ESTÁNDAR
Entorno físico (Procesos físicos)
- Explico las fuerzas entre objetos como interacciones debidas a la carga eléctrica y a la masa.
Ciencia, tecnología y sociedad:
- Utilizo modelos biológicos, físicos y químicos para explicar la transformación y conservación de la energía.
- Identifico aplicaciones de diferentes modelos biológicos, químicos y físicos en procesos industriales y en el desarrollo tecnológico; analizo críticamente las implicaciones de sus usos.
COMPONENTE
- Entorno físico (Procesos físicos)
- Ciencia, tecnología y sociedad
INDICADOR DE DESEMPEÑO
De Conocimiento:
- Conozco los elementos involucrados en un circuito eléctrico para optimizarlo.
De Desempeño:
- Resuelvo problemas que incluyan circuitos en paralelo, en serie y mixtos.
METODOLOGÍA/ SECUENCIA DIDÁCTICA
- Unidad didáctica
- Electricidad, conductores, aislantes, corriente, voltaje, resistencia, componentes, nodo, malla, rama, fuente. Ley de Ohm, Ley de Kirchhoff.
- Propósito
- Comprender los componentes de un circuito eléctrico, principalmente voltaje, tensión o diferencia de potencial.
- Desarrollo cognitivo instruccional
Tensión eléctrica (diferencia de potencial o voltaje)
El voltaje, tensión o diferencia de potencial es la presión que ejerce una fuente de suministro de energía eléctrica o fuerza electromotriz (FEM) sobre las cargas eléctricas o electrones en un circuito eléctrico cerrado, para que se establezca el flujo de una corriente eléctrica.
Tensión = presión y se mide en voltios (V). El término reconoce al físico italiano Alessandro Volta (1745-1827), inventor de la pila voltaica, el precursor de la pila doméstica de hoy.
A mayor diferencia de potencial o presión que ejerza una fuente de FEM sobre las cargas eléctricas o electrones contenidos en un conductor, mayor será el voltaje o tensión existente en el circuito al que corresponda ese conductor.
Las cargas eléctricas en un circuito cerrado fluyen del polo negativo al polo positivo de la propia fuente de fuerza electromotriz.
La diferencia de potencial entre dos puntos de una fuente de FEM se manifiesta como la acumulación de cargas eléctricas negativas (iones negativos o aniones), con exceso de electrones en el polo negativo (–) y la acumulación de cargas eléctricas positivas (iones positivos o cationes), con defecto de electrones en el polo positivo (+) de la propia fuente de FEM.
A la izquierda podemos apreciar la estructura completa de un átomo de cobre (Cu) en estado "neutro", con un solo electrón girando en su última órbita y a la derecha un "ión" cobre, después que el átomo ha perdido el único electrón que posee en su órbita más externa. Debido a que en esas condiciones la carga positiva de los protones supera a las cargas negativas de los electrones que aún continúan girando en el resto de las órbitas, el ión se denomina en este caso "catión", por tener carga positiva.
En otras palabras, el voltaje, tensión o diferencia de potencial es el impulso que necesita una carga eléctrica para que pueda fluir por el conductor de un circuito eléctrico cerrado. Este movimiento de las cargas eléctricas por el circuito se establece a partir del polo negativo de la fuente de FEM hasta el polo positivo de la propia fuente.
Para medir tensión o voltaje existente en una fuente de fuerza electromotriz (FEM) o en un circuito eléctrico, es necesario disponer de un instrumento de medición llamado voltímetro, que puede ser tanto del tipo analógico como digital.
El voltímetro se instala de forma paralela en relación con la fuente de suministro de energía eléctrica. Mediante un multímetro o “tester” que mida voltaje podemos realizar también esa medición. Los voltajes bajos o de baja tensión se miden en volt y se representa por la letra (V), mientras que los voltajes medios y altos (alta tensión) se miden en kilovolt, y se representan por las iniciales (kV).
1. Voltímetro analógico. 2. Voltímetro digital. 3. Miliamperímetro analógico. 4. Amperímetro digital.
El voltímetro siempre se conecta en paralelo con la fuente de suministro de fuerza electromotriz, mientras que el amperímetro y el miliamperímetro se colocan en serie.
- Desarrollo Metodológico
Ejemplo
Un conductor está atravesado por una corriente de 5 A y esta corriente efectúa un trabajo de 500 J (Joules o julios) en 10 segundos. Calcular la diferencia de potencial en los extremos del conductor.
W = 500 J
I = 5 A
t =
W = (V ∙ I) ∙ t
V = W / (I ∙ t)
V = 500 J / (5 A ∙ 10 s)
V = 10 V
Actividad:
- Un conductor está atravesado por una corriente de 10 amperios y esta corriente efectúa un trabajo de 440 joules en 15 segundos. Calcule la diferencia de potencial en los extremos del conductor.
- Un conductor tiene una resistencia de 4 ohmios. Calcule la diferencia de potencial en sus extremos cuando lo atraviesa una intensidad de 2 amperios
- Un conductor está atravesado por una corriente de 10 miliamperios y esta corriente efectúa un trabajo de 108 joules en 0,4 min. Calcule la diferencia de potencial en los extremos del conductor.
- Un conductor tiene una resistencia de 2 ohmios. Calcule la diferencia de potencial en sus extremos cuando lo atraviesa una intensidad de 12 miliamperios.
- Responde falso o verdadero.
- A menor diferencia de potencial que ejerza una fuente de FEM sobre las cargas eléctricas, menor será el voltaje existente en el circuito. ( )
- Los cationes son partículas cargadas negativamente y los aniones son partículas cargadas positivamente ( )
- El voltaje entre dos puntos de un circuito eléctrico se mide en watios. ( )
- La intensidad de corriente que pasa por un elemento de un circuito eléctrico está relacionada con la carga que lo atraviesa cada segundo. ( )
