¿Qué hace que un circuito funcione?
Cuando enciende el interruptor de la luz, confía en que, mientras la electricidad fluya, la luz se encenderá. ¡Esto requiere energía! ¿Alguna vez ha pensado en lo que realmente está sucediendo dentro de esa bombilla para que se encienda? Dentro de toda la materia, incluido el filamento de la bombilla y los cables de conexión, hay partículas diminutas llamadas electrones. Los electrones tienen carga negativa y en ciertos materiales, como los metales conductores de electricidad, algunos de estos electrones pueden moverse libremente de un átomo a otro.
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Normalmente, estos electrones siempre están rebotando y chocando entre sí dentro de los cables, pero no van a ninguna parte. Sin embargo, cuando acciona el interruptor de la luz, completa el circuito y conecta todos esos electrones a una fuente de energía, lo que crea una diferencia de potencial o voltaje entre los dos extremos del filamento en la bombilla. Ahora, mientras los electrones todavía están rebotando y chocando entre sí, también avanzan lentamente al mismo tiempo.
Imagina que estás entre una gran multitud y que todos intentan salir por la puerta al mismo tiempo. Las personas de la multitud se mueven lentamente hacia la puerta, pero al mismo tiempo, chocan entre sí y no siempre se mueven en línea recta. ¡Esto es exactamente lo que están haciendo los electrones!
El flujo de cargas en un circuito se conoce como corriente y la corriente nunca se agota en un circuito. Si se empuja una cierta cantidad de electrones en el filamento de la bombilla, entonces el mismo número debe salir del otro lado. Los electrones no se destruyen en la bombilla.
Sin embargo, les pasa algo. Es difícil para los electrones moverse a través del filamento porque el filamento tiene cierta resistencia al flujo de electrones. A medida que avanzan, parte de su energía se transforma en otras formas de energía, como la luz y la energía térmica. Los electrones que salen por el otro lado están rebotando un poco más lentamente que antes porque parte de su energía se ha utilizado para iluminar tu casa.
Energía, carga y voltaje
Cuando se aplica un voltaje a un objeto cargado (incluso uno diminuto como un electrón), le da algo de energía potencial eléctrica. Esto es lo que hace que los electrones se muevan en un circuito cuando la energía potencial se convierte en energía cinética. La cantidad de energía depende tanto de la carga como del voltaje aplicado.
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Un solo electrón tiene una carga de 1.602×10 -19 , por lo que si se aplica una diferencia de potencial de 120 V a un filamento de bombilla, cada electrón en el filamento adquirirá 1.922×10 -17 julios (J) de energía.
¿Qué es la transformación de la energía?
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Si bien eso puede no parecer mucho, recuerde que los electrones son realmente diminutos y hay muchos de ellos en el filamento, por lo que la cantidad total de energía es mucho, mucho mayor.
Energía y Poder
También puede determinar la cantidad de energía eléctrica que la bombilla está transformando en luz y energía térmica si sabe cuánta energía está usando. La potencia es la velocidad a la que se transforma la energía, por lo que a medida que aumenta la potencia utilizada, también aumenta la cantidad de energía transformada. La potencia generalmente se mide en unidades de vatios (W), y cada vatio representa un julio de energía que se usa por segundo.
Como puede ver, la cantidad total de energía transformada es igual a la potencia multiplicada por el tiempo.
¿Qué es el Teorema de Equipartición de Energía?
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Si tuviera que operar una bombilla de 100 W durante una hora, ¿cuánta energía transformaría la bombilla?
Primero, dado que la potencia se mide en unidades de vatios y cada vatio representa un julio de energía utilizada por segundo, necesita saber exactamente cuántos segundos estuvo en funcionamiento la bombilla. Si estuvo funcionando durante una hora, entonces sabrá que estuvo funcionando durante 3600 segundos.
A continuación, multiplique la potencia (100 W) por el momento en que la utilizó (3600 s):
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¡Guauu! ¡Tu bombilla de 100 W transformó 360.000 J de energía en solo una hora!
¿Qué pasa si utiliza una bombilla de 40 W en su lugar? Ahora, ¿cuánta energía se transformaría?
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Sigue siendo un gran número, pero es mucho menos que la energía transformada por la bombilla de 100 W. Las bombillas y los electrodomésticos que funcionan con una potencia menor siempre utilizarán menos energía en general. Esto puede ahorrarle algo de dinero y también ayudar al medio ambiente.
Resumen de la lección
En un circuito eléctrico, cuando se aplica una diferencia de potencial, o voltaje , le da a los electrones en los cables algo de energía potencial eléctrica, lo que hace que comiencen a avanzar como corriente , el flujo de cargas en un circuito, a través de los cables.
La cantidad de energía potencial eléctrica adquirida por un objeto cargado es igual al voltaje aplicado multiplicado por la carga del objeto.
E = V x Q
Cuando los electrones se mueven a través de un área donde hay mucha resistencia , como el filamento de una bombilla, parte de su energía se transforma en otras formas, como energía térmica y luz.
La potencia es la velocidad a la que se transforma la energía y, para encontrar la cantidad total de energía transformada, multiplique la potencia por el tiempo que se aplica el voltaje.
E = P xt
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