Saltar al contenido

Electricidad y magnetismo

IGCSE Física · Tema 4

Entrenar
Lección de video para este tema Abrir la página de video
31:58

Electricidad y magnetismo

Enciende un interruptor y una luz se enciende. Acercas un imán al hierro y este lo atrae. Estas dos fuerzas —electricidad y magnetismo— parecen separadas, pero están profundamente…

Narración en inglés · Subtítulos en inglés + 中文 quemados en pantalla

4.1

Magnetismo

Syllabus
Núcleo Suplemento
1 Describir las fuerzas entre polos magnéticos y entre imanes y materiales magnéticos, incluyendo el uso de los términos polo norte (polo N), polo sur (polo S), atracción y repulsión, magnetizado y no magnetizado 10 Explicar que las fuerzas magnéticas se deben a interacciones entre campos magnéticos
2 Describir la magnetización inducida
3 Enunciar las diferencias entre las propiedades de los imanes temporales (hechos de hierro blando) y las propiedades de los imanes permanentes (hechos de acero)
4 Enunciar la diferencia entre materiales magnéticos y no magnéticos
5 Describir un campo magnético como una región en la que un polo magnético experimenta una fuerza
6 Dibujar el patrón y la dirección de las líneas de campo magnético alrededor de un imán en barra 11 Saber que la intensidad relativa de un campo magnético se representa mediante la separación de las líneas de campo magnético
7 Enunciar que la dirección de un campo magnético en un punto es la dirección de la fuerza sobre el polo N de un imán en ese punto
8 Describir la representación de líneas de campo magnético con una brújula o limaduras de hierro y el uso de una brújula para determinar la dirección del campo magnético
9 Describir los usos de los imanes permanentes y los electroimanes

Fuente: Plan de estudios Cambridge International

Un imán 磁体 puede atraer ciertos metales. Todo imán tiene dos extremos llamados polos 磁极: un polo norte 北极 (polo N) y un polo sur 南极 (polo S).

Two magnets: N facing S attract; N facing N repel
Polos iguales se repelen; polos diferentes se atraen

La regla para dos polos es similar a la regla para las cargas:

  • Los polos iguales (N y N, o S y S) se repelen 排斥 (se separan): esto es repulsión 排斥力.
  • Los polos diferentes (N y S) se atraen 吸引 (se juntan): esto es atracción 吸引力.

Un imán atrae un material magnético 磁性材料, como el hierro, el acero, el cobalto y el níquel. Otros materiales (cobre, plástico, madera) son no magnéticos y no sienten ninguna fuerza.

Magnetismo inducido

Coloca un trozo de hierro cerca o tocando un imán, y el hierro se convierte en un imán por sí mismo. Esto es magnetismo inducido 感应磁性. El extremo del hierro más cercano al imán adquiere el polo opuesto, por lo que ambos se atraen.

Imanes temporales y permanentes

  • El hierro blando 软铁 es fácil de magnetizar 磁化 pero pierde su magnetismo rápidamente. Se utiliza para un imán temporal 临时磁体.
  • El acero 钢 es más difícil de magnetizar pero mantiene su magnetismo. Se utiliza para un imán permanente 永磁体.

Por tanto, un trozo de hierro blando no magnetizado 未磁化 es el mejor núcleo para un electroimán, mientras que el acero es ideal para un imán en barra.

Campos magnéticos

Un campo magnético 磁场 es una región 区域 donde un polo magnético siente una fuerza. Lo representamos con líneas de campo magnético 磁场线:

  • Las líneas salen del polo N e entran al polo S.
  • La dirección del campo en un punto es la dirección de la fuerza sobre el polo N de un pequeño imán de prueba colocado allí.
  • Donde las líneas están juntas, el campo es fuerte; donde están separadas, el campo es débil.
Un imán de barra con líneas de campo que se curvan desde el polo norte hasta el polo sur
Las líneas de campo de un imán en barra salen del polo N e entran al polo S

Puedes mostrar el patrón espolvoreando limaduras de hierro 铁屑 sobre papel encima de un imán, o moviendo una pequeña brújula de trazado brújula 指南针 a su alrededor (la aguja apunta a lo largo del campo).

Pequeñas limaduras de hierro sobre papel blanco alineándose en líneas curvas alrededor de un imán de barra rojo y azul
Las limaduras de hierro se alinean a lo largo de las líneas de campo, mostrando el patrón del campo de un imán en barra

Usos de los imanes

  • Imanes permanentes: cierre de puertas de nevera, agujas de brújula, altavoces.
  • Electroimanes 电磁铁 (magnéticos solo mientras fluye una corriente): grúas que levantan chatarra de hierro, timbres eléctricos, relevadores. Un electroimán se puede encender y apagar y hacer más fuerte, algo que un imán permanente no puede hacer.

Las fuerzas magnéticas ocurren porque los campos de los dos imanes empujan y tiran el uno del otro.

Explorar

Hacer visible el campo magnético

Las agujas de la brújula trazan el campo de N a S; alterna entre atracción y repulsión y observa cómo se reorganiza todo el patrón, con la aparición de un punto neutro para polos iguales.

Vocabulario Entrenar
Inglés Chino Pinyin
magnet/ˈmæɡnɪt/ 磁体 cí tǐ
poles/pəʊlz/ 磁极 cí jí
north pole/nɔːθ pəʊl/ 北极 běi jí
south pole/saʊθ pəʊl/ 南极 nán jí
repel/rɪˈpel/ 排斥 pái chì
repulsion/rɪˈpʌlʃn/ 排斥力 pái chì lì
attract/əˈtrækt/ 吸引 xī yǐn
attraction/əˈtrækʃn/ 吸引力 xī yǐn lì
magnetic material/mæɡˈnetɪk məˈtɪərɪəl/ 磁性材料 cí xìng cái liào
induced magnetism/ɪnˈdjuːst ˈmæɡnɪtɪzəm/ 感应磁性 gǎn yìng cí xìng
soft iron/sɒft ˈaɪən/ 软铁 ruǎn tiě
magnetise/ˈmæɡnɪtaɪz/ 磁化 cí huà
temporary magnet/ˈtemprəri ˈmæɡnɪt/ 临时磁体 lín shí cí tǐ
steel/stiːl/ 钢 gāng
permanent magnet/ˈpɜːmənənt ˈmæɡnɪt/ 永磁体 yǒng cí tǐ
unmagnetised/ʌnˈmæɡnɪtaɪzd/ 未磁化 wèi cí huà
magnetic field/mæɡˈnetɪk fiːld/ 磁场 cí chǎng
region/ˈriːdʒn/ 区域 qū yù
magnetic field lines/mæɡˈnetɪk fiːld laɪnz/ 磁场线 cí chǎng xiàn
iron filings/ˈaɪən ˈfaɪlɪŋz/ 铁屑 tiě xiè
compass/ˈkʌmpəs/ 指南针 zhǐ nán zhēn
4.2

Electricidad estática

Syllabus

4.2.1 Carga eléctrica

Núcleo Suplemento
1 Indique que existen cargas positivas y negativas 7 Indique que la carga se mide en coulombs
2 Indique que las cargas positivas repelen a otras cargas positivas, las cargas negativas repelen a otras cargas negativas, pero las cargas positivas atraen a las cargas negativas 8 Describa un campo eléctrico como una región en la que una carga eléctrica experimenta una fuerza
3 Describa experimentos simples para mostrar la producción de cargas electrostáticas por fricción y para mostrar la detección de cargas electrostáticas 9 Indique que la dirección del campo eléctrico en un punto es la dirección de la fuerza sobre una carga positiva en ese punto
4 Explique que la carga de sólidos por fricción implica únicamente una transferencia de carga negativa (electrones) 10 Describa patrones eléctricos simples de campo, incluyendo la dirección del campo: (a) alrededor de una carga puntual (b) alrededor de una esfera conductora cargada (c) entre dos placas conductoras paralelas con cargas opuestas (no se examinarán los efectos de extremo)
5 Describa un experimento para distinguir entre conductores eléctricos e aislantes
6 Recuerde y utilice un modelo simple de electrones para explicar la diferencia entre conductores e aislantes eléctricos y dé ejemplos típicos

4.2.2 Corriente eléctrica

Núcleo Suplemento
1 Sepa que la corriente eléctrica está relacionada con el flujo de carga 5 Defina la corriente eléctrica como la carga que pasa por un punto por unidad de tiempo; recuerde y use la ecuación $I = \frac{Q}{t}$
2 Describa el uso de amperímetros (analógicos y digitales) con diferentes rangos
3 Describa la conducción eléctrica en metales en términos del movimiento de electrones libres 6 Indique que la corriente convencional va de positivo a negativo y que el flujo de electrones libres va de negativo a positivo
4 Conozca la diferencia entre corriente continua (c.c.) y corriente alterna (c.a.)

4.2.3 Fuerza electromotriz y diferencia de potencial

Núcleo Suplemento
1 Defina la fuerza electromotriz (f.e.m.) como el trabajo eléctrico realizado por una fuente al mover una unidad de carga alrededor de un circuito completo 6 Recuerde y use la ecuación para la f.e.m. $E = \frac{W}{Q}$
2 Sepa que la f.e.m. se mide en voltios (V)
3 Defina la diferencia de potencial (d.p.) como el trabajo realizado por una unidad de carga al pasar a través de un componente 7 Recuerde y use la ecuación para la d.p. $V = \frac{W}{Q}$
4 Sepa que la d.p. entre dos puntos se mide en voltios (V)
5 Describa el uso de voltímetros (analógicos y digitales) con diferentes rangos

4.2.4 Resistencia

Núcleo Suplemento
1 Recuerde y use la ecuación para la resistencia $R = \frac{V}{I}$ 4 Esboce y explique las gráficas de corriente–voltaje para una resistencia de valor constante, una lámpara de filamento y un diodo
2 Describa un experimento para determinar la resistencia usando un voltímetro y un amperímetro y realice los cálculos correspondientes
3 Enuncie cualitativamente la relación de la resistencia de un hilo metálico con su longitud y con su área transversal 5 Recuerde y use la siguiente relación para un conductor eléctrico metálico: (a) la resistencia es directamente proporcional a la longitud (b) la resistencia es inversamente proporcional al área transversal

4.2.5 Energía eléctrica y potencia eléctrica

Núcleo Suplemento
1 Entienda que los circuitos eléctricos transfieren energía desde una fuente de energía eléctrica, como una pila o la red eléctrica, hacia los componentes del circuito y luego hacia el entorno
2 Recuerde y use la ecuación para la potencia eléctrica $P = IV$
3 Recuerde y use la ecuación para la energía eléctrica $E = IVt$
4 Defina el kilovatio-hora (kWh) y calcule el costo de usar aparatos eléctricos donde la unidad de energía sea el kWh

Fuente: Plan de estudios Cambridge International

Hay dos tipos de carga eléctrica 电荷: carga positiva 正电荷 y carga negativa 负电荷. La regla es similar a la de los polos — cargas iguales se repelen, cargas diferentes se atraen.

Una chica tocando la cúpula de un generador de Van de Graaff con su cabello erguido verticalmente y repeliéndose entre sí
Cada cabello recoge la misma carga del domo, y las cargas iguales se repelen — así que los cabellos se separan

Carga por fricción

Cuando frotas dos materiales diferentes entre sí, los electrones 电子 (partículas negativas pequeñas) se mueven de uno a otro. Esto es carga por fricción 摩擦起电.

  • El material que gana electrones se vuelve negativo.
  • El material que pierde electrones se vuelve positivo.

Solo los electrones negativos se mueven; la carga positiva permanece en su lugar. Por ejemplo, una varilla de plástico frotada con un paño se vuelve negativa porque los electrones se mueven del paño a la varilla, dejando el paño positivo.

Detección de una carga. Una varilla cargada recolecta pequeños trozos de papel y desvía un fino chorro de agua de un grifo. Cuelga una varilla cargada de un hilo y acerca otra varilla cargada a ella: si las dos tienen el mismo tipo de carga, la varilla colgante se aleja. La repulsión es la única prueba segura de una carga, porque la atracción también ocurre con objetos sin carga.

Conductores y aislantes

  • Un conductor 导体 (cobre y otros metales) permite que la carga fluya a través de él fácilmente, porque tiene electrones libres que pueden moverse.
  • Un aislante 绝缘体 (plástico, caucho, vidrio) no deja que la carga fluya, porque sus electrones no pueden moverse libremente.

Para probar un material, conéctalo en un circuito con una lámpara y una batería: la lámpara se enciende solo para un conductor.

Campos eléctricos e iones

La carga se mide en coulombs 库仑 (C). Un campo eléctrico 电场 es una región donde una carga eléctrica siente una fuerza. Su dirección en un punto es la dirección de la fuerza sobre una carga positiva. Patrones de campo simples (las flechas muestran la dirección):

  • alrededor de una carga puntual 点电荷: líneas rectas, apuntando lejos de una carga positiva y hacia una carga negativa;
  • alrededor de una bola cargada (esfera): lo mismo, extendiéndose uniformemente en todas direcciones;
  • entre dos placas paralelas con cargas opuestas: líneas rectas, espaciadas uniformemente desde la placa positiva hacia la placa negativa.
Líneas de campo apuntando hacia afuera de una carga positiva, hacia adentro de una carga negativa y rectas hacia abajo entre dos placas cargadas
Las líneas de campo eléctrico apuntan lejos de una carga positiva y hacia una negativa; entre placas paralelas el campo es uniforme

Un átomo normalmente es neutro. Si pierde electrones se convierte en un ion 离子 positivo; si gana electrones se convierte en un ion negativo.

Explorar

Frota un globo y observa cómo se carga

Frotar transfiere electrones al globo, haciéndolo negativo; luego atrae una pared neutra o tu cabello, pero repele otro globo negativo.

Vocabulario Entrenar
Inglés Chino Pinyin
electron/ɪˈlektrɒn/ 电子 diàn zi
charging by friction/ˈtʃɑːdʒɪŋ baɪ ˈfrɪkʃn/ 摩擦起电 mó cā qǐ diàn
conductor/kənˈdʌktə/ 导体 dǎo tǐ
insulator/ˈɪnsjuːleɪtə/ 绝缘体 jué yuán tǐ
coulomb/ˈkuːlɒm/ 库仑 kù lún
electric field/ɪˈlektrɪk fiːld/ 电场 diàn chǎng
point charge/pɔɪnt tʃɑːdʒ/ 点电荷 diǎn diàn hè
ion/ˈaɪɒn/ 离子 lí zi
electric current/ɪˈlektrɪk ˈkʌrənt/ 电流 diàn liú
ampere/ˈæmpeə/ 安培 ān péi
ammeter/ˈæmiːtə/ 电流表 diàn liú biǎo
analogue/ˈænəlɒɡ/ 模拟 mó nǐ
bell/bel/ 电铃 diàn líng
Ver lección
4.2

Corriente eléctrica

Una corriente eléctrica 电流 es un flujo de carga eléctrica. Se mide en amperios 安培 (A) con un amperímetro 电流表, conectado en serie en el circuito.

Un amperímetro analógico 模拟 tiene una aguja que se mueve sobre una escala; un amperímetro digital 数字 muestra la lectura como un número. Ambos vienen con diferentes rangos 量程. Elige el rango justo por encima de la mayor corriente que esperes, para que la lectura sea precisa: un rango de 0–1 A para una corriente de aproximadamente 0.4 A, o un rango de 0–100 mA para unos pocos miliamperios.

La corriente es la carga que pasa por un punto cada segundo:

$$I = \frac{Q}{t}$$

Aquí $I$ es la corriente (A), $Q$ es la carga (C) y $t$ es el tiempo (s). Reordenando, $Q = It$.

Ejemplo resuelto. Una corriente de $3.0\ \text{A}$ fluye a través de una lámpara durante $20\ \text{s}$. ¿Cuánta carga pasa a través de ella?

$$Q = It = 3.0 \times 20 = 60\ \text{C}$$

En un metal, la corriente es un flujo de electrones libres 自由电子. Hay dos "direcciones" que conocer:

  • La corriente convencional 常规电流 se considera que fluye de + a − alrededor del exterior de la pila.
  • Los electrones libres realmente se desplazan en la otra dirección, de − a +.

Una corriente directa 直流电 (d.c.) siempre fluye en una sola dirección, como desde una batería. Una corriente alterna 交流电 (a.c.) cambia de dirección muchas veces cada segundo, como desde el suministro de red 市电.

Una línea horizontal estable para corriente continua junto a una onda que cruza cero para corriente alterna
La corriente continua es constante en una dirección; la corriente alterna cambia constantemente de dirección, cruzando el cero muchas veces cada segundo.
Vocabulario Entrenar
Inglés Chino Pinyin
digital/ˈdɪdʒɪtl/ 数字 shù zì
ranges/ˈreɪndʒɪz/ 量程 liáng chéng
free electrons/friː ɪˈlektrɒnz/ 自由电子 zì yóu diàn zi
conventional current/kənˈvenʃənl ˈkʌrənt/ 常规电流 cháng guī diàn liú
direct current/daɪˈrekt ˈkʌrənt/ 直流电 zhí liú diàn
alternating current/ˈɔːltəneɪtɪŋ ˈkʌrənt/ 交流电 jiāo liú diàn
mains supply/meɪnz səˈplaɪ/ 市电 shì diàn
4.2

F.e.m. y diferencia de potencial

Una pila proporciona energía 能量 a las cargas que se mueven a través de ella. Dos cantidades describen esto, y ambas se miden en voltios 伏特 (V).

  • La fuerza electromotriz 电动势 (f.e.m.) de una fuente es el trabajo eléctrico que realiza para impulsar una unidad de carga a lo largo de un circuito 电路 completo.
  • La diferencia de potencial 电势差 (d.p.) a través de un componente es el trabajo realizado por una unidad de carga mientras pasa a través de ese componente.

Un voltímetro 电压表 mide f.e.m. o d.d.p. Se conecta en paralelo (a través del componente). Al igual que los amperímetros, los voltímetros son analógicos o digitales y tienen diferentes rangos: elige el rango ligeramente superior al mayor voltaje que esperes.

Un circuito con un voltímetro conectado a los terminales de la pila leyendo la f.e.m. y un voltímetro conectado a la lámpara leyendo la diferencia de potencial
Un voltímetro conectado a través de una pila lee la f.e.m. (energía que se otorga a cada culombio); un voltímetro conectado a través de una lámpara lee la d.d.p. (energía que gasta cada culombio allí).

Ambas son trabajo por unidad de carga:

$$E = \frac{W}{Q}, \qquad V = \frac{W}{Q}$$

donde $W$ es la energía transferida (J) y $Q$ es la carga (C). Por ejemplo, si una pila realiza $120\ \text{J}$ de trabajo para mover $60\ \text{C}$ de carga alrededor de un circuito, su f.e.m. es $120 / 60 = 2\ \text{V}$.

Vocabulario Entrenar
Inglés Chino Pinyin
volt/vəʊlt/ 伏特 fú tè
electromotive force/ɪˌlektrəʊˈməʊtɪv fɔːs/ 电动势 diàn dòng shì
circuit/ˈsɜːkɪt/ 电路 diàn lù
potential difference/pəˈtenʃl ˈdɪfrəns/ 电势差 diàn shì chā
voltmeter/ˈvəʊltmiːtə/ 电压表 diàn yā biǎo
4.2

Resistencia

La resistencia 电阻 measures how hard it is for current to flow. A bigger resistance gives a smaller current. It is measured in ohms 欧姆 (Ω).

$$R = \frac{V}{I}$$

Medición de resistencia. Conecta el componente en serie con una pila, un interruptor, un amperímetro y un resistor variable 可变电阻器, y conecta un voltímetro a través del componente. Cierra el interruptor, lee $I$ y $V$, luego cambia el resistor variable para obtener varios pares más de lecturas. Calcula $R = V/I$ para cada par y toma el promedio, o grafica $V$ contra $I$: para un alambre metálico a temperatura constante, la gráfica es una línea recta que pasa por el origen, y su pendiente es $R$.

Ejemplo resuelto. Una batería de $12\ \text{V}$ impulsa una corriente de $0.50\ \text{A}$ a través de una lámpara. Encuentra la resistencia de la lámpara.

$$R = \frac{V}{I} = \frac{12}{0.50} = 24\ \Omega$$

Para un alambre metálico a temperatura constante:

  • Un alambre más largo tiene mayor resistencia — la resistencia es directamente proporcional 成正比 a la longitud, $R \propto l$;
  • Un alambre más grueso tiene menor resistencia — la resistencia es inversamente proporcional 成反比 al área transversal 横截面积, $R \propto \dfrac{1}{A}$.

Por lo tanto, duplicar la longitud duplica la resistencia; duplicar el área la reduce a la mitad. (El área depende del diámetro al cuadrado, por lo que un pequeño cambio en el diámetro cambia mucho la resistencia.)

Las gráficas de corriente–voltaje muestran cómo se comportan tres componentes:

Componente Forma de la gráfica I–V Lo que te dice
resistencia 电阻器 (fijo) línea recta que pasa por el origen la resistencia es constante, así que $I \propto V$
lámpara de filamento 灯丝灯泡 forma de S, volviéndose más plana a medida que $V$ aumenta el alambre se calienta, así que su resistencia aumenta
diodo 二极管 corriente solo en una dirección muy alta resistencia en la dirección "incorrecta"
Tres gráficos de corriente-voltaje: una línea recta para una resistencia, una curva en forma de S para una lámpara de filamento y una curva unilateral para un diodo
Un resistor da una línea recta; una lámpara de filamento se curva al calentarse; un diodo deja pasar la corriente solo en una dirección.
Explorar

La ley de Ohm

V = IR

Para un conductor óhmico, la corriente es proporcional al voltaje — la pendiente es 1/resistencia.

Explorar

Características I–V

Un resistor da una línea recta; una lámpara de filamento y un diodo no. Elige un componente y lee I y R en la curva.

Explorar

Resistencia

V = R·I

Ley de Ohm: el voltaje es proporcional a la corriente — la pendiente es la resistencia R.

Vocabulario Entrenar
Inglés Chino Pinyin
resistance/rɪˈzɪstəns/ 电阻 diàn zǔ
ohm/əʊm/ 欧姆 ōu mǔ
variable resistor/ˈveərɪəbl rɪˈzɪstə/ 可变电阻器 kě biàn diàn zǔ qì
directly proportional/daɪˈrektli prəˈpɔːʃənl/ 成正比 chéng zhèng bǐ
inversely proportional/ɪnˈvɜːsli prəˈpɔːʃənl/ 成反比 chéng fǎn bǐ
cross-sectional area/krɒs ˈsekʃənl ˈeərɪə/ 横截面积 héng jié miàn jī
resistor/rɪˈzɪstə/ 电阻器 diàn zǔ qì
filament lamp/ˈfɪləmənt læmp/ 灯丝灯泡 dēng sī dēng pào
diode/ˈdaɪəʊd/ 二极管 èr jí guǎn
electrical power/ɪˈlektrɪkl ˈpaʊə/ 电功率 diàn gōng lǜ
4.2

Energía eléctrica y potencia

Un circuito transfiere energía desde una fuente (una pila o la red eléctrica) hacia los componentes, y luego hacia el entorno (a menudo como calor, luz o sonido).

La potencia eléctrica 电功率 es la energía transferida por segundo, medida en vatios 瓦特 (W):

$$P = IV$$

La energía eléctrica 电能 transferida en un tiempo $t$, medida en joules 焦耳 (J), es:

$$E = IVt$$

Ejemplo resuelto. Un motor de $12\ \text{V}$ consume una corriente de $2.0\ \text{A}$. Encuentra su potencia, y la energía que transfiere en $30\ \text{s}$.

$$P = IV = 2.0 \times 12 = 24\ \text{W}$$
$$E = Pt = 24 \times 30 = 720\ \text{J}$$

El kilowatt-hora

Las facturas de electricidad domésticas usan una unidad de energía mayor, el kilowatt-hora 千瓦时 (kWh). Un kilowatt-hora es la energía consumida por un electrodoméstico de $1\ \text{kW}$ en una hora de $1$.

$$\text{energy (kWh)} = \text{power (kW)} \times \text{time (h)}$$
$$\text{cost} = \text{energy (kWh)} \times \text{price per kWh}$$

Por ejemplo, un $2\ \text{kW}$ calentador 加热器 usado durante $3$ horas consume $2 \times 3 = 6\ \text{kWh}$. Si un kWh cuesta $20$ centavos, el costo es de $6 \times 20 = 120$ centavos.

Un medidor de electricidad doméstico moderno con una pantalla digital que lee cero kilovatios-hora
Un medidor de electricidad doméstico cuenta la energía consumida, en kilovatios-hora (kWh) — lo que muestra el medidor es lo que se paga
Vocabulario Entrenar
Inglés Chino Pinyin
energy/ˈenədʒi/ 能量 néng liàng
watt/wɒt/ 瓦特 wǎ tè
electrical energy/ɪˈlektrɪkl ˈenədʒi/ 电能 diàn néng
joule/dʒuːl/ 焦耳 jiāo ěr
kilowatt-hour/ˈkɪləwɒt ˈaʊə/ 千瓦时 qiān wǎ shí
appliance/əˈplaɪəns/ 电器 diàn qì
heater/ˈhiːtə/ 加热器 jiā rè qì
cell/sel/ 电池 diàn chí
battery/ˈbætəri/ 电池组 diàn chí zǔ
power supply/ˈpaʊə səˈplaɪ/ 电源 diàn yuán
switch/swɪtʃ/ 开关 kāi guān
fuse/fjuːz/ 保险丝 bǎo xiǎn sī
thermistor/ˈθɜːmɪstə/ 热敏电阻 rè mǐn diàn zǔ
light-dependent resistor/laɪt dɪˈpendənt rɪˈzɪstə/ 光敏电阻 guāng mǐn diàn zǔ
light-emitting diode/laɪt ɪˈmɪtɪŋ ˈdaɪəʊd/ 发光二极管 fā guāng èr jí guǎn
relay/ˈriːleɪ/ 继电器 jì diàn qì
4.3

Circuitos

Syllabus

4.3.1 Diagramas de circuitos y componentes del circuito

Fundamental Complementario
1 Dibujar e interpretar diagramas de circuitos que contengan pilas, baterías, fuentes de alimentación, generadores, divisores de potencial, interruptores, resistencias (fijas y variables), calentadores, termistores (solo NTC), fotorresistencias (LDR), lámparas, motores, campanas, amperímetros, voltímetros, bobinas de magnetización, transformadores, fusibles y relevadores, y conocer el comportamiento de estos componentes en el circuito 2 Dibujar e interpretar diagramas de circuitos que contengan diodos y diodos emisores de luz (LED) y conocer el comportamiento de estos componentes en el circuito

4.3.2 Circuitos en serie y en paralelo

Fundamental Complementario
1 Saber que la corriente en cada punto de un circuito en serie es la misma 8 Recordar y utilizar en cálculos el hecho de que: (a) la suma de las corrientes que entran a una derivación en un circuito en paralelo es igual a la suma de las corrientes que salen de la derivación; (b) la diferencia de potencial total a través de los componentes en un circuito en serie es igual a la suma de las diferencias de potencial individuales a través de cada componente; (c) la diferencia de potencial a través de una disposición de resistencias en paralelo es la misma que la diferencia de potencial a través de una sola rama en la disposición de resistencias en paralelo
2 Saber cómo construir y usar circuitos en serie y en paralelo
3 Calcular la fuerza electromotriz combinada de varias fuentes en serie
4 Calcular la resistencia combinada de dos o más resistencias en serie
5 Establecer que, para un circuito en paralelo, la corriente de la fuente es mayor que la corriente en cada rama 9 Explicar que la suma de las corrientes que entran a una derivación es igual a la suma de las corrientes que salen de la derivación
6 Establecer que la resistencia combinada de dos resistencias en paralelo es menor que la de cualquiera de las resistencias por sí sola 10 Calcular la resistencia combinada de dos resistencias en paralelo
7 Enunciar las ventajas de conectar lámparas en paralelo en un circuito de iluminación

4.3.3 Acción y uso de los componentes del circuito

Fundamental Complementario
1 Saber que la diferencia de potencial a través de un conductor eléctrico aumenta a medida que aumenta su resistencia para una corriente constante 2 Describir la acción de un divisor de potencial variable
3 Recordar y utilizar la ecuación para dos resistencias utilizadas como divisor de potencial
$$\frac{R_1}{R_2} = \frac{V_1}{V_2}$$

Fuente: Plan de estudios Cambridge International

Componentes del circuito

Debes conocer estos componentes y cómo se comportan:

Componente Función
pila 电池 / batería 电池组 impulsa la corriente alrededor del circuito (una batería son dos o más pilas)
fuente de alimentación 电源 una fuente de c.c. o c.a.
interruptor 开关 interrumpe o completa el circuito
resistor (fijo) proporciona una resistencia fija
resistor variable una resistencia que puedes cambiar para controlar la corriente
fusible 保险丝 se funde e interrumpe el circuito si la corriente es demasiado grande
lámpara / calentador convierte la energía eléctrica en luz / en calor
termistor 热敏电阻 su resistencia disminuye a medida que se calienta
resistor dependiente de la luz 光敏电阻 (LDR) su resistencia disminuye a medida que aumenta la intensidad de la luz
diodo / diodo emisor de luz 发光二极管 (LED) permite el paso de la corriente en una sola dirección; un LED también emite luz
relé 继电器 un interruptor accionado por un electroimán (una pequeña corriente controla una grande)
motor 电动机 convierte la energía eléctrica en movimiento
campana 电铃 produce sonido
transformador 变压器 cambia la magnitud de un voltaje de c.a.
Un gráfico de símbolos de circuitos estándar: pila, batería, interruptor, lámpara, resistencia, resistencia variable, fusible, amperímetro, voltímetro, diodo, termistor, LDR, LED, motor, generador, fuente de c.a., divisor de potencial, relé, transformador y bobina de magnetización
Los símbolos estándar utilizados para dibujar diagramas de circuitos
Filas de pequeñas resistencias sujetas en cinta de papel, cada una con bandas de colores y dos patas de alambre
Resistores reales: las bandas de colores indican la resistencia en ohmios de cada uno

Serie y paralelo

En un circuito en serie 串联, las partes forman un solo bucle:

  • la corriente es la misma en todos los puntos;
  • la d.p. (diferencia de potencial) del suministro se comparte entre los componentes;
  • las pilas en serie suman sus f.e.m. (cuando apuntan en la misma dirección);
  • los resistores en serie se suman: $R_{\text{total}} = R_1 + R_2 + \dots$

En un circuito en paralelo 并联, las partes están en ramas separadas:

  • cada rama recibe la d.p. completa del suministro;
  • la corriente se divide, por lo que la corriente de la fuente es mayor que la corriente en cualquier rama individual;
  • la resistencia total 总电阻 es menor que la resistencia individual más pequeña.

Las lámparas de un hogar están conectadas en paralelo: cada una recibe el voltaje completo, y si una falla, las demás permanecen encendidas.

Un circuito en serie con dos lámparas en un bucle junto a un circuito en paralelo con dos lámparas en ramas separadas
En un circuito en serie, los componentes comparten un bucle; en un circuito en paralelo, cada lámpara tiene su propia rama

Para cálculos (con las reglas anteriores):

  • en un nudo 节点, la corriente total que entra es igual a la corriente total que sale;
  • en serie, la d.p. del suministro es igual a la suma de las d.p. a través de los componentes;
  • en paralelo, la d.p. a través de cada rama es la misma;
  • dos resistores en paralelo se combinan como
$$\frac{1}{R_{\text{total}}} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2}$$

Ejemplo resuelto. Un resistor $6\ \Omega$ y un resistor $3\ \Omega$ están conectados en paralelo. Encuentra su resistencia combinada.

$$\frac{1}{R_{\text{total}}} = \frac{1}{6} + \frac{1}{3} = \frac{1}{6} + \frac{2}{6} = \frac{3}{6} = \frac{1}{2} \quad\Rightarrow\quad R_{\text{total}} = 2\ \Omega$$

Observa que la resistencia combinada ($2\ \Omega$) es menor que la más pequeña de los dos resistores.

Divisores de potencial

Dos resistores en serie comparten el voltaje del suministro. Esto es un divisor de potencial 分压器. Para la misma corriente, una resistencia mayor tiene una mayor d.p. a través de ella, por lo que el resistor mayor toma la parte mayor:

$$\frac{R_1}{R_2} = \frac{V_1}{V_2}$$

Un divisor de potencial variable (o un resistor variable) te permite cambiar suavemente el voltaje de salida, por ejemplo, desde $0\ \text{V}$ hasta el voltaje completo del suministro. Si usas un termistor o un LDR como uno de los resistores, el voltaje de salida cambia con la temperatura o la luz — útil para encender y apagar automáticamente un calentador o una lámpara.

Explorar

Construye la corriente con la ley de Ohm

Aumenta el voltaje y los electrones se aceleran, la bombilla brilla más; añade resistencia y la corriente disminuye. I = V/R, brillo = potencia.

Vocabulario Entrenar
Inglés Chino Pinyin
motor/ˈməʊtə/ 电动机 diàn dòng jī
series/ˈsɪəriːz/ 串联 chuàn lián
parallel/ˈpærəlel/ 并联 bìng lián
total resistance/ˈtəʊtl rɪˈzɪstəns/ 总电阻 zǒng diàn zǔ
junction/ˈdʒʌŋkʃn/ 节点 jié diǎn
potential divider/pəˈtenʃl dɪˈvaɪdə/ 分压器 fēn yā qì
hazard/ˈhæzəd/ 危险 wēi xiǎn
insulation/ˌɪnsjuːˈleɪʃn/ 绝缘层 jué yuán céng
overheating/ˌəʊvəˈhiːtɪŋ/ 过热 guò rè
damp/dæmp/ 潮湿 cháo shī
overloading/ˌəʊvəˈləʊdɪŋ/ 过载 guò zài
socket/ˈsɒkɪt/ 插座 chā zuò
live wire/laɪv ˈwaɪə/ 火线 huǒ xiàn
neutral wire/ˈnjuːtrəl ˈwaɪə/ 零线 líng xiàn
earth wire/ɜːθ ˈwaɪə/ 地线 dì xiàn
fuse rating/fjuːz ˈreɪtɪŋ/ 额定值 é dìng zhí
trip switch/trɪp swɪtʃ/ 跳闸开关 tiào zhá kāi guān
casing/ˈkeɪsɪŋ/ 外壳 wài ké
earthed/ɜːθt/ 接地 jiē dì
double-insulated/ˈdʌbl ˈɪnsjuːleɪtɪd/ 双重绝缘 shuāng chóng jué yuán
Ver lección
4.4

Seguridad eléctrica

Syllabus
Núcleo Suplemento
1 Enunciar los peligros de: (a) aislamiento dañado (b) cables sobrecalentados (c) condiciones húmedas (d) exceso de corriente por sobrecarga de enchufes, prolongadoras, tomas de corriente individuales y múltiples cuando se utiliza una alimentación de red
2 Saber que un circuito de red consta de un conductor de fase (conductor vivo), un conductor neutro y un conductor de tierra, y explicar por qué un interruptor debe conectarse al conductor de fase para que el circuito pueda desconectarse de forma segura
3 Explicar el uso y funcionamiento de los interruptores automáticos y los fusibles, y elegir las clasificaciones adecuadas de fusibles y configuraciones de interruptores automáticos
4 Explicar por qué la carcasa exterior de un aparato eléctrico debe ser no conductora (doble aislamiento) o estar conectada a tierra
5 Enunciar que un fusible sin conductor de tierra protege el circuito y el cableado para un aparato con doble aislamiento

Fuente: Plan de estudios Cambridge International

El suministro eléctrico de un hogar proviene de la red principal. La red principal es peligrosa si se usa incorrectamente.

Peligros

Estos son peligros 危险 (peligros) con la electricidad de la red:

  • aislamiento 绝缘层 dañado — los cables pelados pueden causar una descarga o iniciar un incendio;
  • cables sobrecalentados 过热 — demasiada corriente hace que un cable se caliente, lo cual puede iniciar un incendio;
  • condiciones de humedad 潮湿 — el agua permite que la corriente pase hacia una persona, aumentando el riesgo de una descarga;
  • sobrecarga 过载 — conectar muchos aparatos a un único enchufe 插座 extrae demasiada corriente.

Fase, neutro y tierra

Un cable de red tiene tres hilos:

  • el hilo de fase 火线 transporta el alto voltaje;
  • el hilo neutro 零cierra el circuito a aproximadamente cero voltaje;
  • el hilo de tierra 地线 es un hilo de seguridad conectado a tierra.

Un interruptor (y un fusible) deben instalarse en el hilo de fase. De esta manera, cuando el interruptor está apagado, el aparato se desconecta del alto voltaje y es seguro tocarlo.

Un enchufe trifásico cableado con el cable de tierra verde/amarillo arriba, el cable neutro azul a la izquierda y el cable activo marrón a la derecha con el fusible instalado en él
En un enchufe de tres clavijas, la fase (marrón) y el neutro (azul) transportan la corriente, el tierra (verde/amarillo) es el hilo de seguridad, y el fusible siempre se coloca en el hilo de fase.

Fusibles, interruptores automáticos y puesta a tierra

Un fusible es un alambre fino que se funde si la corriente se vuelve demasiado grande, interrumpiendo el circuito antes de que el cable se sobrecaliente. Elige una clase de fusible 额定值 ligeramente superior a la corriente normal de trabajo — por ejemplo, un fusible de $13\ \text{A}$ para un aparato que normalmente consume unos $10\ \text{A}$.

Un interruptor automático 跳闸开关 (interruptor de circuito) cumple la misma función pero actúa más rápido y puede reiniciarse en lugar de reemplazarse.

La carcasa metálica carcasa 外壳 de un aparato debe hacerse segura de una de dos formas:

  • puesta a tierra 接地: la carcasa está conectada al hilo de tierra. Si un hilo de fase toca la carcasa, una gran corriente fluye a tierra y funde el fusible.
  • doble aislamiento 双重绝缘: la carcasa es de plástico, por lo que nunca puede volverse conductora bajo tensión. Tal aparato no necesita hilo de tierra; su fusible aún protege el cable.
El interior de un cuadro de distribución doméstico mostrando una fila de interruptores automáticos miniatura y dos interruptores diferenciales (RCD)
Una caja de distribución doméstica: cada MCB es un interruptor automático que corta su circuito cuando la corriente es demasiado grande; el RCD (80 A, 30 mA) corta incluso más rápido si detecta una falla a tierra
Explorar

Ruta de seguridad eléctrica

Siga la corriente de falla y vea cómo los dispositivos de seguridad protegen a las personas.

4.5

Efectos electromagnéticos

Syllabus

4.5.1 Inducción electromagnética

Básico Complemento
1 Saber que un conductor que se mueve a través de un campo magnético o un campo magnético variable que enlaza con un conductor puede inducir una f.e.m. en el conductor 4 Saber que la dirección de una f.e.m. inducida se opone al cambio que la origina
2 Describir un experimento para demostrar la inducción electromagnética 5 Enunciar y usar las direcciones relativas de fuerza, campo e corriente inducida
3 Enunciar los factores que afectan la magnitud de una f.e.m. inducida

4.5.2 El generador de c.a.

Básico Complemento
1 Describir una forma simple de generador de c.a. (bobina giratoria o imán giratorio) y el uso de anillos deslizantes y escobillas donde sea necesario
2 Dibujar y analizar gráficas de f.e.m. frente al tiempo para generadores de c.a. simples y relacionar la posición de la bobina del generador con los picos, valles y ceros de la f.e.m.

4.5.3 Efecto magnético de una corriente

Básico Complemento
1 Describir el patrón y la dirección del campo magnético debido a corrientes en hilos rectos y solenoides 4 Enunciar la variación cualitativa de la intensidad del campo magnético alrededor de hilos rectos y solenoides
2 Describir un experimento para identificar el patrón del campo magnético (incluyendo la dirección) debido a corrientes en hilos rectos y solenoides
3 Describir cómo se utiliza el efecto magnético de una corriente en relevadores y altavoces, y dar ejemplos de su aplicación 5 Describir el efecto sobre el campo magnético alrededor de hilos rectos y solenoides al cambiar la magnitud y dirección de la corriente

4.5.4 Fuerza sobre un conductor parcido por corriente

Básico Complemento
1 Describir un experimento para mostrar que actúa una fuerza sobre un conductor parcido por corriente en un campo magnético, incluyendo el efecto de invertir: (a) la corriente (b) la dirección del campo 2 Recordar y usar las direcciones relativas de fuerza, campo magnético y corriente
3 Determinar la dirección de la fuerza sobre haces de partículas cargadas en un campo magnético

4.5.5 El motor de c.c.

Básico Complemento
1 Saber que una bobina parcida por corriente en un campo magnético puede experimentar un efecto de giro y que este efecto de giro aumenta al aumentar: (a) el número de vueltas en la bobina (b) la corriente (c) la intensidad del campo magnético 2 Describir el funcionamiento de un motor eléctrico, incluyendo la acción de un conmutador de anillo partido y escobillas

4.5.6 El transformador

Básico Complemento
1 Describir la construcción de un transformador simple con núcleo de hierro blando, como se usa para transformaciones de tensión 6 Explicar el principio de funcionamiento de un transformador simple con núcleo de hierro
2 Usar los términos primario, secundario, elevador y reductor
3 Recordar y usar la ecuación
$$\frac{V_p}{V_s} = \frac{N_p}{N_s}$$
donde p y s se refieren al primario y secundario
7 Recordar y usar la ecuación para una eficiencia del 100% en un transformador
$$I_p V_p = I_s V_s$$
donde p y s se refieren al primario y secundario
4 Describir el uso de transformadores en la transmisión de electricidad a alta tensión
5 Enunciar las ventajas de la transmisión a alta tensión 8 Recordar y usar la ecuación
$$P = I^2 R$$
para explicar por qué las pérdidas de potencia en cables son menores cuando la tensión es mayor

Fuente: Plan de estudios Cambridge International

El transformador: relación de vueltas
Inducción electromagnética

El efecto magnético de una corriente

Una corriente en un alambre genera un campo magnético a su alrededor.

  • Alrededor de un alambre recto, las líneas de campo son círculos alrededor del alambre; el campo es más fuerte cerca del alambre. Invierte la corriente y el campo se invierte.
  • Un solenoide 螺线管 (una bobina larga bobina 线圈 de alambre) genera un campo idéntico al de un imán en barra, con un polo N en un extremo y un polo S en el otro. El campo interior es fuerte y uniforme.

Puedes mostrar ambos patrones con limaduras de hierro o una brújula de trazado. El campo se hace más fuerte si aumentas la corriente, añades más vueltas o colocas un núcleo de hierro blando en el interior.

Un cable recto con líneas de campo circulares a su alrededor, junto a un solenoide con un campo similar al de un imán de barra
Una corriente produce líneas de campo circulares alrededor de un alambre recto, y un campo similar al de un imán de barra para un solenoide

El efecto magnético se utiliza en un relé y en un altavoz. En un relé, una pequeña corriente en una bobina magnetiza un núcleo de hierro blando, que cierra un interruptor en un segundo circuito. El segundo circuito puede transportar una gran corriente, por lo que un interruptor pequeño o un sensor pueden controlar con seguridad un motor o un calefactor (por ejemplo, el interruptor de encendido de un automóvil arranca su motor a través de un relé). En un altavoz 扬声器, una corriente variable en una bobina hace que esta empuje y tire de un cono de papel, moviendo el aire y produciendo sonido.

Inducción electromagnética

Cuando un alambre se mueve a través de un campo magnético, o cuando cambia el campo a través de una bobina, se induce un f.e.m. en el alambre. Si el alambre forma parte de un circuito completo, este f.e.m. impulsa una corriente. Esto es inducción electromagnética 电磁感应.

Para demostrarlo: mueve un imán dentro y fuera de una bobina conectada a un medidor sensible, y observa cómo parpadea la aguja. El f.e.m. inducido es mayor cuando usas un imán más fuerte, te mueves más rápido o usas más vueltas en la bobina. El f.e.m. inducido siempre actúa para oponerse al cambio que lo causa. La dirección de la corriente inducida está dada por la regla de la mano derecha de Fleming 弗莱明右手定则: mantén el pulgar, el dedo índice y el dedo medio de la mano derecha en ángulos rectos entre sí; el pulgar apunta en la dirección del movimiento del alambre, el dedo índice a lo largo del campo (de N a S), y el dedo medio indica entonces la corriente inducida.

El generador de c.a.

Un generador de c.a. 交流发电机 convierte el movimiento en electricidad. Una bobina gira en un campo magnético (o un imán gira cerca de una bobina). A medida que gira, el campo a través de la bobina sigue cambiando, por lo que se induce una f.e.m. alterna.

  • Anillos deslizantes 滑环 y cepillos de carbono brushes 电刷 transportan la corriente hacia el circuito mientras la bobina sigue girando.
  • El f.e.m. es máximo cuando la bobina está plana (moviéndose más rápido a través del campo) y cero cuando la bobina está vertical (moviéndose a lo largo del campo). Por lo tanto, la gráfica de f.e.m.–tiempo es una onda: pico, cero, pico opuesto, cero, por cada vuelta.
Una bobina girando entre polos magnéticos, conectada mediante anillos deslizantes y cepillos, con una salida de corriente alterna en forma de onda sinusoidal
Al girar la bobina se induce una f.e.m. alterna; los anillos deslizantes transportan la c.a. hacia el circuito

Fuerza sobre un conductor con corriente

Cuando un alambre con corriente se encuentra en un campo magnético, el campo del alambre y el campo del imán se empujan mutuamente, por lo que el alambre siente una fuerza. Este es el efecto motor.

  • Invierte la corriente, o invierte el campo, y la fuerza se invierte.
  • Haz que la corriente sea mayor o el campo más fuerte, y la fuerza será mayor.

La fuerza, el campo y la corriente son perpendiculares entre sí. Puedes encontrar la dirección de la fuerza usando la regla de la mano izquierda de Fleming 弗莱明左手定则: pulgar = fuerza (movimiento), primer dedo = campo (N a S), segundo dedo = corriente.

Demostración de la fuerza. Coloca un alambre de cobre rígido (o una tira de papel aluminio) entre los polos de un imán en U y conéctalo a una pila a través de un interruptor. Cuando fluye la corriente, el alambre salta hacia arriba o hacia abajo. Invierte la pila y el alambre salta en la otra dirección; voltea el imán y se invierte nuevamente. Una corriente mayor o un imán más fuerte produce un salto mayor.

Un alambre portador de corriente entre dos polos magnéticos, con la fuerza perpendicular al campo y la corriente
Un alambre con corriente en un campo magnético siente una fuerza perpendicular tanto al campo como a la corriente

Un flujo móvil de partículas cargadas es una corriente, por lo que un campo magnético también lo desvía lateralmente — desvía 偏转 el haz. (Recuerda que los electrones fluyen en dirección opuesta a la corriente convencional.)

El motor de c.c.

Una bobina con corriente en un campo magnético siente un efecto de giro 转动效应, porque las fuerzas sobre sus dos lados actúan en direcciones opuestas. Esto es un motor de c.c. 直流电动机. El efecto de giro es mayor con más vueltas en la bobina, una corriente mayor o un campo más fuerte.

Un conmutador de anillo partido 换向器 intercambia la dirección de la corriente en la bobina cada media vuelta. Esto mantiene la bobina girando en la misma dirección en lugar de detenerse después de media vuelta.

Una bobina entre polos magnéticos con fuerzas opuestas en sus dos lados, un conmutador de anillo partido, cepillos y una batería
Las fuerzas sobre los dos lados de la bobina forman un par; el conmutador de anillo partido mantiene el giro en una sola dirección
Primer plano de cepillos de carbón sobre resortes presionando contra las barras de cobre del conmutador de una máquina de c.c.
En una máquina de c.c. real, los cepillos de carbono presionan sobre las barras del conmutador de cobre para alimentar corriente a la bobina giratoria

El transformador

Un transformador cambia el tamaño de un voltaje de c.a. Tiene dos bobinas enrolladas en un núcleo de hierro blando 软铁芯:

  • la bobina primaria 原线圈 recibe el voltaje de c.a.;
  • la bobina secundaria 副线圈 entrega el voltaje modificado.

La c.a. en la primaria produce un campo magnético variable en el núcleo. El núcleo transporta este campo a la secundaria, donde induce un f.e.m. de c.a. Los voltajes y los números de vueltas están relacionados mediante:

$$\frac{V_p}{V_s} = \frac{N_p}{N_s}$$

Ejemplo resuelto. Un transformador tiene $1200$ vueltas en la bobina primaria y $100$ vueltas en la bobina secundaria. La primaria está conectada a una fuente de c.a. de $240\ \text{V}$. Encuentra el voltaje secundario.

$$\frac{240}{V_s} = \frac{1200}{100} = 12 \quad\Rightarrow\quad V_s = \frac{240}{12} = 20\ \text{V}$$

Menos vueltas en la secundaria, por lo que este es un transformador reductor.

Un transformador: una bobina primaria y una secundaria enrolladas sobre un núcleo de hierro blando, con una fuente de c.a. en la primaria
El campo variable en el núcleo acopla las dos bobinas; la relación de voltajes iguala la relación de vueltas
Un transformador de metal gris fijado a un poste de electricidad de madera, con cables aislados gruesos conectados a él
Un transformador real en un poste de distribución reduce el alto voltaje de los cables a un voltaje más seguro para los hogares

Si la secundaria tiene más vueltas, es un transformador elevador 升压 (el voltaje aumenta); menos vueltas hacen un transformador reductor 降压 (el voltaje disminuye). Por ejemplo, un transformador que cambia de $240\ \text{V}$ a $12\ \text{V}$ es de tipo reductor, y la primaria tiene $20$ veces tantas vueltas como la secundaria.

Si un transformador es 100% eficiente, la potencia de entrada es igual a la potencia de salida:

$$I_p V_p = I_s V_s$$

Por lo tanto, un transformador elevador aumenta el voltaje pero reduce la corriente.

Por qué usamos alto voltaje para transmitir energía

La electricidad se envía a través del país mediante transmisión de alta tensión 高压输电. La potencia perdida en forma de calor en los cables es

$$P = I^2 R$$

donde $R$ es la resistencia de los cables. Un transformador elevador aumenta el voltaje y, por tanto, reduce la corriente para la misma potencia ($P = IV$). Una corriente menor significa mucha menos potencia desperdiciada en los cables. Luego, un transformador reductor baja el voltaje nuevamente a un valor seguro antes de llegar a los hogares.

Torres de acero tipo celosía transportando muchos cables a través de campos abiertos
Los torres sostienen los cables que transportan electricidad a muy alto voltaje, lo que mantiene la corriente —y la potencia perdida— baja
Explorar

La fuerza que hace girar un motor

Una corriente en un campo magnético es empujada perpendicularmente a ambos: si inviertes la corriente o volteas el imán, empuja en dirección opuesta. Eso es lo que hace girar un motor.

Explorar

El generador

V = a sin(bt)

Una bobina giratoria induce un voltaje senoidal — la salida de CA.

Explorar

Transformador

Añadir vueltas al secundario para elevar el voltaje, menos para reducirlo — Vs/Vp = Ns/Np, exactamente así la red transporta energía de forma eficiente.

Vocabulario Entrenar
Inglés Chino Pinyin
electromagnet/ɪˌlektrəʊˈmæɡnɪt/ 电磁铁 diàn cí tiě
electric charge/ɪˈlektrɪk tʃɑːdʒ/ 电荷 diàn hè
positive charge/ˈpɒzɪtɪv tʃɑːdʒ/ 正电荷 zhèng diàn hè
negative charge/ˈneɡətɪv tʃɑːdʒ/ 负电荷 fù diàn hè
transformer/trænsˈfɔːmə/ 变压器 biàn yā qì
solenoid/ˈsəʊlənɔɪd/ 螺线管 luó xiàn guǎn
coil/kɔɪl/ 线圈 xiàn quān
loudspeaker/ˈlaʊdspiːkə/ 扬声器 yáng shēng qì
electromagnetic induction/ɪˌlektrəʊməɡˈnetɪk ɪnˈdʌkʃn/ 电磁感应 diàn cí gǎn yìng
Fleming's right-hand rule/ˈflemɪŋz raɪt hænd ruːl/ 弗莱明右手定则 fú lái míng yòu shǒu dìng zé
a.c. generator/ˌeɪ ˈsiː ˈdʒenəreɪtə/ 交流发电机 jiāo liú fā diàn jī
slip rings/slɪp rɪŋz/ 滑环 huá huán
brushes/ˈbrʌʃɪz/ 电刷 diàn shuā
Fleming's left-hand rule/ˈflemɪŋz left hænd ruːl/ 弗莱明左手定则 fú lái míng zuǒ shǒu dìng zé
deflect/dɪˈflekt/ 偏转 piān zhuǎn
turning effect/ˈtɜːnɪŋ ɪˈfekt/ 转动效应 zhuǎn dòng xiào yìng
d.c. motor/ˌdiː ˈsiː ˈməʊtə/ 直流电动机 zhí liú diàn dòng jī
split-ring commutator/splɪt rɪŋ ˈkɒmjuːteɪtə/ 换向器 huàn xiàng qì
soft-iron core/sɒft ˈaɪən kɔː/ 软铁芯 ruǎn tiě xīn
primary coil/ˈpraɪməri kɔɪl/ 原线圈 yuán xiàn quān
secondary coil/ˈsekəndəri kɔɪl/ 副线圈 fù xiàn quān
step-up/step ʌp/ 升压 shēng yā
step-down/step daʊn/ 降压 jiàng yā
high-voltage transmission/haɪ ˈvəʊltɪdʒ trænˈsmɪʃn/ 高压输电 gāo yā shū diàn
Ver lección
4.5

Consejos para el examen

  • La corriente es la misma en todas partes de un circuito en serie; en un circuito en paralelo, se divide entre las ramas. El voltaje (d.p.) se reparte en serie, pero es el mismo a través de cada rama en paralelo.
  • Añadir resistencias en serie aumenta la resistencia total ($R_1 + R_2$); añadirlas en paralelo hace que la total sea menor que la resistencia individual más pequeña.
  • Un amperímetro va conectado en serie y tiene una resistencia muy baja; un voltímetro va conectado en paralelo a través de un componente y tiene una resistencia muy alta.
  • En un transformador $\dfrac{V_p}{V_s} = \dfrac{N_p}{N_s}$: más vueltas en el secundario elevan el voltaje, menos lo reducen. Los transformadores solo funcionan con c.a.
  • La potencia se transmite por todo el país a alto voltaje para que la corriente —y el calor disipado en los cables, $P = I^2R$— sea pequeña.
  • Conecte el interruptor y el fusible en el cable vivo, y seleccione una clasificación de fusible ligeramente superior a la corriente normal de funcionamiento del electrodoméstico.

Lecciones interactivas sobre este tema

Trátalo paso a paso, con ejercicios de verificación instantánea.

Exámenes Anteriores

Más temas en IGCSE Física

Iniciar sesión o crear cuenta

IGCSE, A-Level & AP