Circuitos de corriente alterna
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Autor: Hernán Ferrari Responsable
disciplinar: Silvia Blaustein Área
disciplinar: Física Temática:
Circuitos de corriente, voltajes y corrientes variables en el
tiempo, capacitores, inductancias y resistencias. Nivel:
Secundario, ciclo orientado Secuencia didáctica
elaborada por Educ.ar
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Introducción a la actividad
Se denomina corriente alterna a la corriente eléctrica en la que la magnitud y la dirección varían cíclicamente. La forma de onda de la corriente alterna más comúnmente utilizada es la de una onda senoidal, puesto que se consigue una transmisión más eficiente de la energía. Sin embargo, en ciertas aplicaciones se utilizan otras formas de onda periódicas, tales como la triangular o la cuadrada.
Utilizada genéricamente, la CA se refiere a la forma en la quel la electricidad llega a los hogares y a las empresas. Sin embargo, las señales de audio y de radio transmitidas por los cables eléctricos también son ejemplos de corriente alterna. En estos usos, el fin más importante suele ser la transmisión y recuperación de la información codificada (o modulada) sobre la señal de la CA.
NOTA: La actividad requiere que los alumnos posean conocimientos sobre ecuaciones diferenciales
Objetivo de la actividad
- Estudiar y realizar una síntesis sobre el comportamiento de los circuitos eléctricos cuando se aplican voltajes variables en el tiempo.
- Comprender qué sucede con los elementos pasivos como las resistencias, capacitores e inductancias.
Objetivos pedagógicos
Actividad 1
Observar los siguientes videos. Luego, responder el cuestionario.
Cuestionario
a) ¿De qué manera se genera energía eléctrica usualmente? ¿Cómo es la velocidad de giro de la espira en presencia de un campo magnético?
b) ¿De dónde proviene la energía que hace girar las espiras para convertir energía mecánica en energía eléctrica?
c) Describir el dispositivo montado para generar un voltaje que varíe senoidalmente en el tiempo. ¿Con qué instrumento mide el profesor un voltaje variable en el tiempo?
d) ¿Quién fue el impulsor de la utilización de la corriente alterna en las redes eléctricas de uso común? ¿Quién fue su oponente intentando instalar la utilización de corriente continua?
e) ¿Qué tipo de voltaje se requiere para tener una corriente alterna en un circuito eléctrico?
f) ¿Qué tarea le asignó Edison a Tesla al comenzar a trabajar en su laboratorio sobre dínamos o generadores?
g) Realizar un informe con el programa Write que incluya las distintas respuestas de la actividad y las conclusiones a las que se haya llegado.
Actividad 2
Observar los siguientes videos. Luego responder el cuestionario.
Cuestionario
a) ¿Cuáles fueron algunos de los inventos de Edison?
b) En un circuito simple de corriente alterna con un capacitor y una inductancia ¿cuáles son las expresiones para las caídas de voltaje en cada elemento del circuito? ¿Cuánto deben sumar todos estos voltajes según la ley de mallas de Kirchhoff?
c) ¿Cómo son las expresiones matemáticas que describen el comportamiento de un circuito de corriente alterna con un capacitor y una inductancia, excitado por un voltaje alterno, comparado con una masa unida a un resorte a la que se la estimula con una fuerza externa periódica? ¿Cómo serán entonces los comportamientos en cada caso?
d) ¿Qué puede suceder con la corriente que circula en un circuito con un capacitor y una inductancia, si se excita con un pequeño voltaje periódico cercano a la frecuencia de resonancia? Gracias a este principio podemos, por ejemplo, sintonizar una radio.
e) ¿Qué equivalencias se pueden encontrar sobre el papel que juegan la masa y la constante del resorte respecto de la capacidad y la inductancia en el problema correspondiente?
f) ¿Cuál es el comportamiento de un circuito con un capacitor y una resistencia, si el voltaje alterno tiene una frecuencia baja? ¿Cómo es ese comportamiento a altas frecuencias (corto circuito y circuito abierto)?
g) ¿Cuál es el comportamiento de un circuito con una inductancia y una resistencia, si el voltaje alterno tiene una frecuencia baja? ¿Cómo es ese comportamiento a altas frecuencias (corto circuito y circuito abierto)?
h) ¿Cuál es el comportamiento de un circuito con un capacitor, una inductancia y una resistencia si el voltaje alterno tiene una frecuencia baja? ¿Cómo es ese comportamiento a altas frecuencias? ¿Qué sucede con la frecuencia de resonancia?
i) Realizar un informe con el programa Write que incluya las distintas respuestas de la actividad; obtener imágenes del video de los distintos circuitos para incorporar en este informe y realizar un resumen de las conclusiones a las que se haya arribado.