La energía eléctrica. Pilas, baterías, receptores eléctricos…

Cuando abordamos este tema, hay que hacer ver a los alumnos la importancia que tiene en nuestra vida diaria, su utilidad, la problemática   que se nos plantearía si careciésemos de ella así como de todos estos aparatos que nos hacen la vida más fácil; su peligrosidad y poder de contaminación  si no hacemos de todo ello un uso racional y un reciclado responsable.

Corriente alterna y continua.

La energía eléctrica que llega a nuestras casas se produce en las centrales eléctricas. Los tipos de corriente eléctrica que existen son dos: la corriente alterna y la corriente continua.  La corriente  que llega a las casas es la alterna pero la corriente que produce una pila es corriente continua.  La corriente continua es aquella cuyos electrones llevan siempre la misma dirección. Los electrones van del polo negativo al polo positivo. La corriente alterna es aquella en la que los electrones no llevan siempre la misma dirección; cambian constantemente de sentido.

Para poder manipular y transportar la corriente eléctrica se utilizan los cables eléctricos que son uno o varios filamentos de cobre recubiertos de plástico.

Podemos producir la corriente eléctrica por medios electromagnéticos y por medios químicos.

Las pilas se utilizan para los pequeños electrodomésticos y en ellas se produce la corriente eléctrica por medios químicos.

Pilas y baterías son  necesarias a diario  para hacer  funcionar diversos aparatos como linternas, móviles, juguetes, maquinas y flash fotográficos, medios de transporte como coches, camiones, autobuses, tranvías, metro… etc.  pero estos dos objetos que utilizamos en tantas cosas, en tan gran cantidad y con tanta frecuencia ¿sabemos en realidad que son?

¿Qué es una pila? Clases de pilas.

Una pila es un generador que convierte la energía química en eléctrica. y pueden ser de dos clases: Primarias,  y secundarias o acumuladores.

Las pilas primarias o voltaicas, se caracterizan  porque una vez descargadas, no nos sirven; hay que desecharlas. El producto químico que contiene no puede volver a su forma original; es decir, no pueden recargarse, hay que reciclarlas.

Por el contrario en las pilas secundarias o acumuladores, el producto químico puede ser reconstituido pasando una corriente eléctrica a través de él en dirección opuesta a la operación normal de funcionamiento. Pueden recargarse y ser usadas nuevamente.

Lo que he comunicado en este texto escrito lo puedo expresar a los alumnos aún con mayor fuerza y efectividad en un mapa conceptual tal como podéis apreciar en la ilustración que aparece a continuación.

Para producir electricidad se puede utilizar una central térmica de carbón.   En ellas se produce la electricidad siguiendo este procedimiento: nos valemos de un gran horno para calentar agua y producir vapor. Con este vapor se impulsa una turbina que está unida a un generador que produce corriente eléctrica.

Componentes de una pila.

En una pila podemos distinguir el electrolito, el electrodo positivo y el electrodo negativo. El electrolito es un conductor iónico y puede ser líquido, sólido o de pasta. El electrodo positivo es una varilla de carbono rodeada de carbono y dióxido de manganeso. (Mn O₂).  El electrodo negativo es una varilla de cinc (Zn)

Para comprender el funcionamiento de una pila y explicar con toda claridad los elementos que la forman y  como se consigue el paso de electrones de la varilla de cinc o polo negativo a la varilla de cobre o polo positivo pasando  por el receptor o bombilla consiguiendo que ésta ilumine, podemos no sólo presentarlo con un dibujo, sino realizar con los alumnos el experimento de la pila volta.

Existen dos tipos de pila: la pila seca y la batería de mercurio. Esta última tiene forma de disco. Tanto en la pila seca como en la batería de mercurio el electrodo negativo es siempre de cinc. El electrodo positivo en la pila seca es una varilla de carbono rodeada por una mezcla de carbono y dióxido de manganeso mientras que en la batería de mercurio, el electrodo positivo es de óxido de mercurio, de ahí su nombre o denominación.

El electrolito en la pila seca es una pasta formada por una mezcla de cloruro de amonio  y cloruro de cinc mientras que en la batería de mercurio  el electrolito es una disolución de dióxido de potasio.

Del mismo modo podemos expresarlo de una manera más efectiva facilitando de esta forma el aprendizaje de los alumnos con un mapa conceptual como el que sigue:

Tendremos que explicar una serie de términos que manejamos en este tema definiéndolos con la máxima claridad y sin ambigüedades para que los alumnos tengan un concepto claro de ellos. Estos términos son:

Circuito, bombilla, filamento, generador, conductor, receptor, interruptor…

Circuito, elementos que lo forman. Funciones y definiciones.

Un circuito no es más que una asociación de elementos eléctricos; generador, receptores, conductores, interruptores.

Una bombilla es un receptor que transforma la energía eléctrica en lumínica o luminosa. El filamento de una bombilla no arde porque tiene hecho el vacío. Y, la bombilla da luz  porque el filamento opone resistencia al paso de electrones por lo que aumenta su temperatura y da luz al ponerse al rojo. Los primeros filamentos o los filamentos de las primeras bombillas eran de carbono.

Es muy interesante el tener clara la función de cada elemento que entra a formar parte de un circuito y conocer como se representan. 

La función de un generador es producir energía eléctrica. Un generador es una máquina que convierte la energía  mecánica en eléctrica utilizando medios electromagnéticos. Aparatos productores de corriente eléctrica son los alternadores, las dinamos y por supuesto las pilas de las que hemos hablado con anterioridad.

Los alternadores se utilizan en las centrales hidráulicas; las dinamos son usadas en las bicicletas y las pilas en  aparatos eléctricos (pequeños electrodomésticos).   

La función de un conductor eléctrico es conectar los distintos elementos de un circuito y permitir el paso de electrones.

La función de un receptor es transformar la energía eléctrica en otra forma de energía.

La función de un interruptor es abrir y cerrar el circuito; un interruptor, como su nombre indica, interrumpe o permite el paso de la corriente eléctrica.

Los materiales con respecto a la electricidad los podemos clasificar en conductores y aislantes.

Conductores y aislantes.

Conductores son aquellos que permiten el paso de electrones a su través, y aislantes, son aquellos que ofrecen dificultad al paso de los electrones. 

La corriente eléctrica  no es más que el paso o circulación de electrones por un material conductor y la energía eléctrica es la que poseen los electrones al circular por el interior de un material conductor.

Generadores y alternadores son aparatos que producen la corriente eléctrica.

Un motor eléctrico es una máquina que convierte la energía eléctrica en mecánica utilizando medios electromagnéticos. 

Motores eléctricos.

 Las unidades básicas de los motores eléctricos y de los generadores son el campo magnético y la armadura. El campo magnético de un generador está formado por el electroimán y las bobinas. Un electroimán es un imán artificial que adquiere las propiedades magnéticas gracias a la corriente eléctrica.

Una bobina es un hilo conductor enrollado sobre un núcleo de material ferromagnético. Es un componente eléctrico formado por un conductor aislado y enrollado repetidamente sobre un cabezal  que se usa para producir o captar campos magnéticos.

No sólo utilizaremos mapas conceptuales y esquemas en el desarrollo de cualquiera de los temas sino que también son de gran utilidad  los dibujos.

Podemos ver los componentes que entran a formar parte en el circuito de un timbre eléctrico y sobre todo  la utilidad de una bobina en la ilustración que aparece a continuación.

Electricidad electrostática.

Existe otro tipo de electricidad conocida con el nombre de electricidad electrostática. Es un fenómeno que consiste en la adquisición de carga eléctrica por un cuerpo al frotarlo con otro. Al estar cargados eléctricamente son capaces de atraer objetos ligeros. Al frotar una varilla de vidrio con un trozo de seda se desprenden electrones de la varilla  de vidrio  que pasan a la seda quedando la varilla de vidrio con exceso de protones. Su carga eléctrica es positiva.

Si frotamos plástico con lana, pasan electrones de la lana a la varilla de plástico quedando esta con exceso de electrones. Su carga eléctrica es negativa. 

Este texto también lo podemos expresar y transmitir así al alumnado tal y como muestra la ilustración que viene a continuación.

Para este o cualquier otro tema que tengamos que desarrollar podemos hacer uso de una extensa gama de dibujos, esquemas, mapas conceptuales... que por supuesto son más ilustrativos que los escasos que en esta entrada aparecen.

Información, formación y concienciación. 

Una vez dada  y trabajada toda esta información, con sus dibujos, cuadros etimológicos, resúmenes, esquemas, mapas conceptuales…  podremos aún profundizar sobre todo esto dependiendo del tiempo que tengamos disponible en la programación y del interés que suscite en el grupo o grupos a los que la hemos dirigido. 

A todo lo expresado en esta entrada, le ha faltado entre otros aspectos una parte práctica, un involucrar al alumnado para que  participe activamente en la consecución y  afianzamiento de todos estos conceptos, conseguir su compromiso en un buen uso de todos estos aparatos llegando esta implicación  hasta un reciclado responsable.

Hubiese sido demasiado extenso este artículo si  tratáramos en él  la didáctica,  la resolución de problemas; los sociales, y por supuesto los matemáticos que surgen de nuestros propios cuestionamientos; el dibujo, la construcción y observación del comportamiento de algunos elementos en los  circuitos, el alto poder de contaminación de muchos de los elementos que utilizamos diariamente en  los aparatos eléctricos… todos estos puntos  que completan el tema  trataré de abordarlos en una próxima entrada.  Constituyen en realidad un ciclo didáctico perfecto.