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La energía eléctrica

¿De donde podemos obtener energía para hacer funcionar un circuito? En el siguiente recurso podrás averiguarlo.

La energía eléctrica

Para funcionar, un circuito requiere que se le proporcione energía. Ésta puede ser obtenida de una pila, una batería o una dínamo. El circuito transforma la energía que se le proporciona en otro u otros tipos de energía; por ejemplo, en una ampolleta se produce luz y calor; en un taladro o ventilador, energía de movimiento y calor, etc.

Consideremos una ampolleta de 60 watts para 220 volts que, conectada a este voltaje, funciona continuamente durante 10 horas. En este tiempo, ¿qué energía eléctrica le proporciona al circuito la red eléctrica domiciliaria?, ¿qué energía eléctrica se transforma en luz y calor?

De la definición de potencia tenemos que esta energía E debe ser E = Wt, la cual resulta expresada en joules cuando la potencia (W) está en watts y el tiempo (t) en segundos. Como 1 hora = 3.600 segundos, entonces t = 36.000 s; como la potencia de la ampolleta es 60 watts, reemplazando en la expresión anterior tenemos que la energía buscada es E = 2.160.000 joules.

Si en una casa existen los elementos que se indican en la tabla adjunta funcionando durante un mes las horas que se señalan, entonces la energía eléctrica que proporciona la empresa que la abastece de energía eléctrica será, para cada elemento, la que se indica en la última columna.

Tabla cálculo de la energía empleada en una casa

Al sumar estos valores encontramos que la energía que se utiliza durante el mes es 297.360.000 joules (297 millones 360 mil joules). ¡Un gran número! Es conveniente que hagas este ejercicio con los artefactos reales que se usan en tu casa.

Como estos números son muy incómodos, se prefiere usar una unidad de energía denominada kilowatt-hora (kWh), que corresponde a 3.600.000 juoles. Por lo tanto, el consumo eléctrico mensual en la casa de nuestro ejemplo es de 82,6 kilowatt-hora. Si el valor del kilowatt-hora es de $30, la empresa que la abastece de energía eléctrica debiera cobrar $2.478.

Es muy importante destacar que el kilowatt-hora, aunque su nombre induce a confusión no mide potencia, sino que energía. En efecto, un kWh es la energía que emplea un artefacto de 1000 watt que funciona durante 1hora.

En nuestro país, la energía eléctrica de las redes domiciliarias, industriales y comerciales, se obtiene mediante el mismo principio de generación de corriente alterna. La única diferencia consiste en que la forma como se hace “girar la bobina o el imán dentro de la bobina”.
En una central hidroeléctrica se aprovecha la energía potencial que posee el gran volumen de agua que se acumula en el embalse. Para ello se hace descender al agua a través de unas tuberías, aumentando la velocidad del agua conforme va descendiendo su altura. Las tuberías terminan en unas turbinas que son puestas en funcionamiento por la acción del agua, dichas turbinas son las encargadas de transformar la energía del agua en energía eléctrica moviendo grandes bobinas respecto de campos magnéticos.
En el caso de las centrales térmicas, lo que se hace es calentar agua  para que el vapor a gran presión mueva las turbinas.

central hodroeléctrica

LA ENERGÍA ELÉCTRICA

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La energía eléctrica

 

Al introducir este tema, resulta muy importante destacar que el movimiento de las cargas en un circuito, se debe a que una diferencia de potencial proporciona energía al circuito. En este sentido, se sugiere introducir la noción de potencial como la energía por unidad de carga que existe en un punto del espacio, o en este caso, en un punto del circuito. Es conveniente también, plantear la equivalencia de las unidades:

 

1 volt = 1 joule de energía por cada coulomb de carga.

1 V = 1 J/C

 

También es posible comentar y relevar el hecho que cuando una ponemos una batería de 9 volt a un circuito, eso significa que cada coulomb de carga que ingresa al circuito, aporta 9 J de energía, ya que al salir, queda a 0 V (0 J/C).

 

Se debe explicar nuevamente la noción de circuito, señalando que cuando las cargas circulan a través de él, disminuyen su potencial al pasar a través de cada resistencia, ampolleta o artefacto, puesto que dejan su energía o parte de ella en dicho dispositivo, de tal forma que éste funcione.

 

Conviene en este punto reforzar la idea de que cuando una ampolleta emite luz y calor, lo hace transformando la energía que “dejan en ella” las cargas que circulan. Pero no se trata de que las cargas se transformen directamente en luz y calor.

 

Antes de introducir la noción de potencia es posible comentar que la energía que “consume”  o usa un dispositivo para funcionar, es proporcional a la diferencia de potencial (voltaje), a la intensidad de corriente que circula a través de ellas y al tiempo durante el cual funciona dicho aparato, es decir:

 

E = DV∙I∙t

 

De esta forma se puede escribir que

 

P = DV∙I

 

 y todas las otras expresiones posibles que resultan a partir de las relaciones entre diferencia de potencial, corriente y resistencia.

 

Es muy conveniente, al margen de las ecuaciones o “formulas” para calcular la potencia eléctrica, que ésta corresponde a la “cantidad de energía eléctrica que un dispositivo transforma en luz, calor, movimiento, trabajo u otro forma, en una unidad de tiempo.”

 

Así por ejemplo, es posible señalar que si una ampolleta tiene una potencia de 100 watt, esto quiere decir que transforma 100 J de energía eléctrica en luz y calor, en cada segundo. Así como éste, se sugiere comentar otros casos, pidiéndole a los estudiantes que verbalicen la información.

 

En este núcleo temático, es muy importante al introducir el kWh (kilowatt-hora) enfatizar que no es unidad de n, sino que es unidad de energía. Para efectos de la PSU, es importante esta distinción, así como el desarrollar algunos ejercicios de aplicación sencillos, calculando el “consumo” eléctrico en kWh y estableciendo la equivalencia correspondiente en joules.

 

Respecto de la generación de energía eléctrica, se hace recomendable volver a revisar de manera rápida los conceptos de inducción electromagnética ya a partir de ahí, explicar de manera breve el funcionamiento de un generador.

Información

Técnica

Descripción Breve¿De donde podemos obtener energía para hacer funcionar un circuito? En el siguiente recurso podrás averiguarlo.
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