Guía de uso y conservación

KIT DE ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO

REPÚBLICA DEL PERÚ

Javier Sota Nadal Ministro de Educación. Idel Vexler Talledo Viceministro de Gestión Pedagógica Helenn Chávez Depaz Viceministro de Gestión Institucional Pedro Patrón Bedoya Secretario General Miriam Ponce Vértiz Directora Nacional de Educación Básica Regular Guillermo Molinari Palomino Director de Educación Secundaria

Guía de uso y conservación

KIT DE ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO

Índice

Introducción Estructura de la guía Especificaciones técnicas de cada componente Lista de componentes El multímetro analógico Descripción Calibración del multímetro Midiendo resistencias Midiendo voltajes Midiendo intensidades Código de colores Tablas de unidades según el sistema internacional Descripción de los componentes básicos de un circuito Fuente de alimentación Pilas eléctricas baterías Resistencia eléctrica Bobinas Transformador Símbolos eléctricos y electrónicos Actividades para el aula o fuera de ella ACTIVIDAD 1 Construyendo un circuito eléctrico simple ACTIVIDAD 2 Diagrama de circuitos ACTIVIDAD 3 Conductores y aislantes ACTIVIDAD 4 Efectos de la corriente eléctrica de un circuito ACTIVIDAD 5 Medición de la corriente en un circuito en serie ACTIVIDAD 6 Medición de la corriente en un circuito paralelo ACTIVIDAD 7 Prueba de la ley de Ohm ACTIVIDAD 8 Sustancias que atraen un imán ACTIVIDAD 9 ¿Puede el campo magnético atraer a través de una sustancia? ACTIVIDAD 10 Centros de atracción de un imán cilíndrico ACTIVIDAD 11 Haciendo un imán ACTIVIDAD 12 Campo magnético de un imán ACTIVIDAD 13 Prueba de la regla de ampere de la mano derecha ACTIVIDAD 14 Prueba de la ley de inducción de Farafay ACTIVIDAD 15 Prueba de la Ley de Lenz y el sentido de la corriente inducida Modelo de sesión de aprendizaje Sugerencias para el uso y conservación del material Recomendaciones de seguridad Bibliografía Referencia de páginas web

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Introducción

El estudio de la electricidad y magnetismo ha atraído por siglos la curiosidad del hombre, en estos días resultaría casi imposible desarrollar nuestras actividades cotidianas con normalidad sin contar con aquellos aparatos que dependen del flujo eléctrico. EL KIT DE ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO, es un material educativo que permite a docentes, alumnos y alumnas del nivel secundaria de educación básica, experimentar y comprobar la validez de principios y fenómenos físicos relacionados con este fascinante tema. LA GUÍA DE USO Y CONSERVACIÓN está estructurada de la siguiente manera: en la primera parte se presenta una descripción técnica de los componentes que incluye el Kit, seguidamente se entra en detalle del uso del multímetro analógico, instrumento de medición que nos permitirá llevar las experiencias al nivel cuantitativo. Seguidamente se presenta la tabla de código de colores para la lectura de los valores nominales de las resistencias metálicas. También se presenta una tabla de las unidades físicas fundamentales del sistema internacional de unidades y sus respectivas unidades derivadas en otra tabla. Del mismo modo incluye una tabla de símbolos electrónicos para dibujar diagramas de circuito. También se han desarrollado un buen número de actividades y modelo de sesión de aprendizaje, con la idea de ofrecer al docente una manera inmediata de aplicación de los componentes que comprende el Kit.

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Estructura de la guía

Encabezados Títulos Subtítulos Nivel 1

Imágenes a todo color

Título de actividades.

Imágenes a todo color para una mejor descripción de las actividades.

Subtítulos Nivel 2

Numeración

4

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Especificaciones técnicas de cada componente

DESCRIPCIÓN DEL MATERIAL Los componentes del kit han sido pensados y desarrollados desde los puntos de vista tecnológico y didáctico, todos se encuentran adecuadamente rotulados con la finalidad de identificar claramente sus características técnicas. Paneles El kit presenta 11 paneles de componentes. Estos dispositivos poseen dos puntos de contacto en forma de postes que permiten incluir el componente dentro de un circuito eléctrico mediante pinzas de tipo cocodrilo. Cuentan además con rótulos serigrafiados que muestran: el nombre del componente, el símbolo técnico que lo representa, el valor del componente y un código que identifica en forma particular al panel dentro del Kit. El componente eléctrico se encuentra montado y encapsulado debajo del panel.

Código del panel

Postes de conexión Símbolo técnico Valor nominal

Nombre del componente

Componente encapsulado 5

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LISTA DE COMPONENTES Cant.

Característica

1

Resistencia

10 K ohmios Código: 1A

2

Resistencia

100 ohmios Código: 1B

1

Resistencia

50 ohmios. Código: 1C

1

Condensador

.22 microfaradios. Código: 2

6

Lámparas

6 V a 1 A, c/portalámpara Código: 3

1

Bobina

1100 espiras.

1

Bobina

1500 espiras.

1

Solenoide

6 espiras

1

Interruptor

Incluye cables

1

Brújula

1

6

Componente

Imán cilíndrico A

Imagen

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1

Imán cilíndrico B

1

Imán en herradura A

1

Imán en herradura B

9

Barras de hierro

1

Limaduras de hierro

25g en pomo de plástico

10

Cables de conexión

5 Colores con pinzas tipo cocodrilo

1

Juego de 04 pilas

Pilas tipo D

4

Portapilas

Para pilas tipo D

1

Rollo de alambre

85 cm.

7

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8

1

Fuente de alimentación de CA y CC

Con valores de salida fijos: desde 1.5v hasta los 12 V a 1 A.

1

Fuente de alimentación de CC protegida contra cortocircuitos

Con valores de salida variables dentro del rango de 1.5v a 12v y a 500 mA

1

Transformador reductor

Con entrada de 220 v y salidas fijas desde 1.5v hasta 12v

1

Multímetro analógico

1

Caja de plástico resistente y durable.

Con 3 divisiones de nivel y encajes para cada componente

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El multímetro analógico

DESCRIPCIÓN El multímetro es un instrumento de medición indispensable que permite medir magnitudes básicas como resistencia, diferencia de potencial o voltaje en CC y CA, intensidad tanto en corriente alterna CA, como en corriente continua CC. Partes principales:

La pantalla de lectura.

Las puntas de prueba. El selector.

La pantalla de lectura tiene una aguja que indica los valores medidos sobre una escala numérica de múltiples rangos. El selector permite elegir el tipo de magnitud eléctrica que se desea medir, ya sean ohmios, voltaje en corriente directa o continua, voltaje en corriente alterna, e intensidad en corriente continua. Además, una vez seleccionada la magnitud eléctrica a medir será necesario seleccionar el rango de medición más adecuado, este dependerá principalmente del valor nominal o estimado que se espera comprobar. Las puntas de prueba, que vienen color rojo y negro para representar el polo positivo y el polo negativo respectivamente.

Comprendiendo la escala El multímetro analógico posee 02 tipos de escala: Escala para leer los valores de resistencia. Escala para leer los valores corriente y voltaje. La escala para medir resistencias se encuentra en la parte superior de la pantalla y va desde los 0 ohmios que representa el corto circuito, hasta el infinito que representa un circuito abierto.

9

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La lectura correcta del valor medido dependerá del rango de la escala que se haya elegido con el selector, por ejemplo: si colocamos el selector en la escala de ohmios R x 10 y la aguja marca el número 5, este valor deberá multiplicarse por 10 dando como resultado 50 ohmios. De igual manera si elegimos el rango R x 1K, habrá que multiplicar el valor que señala la aguja por 1000. La segunda escala es para leer los valores de voltaje e intensidad, está justo debajo de la escala de ohmios y se puede leer de 0 a 250 o de 0 a 50, dependiendo del rango elegido en el selector.

Veamos un ejemplo de medición de voltajes en corriente continua, si colocamos el selector en la posición 250 DCV, quiere decir que vamos a medir voltajes de corriente continua cuyo valor nominal va de 0 a 250, además conviene leer la escala que va de 0 a 250; si la aguja marcara 100 quiere decir entonces que el valor medido son 100 voltios en corriente contínua. Por otro lado, si elegimos el rango 500 en DCV, conviene utilizar la escala que va de 0 a 50 y considerar que el valor máximo es 500 (50 x 10), entonces el valor que leamos debe ser multiplicado por 10, si la aguja indica 10, significa que el valor medido es de 100 voltios.

CALIBRACIÓN DEL MULTÍMETRO Antes de medir el valor de una resistencia será necesario calibrar el instrumento de medición, este procedimiento se realiza para evitar distorsiones en el valor medido. Coloque el selector en el rango R x 10, que corresponde a los ohmios. (Fig. 1). Ahora cruce las puntas, es decir haga un cortocircuito con las puntas de prueba (Fig. 2), la aguja debería moverse hasta el valor 0 (fig. 5). Mantenga cruzadas las puntas durante todo el proceso.

Fig. 1

Fig. 2

Fig. 4

10

Fig. 3

Fig. 5

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Si la aguja no marca el 0 exacto (fig. 4), mueva la perilla del calibrador que se encuentra en la parte superior izquierda del selector (fig. 3), hasta que la aguja marque el cero.

MIDIENDO RESISTENCIAS Antes de medir una resistencia asegúrese de que se encuentra desconectada o que el circuito esté abierto. Recuerde calibrar previamente el multímetro. En este caso el valor nominal de la resistencia a medir es de 10 K, entonces conviene elegir el rango R x 1K, utilizando el selector. Coloque las puntas de prueba en los extremos de la resistencia, en este caso no es necesario tomar en cuenta la polaridad.

MIDIENDO VOLTAJES Antes de medir voltajes averigüe o calcule el valor aproximado que se espera encontrar (valor nominal), luego asegúrese de elegir el rango y tipo de escala adecuados. Por ejemplo, intentemos comprobar el voltaje de una pila casera. Nominalmente esta pila debería producir 1.5v de corriente continua. Entonces podemos elegir con el selector del multímetro el rango que mide de 0 a 2.5v, DCV que corresponde a la corriente continua. Ahora debemos tomar en cuenta lo siguiente: para medir voltajes el instrumento debe conectarse en paralelo con el componente a ser medido. Es decir la punta de prueba positiva debe coincidir con el lado positivo del componente en este caso la pila y la punta de prueba negativa con el lado negativo de la pila. 11

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Hagamos la prueba con una fuente de corriente alterna: El suministro eléctrico normal en nuestra localidad es de 220v en corriente alterna, vamos a comprobarlo: En este caso conviene colocar el selector del multímetro en el rango más alto 500 de ACV, siglas en inglés que se refieren al voltaje en corriente alterna. Las instalaciones de corriente alterna domiciliarias se construyen de tal forma que todos los aparatos y dispositivos eléctricos se conectan en paralelo. Bastará entonces con introducir las puntas de prueba en un tomacorriente, en el caso de la corriente alterna no es necesario tomar en cuenta la polaridad. Atención Esta prueba se debe realizar exclusivamente con supervisión adulta. Nunca permita que los alumnos ejecuten esta prueba solos. Los niveles de intensidad de corriente y voltaje pueden causar graves daños. Leer las recomendaciones para prevenir accidente por descarga eléctrica. En el caso de NO tener un pronóstico o referencia de la magnitud de la intensidad de corriente eléctrica, el selector deberá colocarse en su máxima escala.

MIDIENDO INTENSIDADES Antes de ejecutar esta experiencia será necesario ensamblar el siguiente circuito. Este consta de: Fuente de corriente continua a 6v. Resistencia de 100 Ohm. Interruptor.

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Lo que se busca con esta experiencia es medir la intensidad de la corriente que circula por el circuito básico o simple. Veamos el diagrama: Este diagrama representa a los componentes del circuito anteriormente ensamblado, se indica con una flecha la dirección del flujo de corriente y los valores del circuito que se conoce. Apliquemos la Ley de Ohm para determinar teóricamente el valor que se espera medir: I = V/R.

I=

6V = 0,06A 100

En este caso se espera que la corriente medida sea de 0.06 A lo que equivale a 60 mA. Entonces el rango a elegir deberá ser de: 250 mA. Para medir la corriente, el instrumento de medición debe conectarse en serie con los componentes de la línea donde se pretende medir la corriente. (Ver ubicación del multímetro en la foto). Además será muy importante tomar en cuenta la polaridad del circuito, conecte la punta de prueba de color rojo hacia el polo positivo de la fuente y la punta de prueba de color negro hacia el lado negativo. Ubicación del multímetro para medir corriente

Atención En el caso de NO tener un pronóstico o referencia de la magnitud de la intensidad de corriente eléctrica, el selector deberá colocarse en su máxima escala. Actualmente se cuenta con modernos instrumentos de medición de amperaje con dispositivos tipo pinza que solo rodean al cable conductor sin entrar en contacto directo con él. En base al campo magnético inducido, brindan información digitalizada de la intensidad de corriente eléctrica.

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Código de colores

Es el código con el que se regula el marcado del valor nominal y tolerancia para resistencias fijas de carbón y metálicas de capa fundamentalmente. Tenemos que resaltar que con estos códigos lo que obtenemos es el valor nominal de la resistencia pero no el valor real que se situará dentro de un margen según la tolerancia que se aplique.

Ejemplo: Si una resistencia tiene las siguientes bandas de colores:

1ra. Banda

2da. Banda

3ra. Banda

4ta. Banda

Rojo

Amarillo

Verde

Oro

2

4

5

+/- 5 %

La resistencia tiene un valor de 2´400,000 Ohmios (+/- 120,000 ohmios). En esta lectura +/- 120,000 equivale al 5% de 2`400,000 ohmios, entonces el Valor Real de la resistencia estará dentro del siguiente rango: Valor máximo : 2`520,000 Valor mínimo : 2`280,000

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Tablas de unidades según el Sistema Internacional

Las Unidades Básicas del Sistema Internacional son las siguientes: Unidades Básicas del Sistema Internacional (SI) Unidad

Magnitud

Nombre

Símbolo

Longitud

metro

m

Masa

kilogramo

kg

Tiempo

segundo

s

Intensidad eléctrica

amperio

A

Intensidad luminosa

candela

cd

Temperatura

kelvin

K

Cantidad de sustancia

mol

Mol

Además de las unidades básicas existen dos unidades suplementarias Unidades suplementarias del Sistema Internac ional (SI) Unidad

Magnitud

Nombre

Símbolo

Ángulo plano

radián

Rad

Ángulo sólido

estereorradián

sr

A partir de las unidades básicas y suplementarias pueden derivarse otras: Unidades derivadas Magnitud Actividad de un radionucleido

Unidad Nombre Símbolo becquerel Bq

Expresión s-1

Carga eléctrica, cantidad de electricidad coulomb

C

s·A

Capacidad eléctrica

faradio

F

m-2·kg-1·s4·A2

Índice de dosis absorbida

gray

Gy

m2·s-2

Inductancia

Henrio

H

m2·kg·s-2·A-2

Frecuencia

hercio

Hz

s-1

Energía, trabajo

joule

J

m2·kg·s-2

Flujo luminoso

lumen

lm

cd·sr

Iluminancia

lux

lx

m-2·cd·sr

Fuerza

newton

N

m·kg·s-2

Resistencia eléctrica

ohmio

Ω

m2·kg·s-3·A-2

Presión

pascal

Pa

m-1·kg·s-2

Conductancia eléctrica

siemens

S

m-2·kg-1·s3·A2

Dosis equivalente

sievert

Sv

m2·s-2

Densidad de flujo magnético

tesla

T

kg·s-2·A-1

Potencial eléctrico, fuerza electromotriz voltio

V

m2·kg·s-3·A-1

Potencia, flujo radiante

vatio

W

m2·kg·s-3

Flujo magnético

weber

Wb

m2·kg·s-2·A-1

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Descripción de los componentes básicos de un circuito

FUENTE DE ALIMENTACIÓN Una fuente de alimentación es un dispositivo o subsistema electrónico que convierte la corriente alterna de la red en otro tipo de corriente, adecuada para aplicación que se le vaya a dar. El Kit dispone de 2 fuentes de alimentación: Fuente dual de Corriente Alterna y Corriente Continua En este dispositivo se puede elegir entre los dos tipos de corriente de salida. Dispone de 7 niveles de voltaje de salida fijos con valores que van de 1.5 hasta 12 voltios. Fuente de Corriente Continua protegida contra cortocircuitos Esta fuente tiene una salida de corriente continua que puede ser ajustada a cualquier valor de salida que se encuentre entre 1.5 y 12 voltios. Además, cuenta con un sistema de protección que previene la posibilidad de que ocurra un cruce de líneas de corriente (corto circuitos) durante la realización de los experimentos. PILAS ELÉCTRICAS - BATERÍAS Se llama ordinariamente pila eléctrica a un dispositivo que genera energía eléctrica por un proceso químico transitorio. Una vez terminado este proceso han de renovarse sus elementos constituyentes, puesto que sus características resultan alteradas durante su funcionamiento. Esta energía resulta accesible mediante los dos terminales que tiene la pila, llamados polos, electrodos o bornes. Uno de ellos es el polo positivo o ánodo y el otro es el polo negativo o cátodo. En un sentido estricto el término pila no es sinónimo de batería, la diferencia está en que la pila no ha sido diseñada para poder recargarse en cambio la batería si, esta última puede considerarse como un dispositivo recargable o acumulador eléctrico. Tanto pila como batería son términos provenientes de los primeros tiempos de la electricidad, en los que se juntaban varios elementos o celdas (en el primer caso uno encima de otro, "apilados", y en el segundo adosados lateralmente, "en batería"), tal como se sigue haciendo actualmente, para así aumentar la magnitud de los fenómenos eléctricos y poder estudiarlos sistemáticamente. Las pilas actuales están formadas a veces por un único elemento (como sucede con las de 1,5 V que, por tanto, no son pilas en sentido estricto) y otras veces por elementos colocando unos al lado de otros, en batería (caso de las de automóvil de 12 V, por ejemplo que constan de seis celdas).

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