores STB rectos conductores STB rectos con toma central conductor STB en T con toma central conductores STB en T conductores STB en ángulo con toma conductores STB en ángulo recto conductor STB recto con dos tomas interruptor STB conmutador STB resistencia STB 100 ohm resistencia STB 500 ohm resistencia STB 1 Kohm pilas STB 1.2 V manguitos de apriete STB portalámparas STB E10 cubeta electrolítica juego de conductores y aislantes juego de electrodos bombillas E10, 2.5 V / 0.2 A bombillas E10, 10 V / 0.05 A bobina de inducción roja, D=0.1mm, L=50 m bobina con conductor de resistencia, D=0.2mm azul bobina de hilo fusible 0.2 mm SE pinzas de cocodrilo con vástagos portapinzas con ranura y perforación

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ÍNDICE DE ELECTRICIDAD 1 NTL 1. FUNDAMENTOS E 1.1 E 1.2 E 1.3 E 1.4 E 1.5 E 1.6 E 1.7 E 1.8

El circuito eléctrico Conmutador La tensión eléctrica Circuito en serie de fuentes de tensión Circuito en paralelo de fuentes de tensión La intensidad de corriente Conductor y no conductor ¿Conducen los líquidos la corriente eléctrica?

2. LA RESISTENCIA ELÉCTRICA E 2.1 E 2.1.1 E 2.2 E 2.3 E 2.3.1 E 2.4 E 2.5 E 2.6 E 2.7 E 2.8 E 2.9 E 2.10 E 2.11 E 2.12 E 2.13 E 2.14

Ley de Ohm Serie de mediciones para la ley de Ohm Utilización de la ley de Ohm El valor de la resistencia de hilos Resistencia específica de hilos Resistencias de Ohm La bombilla incandescente no es una resistencia de Ohm Circuito en serie de bombillas incandescentes Circuito en serie de resistencias de Ohm Regulador de tensión Circuito en paralelo de bombillas incandescentes Circuito en paralelo de resistencias de Ohm Circuito combinado de resistencias ¿Por qué conectamos en paralelo las fuentes de tensión? Modelo de un potenciómetro Resistencia interna de generadores

3. TRANSFORMACIÓN DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA EN ENERGÍA CALORÍFICA E 3.1 E 3.2 E 3.3 E 3.4 E 3.5

La energía eléctrica se transforma en energía calorífica La energía eléctrica se transforma en energía luminosa Hilo conductor e hilo de resistencia Desarrollo de calor con secciones de hilo El fusible

4. TRABAJO Y POTENCIA E 4.1 E 4.2

Potencia de lámparas incandescentes Trabajo eléctrico

5. ELECTROQUÍMICA E 5.1 E 5.2 E 5.3 E 5.4

Un elemento electroquímico Electrólisis Galvanización Modelo de un acumulador de plomo

Los experimentos escritos en negrita son de un nivel superior.

 FRUHMANN GmbH, 7372 Karl, Austria

Carga de los ods acumuladores del equipo: la corriente no debe de pasar de 0,025 A, la tensión aproximada es de 6,5V durante 16 horas


E 1.1

EL CIRCUITO ELÉCTRICO

Material 1 panel de circuito 1 juego conductores STB 1 pila STB 1 portalámparas STB 1 interruptor 1 bombilla incandescente 2,5 V

¿Qué necesitamos para encender una bombilla por medio de la corriente eléctrica (energía eléctrica)? CONEXIÓN Montaje del circuito de acuerdo a la ilustración. Utilizamos una bombilla incandescente para 2,5 V, todavía no insertamos el módulo sombreado con líneas. EXPERIMENTO 1 Después de terminar la conexión insertamos un conductor recto en el lugar sombreado y así cerramos el circuito. La bombilla se enciende. EXPERIMENTO 2 Sustituimos el módulo sombreado de conductor recto por un módulo de interruptor. El palillo del interruptor se encuentra en la posición „apagado“. Colocando el palillo en „encendido“ cerramos el circuito eléctrico. La bombilla se enciende. CONCLUSIÓN Para formar un circuito eléctrico necesitamos: -una fuente de alimentación -un consumidor (en el experimento la bombilla incandescente) -cables de conexión para estas partes -además, un circuito eléctrico debe poseer un interruptor.


E 1.2

CONMUTADOR

Material 1 panel de circuito 1 juego conductores STB 1 pila STB 1 portalámparas 2 conmutadores STB 1 bombilla incandescente 2,5 V

Los interruptores con las posiciones „apagado“ y „encendido“ ya los conocemos. Algunas veces, sin embargo, quisiéramos apagar o encender un consumidor de corriente desde dos lugares diferentes (por ej. El alumbrado de una sala grande). Para eso necesitamos la conmutación con dos conmutadores. CONEXIÓN Montaje de acuerdo con la ilustración. Los conmutadores poseen dos contactos, los cuales pueden establecer una conexión. Primeramente colocamos ambos interruptores de tal manera que la bombilla no se encienda. EXPERIMENTO Accionamos repetidamente ambos interruptores. Podemos encender o apagar la bombilla incandescente con cada uno de los interruptores, dependiendo de la posición en que cada interruptor se encuentre. CONCLUSIÓN En un circuito de conmutador podemos encender o apagar una bombilla incandescente desde dos lugares diferentes. Aquí da lo mismo en qué posición se encuentre el segundo interruptor.


E 1.3

LA TENSIÓN ELÉCTRICA

Material 1 panel de circuito 1 juego conductores STB 1 pila STB 1 interruptor STB 1 instrumento de medida 2 cables de conexión

La corriente eléctrica sólo es posible reconocerla por sus efectos. Para comprobar la corriente eléctrica necesitamos un instrumento indicador. En este experimento medimos la tensión eléctrica, la cual es la causa de la corriente eléctrica. CONEXIÓN Montaje de la conexión de acuerdo a la ilustración. Conectamos el voltímetro con el alcance de medida 3 V. EXPERIMENTO Cerramos el circuito (colocamos el palillo del interruptor en la posición „encendido“) y medimos la tensión. Tensión de la pila: U = … Volt (V). Podemos conectar un voltímetro a los polos de una fuente de tensión sin necesidad de disponer de un consumidor. CONCLUSIÓN Medimos la tensión eléctrica con un voltímetro. La tensión la expresamos con la unidad llamada „voltio“.


E 1.4

CIRCUITO EN SERIE DE FUENTES DE TENSIÓN

Material 1 panel de circuito 1 jeugo conductores STB 2 pilas STB 1 instrumento de medición 2 cables de conexión

Podemos conectar fuentes de tensión sucesivamente (en serie), ya sea conectando el polo negativo de una fuente de tensión al polo positivo de otra o conectando polos iguales. CONEXIÓN Montaje del circuito de acuerdo a la ilustración. A continuación conectamos ambas pilas de tal manera que el polo negativo de la pila superior esté conectado con el polo positivo de la pila inferior. Utilizamos el instrumento de medición con el alcance de medida igual a 3 V. EXPERIMENTO 1 Conectamos el voltímetro de tal manera que primero podamos medir las tensiones de cada una de las pilas. Luego medimos la tensión total entre A y C. Tensión de la pila superior (voltímetro conectado a A y B) U 1 = ….V Tensión de la pila inferior (voltímetro conectado a B y C) U 2 = ….V Tensión total (voltímetro conectado a A y C) U = ….V CONCLUSIÓN La tensión total es tan grande como la suma de las tensiones de las dos pilas. EXPERIMENTO 2 Giramos la pila inferior 180 º (de acuerdo al módulo sombreado y la insertamos de nuevo en el circuito. Así conectamos ambos polos negativos. Medimos la tensión total en ambos polos positivos (A y C): U = ….V. CONCLUSIÓN Si conectamos recíprocamente dos fuentes de tensión del mismo tipo obtenemos que la tensión total es igual a cero. INDICACIÓN Si las tensiones de las dos pilas no son iguales, en el segundo experimento no obtendremos una tensión total igual a cero.


E 1.5

CIRCUITO EN PARALELO DE FUENTES DE TENSIÓN

Material 1 panel de circuito 1 juego conductores STB 1 interruptor STB 2 pilas STB 1 instrumento de medición 2 cables de conexión

Tenemos un circuito en paralelo de fuentes de tensión cuando los polos positivos de una fuente de tensión están conectados entre sí y cuando los polos negativos de las mismas también están conectados entre sí. CONEXIÓN Montaje de acuerdo a la ilustración. Todavía no insertamos el módulo de pila sombreado. Utilizamos el instrumento de medición con el alcance de medida igual a 3 V. EXPERIMENTO Cerramos el circuito. Medimos la tensión de la pila izquierda en A y en B. U1 = … V Abrimos el circuito (colocamos el palillo del interruptor en la posición „apagado“) e insertamos la segunda pila de acuerdo a la ilustración. Medimos la tensión de la pila derecha en A y en B. U2 = … V Cerramos el circuito y medimos la tensión total en ambas pilas. La tensión total es de

U=…V

CONCLUSIÓN En un circuito en paralelo de fuentes de tensión del mismo tipo, la tensión total es tan grande como las tensiones individuales. Si la tensión de ambas pilas es diferente, entonces la tensión total de un circuito en paralelo será la mayor de las dos tensiones.


E 1.6

LA INTENSIDAD DE CORRIENTE

Material 1 panel de circuito 1 juego conductores STB 1 interruptor STB 1 portalámparas STB 1 batería STB 1 bombilla incandescente 2,5 V 1 instrumento de medida 2 cables de conexión

En la vida diaria escuchamos a menudo la palabra „consumidor no corriente“. Si utilizamos corriente eléctrica, ¿Es la intensidad de corriente después de ser utilizada por el consumidor menor que antes de ser utilizada por el consumidor? CONEXIÓN Montaje del circuito de acuerdo a la ilustración. Utilizamos el instrumento de medición con el alcance de medida igual a 0,3 A. EXPERIMENTO Cerramos el circuito y medimos, de acuerdo a la ilustración, la intensidad de corriente en A antes del consumidor. Intensidad de corriente I = ….A Luego medimos la intensidad de corriente en B (sustituimos el conductor STB interrumpido por el conductor STB sombreado recto) después del consumidor. Intensidad de corriente I = …. A CONCLUSIONES 1. 2. 3. 4.

La intensidad de corriente es igual en todos los lugares de un circuito sencillo (no ramificado). Lo se consume corriente eléctrica, sino energía eléctrica. La intensidad de corriente se mide con un amperímetro. Un amperímetro debe de estar conectado en serie con el consumidor.


E 1.7

CONDUCTOR Y NO CONDUCTOR

Material 1 panel de circuito 1 juego conductores STB 1 portalámparas STB 1 interruptor STB 1 pila STB 1 bombilla incandescente 2,5 V 2 pinzas de cocodrilo con clavija de vástagos 1 juego conductores y aislantes 1 lápiz de carbón

Existen sustancias que conducen bien la electricidad („conductores“) y sustancias que no conducen la electricidad („no conductores“ o „aislantes“). CONEXIÓN Montaje del circuito de acuerdo a la ilustración. Fijamos pinzas de cocodrilo con clavijas de vástagos a los manguitos de los módulos con conductores interrumpidos. EXPERIMENTO Fijamos diversos materiales (papel, plástico, madera, carbón, diversos metales) a las pinzas de cocodrilo. Después de cerrar el circuito sabremos que la sustancia correspondiente es un conductor si la bombilla se enciende. Si la bombilla no se enciende se tratará de un aislador. RESULTADO Conductores son todos los metales y el carbón. Ejemplos de no conductores son el plástico, el papel, la madera.


E 1.8

¿CONDUCEN LOS LÍQUIDOS LA CORRIENTE ELÉCTRICA?

Material 1 panel de circuito 1 juego conductores STB 1 interruptor STB 2 pilas STB 2 manguitos apriete STB 2 portapinzas con ranura y perforación 2 pinzas de cocodrilo con clavija de vástagos 2 lápices de carbón 1 cubeta de plástico 1 instrumento de medida 2 cables de conexión

Observamos si los líquidos también conducen la electricidad. CONEXIÓN Montaje del circuito de acuerdo a la ilustración. Llenamos con agua la cubeta de plástico casi hasta el borde. Fijamos ambos portapinzas a los manguitos de apriete STB. Fijamos las pinzas de cocodrilo con clavija de vástagos a los portapinzas. Las pinzas de cocodrilo sostienen los dos lápices de carbón. Colocamos la cubeta de plástico a la par del panel de conexión de manera que podamos sumergir en agua ambos lápices de carbón. Utilizamos el amperímetro con el alcance de medida igual a 30 mA. Como fuentes de tensión nos sirven las dos pilas STB conectadas en serie. EXPERIMENTO 1 Cerramos el circuito con el interruptor. El amperímetro muestra una pequeña corriente. Entonces abrimos de nuevo el circuito. EXPERIMENTO 2 Echamos sal de cocina al agua en la cubeta de plástico y movemos un poco. Cerramos de nuevo el circuito y leemos la intensidad de corriente en el amperímetro. ¿Alcanza la intensidad de corriente para encender una bombilla de 2,5 V? CONCLUSIÓN El agua conduce mal la corriente eléctrica. Las soluciones salinas (también ácidas y alcalinas) conducen mejor la electricidad.


E 2.1

LEY DE OHM

Material 1 panel de circuito 1 juego conductores STB 1 interruptor STB 2 pinzas de cocodrilo con clavija de vástagos Hilo fusible 2 instrumentos de medición 4 cables de conexión

Diversos consumidores le oponen a la corriente eléctrica una resistencia diferente al permanecer la tensión constante. La intensidad de corriente a través del consumidor es respectivamente menor o mayor. Conoceremos ahora la relación. CONEXIÓN Montaje de acuerdo a la ilustración. Fijamos las pinzas de cocodrilo con clavija de vástagos a ambas conexiones STB. Fijamos el hilo de fusible (longitud unos 13 cm) a las pinzas de cocodrilo. La pila STB nos sirve de fuente de tensión. Colocamos a continuación un conductor recto STB allí donde más tarde conectaremos la segunda pila STB. El voltímetro (alcance de medida 3 V) mide la tensión aplicada, el amperímetro (alcance de medida 300 mA) mide la intensidad de corriente. EXPERIMENTO Cerramos el circuito y medimos la tensión y la intensidad de corriente. Luego formamos el cociente de la tensión y la intensidad de corriente. Lo llamamos tensión eléctrica del hilo. Su unidad es el Ohmio (ohm). Tensión U = ........ V Intensidad de corriente l = ........ mA = ........ A Valor de la resistencia R =

Tensión ———— = Intensidad corriente

U — I

........ V = ———— = ........ ohm ........ A

Luego colocamos la segunda pila en lugar del módulo sombreado. La tensión aplicada debe ser ahora el doble. Medimos de nuevo la tensión aplicada y la intensidad de corriente y calculamos el valor de resistencia del hilo. Tensión U = ........ V Intensidad de corriente l = ........ mA = ........ A Tensión U ........ V Valor de lavesistencia R = ———— —————= — = ———— = ........ ohm Intensidad de corriente I ........ A


CONCLUSIÓN El cociente entre la tensión y la intensidad de corriente siempre es igual. La intensidad de la corriente es proporcional a ala tensión aplicada. La Ley de Ohm nos da la relación entre la tensión y la intensidad de corriente. Ley de Ohm:

U R = — l

La Ley de Ohm también se da en la forma: U = R·I


E 2.1.1

SERIE DE MEDICIONES PARALA LEY DE OHM

Material 1 panel de circuito 1 juego conductores STB 1 interruptor STB 2 pinzas de cocodrilo con clavija de vástagos Hilo de fusible 2 instrumentos de medida 6 cables de conexión Fuente de alimentación

Calcularemos la resitencia de un hilo para varios valores de tensión y observaremos que siempre es la misma. CONEXIÓN Montaje de acuerdeo a la ilustración. Aplicamos 1 V de tensión contínua. El voltímetro (alcance de medida = 10 V) mide la tensión aplicada. El amperímetro (alcance de medida = 300 mA) mide la intensidad de corriente. Trasladamos a una tabla los valores medidos. EXPERIMENTO Cerramos el circuito y aplicamos una tensión igual a 1 V. Luego medimos la intensidad de la corriente y trasladamos este valor a la tabla. Aplicamos sucesivamente los valores de tensión dados y medimos respectivamente la intensidad de corriente. Luego calculamos los valores de la resistencia. Los resultados de la medición los representaremos gráficamente en el diagrama preparado con anterioridad. Tensión

lntensidad de corriente

U Resistencia R = — l

1V 2V 3V 4V 5V

........ mA = ........ A ........ mA = ........ A ........ mA = ........ A ........ mA = ........ A ........ mA = ........ A

........ ohm .........ohm ........ ohm ........ ohm ........ ohm

CONCLUSIÓN La intensidad es proporcional a la tensión aplicada. El cociente entre tensión e intensidad de corriente (la resistencia) es constante.


E 2.2

UTILIZACIÓN DE LA LEY DE OHM

Material 1 panel de circuito 1 juego conductores STB 1 interruptor STB 2 pilas STB 1 resistencia STB 100 ohm 1 resistencia STB 500 ohm 2 instrumentos de medida 4 cables de conexión

La ley de Ohm nos permite medir con anticipación la corriente que fluirá en uncircuito. Llevaremos a cabo esta medición para 2 resistencias (100 ohm y 500 ohm). Estas dos piezas de construcción nos sirven de consumidores. CONEXIÓN Montaje de acuerdo a la ilustración. Insertamos a continuación la pieza con la inscripción 100 ohm. El voltímetro mide a forma de control (alcance de medida = 4 V) la tensión aplicada (conexiones A y B). Utilizamos el amperímetro con el alcance de medida igual a 30 mA. EXPERIMENTO Todavía no cerramos el circuito. Medimos a continuación la tensión aplicada. Entonces calculamos la corriente en el circuito con ayuda de la ley de Ohm. Tensión U = ........ V Valor de resistencia R = 100 W U ........ V Intensidad de corriente l = — = ———— = ........ A = ........ mA R 100 ohm Cerramos el circuito y medimos la intensidad de corriente. El valor medido coincide con el valor de la intensidad de corriente calculado (sin tomar en cuenta una pequeña divergencia debida a la inexactitud de la medición). Repetimos el experimento para la pieza con la inscripción „500 ohm“. Tensión U = ........ V Valor de resistencia R = 500 ohm U ........ V Intensidad de corriente l = — = ———— = ........ A = ........ mA R 500 ohm CONCLUSIÓN Conociendo la tensión aplicada y la resistencia del consumidor, podemos predecir la intensidad de corriente de un circuito con la ayuda de la ley de Ohm.


INDICACIÓN La resistencia de una pieza de construcción puede ser medida con la mayoría de los instrumentos eléctricos de medición. Para lo mismo debemos escoger el alcance de medida con el símbolo „ohm“.


E 2.3

EL VALOR DE LA RESISTENCIA DE HILOS

Material 1 panel de circuito 1 juego conductores STB 1 interruptor STB 2 pilas STB 3 pinzas de cocodrilo con clavija de vástagos Hilo de fusible Hilo de resistencia 1 instrumento d emedida 2 cables de conexión

Estudiaremos la dependencia del valor de resistencia de un hilo de la longitud y del diámetro del hilo. Además compararemos dos hilos de material diverso. De la ley de Ohm podemos deducir que la intensidad de la corriente disminuye al aumentar la resistencia del hilo. CONEXIÓN Montaje de acuerdo a la ilustración. El voltímetro (alcance de medida = 3 V) mide a continuación la tensión aplicada en las conexiones A y D. Fijamos pinzas de cocodrilo con clavija de vástagos a los manguitos A, B y C. Fijamos el hilo de fusible (aprox. 25 cm) a las tres pinzas de cocodrilo. Preparamos un segundo pedazo de hilo de fusible de la misma longitud. Utilizamos el amperímetro con el alcance de medida igual a 300 mA. Insertamos el conductor recto STB sombreado en la posición 1. así se encuentra en el circuito sólo el pedazo de hilo de A a B. EXPERIMENTO 1 Cerramos el circuito brevemente y medimos la intensidad de corriente. El circuito debe abrirse de nuevo rápidamente, ya que de lo contrario las pilas se gastan demasiado pronto. A partir de los valores medidos de la tensión y de la intensidad de corriente calculamos la resistencia del pedazo de hilo de A a B. Tensión U = ... V Intensidad de corriente I = ... mA = ... A

Valor de la resistencia R I ........ A

=

U —

=

........ V ———— = ........ ohm

Retiramos el interruptor STB de la posición 1 y lo insertamos en la posición 2. Así se encuentra en el circuito el pedazo de hilo de A a C. Este pedazo es el doble del pedazo con el cual realizamos la primera medición. Cerramos de nuevo el circuito brevemente y medimos la intensidad de corriente. Tensión U = ........ V Intensidad de corriente l = ........ mA = ........ A Valor de la resistencia R

=

U — I

........ V = ———— =........ ohm ........ A


El valor de la resistencia es dos veces el valor de aquella conuna longitud de hilo igual a la mitad. Fijamos un segundo pedazo de hilo de fusible (aprox. 25 cm) adicionalmente al primer hilo en las pinzas de cocodrilo. Así duplicamos el diámetro del hilo. Medimos de nuevo la intensidad de la corriente y calculamos la resistencia. Tensión U = ........ V Intensidad de la corriente l = ........ mA = ........ A Valor de la resistencia R I ........ A

=

U —

........ V = ————

=

........ ohm

El valor de la resistencia es la mitad del valor de aquella con un diámetro simple. EXPERIMENTO 2 Repetimos las mediciones y cálculos para el hilo de resistencia. CONCLUSIÓN La resistencia de un hilo con una longitud doble es también el doble, si duplicamos el diámetro, sin embargo, se reduce a la mitad. El valor de la resistencia depende, además, del material del hilo.


E 2.3.1

RESISTENCIA ESPECÍFICA DE HILOS

Material 1 panel de circuito 1 juego conductores STB 1 interruptor STB 3 pinzas de cocodrilo ocn vástagos Hilo de cobre Hilo de resistencia 2 instrumentos de medida 6 cables de conexión Fuente de alimentación

Determinaremos la resistencia específica de 2 hilos de diferente material. CONEXIÓN Montaje de acuerdo al diagrama. El voltímetro (alcance de medida 10 V) mide a continuación la tensión aplicada en los contactos C y D. Fijamos pinzas de cocodrilo con clavijas de vástagos en los manguitos A y B. fijamos unpedazo de hilo de cobre (aprox. 25 cm) en ambas pinzas de cocodrilo. Preparamos un hilo de resistencia de igual de igual longitud. Utilizamos el amperímetro con el alcance de medida 1 A. El voltímetro mide la tensión que se encuentra en el hilo y es utilizado con el alcance de medida 10 V. Aplicamos 5 voltios de tensión contínua. EXPERIMENTO 1 Cerramos el interruptor brevemente y ajustamos la tensión aplicada de tal manera que el voltímetro indique exactamente 5 V y medimos la intensidad de corriente. Debemos abrir pronto el interruptor de nuevo, ya que no se encuentra en el circuito eléctrico un consumidor. A partir de los valores medidos para la tensión y la intensidad de corriente calculamos la resistencia del pedazo de hilo. Determinamos la longitud del pedazo de hilo fijo y calculamos la superficie del corte transversal. El diámetro del hilo es de 0,2 mm. Por lo tanto, la superficie del corte transversal es de 2 0,1 · 0,1 mm 2 = 3,14 · 10 -8 m2 La resistencia específica para 1 m de longitud y 1 m de corte transversal la obtenemos por medio de la fórmula: R*A P = ——— ohm m l U ........ V Valor de la resistencia R = I ........ A

—

= ————

=

Resistencia específica P = ........


........ ohm

EXPERIMENTO 2 Reemplazamos el hilo de cobre por lel hilo de resistencia y repetimos la medida del primer experimento. Calculamos de nuevo la resistencia y la resistencia específica. El hilo de resistencia posee el mismo diámetro y por lo tanto el mismo corte transversal que el hilo de cobre. Tensión U = ........ V Intensidad de corriente l = ........ mA = ........ A Valor de la resistencia R

=

U — I

........ V = ———— =........ ohm ........ A

Resistencia específica P = ………. CONCLUSIÓN Poldemos calcular la resistencia específica de un hilo si determinamos la resistencia de un pedazo de hilo de longitud y corte transversal conocidos. La resistencia específica del hilo de cobre es de unos 2 -8 -6 ·10 ohm m, la resistencia específcia del hilo de resistencia es de unos 1·10 ohm m. el hilo de cobre conduce unas 50 veces mejor que el hilo de resistencia.


E 2.4

RESISTENCIAS DE OHM

Material 1 panel de circuito 1 jeugo conductores STB 1 interruptor STB 1 resistencia STB 500 ohm 1 resistencia STB 1 k ohm 2 instrumentos de medida 6 cables de conexión Fuente de alimentación

A las piezas de construcción cuyo valor de resistencia siempre es el mismo (independientemente de la intensidad de corriente) las llamamos „resistencias de Ohm“. En estas resistencias de Ohm la intensidad de corriente es proporcional a la tensión aplicada. Lo anterior no es cierto para metales puros, como cobre, hierro, etc,. Pero sí lo es para una aleación típica para este caso, „el Constantán“. Estudiaremos el valor de resistencia de piezas de construcción, las cuales se utilizan como resistencias. CONEXIÓN Montaje de acuerdo a la ilustración. Medimos respectivamente el valor de resistencia de la pieza de construcción insertada. La tensión en la resistencia la medimos con el voltímetro (alcance de medida igual a 10 V) en las conexiones A y B. utilizamos el amperímetro con el alcance de medida = 30 mA. Aplicamos a continuación 1 V de tensión contínua. EXPERIMENTO 1 Insertamos la pieza con la inscripción „500 ohm“ y cerramos el circuito. Medimos la intensidad de corriente a una U = 1 V. luego aplicamos sucesivamente las tensiones dadas en la tabla. A partir de las mediciones de la tensión aplicada y de la intensidad de corriente calculamos los valores de resistencia. Tensión U 1V 5V 10 V

Intensidad de corriente l


........ mA = ........ A ........ mA = ........ A ........ mA = ........ A

........ ohm ........ ohm ........ ohm

EXPERIMENTO 2 De la misma manera que en le primer experimento determinamos el valor de resistencia R de la pieza de construcción con la inscripción „1 k ohm“. U Tensión U Intensidad de corriente l Resistencia R = — l 1V 5V 10 V

........ mA = ........ A ........ mA = ........ A ........ mA = ........ A

........  ........  ........ 

Existen piezas de construcción cuyo valor de resistencia es constante. Las llamamos resistencias de Ohm.  FRUHMANN GmbH, 7372 Karl, Austria

E 2.5

LA BOMBILLA INCANDESCENTE NO ES UNA RESISTENCIA DE OHM

Material 1 panel de circuito 1 juego conductores STB 1 interruptor STB 1 portalámparas STB 1 bombilla incandescente 0,05 A, 10 V 2 instrumentos de medida 6 cables de conexión Fuente de alimentación

Determinaremos la resistencia de una bombilla incandescente para diversas tensiones. Así mismo investigaremos si el aumento de temperatura del filamento incandescente influye en la resistencia. CONEXIÓN Montaje de acuerdo a la ilustración. Medimos la tensión en la bombilla incandescente con el voltímetro (alcance de medida 10 V) en las conexiones A y B. Utilizamos el amperímetro con el alcance de medida = 100 mA. EXPERIMENTO A continuación ajustamos la tensión aplicada a 1 V y cerramos el circuito. Anotamos la intensidad de corriente indicada por el amperímetro. Luego aplicamos sucesivamente los otros valores de tensión dados en la tabla. Medimos la intensidad de corriente y la trasladamos a la tabla. Observamos respectivamente la bombilla. El filamento incandescente no se enciende todavía; a 10 V, sin embargo, brilla ya la bombilla incandescente. A partir de los valores medidos de la tensión aplicada y de intensidad de corriente calculamos los valores de resistencia. Tensión U 1V 5V 10 V

Intensidad de corriente l


........ mA = ........ A ........ mA = ........ A ........ mA = ........ A

........ ohm ........ ohm ........ ohm

CONCLUSIÓN Al aumentar la temperatura aumenta el valor de resistencia de un filamento metálico. La bombilla incandescente no es una resistencia de Ohm. Se dice que el filamento metálico tiene un coeficiente de temperatura positivo.


E 2.6

CIRCUITO EN SERIE DE BOMBILLAS INCANDESCENTES

Material 1 panel de circuito 1 juego conductores STB 1 interruptor STB 2 portalámparas 2 bombillas incandescentes 2 cables de conexión Fuente de alimentación

Dos bombillas incandescentes las podemos conectar de dos maneras a un circuito. Estudiaremos en este experimento el circuito en serie de bombillas incandescentes. CONEXIÓN Montaje de acuerdo a la ilustración. A continuación insertamos sólo una bombilla incandescente. En el lugar del conductor STB sombreado colocaremos entonces la segunda bombilla incandescente. Aplicamos 6 V de tensión continua. EXPERIMENTO Cerramos el circuito y observamos la claridad de la bombilla incandescente. Abrimos el circuito y sustituimos el conductor STB sombreado por la segunda bombilla incandescente. Después de cerrar el circuito observamos que ambas bombillas incandescentes brillan ahora más débilmente que anteriormente una bombilla sola. Aumentando la tensión aplicada hasta 12 V obtendremos de nuevo aproximadamente la misma claridad de antes. ¿Qué sucede si retiramos una bombilla incandescente del portalámparas? CONCLUSIÓN En un circuito en serie de dos bombillas incandescentes se necesita una tensión doble. Si retiramos una bombilla incandescente interrumpimos el circuito. INDICACIÓN En la iluminación de una vivienda, el circuito eléctrico no se interrumpe al fallar una bombilla. ¿Qué nos dice esto?


E 2.7

CIRCUITO EN SERIE DE RESISTENCIAS DE OHM

Material 1 panel de circuito 1 juego conductores STB 1 interruptor STB 1 resistencia STB 500 ohm 1 resistencia STB 1 k ohm 1 instrumento de medida 4 cables de conexión Fuente de alimentación

Conectamos las resistencias 500 ohm y 1 k ohm (1000 ohm) una detrás de otra (en serie). ¿Cuál es la resistencia de este circuito? CONEXIÓN Montaje del circuito de acuerdo a la ilustración. Aplicamos 6 V de tensión continua. Medimos la tensión aplicada en las conexiones A y B con el voltímetro (alcance de medida 10 V). ajustamos la tensión a exactamente 10 V. Utilizamos el amperímetro con el alcance de medida igual a 30 mA. EXPERIMENTO 1 Cerramos el circuito. La corriente eléctrica fluye por la resistencia de Ohm R = 500 ohm y el amperímetro (alcance de medida = 30 mA). La intensidad de corriente es de …. mA = …… A. EXPERIMENTO 2 Sustituimos la resistencia 500 ohm por la resistencia 1 kohm. Después de cerrar el circuito la corriente eléctrica fluye por la resistencia R = 1 kohm (1000 ohm) y el amperímetro (alcance de medida = 30 mA). La intensidad de corriente es de: …. mA = ….. A. EXPERIMENTO 3 Sustituimos el conductor STB recto sombreado por la resistencia 500 ohm. Ambas resistencias están ahora conectadas en serie. La corriente eléctrica fluye por las resistencias de Ohm R 1 = 1 kohm y R 2 = 500 ohm y por el amperímetro. La corriente eléctrica es de …. mA = …… A Resistencia total R

10 V = ———— =........ ohm ........ A

Formamos la suma de R 1 y R2 y comparamos. CONCLUSIÓN En un circuito en serie de resistencias de Ohm la resistencia total es igual a la suma de las resistenicas individuales. Es válido: R = R 1 + R2  FRUHMANN GmbH, 7372 Karl, Austria

E 2.8

REGULADOR DE TENSIÓN

Material 1 panel de circuito 1 juego conductores STB 1 interruptor STB 1 resistencia STB 500 ohm 1 resistencia STB 1 kohm 1 instrumento de medida 4 cables de conexión Fuente de alimentación

Cuando la corriente eléctrica fluye a través de dos resistencias de Ohm (R 1 y R2) conectadas en serie, la tensión aplicada U se divide en dos tensiones parciales U 1 y U 2. ¿De acuerdo a qué ley se lleva a cabo la distribución de tensiones? CONEXIÓN El voltímetro (alcance de medida = 10 V) mide a continuación la tensión total U en A y C. Ajustamos la tensión total a 6 V. Luego medimos ambas tensiones parciales en las resistencias. EXPERIMENTO Cerramos el circuito. Primero conectamos el voltímetro a las conexiones A y B. Medimos la tensión parcial U 1 en R1 (500 ohm): U 1 = … V Luego conectamos el voltímetro a las conexiones B y C. Medimos la tensión parcial U 2 en R2 (1 kohm): U2 = … V CONCLUSIONES 1. La suma de las tensiones parciales es igual a la tensión total: U 1 + U2 = U 2. La distribución de las tensiones se lleva a cabo de tal manera que ne la resistencia mayor se mida la mayor tensión parcial.


E 2.9

CIRCUITO EN PARALELO DE BOMBILLAS INCANDESCENTES

Material 1 panel de circuito 1 juego conductores STB 1 interruptor STB 2 portalámparas STB 2 bombillas incandescentes 10 V/0,05 A 1 instrumento de medida 4 cables de conexión Fuente de alimentación

Los circuitos en paralelo causan una ramificación de la corriente eléctrica. Estudiaremos las características de un circuito en paralelo de dos bombillas incandescentes. CONEXIÓN Montaje del circuito de acuerdo a la ilustración. Todavía no insertamos el portalámparas STB sombreado. Utilizamos el amperímetro con el alcance de medida igual a 100mA. Aplicamos 6 voltios de tensión continua. EXPERIMENTO Cerramos el circuito y observamos la claridad de la bombilla incandescente. Además anotamos la intensidad de corriente indicada por el amperímetro. Abrimos el circuito e insertamos el portalámparas STB sombreado con la segunda bombilla. Después de cerrar nuevamente el circuito podemos observar que ambas bombillas alumbran ahora tanto como anteriormente la bombilla sola. La intensidad de corriente es el doble de la anterior. ¿Qué sucede si retiramos una bombilla del portalámparas? CONCLUSIÓN En un circuito en paralelo de dos bombillas incandescentes fluye una intensidad de corriente doble. Si retiramos una bombilla la otra continúa alumbrando. INDICACIÓN Las bombillas incandescentes y los aparatos electrodomésticos de una vivienda están conectados en paralelo. Al conectar varios aparatos electrodomésticos aumenta la intensidad de la corriente. El fusible sirve de protección contra una sobrecarga.


E 2.10

CIRCUITO EN PARALELO DE RESISTENCIAS

Material 1 panel de circuito 1 juego conductores STB 1 interruptor STB 1 resistencia STB 500 ohm 1 resistencia STB 1 kohm 1 instrumento de medición 4 cables de conexión Fuente de alimentación

Calcularemos la resitencia total de un circuito en paralelo de resistencias de Ohm midiendo la intensidad de corriente y la tensión. CONEXIÓN Montaje del circuito de acuerdo a la ilustración. Utilizamos en el circuito las resitencias 500 ohm y 1 kohm (1000 ohm). Aplicamos 9 voltios de tensión continua y controlamos la tensión con el voltímetro (alcance de medida = V). Utilizamos el amperímetro con el alcance de medida = 30 mA. Primero conectamos la parte del circuito donde se encuentra la resistencia de 500 ohm. EXPERIMENTO 1 Cerramos el circuito y medimos la intensidad de corriente l 1. I

1

= … mA = …. A

EXPERIMENTO 2 Sustituimos el conductor STB recto sombreado y denominado con A en ambas ramificaciones del circuito en paralelo. Cerramos el circuito y medimos la intensidad de corriente I 2 a través de la resistencia 1 kohm. I 2 = … mA = ….A Formamos la suma de las intensidades de corriente I 1 e I 2 en ambas ramas del circuito en paralelo y comparamos con la intensidad de corriente en la parte del circuito no ramificada. La resitencia total del circuito en paralelo la obtenemos por medio de un cálculo con la ley de Ohm. Tensión U = 9 V Intensidad de corriente I = …mA = …A

Valor de resistencia R = I ........ A

U —

........ V = ————

=

........ ohm

CONCLUSIÓN Conectando en paralelo una segunda resistencia aumenta la intensidad de corriente. La suma de las intensidades de corrriente en las ramificaciones del circuito en paralelo es tan grande como la intensidad de corriente en la parte no ramificada del circuito. La resistencia total de un circuito en paralelo es menor que las dos resistencias parciales.


INDICACIÓN La resistencia total de un circuito en paralelo también puede ser calculada. Para la resistencia total es válido: 1 1 1 —=—+— R R 1 R

or transformed 2

R1*R2 R = ———— R1 + R2


E 2.11

CIRCUITO COMBINADO DE RESISTENCIAS

Material 1 panel de circuito 1 juego conductores STB 1 interruptor STB 1 resistencia STB 100 ohm 1 resistencia STB 500 ohm 1 resistencia STB 1 kohm 2 instrumentos de medida 6 cables de conexión Fuente de alimentación

¿Cuál es la tensión total de una combinación de circuitos en serie y en paralelo de resistencias de Ohm? CONEXIÓN Montaje de acuerdo a la ilustración. Todavía no insertamos la resistencia STB 100 ohm. En vez de ella fijamos el conductor STB recto sombreado. Las resistencias R 1 = 500 ohm y R 2 = 1 kohm están conectadas en paralelo. Utilizamos el amperímetro con el alcance de medida = 30 mA. Para el voltímetro (alcance de medida = 10 V) utilizamos las conexiones A y B, para así determinar la tensión en las resistencias (sin amperímetro). Aplicamos tensión continua y la ajustamos de tal manera que en las resistencias se encuentre una tensión de 9 voltios. EXPERIMENTO 1 Cerramos el circuito y medimos la intensidad de la corriente. Con ayuda de la ley de Ohm podemos calcular la resistencia total del circuito en paralelo. Tensión U = 9 V Intensidad de corriente I = …mA = … A U Valor de resistencia R = — I

........ V = ———— = ........ ohm ........ A

EXPERIMENTO 2 Sustituimos el conductor STB recto sombreado por la resistencia STB 100 ohm (R3). Después de cerrar el circuito medimos de nuevo la intensidad de corriente. Calculamos la resistencia total. Tensión U = 9 V Intensidad de corriente I = …mA = … A U Valor de resistencia R = — I

=

........ V ———— = ........ ohm ........ A


Comprobamos el resultado calculando la resistencia total. Tenemos que utilizar la fórmula para un circuito en paralelo: 1 1 1 — = — + — R R 1 R 2

o de otra manera

R =

R1*R2 ———— R1 + R2

De lo anterior obtenemos una resistencia total de R = 333 ohm. Luego utilizamos la fórmula para un circuito en serie: R

tot

= R + R3

Obtenemos una resistencia total de R tot = 433 ohm. CONCLUSIÓN En un circuito combinado de resistencias debemos calcular sucesivamente la resistencia total de cada uno de los tipos de circuito presentes.


E 2.12

¿POR QUÉ CONECTAMOS EN PARALELO LAS FUENTES DE TENSIÓN?

Material 1 panel de circuito 1 juego conductores STB 1 interruptor STB 2 pilas STB 2 portalámparas STB 2 bombillas incandescentes

¿Por qué conectamos fuentes de tensión en paralelo, a pesar de que la tensión total no aumenta por eso? Este experimento nos muestra un caso en el que es necesario conectar en paralelo las fuentes de tensión. CONEXIÓN Montaje del circuito de acuerdo a la ilustración. Todavía no insertamos ambos módulos sombreados. La bombilla incandescente 2,5 V obtiene su tensión de una pila STB. EXPERIMENTO 1 Cerramos el circuito (y lo dejamos cerrado para el siguiente experimento). Observamos la claridad de la bombilla incandescente. EXPERIMENTO 2 Conectamos al circuito el segundo portalámparas con bombilla (sombreado). Observamos la claridad de la primera bombilla incandescente. Ella disminuye (a pesar de que ella debería permanecer igual). EXPERIMENTO 3 Insertamos la segunda pila STB (sombreada) paralela a la primera pila en el circuito. La claridad de ambas bombillas aumenta. CONCLUSIÓN El consumo de corriente hace posible una disminución de la tensión en los bornes de una fuente de tensión. Es posible consumir más corriente al conectar en paralelo las fuentes de tensión.


E 2.13

MODELO DE UN POTENCIÓMETRO

Material 1 panel de circuito 1 juego conductores STB 1 interruptor STB 1 resistencia STB 100 ohm 2 pinzas de cocodrilo con clavijas de vástagos Hilo de fusible 1 instrumento de medida 4 cables de conexión Fuente de alimentación

Con ayuda de un potenciómetro podemos tomar cualquier valor de resistencia entre cero y un valor máximo. El experimento nos mostrará con ayuda de un modelo cómo funciona un potenciómetro. CONEXIÓN Montaje del circuito de acuerdo a la ilustración. Fijamos pinzas de cocodrilo con clavijas de vástagos a A y C. entre las pinzas de cocodrilo fijamos el hilo de fusible (unos 25 cm). La resistencia 100 ohm nos sirve de consumidor en el caso de que la resistencia ajustada sea igual a cero. Por lo tanto, en el pedazo de hilo se encuentra solamente una parte de la tensión total. Toda la tensión disponible para la regulación se encuentra en el extremo del hilo; la toma de la tensión parcial se realiza con ayuda de un contacto deslizante, el cual podemos llevar sobre el hilo. Por lo tanto, un potenciómetro posee tres conexiones. Utilizamos el voltímetro con el alcance de medida = 10 V. el cable de conexión de una de las conexiones del voltímetro se inserta en B mientras que el otro cable de conexión permanece libre. Aplicamos 10 V de tensión continua. EXPERIMENTO Cerramos el circuito. Movemos lentamente a lo largo del hilo tensado la clavija del segundo cable de conexión que conduce hacia el voltímetro. El voltímetro muestra valores de tensión entre 0 voltios y un valor máximo (unos 2 V). CONCLUSIÓN Si necesitamos una tensión parcial de una tensión dada, la podemos obtener con ayuda de un potenciómetro.


E 2.14

RESISTENCIA INTERNA DE GENERADORES

Material 1 panel de circuito 1 juego conductores STB 1 interruptor STB 1 pila STB 1 bombilla 2,5V 2 instrumentos de medida 4 cables de conexión

En muchas fuentes de tensión, la tensión cedida disminuye (la podemos medir en los bornes de conexión) mientras más recarguemos la fuente de tensión, o sea mientras mayor sea la intensidad de corriente tomada. Buscaremos una explicación a este fenómeno. CONEXIÓN Construimos el circuito de acuerdo al diagrama. Como fuente de tensión nos sirve una pila STB. Utilizamos el amperímetro con el alcance de medida 300 mA = y el voltímetro con el alcance de medida 3 V =. Por el momento, el interruptor permanece abierto. EXPERIMENTO Leemos la tensión en el voltímetro, a la cual la fuente de tensión permanece sin carga prácticamente (con la excepción de la corriente muy pequeña a través del voltímetro). A esta tensión la llamamos tensión de la fuente (Uq). Tensión de la fuente Uq = …. V Cerramos ahora el interruptor, con lo que fluye una corriente eléctrica. La bombilla se enciende. La corriente eléctrica representa una „carga“ para la fuente de tensión. El voltímetro indica ahora la tensión en los bornes (U ki) de los bornes de conexión de la pila. El amperímetro indica la corriente a través de la pila y de la bombilla. Tensión en los bornes U ki = …. V, I = …. mA CONCLUSIÓN La tensión de una pila disminuye al recargar la pila. La razón de ello es la „resistencia interna“ R i de la fuente de tensión. Si tomamos corriente, la intensidad de corriente I de la resistencia interna R i produce una caída de tensión U = I · R i. La tensión en los bornes es menor que la tensión de la fuente en esa cantidad. A partir de ambos valores para la tensión podemos calcular la resistencia interna R i. Es válido:

U

q

=R

i

*l+U

ki

R

i

U q – Uki = ————— I


E 3.1

LA ENERGÍA ELÉCTRICA SE TRANSFORMA EN ENERGÍA CALORÍFICA

Material 1 panel de circuito 1 juego conductores STB 1 interruptor STB 2 pinzas de cocodrilo Hilo de resistencia 2 cables de conexión Fuente de alimentación

La energía eléctrica puede transformarse en otros tipos de energía. ¿Qué aparatos domésticos transforman la energía eléctrica en energía calorífica? En este experimento, un pequeño pedazo de hilo de resistencia nos muestra esta transformación. CONEXIÓN Montaje del circuito de acuerdo a la ilustración. Fijamos pinzas de cocodrilo con clavijas de vástagos a los manguitos de los módulos A y B. Fijamos a aquellas un pedazo de hilo de resistencia (aprox. 18 cm). Colgamos del hilo de resistencia pequeñas lengüetas de papel (papel de seda o papel periódico). EXPERIMENTO De 8 a 10 V el hilo todavía no incandesce, sin embargo ya desarrolla calor. Eso lo observamos en las humeantes y carbonizadas lengüetas de papel. !Atención: el hilo se calienta! !No se toque el hilo ni aún directamente después de haber apagado! CONCLUSIÓN La forma más sencilla de transformar energía eléctrica en energía calorífica es por medio de un hilo de calefacción (hilo de resistencia).


E 3.2

LA ENERGÍA ELÉCTRICA SE TRANSFORMA EN ENERGÍA LUMINOSA


A una temperatura elevada incandesce un hilo de resistencia y libera junto con mucha energía calorífica también un poco de energía luminosa. CONEXIÓN Montaje del circuito de acuerdo a la ilustración. Preparamos un pedazo de hilo de resistencia (unos 15 cm) como nos lo muestra la ilustración. Formamos 2 pequeños espirales con 3 espiras cada uno; entre ambos se encuentra un pedazo recto de hilo. Fijamos dos pinzas de cocodrilo con clavija de vástagos a las dos conexiones STB. Entre las pinzas fijamos el pedazo de hilo preparado con anterioridad. Aplicamos 8 voltios de tensión continua. EXPERIMENTO Cerramos el circuito. La corriente eléctrica provoca una luminosidad en los espirales (si es necesario auméntese la tensión). El pedazo de hilo entre ambos espirales alumbra más débilmente. ¿Cuál puede ser la razón? CONCLUSIÓN La corriente eléctrica puede calentar un hilo de resistencia que comienza a incandescer. Sin embargo, incandesce más fuertemente donde espiras de hilo se encuentran muy cerca una de la otra, ya que éstas también se calientan mutuamente.


E 3.3

HILO CONDUCTOR E HILO DE RESISTENCIA

Material 1 panel de circuito 1 juego conductores STB 1 interruptor STB 3 pinzas de cocodrilo Hilo de resistencia Hilo de cobre 2 cables de conexión Fuente de alimentación

*Kupferdraht: hilo de cobre *Widerstandsdraht: hilo de resistencia

¿En qué se diferencian un hilo conductor y un hilo de resistencia al tener ambos la misma longitud y el mismo diámetro? CONEXIÓN Montaje del circuito de acuerdo a la ilustración. Fijamos pinzas de cocodrilo con clavijas de vástagos a los manguitos de los módulos A, B y C. Entre A y B fijamos un pedazo de hilo de cobre (unos 10 cm), entre B y C fijamos un pedazo de hilo de resistencia (unos 10 cm). Ambos pedazos de hilo tienen un diámetro de 0,2 mm. EXPERIMENTO Colgamos lengüetas de papel de ambos pedazos de hilo y aplicamos 6 V de tensión continua. ¿Qué lengüetas de papel comienzan a despedir humo? CONCLUSIÓN Al tener una misma intensidad de corriente, el hilo de resistencia se caliente mucho más que el hilo de cobre. Por eso se utiliza hilo de resistencia para los espirales de calefacción mientras que para hilos conductores se utiliza hilo de cobre.


E 3.4

DESARROLLO DE CALOR CON SECCIONES DE HILO DIFERENTES


En un circuito se encuentran conectados uno detrás de otro pedazos de hilo del mismo material, pero con diferente sección (diámetro). ¿Qué pedazos de hilo desarrollan más calor? CONEXIÓN Montaje del circuito de acuerdo a la ilustración. Fijamos pinzas de cocodrilo con clavijas de vástagos a los manguitos de los módulos A, B y C. Llevamos un pedazo de hilo de resistencia (unos 25 cm) de A a C y de regreso a B y lo fijamos. De esta manera el pedazo de B a C tiene el doble diámetro con respecto al pedazo de A a B. Colgamos de ambos pedazos de hilo lengüetas de papel. Aplicamos una tensión continua de 8 voltios. EXPERIMENTO 1 Cerramos el circuito y observamos la lengüeta de papel y por lo tanto el desarrollo de calor. Luego abrimos de nuevo el circuito. Retiramos con cuidado las lengüetas de papel. EXPERIMENTO 2 Aplicamos 12 voltios de tensión continua. El pedazo de hilo con un diámetro menor comienza a incandescer, mientras que el segundo pedazo de hilo aparente no se ha calentado tanto. CONCLUSIÓN El pedazo de hilo con un diámetro menor presenta un mayor desarrollo de calor que el pedazo de hilo con un diámetro doble (éste tiene una resistencia menor).


E 3.5

EL FUSIBLE

Material 1 panel de circuito 1 juego conductores STB 1 interruptor STB 1 portalámparas STB 1 bombilla incandescente 10 V/0,05 A 4 pinzas de cocodrilo 3 cables de conexión Fuente de alimentación Hilo de resistencia

*Sicherungsdraht: hilo de fusible *Widerstandsdraht: hilo de resistencia *Kurzschluss: cortocircuito

Los fusibles protegen a los hilos de conducción de las consecuencias de un cortocircuito y de una sobrecarga. CONEXIÓN Montaje del circuito de acuerdo a la ilustración. Fijamos pinzas de cocodrilo con clavijas de vástagos a los manguitos A y B. fijamos a aquellas un pedazo de hilo de resistencia (unos 15 cm), el cual nos ayudará a observar mejor un pedazo del hilo de alimentación al consumidor (bombilla). Aplicamos 12 voltios de tensión continua. EXPERIMENTO 1 Cerramos el circuito, con lo cual comienza a alumbrar la bombilla. Producimos un cortocircuito con ayuda de un cable de conexión fijado a los manguitos C y D. El hilo comienza a incandescer. El hilo de alimentación puede causar peligro de fuego o „fundirse“. Abrimos rápidamente el circuito. EXPERIMENTO 2 Sustituimos el conductor STB recto sombreado por el „modelo de fusible“. Este se compone de un conductor STB interrumpido con dos pinzas de cocodrilo con clavijas de vástagos fijadas. Entre estas pinzas de cocodrilo se encuentra un pedazo de hilo de fusible. Después de cerrar el circuito producimos de nuevo un cortocircuito. El hilo de circuito se funde y con ello interrumpe el circuito eléctrico. CONCLUSIÓN Un pedazo de hilo en los hilos de alimentación, el cual se funde a una intensidad de corriente determinada, protege los conductores de un sobrecalentamiento causado por cortocircuito.


E 4.1

POTENCIA DE LÁMPARAS INCANDESCENTES

Material 1 panel de circuito 1 juego conductores STB 1 interruptor STB 1 portalámparas STB 2 bombillas incandescentes 0´05A 2 instrumentos de medida 6 cables de conexión

Investigaremos de qué depende la potencia de la corriente eléctrica. CONEXIÓN Construimos el circuito de acuerdo a la ilustración. Utilizamos el amperímetro con el alcance de medida igual a 10 V; éste indicará la tensión aplicada. EXPERIMENTO 1 En el circuito se encuentra una bombilla incandescente. Cerramos el circuito y anotamos la tensión y la intensidad de corriente. Con ayuda de los valores medidos calculamos la potencia absorbida. Esta la expresaremos en Watt. Tensión: U = ….V Intensidad de corriente I = …. mA = ….. A Potencia P = U·I = …. W EXPERIMENTO 2 Sustituimos el conductor recto STB sombreado por el segundo protalámparas con la bombilla incandescente. Ambas bombillas incandescentes alumbran menos brillantemente que anteriormente una bombilla sola. Determinamos de nuevo tensión e intensidad de corriente. La intensidad de corriente es menor, debido a que ambas bombillas están conectadas en serie. Aumentamos la tensión hasta que la intensidad de corriente sea de nuevo tan grande como en el primer experimento. Ambas bombillas incandescentes poseen el doble de la potencia de una bombilla sola, y alumbran tan brillantemente como en el primer experimento. Podemos calcular la potencia como en el primer experimento. Tensión: U = …. V Intensidad de corriente: I = …. mA = …. A Potencia: P = U·I = …. W


EXPERIMENTO 3 Cambiamos el circuito de tal manera que las dos bombillas estén conectadas en paralelo (insertamos de nuevo el conductor recto STB sombreado con líneas y completamos el módulo punteado). Aplicamos 5 V de tensión continua. Después de cerrar el circuito leemos la tensión y la intensidad de corriente. Ambas bombillas toman juntas el doble de la potencia de una bombilla sola y alumbran respectivamente tan brillantemente como en el primer experimento. Calculamos de nuevo la potencia con ayuda de los valores medidos. Tensión: U = …. V Intensidad de corriente: I = …. mA = …. A Potencia: P = U·I = …. W CONCLUSIÓN Mientras más grande es tanto la tensión como la intensidad de corriente, más grande es la potencia que se toma. La potencia eléctrica es directamente proporcional a la tensión y a la intensidad de corriente.


E 4.2

TRABAJO ELÉCTRICO

Material 1 panel de circuito 1 juego conductores STB 1 interruptor STB 2 manguitos de apriete STB 2 portapinzas con ranura y perforación 2 pinzas de cocodrilo Hilo de resistencia Cubeta de plástico 2 instrumentos de medida 6 cables de conexión Fuente de alimentación

La corriente eléctrica puede ejecutar un trabajo, por ej. al calentar agua. Calcularemos el trabajo eléctrico en un modelo de hervidor de inmersión. CONEXIÓN Construimos el circuito de acuerdo a la ilustración. Los manguitos de apriete STB sostienen portapinzas con ranura y perforación. A estos portapinzas fijamos pinzas de cocodrilo con clavijas de vástagos. Llenamos la cubeta de plástico con agua hasta una altura de aprox. 1 cm. Con un pedazo de hilo de resistencia de unos 40 cm formamos los espirales de calentamiento (enrollamos sobre la clavija del portapinzas): en los extremos de los espirales de calentamiento deben sobrar unos 10 cm de hilo para poder fijar. Fijamos el hilo de calentamiento a las pinzas de cocodrilo de manera que se sumerja completamente en agua. Utilizamos el amperímetro con un alcance de medida igual a 1 A. Conectamos el voltímetro (alcance de medida = 30 V) a los manguitos A y B. Él mide la tensión aplicada al hilo de calentamiento. Aplicamos 12 V de tensión continua. Nos aseguramos de que el agua esté fría. Con ayuda de un termómetro podemos averigurar la temperatura del agua. EXPERIMENTO Cerramos el circuito y mientras tanto observamos el reloj (o activamos un cronómetro). Mientras el hilo de calentamiento calienta el agua, leemos los valores de la intensidad de corriente y de la tensión. Después de exactamente 5 minutos abrimos de nuevo el circuito. El agua se ha calentado notoriamente. Con ayuda del termómetro podemos remover un poco y de nuevo leer la temperatura. Ahora podemos calcular la potencia del hilo de calentamiento y el trabajo de la corriente eléctrica es válido: Potencia = tensión x intensidad de corriente P = U·I Unidad de potencia: 1 Watt (1 W) Tensión medida: U = …. V Intensidad de corriente medida: I = …. A Potencia: P = …. W Para obtener el trabajo eléctrico todavía tenemos que multiplicar por el tiempo 5 minutos son 300 segundos. Para el trabajo tenemos: Trabajo = potencia x tiempo W = P·I Unidad del trabajo: 1 Watt.segundo (1 Ws) = 1 Joule (1 J)  FRUHMANN GmbH, 7372 Karl, Austria

Potencia: P = …. W Tiempo: t = 300 s Trabajo: W = …. Ws (J) El hilo de calentamiento ha calentado el agua durante 5 minutos. Al mismo tiempo, la corriente eléctrica ha realizado el trabajo de …. J. ¿De qué depende el aumento de temperatura logrado? CONCLUSIÓN La corriente eléctrica efectúa trabajo al calentar agua. El trabajo depende de la potencia absorbida del hilo de calentamiento así como del tiempo. La potencia del hilo de calentamiento depende de la tensión aplicada y de la intensidad de corriente. INDICACIÓN Llevando a cabo el experimento con un calorímetro y determinando la masa del agua podemos calcular el trabajo que se necesita para calentar 1 kg de agua 1º C.


E 5.1

UN ELEMENTO ELECTROQUÍMICO Material 1 panel de circuito 1 juego conductores STB 2 manguitos de apriete STB 2 portapinzas con ranura y perforación 1 pinza de cocodrilo con clavija de vástagos 1 juego de láminas conductoras 1 cubeta de plástico 1 instrumento de medida 2 cables de conexión Solución salina

Estudiaremos cómo surge en una pila la tensión eléctrica. CONEXIÓN Montaje del circuito de acuerdo a la ilustración. En esta cubeta de plástico se encuentra una solución salina. La cubeta se encuentra a la par del panel de circuito. Fijamos los dos portapinzas en el manguito de apriete STB. Fijamos las pinzas de cocodrilo con clavija de vástagos en los portapinzas. Las pinzas de cocodrilo sostienen una lámina de cobre y una lamina de cinc. Los electrodos se sumergen en la solución salina. Utilizamos el voltímetro con el alcance de medida = 3V. EXPERIMENTO 1 Leemos en el voltímetro la tensión existente entre ambos electrodos. La tensión entre los electrodos de cobre y de cinc es de ..... V. Por lo tanto obtenemos energía eléctrica a partir de energía química. EXPERIMENTO 2 Ahora utilizamos dos electrodos iguales. Sustituimos la lámina de cobre por una segunda de cinc. El voltímetro no muestra tensión entre ambos electrodos. EXPERIMENTO 3 Utilizamos ahora como electrodos una lámina de cobre y una de plomo. Entre los electrodos se encuentra una tensión de ..... voltios. Comparamos la tensión con la tensión entre el cobre y el cinc. CONCLUSIÓN Un elemento electroquímico se compone de dos electrodos y de un líquido electrólito.


E 5.2

ELECTRÓLISIS

Material 1 panel de circuito 1 juego conductores STB 1 interruptor STB 2 manguitos de apriete STB 2 portapinzas con ranura y perforación 2 pinzas de cocodrilo 2 electrodos de carbón 1 instrumento de medida 4 cables de conexión Fuente de alimentación Solución salina Solución de tornasol Investigaremos si la corriente eléctrica transforma un líquido, es decir, si muestra efectos químicos. CONEXIÓN Montaje del circuito de acuerdo a la ilustración. En la cubeta de plástico se encuentra una solución salina, la cual está mezclada con una solución de tornasol de color violeta. En la mitad de la cubeta de plástico colocamos un tabique de separación construido con cartulina, el cual se encuentra provisto de pequeños agujeros. El tabique de separación tiene como función el evitar una entremezcla del líquido. La cubeta de plástico se encuentra a la par del panel de circuito. Fijamos ambos portapinzas a los manguitos de apriete STB. Fijamos las pinzas de cocodrilo con clavijas de vástagos a los portapinzas. Las pinzas de cocodrilo sostienen dos lápices de carbón. Los electrodos se sumergen en la solución salina. Utilizamos 8 V de tensión continua. Conectamos un electrodo de carbón al polo positivo de la fuente de tensión (Ánodo) y el otro electrodo de carbón al polo negativo de la fuente de tensión (Cátodo). Utilizamos el amperímetro con el alcance de medida igual a 300 mA. EXPERIMENTO Cerramos le circuito; el amperímetro nos muestra que la corriente fluye. Observamos el espacio alrededor de los dos electrodos. Después de un tiempo observamos un cambio de color en la solución de tornasol violeta. En el ánodo el líquido se torna rojo, en el cátodo el líquido se torna azul. CONCLUSIÓN La corriente eléctrica muestra efectos químicos. Al pasar la corriente eléctrica por una solución salina, se desprenden de los electrodos de ésta última hidrógeno y cloro. El cloro ocasiona la coloración roja de la solución de tornasol en el ánodo. En el cátodo se forma sosa cáustica, lo que ocasiona la coloración azul de la solución de tornasol.


E 5.3

GALVANIZACIÓN

Material 1 panel de circuito 1 juego conductores STB 1 interruptor STB 2 manguitos apriete STB 2 portapinzas con ranura y perforación 2 pinzas de cocodrilo con clavija de vástagos 1 juego láminas conductoras 1 electrodo de carbón 1 instrumento de medida 4 cables de conexión Fuente de alimentación Solución de sulfato de cobre

Muchos objetos de la vida diaria, por ej. bisagras de puertas y herrajes para ventanas, así como los grifos del cuarto de baño, se encuentran revestidos con una delgada capa metálica de protección, la cual les da a dichos objetos, además, un aspecto más agradable. El experimento nos mostrará cómo se aplica una capa de ese tipo. CONEXIÓN Montaje del circuito de acuerdo a la ilustración. En la cubeta de plástico se encuentra una solución de sulfato de cobre. La cubeta de plástico se encuentra a la par del panel de circuito. Fijamos ambos portapinzas a los manguitos de apriete STB. Las pinzas de cocodrilo con clavijas de vástagos se fijan a los portapinzas. Las pinzas de cocodrilo sostienen una lámina de cobre y un lápiz de carbón. Los electrodos se sumergen en la solución de sulfato de cobre. Utilizamos 6 V de tensión continua. Conectamos el electrodo de cobre al polo positivo de la fuente de tensión (anodo) y el electrodo de carbón al polo negativo de la fuente de tensión (cátodo). Utilizamos el amperímetro con el alcance de medida = 300 mA. EXPERIMENTO Cerramos el circuito; el amperímetro nos muestra que la corriente fluye. Después de un tiempo se forma en el electrodo de carbón una capa delgada y rojiza de cobre. CONCLUSIÓN Con la ayuda de la corriente eléctrica es posible aplicar a substancias conductoras (por ej. metales comunes) capas de metales nobles. Este procedimiento se llama galvanización.


E 5.4

MODELO DE UN ACUMULADOR DE PLOMO

Material 1 panel de circuito 1 juego conductores STB 1 interruptor STB 1 portalámparas STB 2 manguitos de apriete STB 2 portapinzas con ranura y perforación 2 pinzas de cocodrilo con clavija de vástagos 1 juego de láminas conductoras 1 bombilla incandescente 2,5V 1 instrumento de medida 4 cables de conexión Fuente de alimentación

A diferencia de una pila, un acumulador puede volver a cargarse cuando su energía eléctrica ha sido gastada. CONEXIÓN Montaje del circuito de acuerdo a la ilustración. En la cubeta de plástico se encuentra una solución de ácido sulfúrico fuertemente diluida (aprox. 1:20). La cubeta de plástico se encuentra a la par del panel de circuito. Fijamos los dos portapinzas a los manguitos de apriete STB. Fijamos las pinzas de cocodrilo con clavija de vástagos a los portapinzas. Las pinzas de cocodrilo sostienen a dos láminas de plomo. Los electrodos se sumergen en el ácido sulfúrico diluido. Utilizamos 6 V de tensión continua. Utilizamos el amperímetro con el alcance de medida igual a 300 mA. A continuación insertamos el conductor recto STB sombreado en la posición L (cargar). EXPERIMENTO Cerramos el circuito. La tensión aplicada continua se encuentra en los electrodos. No fluye corriente a través de la bombilla incandescente. Leemos en el amperímetro la intensidad de corriente y observamos la dirección de la corriente eléctrica. Después de algunos minutos insertamos el conductor recto STB sombreado en la posición E (descargar). Así separamos la tensión aplicada. El circuito se encuentra cerrado sobre la bombilla incandescente. La fuente de tensión, la cual origina la luminosidad de la bombilla, es ahora el modelo de acumulador. Observamos lo que indica el amperímetro. ¿Coincide la dirección de la corriente con la dirección de la corriente de carga? ¿Cuál de las láminas de plomo es el polo positivo del acumulador? La bombilla incandescente se enciende sólo por un corto tiempo. Entonces el acumulador debe volver a cargarse. Para eso insertamos de nuevo el conductor recto STB en la posición L. CONCLUSIÓN Al cargar un acumulador de plomo, la energía eléctrica se transforma en energía química. Al descargar el acumulador de plomo, la energía química se transforma de nuevo en energía eléctrica y puede, por ej,, encender una bombilla incandescente. Al descargar un acumulador fluye la corriente eléctrica en la dirección contraria a la que fluye cuando el acumulador se carga.


Manual Electricidad 1

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