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DEPARTAMENTO DE CIENCIAS Y TECNOLOGIA

TEMA: Electricidad y Calor

Subtema: Eficiencia energética Curso: Octavo Básico

Fecha: 02/06/2020

Nombre de la Unidad: Electricidad y Calor N° Clase: 11

Profesor: Enrique Zambra Araneda

Objetivo de Aprendizaje

Analizar un circuito eléctrico domiciliario y comparar experimentalmente los circuitos eléctricos en serie y en paralelo en relación con:

Energía eléctrica. Diferencia de potencial. Intensidad de corriente eléctrica. Potencial eléctrico. Resistencia eléctrica. Eficiencia energética.

Comenzaremos esta guía resolviendo algunos problemas relacionados con la aplicación de la Ley de Ohm en circuitos eléctricos simples, para posteriormente repasar los conceptos de Potencia eléctrica.

1. Conectamos en paralelo dos lámparas de 45 Ω y 30 Ω con una pila de 9 V. Calcular la resistencia equivalente del circuito y la intensidad de corriente que circulará por él y por cada uno de sus receptores. (Sol.: Re = 18 Ω; I1 = 200 mA; I2 = 300 mA; IT = 500 mA).

2. Calcular la resistencia equivalente de un circuito paralelo compuesto por 4 bombillas de 80 Ω de resistencia, a 220 V Calcular cuál será la intensidad que recorrerá el circuito y la que atravesará cada una de las lámparas. (Sol.: Re = 20 Ω; Iparcial = 2'75 A; IT = 11 A).

3. Un fusible es un elemento de protección que se funde cuando por él circula una intensidad de corriente superior a un límite. Calcula cuántas lámparas de 200 Ω se podrán conectar en paralelo a una pila de 9V, si la instalación tiene un fusible de 1 A. (Sol.: 22 lámparas).

4. Un circuito está formado por 10 lámparas de 90 Ω conectadas en paralelo, un interruptor y una pila de 4'5V Deseo instalar un fusible en dicho circuito, para lo que dispongo de tres modelos diferentes: de 300 mA, de 600 mA y de 800 mA Calcula cuál sería el modelo más adecuado para instalar. (Sol.: el de 600 mA).

Para comenzar a resolver los problemas siguientes debes comprender muy bien las unidades de medida de Energía y Trabajo, es decir, el JOULE (J), como también la unidad de medida de la Potencia eléctrica que es el Watt o Vatio (W).

En primer lugar estudiaremos la unidad de medida de energía y calcularemos como obtenemos un resultado expresado en Joule (J): Por ejemplo, si deseamos calcular la Energía Cinética o Energía de Movimiento que lleva un vehículo que se moviliza con una velocidad y una masa determinada. Esa energía que lleva el móvil se puede captar con mucha claridad cuando se experimenta un choque. Esa es la razón por la cual los carabineros de la SIAT (Servicio de Investigación de Accidentes del Tránsito), al ser entrevistados por un medio de comunicación expresan que el choque fue de alta energía.

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¿Cómo se calcula dicha energía?. Mediante la siguiente fórmula:

Ec = ½ m x v2 , donde m = masa del móvil y v = velocidad del móvil.

Vemos que a mayor masa del móvil, mayor es la energía que se manifiesta en un choque, generándose mayores daños tanto de las personas que viajan en él, como los del entorno. A su vez, mayor es la energía cinética si el móvil va a gran velocidad. Entonces, si un móvil masa 1000 kg y va a 10 m/s, su energía cinética será igual a:

Ec = ½ 1000 kg x (10 m/s)2,

Ec = 500 kg x 100 m2/s2,

Ec = 5.000 Joule o 5 Kilojoule

Si deseas que el resultado se exprese en Joule, necesariamente la masa debe darse en kilogramos y la velocidad en metros/segundos.

Otro ejemplo se puede dar con la Energía potencial (Ep) o gravitatoria que posee una masa de agua en una pequeña represa. Esa energía quedará expresada formularmente de la siguiente forma:

Ep = masa x gravedad x altura

Esto significa que la energía en potencia que una masa de agua posee atajada en una represa, será directamente proporcional a la altura a la cual se encuentra, como así también a la cantidad en masa de agua y a la acción de la gravedad terrestre. Supongamos que una tonelada de agua (1000 kg) está en una represa que se encuentra a 10 metros de altura, donde la aceleración de gravedad es de 10 m/s2.

Ep = 1000 kg x 10 m/s2 x 10 m

Ep = 100.000 Joule o 100 KiloJoule

Ahora bien, la Potencia Eléctrica de un generador es el trabajo realizado o energía desarrollada o consumida por unidad de tiempo, como lo vimos en la guía anterior (Guía N° 10). En fórmula queda expresado: P= E/tEntonces 1 watt de potencia sería igual a 1 Joule/segundo.

Diferencia entre Watt (W) y Watt-hora (Wh)

Un Watt (W) es una unidad de potencia y la potencia es la velocidad a la que la energía se produce o se consume. Piense en los Watts como una medida de flujo eléctrico. ¿Un dispositivo eléctrico necesita un flujo grande o pequeño para funcionar? Por ejemplo, un foco de luz de 100 W utiliza energía a una tasa más elevada que un foco de 60 W; esto significa que el foco de luz de 100 W necesita un "flujo" mayor para funcionar.

Un Watt-hora (Wh) es una unidad de energía; es una forma de medir la cantidad de trabajo generado o realizado. Los electrodomésticos y otros dispositivos eléctricos realizan "trabajo", lo que requiere energía en forma de electricidad. Las empresas de energía, por lo general, facturan la energía eléctrica por kilowatt-hora (kWh), que equivale a 1000 Watts-hora.

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Hago un listado de tres electrodomésticos que consumen más energía eléctrica. Y los tres que menos consumen.

Con esta nueva información entregada en ésta guía podrás tener más antecedentes para comprender lo entregado en la guía anterior (Guía N°10) y así poder comprender lo solicitado en cuanto a potencia eléctrica; más aun teniendo claridad en cuanto a comprender las unidades de medida Joule, Watt y Kwatt-hora.

Cierre de la clase

El propósito de las dos últimas guías de trabajo ha sido poder acercar el fenómeno de la electricidad al uso cotidiano de esta. Hoy en día se requiere más que nunca que el conocimiento científico tenga su correspondencia con nuestros quehaceres diarios. Todos sabemos que nuestro planeta vivencia una crisis energética y desde ya debemos preocuparnos del asunto, comenzando por considerar en nuestros hogares aquellos aparatos electrodomésticos que son más eficientes energéticamente y sugerir a los integrantes de nuestra familia que debemos ocupar con mesura todos los artefactos que funcionen con este tipo de energía. Generar conexiones entre el conocimiento de la energía eléctrica con su uso en el diario vivir, ha sido uno de los propósitos de esta guía de trabajo.

Un saludo muy afectuoso para todos ustedes.

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