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PEDAGOGIA DE LAS CIENCIAS EXPERIMENTALES DE LAS MATEMATICAS Y DE LA FISICA
Abre el siguiente enlace https://phet.colorado.edu/sims/html/circuit-construction-kit-dc-virtual-lab/latest/circuit-construction-kit-dc-virtual- lab_es.html Monta el circuito que aparece en la figura Asegúrate que los valores están activados haciendo clic en el cuadrado que señala la flecha de la imagen. Las dos bombillas son iguales. Observa el nudo A verás que los culombios de electrones (grupos muy grades de electrones) uno de ellos va por el camino de una bombilla y el siguiente por el de la otra bombilla. En el nudo B verás que los que llegan de cada bombilla se juntan. Existen 2 caminos de un polo a otro de la pila ( es como se llaman los lados de la pila) cada culombio recorre uno u otro camino, no pasa por lo dos, Un nudo es un punto en el circuito dónde se unen 2 o más cables. Ahora vas a medir la intensidad de corriente que pasa por cada parte del circuito. La intensidad es la cantidad de carga (cantidad de culombios) que atraviesa la sección de un conductor por segundo, se mide en amperios (A). 4 A significa 4 culombios en un segundo. Sitúa los amperímetros (aparatos para medir la intensidad) como aparecen en la imagen. Escribe los valores que obtienes para cada amperímetro numerados del 1 al 4. Apunta a continuación los valores: Amperímetro 1: 1.80 A Amperímetro 2: 0.90 A Amperímetro 3: 0.90 A Amperímetro 4: 1.80 A Observa los valores obtenidos. ¿El valor del amperímetro 1 y 4 son? Son iguales. ¿Y el de 1 y el 3? Son iguales. ¿Hay alguna relación entre las intensidades que miden el amperímetro 1 y los que mide 2 y 3? Mediante la superposición de intensidades, podemos afirmar que la relación existente entre intensidades es: 𝐼 2 + 𝐼 3 = 𝐼 1.
¿Qué relación hay entre las intensidades medias por los amperímetros 2 y 3 y el 1? Mediante la superposición de intensidades, podemos afirmar que la relación existente entre intensidades es: 𝐼 2 + 𝐼 3 = 𝐼 1. Observa el nudo A. Por cada culombio que va hacia la bombilla de 10Ω ¿Cuántos culombios va por la de 100Ω? Por cada 10 culombios que va hacia la bombilla de 10Ω, 1 culombio se dirige hacia la bombilla de 100 Ω, se puede observar claramente a través de la fluidez de carga. Vamos a hacer una última configuración del circuito para que quede cómo aparece en la figura. Antes de hacerlo. ¿Qué relación esperas que exista entre la intensidad que pasa por la bombilla 1 y por la bombilla 2? Con respecto a la bombilla 1 y 2 podemos evidenciar que mientras menor sea la resistencia mayor será la intensidad de corriente y luz, y viceversa. Por último, veamos el voltaje en cada una de las bombillas. Recuerda que el voltaje es la energía por unidad de carga. En la pila los electrones reciben energía de la pila y esa energía la van a ceder en las bombillas donde se transforma en luz y energía térmica. Antes de medir el voltaje modifica la resistencia de cada bombilla para que sean iguales. Para medir sitúa el voltímetro en cada bombilla como aparece en las imágenes. ¿Cómo son los dos voltajes? Ambos voltajes son iguales, no varía. Cambia la resistencia de las bombillas a diferentes valores y mide el voltaje. ¿Qué ocurre? No cambia, se mantiene constante el voltaje de la fuente de energía del circuito en paralelo.
Circuito en serie Monta el circuito que muestra la imagen Después de contestar a las preguntas monta el circuito de la imagen siguiente para medir la intensidad en diferentes puntos del circuito ¿Esperas ver una intensidad mayor antes de las bombillas y otra menor después? ¿Esperas que la intensidad sea la misma? No espero ver una intensidad variable antes o después de la bombilla, claro que sí la intensidad debería ser la misma debido a las resistencias iguales que poseen las bombillas. Comprueba tu predicción montando los amperímetros como en la imagen. Apunta las intensidades Amperímetro 1: 0.45 A Amperímetro 2: 0.45 A Amperímetro 3: 0.45 A ¿Qué observas? Se observa que el flujo de cargas se mantiene constante y que las intensidades son iguales, como consecuencia de las resistencias congruentes que poseen las bombillas. Cambia ahora la resistencia de la bombilla 2 para que sea 20Ω ¿Qué esperas que pase con la intensidad? Debido a que el circuito se encuentra en serie, la intensidad de la bombilla aumenta por el simple hecho de que su resistencia aumentó. Ahora cambia la bombilla 1 a 20Ω y la bombilla 2 a 10Ω ¿Qué esperas que ocurra con la intensidad? La intensidad de la bombilla 1 aumente y sea mayor a la intensidad de la bombilla 2, debido a que la resistencia de la bombilla 1 es mayor que la resistencia de la bombilla 2.
Ahora cambia la resistencia de la bombilla 1 para hacerla de 20Ω, el doble de la bombilla 2. ¿Qué esperas que ocurra con los voltajes? ¿Seguirán siendo iguales? Si la resistencia aumenta el voltaje también aumenta, por lo tanto, los voltajes no serían iguales debido a que son magnitudes directamente proporcionales. Voltaje bombilla 1 (20Ω)= 6 V Voltaje bombilla 2 (10Ω)= 3 V Observa los voltajes. ¿Ves alguna relación entre ellos? Claro se puede observar que la resistencia de la bombilla 1 se duplicó con respecto a la bombilla 2, por lo tanto, los voltajes también se duplican, debido a su proporcionalidad directa. ¿Hay alguna relación entre los voltajes de las bombillas y el voltaje de la pila? Claro que sí, la relación existente entre los voltajes de las bombillas y de la pila es: 𝑉𝑝𝑖𝑙𝑎 = 3 𝑉 2 → 𝑉 1 = 2 𝑉 2 → 𝑉𝑝𝑖𝑙𝑎 = 3 2
Vuelve al circuito anterior y modifica la resistencia de la bombilla 2 a 20Ω y la de la bombilla 1 a 10Ω. Deberá quedar con se ve en la imagen. Mide los voltajes de ambas bombillas. Voltaje bombilla 1 de 10 Ω= 3 V Voltaje de la bombilla 2 de 20Ω= 6 V
¿Dónde es el voltaje mayor? El voltaje es mayor en donde la bombilla posea mayor resistencia. ¿Depende el voltaje de la posición de la bombilla o de su resistencia? Claro que sí depende, ya que la posición de la bombilla podría indicarme o cambiar el circuito de paralelo a serie o viceversa, y de la resistencia debido a su relación de proporcionalidad q poseen, donde el voltaje se vería alterado. ¿Qué relación sigue existiendo entre el voltaje de la pila y los voltajes de las bombillas? La relación existente entre los voltajes de las bombillas y de la pila es: 𝑉𝑝𝑖𝑙𝑎 = 3 𝑉 1 → 𝑉 2 = 2 𝑉 1 → 𝑉𝑝𝑖𝑙𝑎 = 3 2
Realiza las siguientes combinaciones y mide el voltaje de las bombillas en todos los casos. Apunta los resultados. Voltaje bombilla 10Ω= 2.25 V Voltaje bombilla 30Ω= 6.75 V Suma de los dos voltajes= 9.0 V Voltaje bombilla 50Ω= 7.50 V Voltaje bombilla 10Ω= 1.50 V Suma de los dos voltajes= 9.0 V Voltaje bombilla 50Ω= 3.0 V Voltaje bombilla 100Ω= 6.0 V Suma de los dos voltajes= 9.0 V ¿Qué conclusiones puede sacar respecto al voltaje en un circuito en serie? El voltaje de la principal fuente de energía va a ser igual a la suma de las diferentes bombillas que existan dentro de un circuito en serie, y deben coincidir.
