Física y Química 3º ESO: guía interactiva para la resolución de ejercicios ENERGÍA ELÉCTRICA La electricidad en el hogar I.E.S. Élaios Departamento de.

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1 Física y Química 3º ESO: guía interactiva para la resolución de ejercicios ENERGÍA ELÉCTRICA La electricidad en el hogar I.E.S. Élaios Departamento de Física y Química

2 Índice  Ejercicio 1 Ejercicio  Ejercicio 2 Ejercicio  Ejercicio 3 Ejercicio  Ejercicio 4 Ejercicio  Ejercicio 5 Ejercicio  Ejercicio 6 Ejercicio  Ejercicio 7 Ejercicio  Ejercicio 8 Ejercicio  Ejercicio 9 Ejercicio  Ejercicio 10 Ejercicio  Ejercicio 11 Ejercicio  Ejercicio 12 Ejercicio  Ejercicio 13 Ejercicio  Ejercicio 14 Ejercicio  Ejercicio 15 Ejercicio  Ejercicio 16 Ejercicio  Usos de la electricidad  Iluminación eléctrica  Energía doméstica  Seguridad en el uso de la electricidad

3 I.E.S. Élaios Departamento de Física y Química Ayuda El suministro eléctrico que llega a las casas es de corriente alterna de 220 V. Esta tensión nominal de la red es realmente un promedio de una tensión alterna que oscila entre -310 V y -310 V, con una frecuencia de 50 ciclos por segundo (50 Hz). Esto significa que la corriente cambia de sentido 100 veces por segundo. La electricidad se utiliza en las casas básicamente para calentar, refrigerar, iluminar y hacer funcionar los aparatos eléctricos. En las casas hay dos formas básicas de iluminación: las lámparas de incandescencia (incluye las halógenas) y las lámparas fluorescentes.

4 I.E.S. Élaios Departamento de Física y Química Ayuda El recibo de la electricidad consta de dos términos: el de potencia y el de energía. El término de potencia depende de la potencia máxima que puedes utilizar, es decir, de la suma de las potencias de todos los aparatos eléctricos y puntos de luz que puedes tener funcionando a la vez, si lo deseas. El importe del término de potencia no depende del consumo. El término de energía se calcula con arreglo a la energía consumida durante el periodo de facturación, que se habrá medido previamente con un contador.

5 I.E.S. Élaios Departamento de Física y Química Ayuda El suministro eléctrico llega a nuestra casa a través de unos cables formados por hilos de cobre (cables trifilares). Dos de estos hilos transportan la corriente de ida y vuelta: se les llama la fase y el neutro; el otro es el tierra, que está conectado a tierra fuera de la casa. Los tres cables tienen distintos colores: marrón (fase), azul (neutro) y verde y amarillo (tierra). Los electrodomésticos suelen tener cables con tres conductores de cobre flexibles. Los conductores de estos cables están hechos con hilos muy finos de cobre para que se puedan doblar. El aislante suele ser PVC (cloruro de polivinilo) o caucho. Los cables para la iluminación de la casa son bifilares. Es importante utilizar el cable de grosor adecuado para cada aparato. Todos los cables se calientan algo cuando tienen corriente, tanto más cuanto mayor sea la intensidad de la corriente eléctrica. Por ello, un cable que deba soportar una gran intensidad de corriente tiene que estar formado por conductores más gruesos que los que deban transportar una corriente de menor intensidad. La toma de tierra de los aparatos se hace con un hilo que conecta la carcasa metálica del aparato con la conexión a tierra de la clavija. Un fusible no es más que un hilo conductor corto dentro de una caja protectora. El hilo es de una aleación de bajo punto de fusión. Cuando una corriente de intensidad superior a un valor determinado eleva la temperatura del hilo por encima de su temperatura de fusión, el hilo se funde, el circuito se abre y la corriente se interrumpe. De esta manera se protegen los aparatos eléctricos y los cables. Los fusibles que protegen los cables de la instalación de una casa son de 15 A, 20 A o 30 A. Dentro de los aparatos eléctricos suele haber un fusible que evita que se estropeen o se quemen; suelen ser de 3 A, 5 A o 13 A, según la potencia del aparato.

6 I.E.S. Élaios Departamento de Física y Química MODELO NO. CD-200 COMPACT DISC PLAYER VOLTAGE… 230 V~ 50 Hz POWER… 15 W SANSUI ELECTRIC CO., LTD TOKYO, JAPAN ! CAUTION RISK OF ELECTRIC SHOCK DO NOT OPEN EJERCICIO 1 La mayoría de los electrodomésticos llevan una placa incorporada que indica la información técnica que hay que saber y entender. A continuación se muestra un ejemplo (placa de un reproductor de discos compactos). ¿Qué información proporciona la segunda placa?. Tensión alterna a la que funciona el aparato Potencia que consume El reproductor tiene aislamiento doble Tensión peligrosa Las instrucciones son muy importantes TEAC MODEL. 060849 TURNABLE SYSTEM 220 V~ 50 Hz 1,5 W TEAC CORPORATION MADE IN JAPAN Tensión alterna a la que funciona el aparato Potencia que consume El aparato tiene aislamiento doble

7 I.E.S. Élaios Departamento de Física y Química EJERCICIO 2 En una lavadora hemos encontrado la siguiente placa. Indica toda la información técnica que creas que contiene dicha placa. Mod. LD 962B N. 0290462 V 220 10% ~50 Hz Mod.T. CO4571 CAPACIDAD 5 Kg FUSIBLES-FUSE FOR CURRENT … 10 A WASH RESISTENCIA-HEATING ELEMENT …. 1950 W POTENCIAMOTOR-MOTOR …………………………………… 250-520 W ABSORBIDABOMBA-DISCHARGE PUMP ………………. 90 W INPUT POTENCIA MAX. ABSORB.-MAX. INPUT ……………………… 2200 W FABRICADO EN ESPAÑA MADE IN SPAIN NIF. 5676456 Tensión alterna a la que funciona la lavadora, con una tolerancia del 10%: funciona con tensiones comprendidas entre 198 V y 242 V Intensidad de corriente máxima que soporta la lavadora Potencia que consume la resistencia calefactora Potencias consumidas por el motor según su funcionamiento Potencia que consume la bomba para la circulación del agua Potencia máxima que consume la lavadora

8 I.E.S. Élaios Departamento de Física y Química EJERCICIO 3 Examina la tabla de electrodomésticos que se muestra a continuación. Haz una lista de los que tienen la finalidad de suministrar principalmente: I. calor; II. movimiento mediante un motor; III. luz; IV. sonido; V. imagen y sonido. Ten en cuenta que tienes que fijarte en la finalidad principal del aparato. I.Horno eléctrico I.Placa vitrocerámica I.Plancha eléctrica I.Secador II.Aspirador II.Frigorífico II.Lavadora II.Lavavajillas II.Tocadiscos III.Lámpara de incandescencia III.Lámpara halógena IV.Amplificador de cadena de sonido IV.Mini cadena musical IV.Pletina (reproductor de casetes) IV.Radiocasete IV.Reproductor de CD V.Lector-amplificador de DVD V.Reproductor de vídeo V.Televisor

9 I.E.S. Élaios Departamento de Física y Química EJERCICIO 4 Ordena los siguientes aparatos eléctricos con arreglo a su potencia: aspirador, bombilla de incandescencia, horno eléctrico, lavavajillas, televisor, frigorífico, secador y radiocasete. De menor a mayor potencia:  Radiocasete  Bombilla de incandescencia  Televisor  Frigorífico  Aspirador  Secador  Horno eléctrico  Lavavajillas

10 I.E.S. Élaios Departamento de Física y Química EJERCICIO 5 Indica si las siguientes afirmaciones, referidas a la iluminación eléctrica, son verdaderas (V) o falsas (F)  Una lámpara de incandescencia consta de un filamento de tungsteno muy fino introducido dentro de una ampolla de vidrio llena de nitrógeno y argón.  Para evitar que el filamento de tungsteno de una lámpara de incandescencia se oxide, se hace el vacío en la ampolla de vidrio.  Se utiliza tungsteno como filamento de una lámpara de incandescencia porque es el metal que tiene la temperatura de ebullición más alta (3.410 ºC).  En las lámparas halógenas se utiliza una ampolla de cuarzo en lugar de una ampolla de vidrio.  El vapor de yodo de las lámparas halógenas impide la evaporación del filamento de tungsteno y permite su calentamiento a temperaturas elevadas.  El rendimiento luminoso de una lámpara de incandescencia tradicional es del 10%.  Las lámparas halógenas son, en general, más baratas que las lámparas de incandescencia tradicionales.  En las lámparas fluorescentes se produce el fenómeno de la fluorescencia, que es debido a que dichas lámparas contienen vapor de fósforo.  Todas las lámparas fluorescentes tienen la forma de tubo.  Los tubos fluorescentes transforman en luz cuatro veces más energía que las bombillas de filamento. V V V V VF F F F F

11 I.E.S. Élaios Departamento de Física y Química EJERCICIO 6 En una bombilla de incandescencia leemos: “220 V, 100 W” y en una lámpara halógena: “12 V, 35 W”. (a) Calcula en cada caso la intensidad de corriente a través del filamento. (b) A partir de los resultados anteriores halla la resistencia eléctrica del filamento. # Escribe la expresión matemática de la potencia de un receptor. Expresa la intensidad de corriente en función de la potencia y la tensión. # Contesta al apartado (a). P = V I # A partir de la ley de Ohm, expresa la resistencia eléctrica en función de la tensión y la intensidad de corriente. # Contesta al apartado (b).

12 I.E.S. Élaios Departamento de Física y Química EJERCICIO 7 En la casa de Tócame Roque se ha hecho el recuento de todos los tipos de luz eléctrica, obteniéndose los resultados mostrados más abajo. (a) Calcula, para cada tipo de luz eléctrica, la potencia instalada. Expresa el resultado en vatios (W) y en porcentaje (%). (b) ¿Cuál es el tipo más común de lámpara eléctrica? (c) ¿En qué lugares de la casa, en general, suelen estar las lámparas fluorescentes? # Contesta al apartado (a). # Contesta al apartado (b). En el modelo de casa mostrado, la lámpara halógena es el tipo más corriente de lámpara eléctrica (73%). # Contesta al apartado (c). Las lámparas fluorescentes suelen estar en la cocina, en el cuarto de baño y, si son compactas, en los sitios donde se requiere una luz permanente. Lámparas de incandescencia460 W24% Lámparas halógenas1.400 W73% Lámparas fluorescentes56 W3% 1.916 W

13 I.E.S. Élaios Departamento de Física y Química EJERCICIO 8 (a) ¿Por qué se usan tanto las lámparas de incandescencia, con filamento de tungsteno, a pesar de sus limitaciones? (b) Cuando una bombilla de incandescencia “se funde”, a menudo se oye un ruido fuerte y la ampolla de vidrio se pone grisácea. Al desenroscar la bombilla, si la agitas, suena. ¿A qué crees que es debido? (c) ¿Por qué se usa lámparas halógenas en los proyectores de diapositivas? # Contesta al apartado (a). La razón de su frecuente uso está, además de en la tradición histórica, en su bajo precio. # Contesta al apartado (c). # Contesta al apartado (b). La corriente eléctrica calienta el filamento de tungsteno hasta una temperatura de unos 2.500 ºC. A dicha temperatura el metal se oxida y se evapora; se hace tan fino que explota; de ahí el ruido y el color gris de la bombilla. Suena por los trocitos de tungsteno procedentes del filamento. Las lámparas halógenas dan una luz muy brillante, adecuada para los proyectores de diapositivas.

14 I.E.S. Élaios Departamento de Física y Química EJERCICIO 9 La tabla muestra el coste, el consumo y la duración de una lámpara fluorescente compacta y de una bombilla de incandescencia ordinaria. Se supone que producen la misma iluminación. A partir de dicha tabla, calcula: (a) el coste total para 500 horas de funcionamiento; (b) lo mismo para 3.000 horas. (c) ¿Merece la pena comprar una lámpara fluorescente compacta? ¿Por qué?. (d) ¿Cuánto se ahorra usando una lámpara fluorescente a lo largo de su vida útil en comparación con una bombilla de incandescencia? Fluorescente compacta (18 W) Bombilla ordinaria (100 W) Coste de la lámpara9,75 €1,42 € Coste de la electricidad para un funcionamiento de 100 horas 0,23 €1,30 € Tiempo de vida útil9000 horas1500 horas # Contesta a los apartados (a) y (b). 500 horas3000 horas Fluorescente compacta 9,75 + 5.0,23 = 10,90 €9,75 + 30.0,23 = 16,65 € Bombilla ordinaria1,42 + 5.1,30 = 7,92 €1,42 + 15.1,30 = 20,92 € 2 bombillas: 41,84 € # Contesta al apartado (c). La respuesta depende del tiempo de funcionamiento, como se deduce de los resultados anteriores. A partir de 779 horas es más rentable la lámpara fluorescente. # Contesta al apartado (d). Se consume seis bombillas por cada fluorescente compacta. Una fluorescente: 9,75 + 90.0,23 = 30,45 € Seis bombillas: 6.(1,42 + 15.1,30) = 125,52 € Ahorro: 125,52 – 30,45 = 95,07 €

15 I.E.S. Élaios Departamento de Física y Química EJERCICIO 10 A continuación se muestra, de manera esquemática, un recibo de la electricidad (“de la luz”) consumida en un hogar. (a) Analiza los conceptos que aparecen en el recibo y observa cómo se realizan los cálculos. (b) Imagina que en la siguiente lectura del contador (el día 15/5/03) se obtiene: 37.700 kWh. ¿Cuál es, entonces el importe de la factura? # Responde al apartado (a). # Responde al apartado (b). Producto de la suma de los dos importes anteriores por el factor del impuesto. Producto del alquiler mensual del contador por el número de meses. Suma de los cuatro importes anteriores, cálculo del IVA y suma de subtotal e IVA. Producto del consumo por el precio de un kWh. Producto de la potencia contratada (5,5 kW) por el importe de cada mes y por el número de meses. Cociente entre el total de la factura y el consumo. El importe de la factura es 88,56 €.

16 I.E.S. Élaios Departamento de Física y Química EJERCICIO 11 (a) ¿Qué energía se necesita para calentar 200 kg de agua de una bañera desde 10 ºC (temperatura media del agua en invierno) hasta 45 ºC? La capacidad calorífica específica del agua es de 4.180 J/(kg ºC). (b) ¿Cuál es el importe de un baño de estas características si se calienta el agua con un calentador eléctrico? El precio de un kWh es de 0,13 €. (c) ¿Cuánto costaría el baño si se calentase el agua con gas natural, sabiendo que el coste de este tipo de energía es 0,04 €/kWh? # Responde al apartado (a) sabiendo que la energía necesaria para calentar un cuerpo es igual al producto de la masa por la capacidad calorífica específica y por la variación de la temperatura. # Responde al apartado (b). Importe = 8,13. 0,13 = 1,06 € # Responde al apartado (c). Importe = 8,13. 0,04 = 0,33 €

17 I.E.S. Élaios Departamento de Física y Química EJERCICIO 12 De acuerdo con la tabla siguiente, ¿qué grosor de cable flexible conectarías con: (a) una plancha; (b) un reproductor de CD; (c) una lavadora?. En el ejercicio 3 puedes obtener las potencias de dichos aparatos. Potencia (W)Grosor del cable flexible (mm²) Hasta 720 W0,50 De 720 W a 1440 W0,75 De 1440 a 2400 W1,00 De 2400 a 3240 W1,25 # Busca los valores de la potencia en el ejercicio 3. Plancha1.400 W Reproductor de CD15 W Lavadora2.200 W # Establece los valores del grosor del cable. 0,75 mm² 0,50 mm² 1,00 mm²

18 I.E.S. Élaios Departamento de Física y Química EJERCICIO 13 La siguiente ilustración muestra el comportamiento de una lavadora en dos situaciones: cuando está bien instalada (con toma de tierra) y cuando lo está mal (sin hilo de tierra). Escribe unas cuantas líneas debajo de cada dibujo explicando lo que sucede. La lavadora está bien instalada y funciona correctamente. El hilo de tierra no lleva corriente y parece que no hace ninguna función. La lavadora carece de hilo de tierra. Si el hilo con corriente está roto y toca la carcasa, el usuario se puede electrocutar. La lavadora está bien instalada. Si se produce una avería, la toma de tierra evita la descarga eléctrica en la persona. Se puede fundir el fusible, pero el usuario no corre peligro.

19 I.E.S. Élaios Departamento de Física y Química EJERCICIO 14 (a) ¿Qué fusibles pondrías en los electrodomésticos citados en el ejercicio 12? (b) Si el contador de tu casa indica 20 A, ¿cuál es la potencia máxima que podéis utilizar? (c) ¿Los fusibles protegen a las personas o a los aparatos? # Escribe la expresión matemática de la intensidad de corriente en función de la potencia y del voltaje. # Contesta al apartado (a). ElectrodomésticoIntensidad de corriente Fusible adecuado Plancha13 A Reproductor de CD3 A Lavadora13 A # Contesta al apartado (b). P = V I = 220.20 = 4400 W # Contesta al apartado (c). Los fusibles protegen a los aparatos del calentamiento evitando que se estropeen.

20 I.E.S. Élaios Departamento de Física y Química EJERCICIO 15 Nosotros somos conductores. Incluso corrientes de pequeña intensidad pueden afectar a nuestro corazón y electrocutarnos. Además, el calentamiento de los cables puede provocar incendios. Lamentablemente tales accidentes ocurren. Casi todos ellos pueden evitarse. Las ilustraciones que siguen se refieren a situaciones donde se hace un uso indebido de la electricidad. Siguiendo el ejemplo, explica por qué dichas situaciones son peligrosas. Se puede estropear el aparato si no se utilizan los fusibles adecuados. Los cables y las clavijas deteriorados pueden provocar accidentes al tocarlos. Si se desconecta un aparato tirando del cable se puede provocar un contacto no deseado. Las manos húmedas y enjabonadas son propicias para que la corriente se desvíe por ellas. Al estar el aparato enchufado, el agua que salpique puede producir una descarga eléctrica. Si se abusa del uso de adaptadores multidireccionales, se puede provocar un recalentamiento.

21 I.E.S. Élaios Departamento de Física y Química EJERCICIO 16 La mayoría de las personas puede notar corrientes de 1 mA de intensidad y por encima de 15 mA siente que se bloquea su control muscular voluntario. Por encima de 30 mA se dificulta la respiración y, pasando de 70 mA, esta se vuelve en exceso penosa. Corrientes de unos 100 mA hasta 200 mA causan fibrilación cardiaca letal. Dependiendo de las condiciones de la piel y del área de contacto, la resistencia eléctrica puede variar de 1000  a 20000 . Aplica, en ambos casos, la ley de Ohm para calcular la intensidad de corriente que atraviesa tu cuerpo si recibes una descarga de 220 V. Analiza las consecuencias de los resultados obtenidos. # Aplica la ley de Ohm. # Analiza los resultados obtenidos. Situación fatal: el corazón deja de latir. Se puede recuperar el pulso con unos primeros auxilios. Sensación desagradable y posibilidad de bloqueo en el control muscular.