UNAM
Vínculo curricular
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Vínculo curricular

ASIGNATURA: FÍSICA III

CUARTA UNIDAD: Interacciones eléctricas y magnéticas. Fenómenos luminosos.

4.1 Circuitos eléctricos resistivos. Potencia eléctrica.

Aprendizajes esperados:

  • Identificar y comparar las características de los materiales conductores y no conductores de electricidad a través de su empleo en un circuito eléctrico.
  • Determinar la relación entre voltaje, intensidad de corriente y resistencia
  • Reconocer las características de los circuitos en serie y en paralelo.
Recurso educativo desarrollado para el plan de estudios de la ENP de la UNAM. Versión 1.0.0
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CRÉDITOS

Coordinación de Innovación y Desarrollo

  • Clara López Guzmán Coordinación del Proyecto Tecnologías en el Aula
  • Alejandra Velázquez Castañeda Integración de Recursos Educativos

Dirección General de Cómputo y de Tecnologías de Información y Comunicación

  • José Fernando García Pacheco Desarrollo de sistemas
  • Erick Leonardo Martínez García Oscar Josué Álvarez Márquez Apoyo a desarrollo de sistemas
  • Lidice Mayari Quevedo Rodríguez Betzabeth Reyes Pérez Lilia Michel Garduño García Lidia Sarai Mendoza Escobedo Diseño didáctico
  • Antonio Eder Navarro Mendoza Diseño gráfico
  • Alfredo Villegas Montejo Corrección de estilo
  • Rebeca Valenzuela Argüelles Coordinación de diseño didáctico
  • Mario Alberto Hernández Mayorga Coordinación del desarrollo
  • Teresa Vázquez Mantecón Coordinación del proyecto
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bibliografía

  • Aguilar, E. (2012). Electricidad en Europa y en América. El sol de México. Recuperado de http://www.oem.com.mx/elsoldemexico/notas/n2582700.htm
  • Allier, A., Martínez, J., Meléndez, J. y Padilla, J. (2006). Física III. México: Universidad Nacional Autónoma de México, Escuela Nacional Preparatoria.
  • Giancoli, D., Sears, F.W., Zemansky, M.W., Young, H.D. y Freedman, R.A. (2010). Física II. México: Pearson Educación.
  • Hewitt, P. (2007). Física conceptual. (10a ed.). México: Pearson Educación.
  • Mogollón, M. (s.f). Electricidad: Efectos en el cuerpo humano. Recuperado de http://www.itescam.edu.mx/principal/sylabus/fpdb/recursos/r46345.PDF
Circuitos eléctricos
ENTRAR
Circuitos eléctricos
0.00 v
0.00 v
0.00 v
0.00 A
Focos
Voltaje
  • Ninguno
  • Plata
  • Cobre
  • Acero
  • Madera
  • Plástico
  • Cristal
Elegir material
Tipo

Circuito en serie

Conductores de la electricidad

Experimenta:

  • Elige un voltaje de 120 V y un foco de 100 W. Ahora cambia los materiales y observa la luminosidad en cada caso.

    Recuerda: Para que tu comparación sea válida no puedes variar voltaje, potencia y material al mismo tiempo.

  • Ordena los materiales según su capacidad para conducir corriente eléctrica. Comenzar

Reflexiona: ¿Porqué algunos materiales son mejores conductores de la electricidad?

Respuesta

Relación entre corriente y resistencia.

  • Elige un voltaje fijo de 120 V y haz diferentes combinaciones en el número de focos y la resistencia que presenta cada uno.

  • Observa el valor que alcanza la corriente con cada configuración.

  • Anota tus observaciones en la tabla . La resistencia total de un circuito en serie es igual a la suma de todas las resistencias conectadas.

Relación entre corriente y voltaje. Potencia eléctrica.

Experimenta:

  • Elige una resistencia fija, por ejemplo, un foco de 100 W.
  • Aumenta el voltaje gradualmente de 90 V hasta 130 V.
  • Observa qué sucede con el foco y el amperímetro.

¿Cuál es la relación entre el voltaje y la intensidad de corriente?

¿Cuál es la relación de la intensidad de corriente y voltaje con la potencia eléctrica?

Circuito en paralelo

Relación entre corriente y resistencia

Experimenta:

  • Fija el voltaje en 120 V y forma un circuito en paralelo con dos focos que ofrezcan la misma resistencia.
  • Observa el valor que alcanza la corriente total, que es el valor en Amperes que se encuentra junto al voltímetro (fuente de poder).
  • Repite el experimento, ahora con tres focos iguales.

¿Qué ocurre con la intensidad de corriente al ir agregando resistencias al circuito?

Intensidad de corriente

Experimenta:

  • Fija el voltaje en 120 V y forma un circuito en paralelo con dos y/o tres focos en diferentes combinaciones de resistencias.
  • Observa los valores que alcanza la corriente en cada tramo.

¿Cómo varía la corriente en cada tramo?

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Ordena los materiales según su capacidad de conducir corriente eléctrica.
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Registra tus datos

RTotal Corriente
A medida que aumenta el número de resistencias en un circuito en serie, la resistencia total y la intensidad de corriente en el circuito .
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¿Cuál es la relación entre el voltaje y la intensidad de corriente?

A medida que el voltaje en un circuito en serie aumenta, la intensidad de corriente . Si el voltaje disminuye entonces la intensidad de corriente también.
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¿Cuál es la relación de intensidad de corriente y voltaje con la potencia eléctrica?

El voltaje y la intensidad de corriente están relacionados de manera , proporcional con la potencia. En este caso podemos relacionar la potencia eléctrica con la intensidad del brillo del foco del circuito, por lo tanto la energía eléctrica se convierte en . El foco de 100 W se logró iluminar de manera óptima en el circuito con un voltaje de volts.
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¿Qué ocurre con la intensidad de corriente al ir agregando resistencias al circuito?

Cuando en un circuito en paralelo se añaden más resistencias, la resistencia total disminuye y la corriente total del circuito .
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¿Cómo varía la corriente en cada tramo?

La corriente pasa con más facilidad por los focos cuya resistencia es , por lo tanto la corriente en cada rama es . La corriente total en el circuito es igual a la de las corrientes en sus ramas paralelas.
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1 Coloca en el espacio correspondiente alguno de los materiales.
2 La fuente de poder ya esta encendida.
3 Selecciona la intensidad del foco que observas de acuerdo con el material seleccionado en la sección de registro.

Calcula la intensidad de corriente que pasa por el circuito con diferentes combinaciones de focos y completa el registro.

Utiliza la siguiente formula I= V/ R.


Voltaje: 120
Potencia Resistencia Intensidad
20w Ω A
30w Ω A
50w Ω A
20w + 30w Ω A
20w + 50w Ω A
30w + 50 Ω A
20w + 30w + 50w Ω A
  • Materiales
  • 20W - 3.33 Ω
  • 30W - 7.50 Ω
  • 50W - 20.83 Ω

Determina el valor total de la resistencia en el circuito con dos focos (2Ω 5Ω 10 5Ω).

Utiliza esta fórmula:


Recuerda que para obtener la corriente la fórmula es:

Intensidad de corriente = voltaje dividido entre la resistencia I = V / R.

Si tienes varias resistencias sólo debes sumarlas.

Revisa estos ejemplos.

Para obtener la intensidad de corriente con una resistencia

I=120 [v] / 3.33 [Ω] = 36.03 [A]

Con tres resistencias

I=120 [v] / 3.33 [Ω] + 7.50 [Ω] + 20.83 [Ω] = I= 120 [v] / 13.66 [Ω] = 8.78 [A]

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Hay materiales que son mejores conductores que otros.

Los metales (oro, plata, cobre, fierro, aluminio, mercurio y bronce) tienen mayor capacidad para mover sus electrones libres, por lo que son buenos conductores; es decir, tienen mayor conductividad. Recuerda que la corriente eléctrica es un flujo de electrones debido a una diferencia de potencial (V). El grafito es un no metal semiconductor de electricidad; su conductividad se debe a que tiene electrones que no están ligados a los átomos, pero en menor cantidad si se compara con los metales.

¡Bien! El foco presenta una resistencia al paso de la corriente. Entre más potencia tenga, presenta menos resistencia al paso de la corriente y su brillo aumenta gradualmente. La gráfica muestra la relación inversa que existe entre la resistencia y la corriente. A medida que aumenta la resistencia, disminuye la corriente y viceversa.

Gráfica relación: resistencia y corriente

¡Bien! En este caso, como el circuito tiene una resistencia constante, un incremento en el voltaje produce un incremento en la intensidad de corriente. La gráfica muestra la correlación positiva que hay entre intensidad y voltaje; cuando una aumenta o disminuye, la otra también lo hace.

Gráfica relación: resistencia y corriente

La potencia indica la rapidez con la que se puede realizar un trabajo. En este caso podemos relacionar la potencia eléctrica con la intensidad del brillo del foco del circuito. El voltaje y la intensidad de la corriente que fluye por un circuito eléctrico, son directamente proporcionales a la potencia, es decir, si uno de ellos aumenta o disminuye su valor, la potencia también aumenta o disminuye de forma proporcional. 

Cuando la energía eléctrica es transportada por la corriente y llega al foco, se convierte en otra forma de energía como calor o luz, entonces se dice que el circuito o elemento disipa energía.

¿Qué ocurrió con el foco?

El foco sometido a 95 Volts no llega a su potencia total y por eso el su brillo es más tenue. Al ir aumentando el voltaje la intensidad del foco va aumentando. El foco está diseñado para ser utilizado en un circuito con un voltaje de 120 V y ahí su intensidad es mayor. Al aumentar el voltaje a 130 V obtiene una potencia mucho mayor y se funde.

¡Bien! La adición de más resistencias en paralelo equivale a proporcionar más vías por las que puede fluir la corriente. Los focos añadidos ofrecen resistencia al flujo de la corriente, pero disminuyen la resistencia total, debido a que proporcionan rutas adicionales disponibles para que la intensidad de corriente fluya. Las ramas adicionales significan que el circuito puede soportar una mayor intensidad de corriente.

En un circuito en paralelo, la corriente se divide en ramas separadas de tal manera que en una puede haber más corriente que en otra, dependiendo de la resistencia que encuentre. Si la resistencia es menor, la corriente es mayor y viceversa.

Cómo pudiste observar al colocar un interruptor en una rama paralela del circuito, una interrupción en cualquiera de las trayectorias o ramificaciones no interrumpe el flujo de la corriente hacia las otras trayectorias. Cada elemento funciona en forma independiente a las demás.

¿Seguro? Haz de nuevo el experimento y revisa el amperímetro.


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