En esta lección
- Video de la lección (próximamente)
- Apuntes de la lección
- Ejemplos resueltos
- Ideas clave
- Alineación con NGSS
Llévatelo
Pregunta esencial
¿Qué se necesita para que un foco se encienda?
Todos los días prendes interruptores y conectas aparatos, pero ¿qué pasa realmente dentro de los cables? Al final de esta lección, deberías poder explicar qué necesita un circuito completo, dibujar un diagrama de circuito con los símbolos correctos y distinguir entre conductores y aislantes.
El video de la lección llegará pronto. Mientras tanto, lee la lección que aparece abajo.
Un circuito completo
- Las cargas necesitan un circuito cerrado
- Batería → cable → foco → de regreso
- Cualquier hueco detiene el flujo
Un foco solo se enciende cuando las cargas pueden viajar por un circuito completo y cerrado: salen de la batería, pasan por los cables y el foco, y regresan a la batería. Si hay un hueco en cualquier parte del circuito, las cargas dejan de moverse en todas partes y el foco se apaga. Un circuito con un hueco se llama circuito abierto. Un circuito completo es un circuito cerrado.
Símbolos de los esquemas
En lugar de dibujar imágenes realistas, los físicos dibujan los circuitos con símbolos sencillos. La placa larga de la batería es la terminal positiva (+) y la placa corta y gruesa es la terminal negativa (−). Una resistencia es un zigzag, un foco es un círculo con una X, y los dos medidores son círculos con las letras A (amperímetro) y V (voltímetro). Un interruptor abierto se dibuja con la palanca levantada, lo que deja un hueco en el circuito.
Dibujo de un diagrama de circuito
- Usa símbolos, no imágenes
- Cables rectos, esquinas cuadradas
- El mismo circuito, más fácil de leer
Un diagrama de circuito, o esquema, muestra cómo están conectadas las partes sin tratar de verse realista. Dibuja los cables como líneas rectas con esquinas cuadradas y usa los símbolos estándar. La imagen y el diagrama de aquí muestran exactamente el mismo circuito, pero el diagrama es más rápido de dibujar y más fácil de leer.
Interruptores
- Interruptor abierto: hueco, foco apagado
- Interruptor cerrado: circuito completo
- Enciende y apaga un circuito
Un interruptor es un hueco que se puede controlar. Cuando el interruptor está abierto, su palanca está levantada y el circuito está interrumpido, así que no fluye carga y el foco permanece apagado. Cuando el interruptor está cerrado, la palanca toca el contacto, el circuito está completo y el foco se enciende. Todos los apagadores de tu casa funcionan así.
Medición con medidores
- Amperímetro (A): mide la corriente
- El amperímetro va dentro del circuito
- Voltímetro (V): mide el voltaje
- El voltímetro va a lo largo de una parte
Un amperímetro mide la corriente, el flujo de carga, así que la carga tiene que pasar por él. Eso significa que va justo dentro del circuito, en línea con la parte que quieres medir (en serie). Un voltímetro mide el voltaje a lo largo de una parte, así que sus dos cables se conectan a cada lado de esa parte, como un puente a su alrededor (en paralelo).
Conductores y aislantes
- Los conductores dejan pasar la carga
- Metales: cobre, aluminio, acero
- Los aislantes bloquean el paso de la carga
- Hule, plástico, vidrio, madera
Un conductor permite que la carga se mueva fácilmente por él. Los metales como el cobre, el aluminio y el acero son buenos conductores porque algunos de sus electrones pueden moverse libremente. Un aislante mantiene sus cargas firmemente sujetas y bloquea el flujo. El hule, el plástico, el vidrio y la madera seca son aislantes. Un cable de uso doméstico usa los dos: un núcleo de cobre que lleva la carga y un recubrimiento de plástico que evita que se escape o que te dé un toque.
Energía en un circuito
- La batería almacena energía química
- Las cargas en movimiento llevan energía
- El foco la convierte en luz y calor
- Las cargas no se gastan
Una batería almacena energía química. Cuando el circuito está cerrado, la batería empuja a las cargas por el circuito, y las cargas en movimiento llevan energía eléctrica al foco. El foco transforma esa energía en luz y calor. Las cargas en sí no se gastan. Ya están en los cables y simplemente siguen girando. Lo que se gasta es la energía almacenada de la batería.
Ejemplos resueltos
Primero intenta resolver cada problema por tu cuenta y luego abre la solución para revisar tu trabajo.
Ejemplo 1: ¿Se enciende?
¿Cuál de estos circuitos hará que el foco se encienda? Explica por qué sí o por qué no en cada uno.
Mostrar la solución
- Circuito A: La batería y el foco forman un circuito completo y cerrado, así que fluye carga y el foco se enciende.
- Circuito B: El interruptor está abierto, lo que deja un hueco en el circuito. No fluye carga, así que el foco no se enciende.
- Circuito C: El circuito está cerrado, pero no hay batería. Nada le da energía a las cargas, así que el foco no se enciende.
- Respuesta: Solo el circuito A hace que el foco se encienda. Un foco necesita un circuito cerrado y una fuente de energía.
Ejemplo 2: Dibujo del diagrama
Una linterna tiene dos pilas, un interruptor y un foco, todos conectados en un solo circuito cerrado. Dibuja su diagrama de circuito.
Mostrar la solución
- Enumera las partes: dos pilas (una batería), un interruptor, un foco y los cables de conexión
- Dibuja el circuito: traza un rectángulo para el cable, con lados rectos y esquinas cuadradas
- Agrega los símbolos: pon la batería de dos pilas en el lado izquierdo (placa larga, placa corta, placa larga, placa corta), el interruptor en el cable de arriba y el foco (círculo con una X) en el lado derecho
- Respuesta: un solo circuito rectangular con una batería de dos pilas, un interruptor y un foco. Marca con + el extremo de la batería que tiene la placa larga.
Ejemplo 3: ¿Conductor o aislante?
Clasifica cada objeto como conductor o aislante: cable de cobre, guante de hule, papel aluminio, regla de plástico, clip de acero, vaso de vidrio
Mostrar la solución
- Busca los metales: el cobre, el aluminio y el acero son metales, y los metales tienen electrones que pueden moverse libremente
- Conductores: cable de cobre, papel aluminio, clip de acero
- Aislantes: guante de hule, regla de plástico, vaso de vidrio, que mantienen sus electrones firmemente sujetos
- Respuesta: Conductores: cable de cobre, papel aluminio, clip de acero. Aislantes: guante de hule, regla de plástico, vaso de vidrio.
Ejemplo 4: Colocación de los medidores
Un circuito tiene una batería conectada a un solo foco. Quieres medir la corriente que pasa por el foco y el voltaje a lo largo de él. ¿Dónde va cada medidor?
Mostrar la solución
- Amperímetro: la corriente es un flujo de carga, así que la carga debe pasar por el amperímetro. Abre el circuito y coloca el amperímetro ahí, en serie con el foco.
- Voltímetro: el voltaje compara dos puntos, así que conecta un cable del voltímetro justo antes del foco y el otro justo después, en paralelo con el foco.
- Respuesta: El amperímetro va dentro del circuito (en serie). El voltímetro va a lo largo del foco (en paralelo).
Un error común es poner el voltímetro dentro del circuito. Los voltímetros están construidos para bloquear la corriente, así que un voltímetro dentro del circuito actuaría como un hueco y el foco se apagaría.
Práctica
Decide si un foco se encenderá, nombra y dibuja símbolos de circuito, coloca amperímetros y voltímetros, y clasifica los conductores y los aislantes. Primero inténtalo por tu cuenta y luego revisa tu trabajo con la clave de respuestas. Los PDF están en inglés.
- Hoja de práctica de Conceptos básicos de circuitos (PDF) (en inglés)
- Clave de respuestas de la hoja de práctica de Conceptos básicos de circuitos (PDF) (en inglés)
Practica con el Circuit Builder
Construye circuitos con baterías, cables, resistencias, interruptores y focos, revísalos con un multímetro y descubre por qué los focos en serie y en paralelo brillan de forma tan distinta. La actividad interactiva está en inglés.
Diapositivas de la lección
Ideas clave
- Un foco necesita un circuito cerrado
- La batería aporta la energía
- Los conductores llevan la carga, los aislantes la bloquean
- Amperímetro dentro del circuito, voltímetro a lo largo
De vuelta a la pregunta esencial: un foco se enciende cuando forma parte de un circuito completo y cerrado de conductores conectado a una fuente de energía como una batería. Las cargas en movimiento llevan energía de la batería al foco, donde se convierte en luz y calor. En la siguiente lección, mediremos ese flujo con la corriente, el voltaje y la resistencia.
Alineación con NGSS
Esta lección avanza hacia las siguientes expectativas de desempeño de los Estándares de Ciencias de Nueva Generación (NGSS, por sus siglas en inglés):
- HS-PS3-3: Diseñar, construir y perfeccionar un dispositivo que funcione dentro de restricciones dadas para convertir una forma de energía en otra.
- HS-PS2-6: Comunicar información científica y técnica sobre por qué la estructura a nivel molecular es importante en el funcionamiento de los materiales diseñados.
Ideas disciplinarias básicas: PS3.A Definiciones de energía; PS3.B Conservación de la energía y transferencia de energía