Magnitudes eléctricas y ley de Ohm

Define con tus palabras las tres magnitudes eléctricas básicas (tensión, intensidad y resistencia), indica la unidad SI de cada una y el instrumento con el que se mide.

Explica qué es un conductor, un aislante y un semiconductor, con un ejemplo de material de cada uno y un uso dentro de un circuito o aparato eléctrico.

El polímetro mide tensión, corriente y resistencia. Explica dos comprobaciones que debes hacer antes de medir (seleccionar la magnitud y la escala adecuadas, colocar las puntas en los bornes correctos) y por qué no se debe medir la resistencia de un componente con el circuito encendido.

Un circuito tiene una pila de $V = 12\ \text{V}$ y una resistencia de $R = 60\ \Omega$. Aplicando la ley de Ohm $V = I \cdot R$, calcula la intensidad de corriente que circula, expresando el resultado en la unidad SI correspondiente.

En el circuito de la figura, la pila es de $24\ \text{V}$ y el amperímetro marca $0{,}5\ \text{A}$, pero el valor de la resistencia es desconocido, como se muestra en la figura.

Despeja la resistencia de la ley de Ohm y calcula su valor en ohmios ($\Omega$). Comprueba tu resultado verificando que se cumple $V = I \cdot R$.

Razona usando la ley de Ohm: (a) qué ocurre con la intensidad si duplicas la resistencia manteniendo la tensión; (b) qué ocurre si duplicas la tensión manteniendo la resistencia; (c) qué combinación de cambios dejaría la intensidad exactamente igual. Apoya cada razonamiento con un ejemplo numérico.

Un cargador de portátil tiene una potencia de $15\ \text{W}$ y se usa durante $2\ \text{h}$. Calcula la energía consumida en $\text{kW} \cdot \text{h}$ y su coste si el precio es de $0{,}20\ \text{€}$ por $\text{kW} \cdot \text{h}$. Comenta por qué el coste es tan pequeño aunque la potencia parezca alta (poco tiempo de uso).

Dos bombillas de $220\ \text{V}$ tienen potencias de $60\ \text{W}$ y $100\ \text{W}$. (a) Calcula la intensidad que atraviesa cada una cuando brilla con normalidad, usando $P = V \cdot I$. (b) Razona cuál de las dos tiene menor resistencia, aplicando la ley de Ohm a los resultados anteriores. (c) Explica por qué la bombilla de mayor potencia luce más, relacionándolo con la energía que transforma cada segundo.

Un ordenador de sobremesa consume una potencia media de $300\ \text{W}$ y se usa $4\ \text{h}$ al día durante $30$ días. (a) Calcula la energía consumida en ese mes en $\text{kW} \cdot \text{h}$, recordando que $E = P \cdot t$ con la potencia en kilovatios y el tiempo en horas. (b) Si el precio de la energía es de $0{,}20\ \text{€}$ por $\text{kW} \cdot \text{h}$, calcula el coste en la factura del mes. (c) Estima el ahorro anual si se sustituye por un portátil de $65\ \text{W}$ con el mismo uso.

La resistencia de un cable depende de su geometría: es proporcional a su longitud e inversamente proporcional a su sección. (a) Un cable de $5\ \text{m}$ tiene una resistencia de $2\ \Omega$; calcula la resistencia de uno idéntico de $15\ \text{m}$. (b) Razona qué ocurriría con la resistencia si se duplicara la sección del cable original. (c) Apoyándote en la analogía de la tubería de agua, explica por qué un cable largo y fino «estrangula» más la corriente que uno corto y grueso.

Los cables que transportan la electricidad se calientan por efecto Joule: la potencia perdida en un cable es $P_\text{pérdida} = I^2 \cdot R$. Teniendo en cuenta además que $P = V \cdot I$, razona por qué las compañías eléctricas transportan la energía a tensiones muy altas (cientos de miles de voltios) en vez de hacerlo a $220\ \text{V}$, explicando qué ocurre con la intensidad y con las pérdidas.

Un alargador de cable fino se calienta al enchufarle un calefactor de $2000\ \text{W}$. Sabiendo que la potencia que se pierde en un cable es $P = I^2 \cdot R$: (a) calcula la intensidad que atraviesa el alargador a $220\ \text{V}$; (b) explica por qué el cable se calienta más cuanto mayor es su resistencia (por ser fino y largo); (c) recomienda dos características que debe tener el alargador adecuado.