Módulo 12 Semana 03 Actividad integradora 6 “Aplicación de leyes eléctricas” M12S3AI6 PDF

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Actividad integradora 6. Aplicación de leyes eléctricas

El descubrimiento de la electricidad y su posterior control, trajo consigo innumerables tecnologías que han cambiado nuestra manera de ver el mundo y seguramente nos prepara nuevos inventos. En esta ocasión vamos a trabajar con un ...

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Módulo 12 Diana Elizabeth Espinoza Montes de Oca Semana 03 Actividad integradora 6 “Aplicación de leyes eléctricas”

Actividad integradora 6. Aplicación de leyes eléctricas

El descubrimiento de la electricidad y su posterior control, trajo consigo innumerables tecnologías que han cambiado nuestra manera de ver el mundo y seguramente nos prepara nuevos inventos. En esta ocasión vamos a trabajar con un aparato común: un calentador de agua eléctrico; revisaremos su funcionamiento con ayuda de las leyes eléctricas, y al mismo tiempo, practicarás cómo trabaja la presión hidrostática.

Propósito Reconocer conceptos relacionados con electromagnetismo y con presión hidrostática y, a partir de las leyes que los rigen, despejar sus incógnitas para solucionarlas. ¿Qué necesito? Para realizar esta actividad debes saber… •

identificar los conceptos relacionados con electromagnetismo.

•

usar las leyes eléctricas.

•

utilizar modelos matemáticos relacionados con los conceptos de leyes eléctricas.

•

aplicar los conceptos de corriente, potencia, energía, resistencia eléctrica y energía potencial en situaciones del entorno.

¿Qué entregaré? Un documento de texto con cada una de las indicaciones, la solución de las incógnitas solicitadas y los procedimientos, así como las respuestas a las preguntas planteadas. Si lo haces a mano sobre papel, puedes tomar una fotografía o escanear tu ejercicio y agregarlo al documento. ¿Cómo lo realizaré?

Lee los planteamientos y responde las preguntas:

1. Supongamos que tienes un calentador eléctrico en tu casa con capacidad de 110 litros de agua que funciona con una corriente de 20 A para 140 V. El calentador puede calentar el agua desde 15 °C a 50 °C en 1 hora 36 minutos. Supongamos que tu familia está compuesta por cuatro personas y usa aproximadamente 220 litros de agua caliente para bañarse para bañarse a diario, con un costo de $2.80 por kilovatio/hora.

1.1 Cual es la potencia eléctrica del calentador en KW? Para calcular la potencia eléctrica utilice la siguiente formula:

P=V∗I Donde I= 20 A y V= 140 V sustituimos la formula P=(140V ) (20 A) P=2800VA P=2800W

Sabemos que 1W =0.001 entonces multiplicamos el resultado en KW por lo tanto la potencia es de 2.8 W

1.2. ¿Cuál es la energía que gasta el calentador en media hora (escribe el resultado en kW∙h)?

Considera que la potencia es la energia utilizada por la unidad de tiempo, es decir, si la potencia se mide en KW y el tiempo en horas entonces la energia se mide en KW. Para calcular la energia utilice la siguiente formula E=P∗T Donde P = 2.8KW Y T = 0.05 h Sustituimos E=(2.8KW) (0.05h) E=1.4 KWh Por lo tanto, la energia que gasta el calentador en media hora es de 1.4 KWh 1.3. Grafica el resultado de la energía que gasta el calentador y explícala.

Del resultado anterior note que en 0.05 h se gastan 1,4 KWh para graficar utilice la siguiente tabla con la siguiente formula E = (2.8KW) (__h)

Tiempo en Horas

Energia en KWH

0

0

0.1

0.28

0.2

0.56

0.3

0.84

0.4

1.12

0.5

1.4

0.6

1.68

0.7

1.96

0.8

2.24

0.9

2.52

1

2.8

1.1

3.08

1.2

3.36

Energia en KWH 4 3.36

3.5

3.08 2.8

3 2.52

ENERGIA EN KWh

2.5

2.24 1.96

2

1.68 1.4

1.5

1.12

0.84

1

0.56 0.28

0.5 0 0 -0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

-0.5 -1

TIEMPO EN HORAS

En esta parte se puede notar lo que se gasta de energía en un tiempo determinado donde si queremos conocer el valor del tiempo solo debemos multiplicar por la fracción de tiempo, siendo 1 igual a 60 minutos. 1.4. Con el resultado del gasto de energía obtenido, calcula el costo que paga tu familia diariamente por bañarse, considerando que gastan 220 litros de agua; para ello: 1.4.1. Calcula el costo de dejar el calentador funcionando a su capacidad máxima por una hor a.

Sabemos que la energia que consume el calentador en media hora es de 1.4 KWh. además, el costo es de $2.80 por KWh entonces para conocer el costo solo multiplique los resultados Costo = (2.80) (1.4) = 3.92

Por lo cual el costo es de $3.92 pesos al usar el calentador de agua que se calienta en media hora. 1.4.2. Calcula cuánto pagan por calentar de 15 °C a 50 °C 220 litros de agua caliente.

1.4

Recordemos que la capacidad máxima del calentador es de 110 litros entonces para calcular 220 litros se debe gastar el doble de nuestro resultado anterior es decir el costo por 220 litros de agua es de $7.84 Por lo que calentar 220 litros se tardara 1 hora E=(2.8Kw) (1hora)=2.8 kWh kWh Costo $ 2.80 =$ 7.84 ¿ ¿ 2.8 kWh¿ ¿

1.5. Si la resistencia del calentador se averiara, ¿qué valor deberá tener la resistencia para que funcione con una capacidad de 220 litros? Aquí se utiliza la fórmula:

Por lo tanto, el valor de la resistencia debera ser 4Ω

2. Ahora, supongamos que tienes un calentador eléctrico con forma de cilindro circular recto, con un radio de 26.5 cm y un alto de 50 cm, que cuenta con capacidad de 110 litros de agua. 2.1. Calcula la presión hidrostática en el fondo del calentador eléctrico cuando éste se encuentra lleno de agua. Anota tu resultado en kPa.

Recordemos que la fórmula para calcular la presión hidrostática es: PH = PH Entonces

P=(1000) (9.81) (0.5m)=4905 Pa Por lo que la presion hidrostatica es de 4905 pascal solo dividimos entre 1000 por lo tanto la presion hidrostatica es de 4.905 KPa.

2.2. El regulador de temperatura del calentador de agua dejó de funcionar, por lo que el agua en el interior de éste se evaporó totalmente, lo que provocó que el calentador se llene de vapor. El calentador contenía agua líquida hasta la mitad, antes de que comenzara a funcionar. Entonces ¿cuál será la densidad del vapor al interior del calentador? Considera que 1 litro de agua tiene masa igual a 1 kg.

Como el calentador tiene la mitad del agua líquida = 55kg

3. Analiza y responde:

3.1 ¿Qué ley se aplica en el funcionamiento del calentador y por qué?

La ley de Joule. Una de las leyes dice que la cantidad de calor que desarrolla una corriente eléctrica al pasar por un conductor es directamente proporcional a la resistencia, al cuadrado de la intensidad de la corriente y el tiempo que dura la corriente. En el ejemplo del calentador, una parte de la energía, que es la corriente eléctrica de nuestras, se transforma en calor. Por este motivo considero que es la ley que se aplica al funcionamiento del calentador.

3.2 ¿Qué ley se aplicó para reparar el calentador y por qué?

La ley de ohm, es importante entender esta ley ya que sin la resistencia correcta el calentador de agua no funcionaría correctamente. En común en nuestro día que al querer reparar algún componente eléctrico nos basemos a la forma de la refacción y no en sus características. Ley de Ohm Es la relación de corriente medida en amperios que circula por un conductor, la cual es igual a la diferencia de voltaje, entre la resistencia que encuentra esa corriente en el conductor. Esto quiere decir, que para que exista una corriente eléctrica en el conductor, es importante que haya un diferencial de voltaje entre dos puntos.

Referencias: •

Benites, A. y León, N. J. (s/f). 3.3 Ley de Ampère. Fundamentos electrónicos para la computación [en línea], UAEH, México. Consultado el 14 de agosto de 2021 en http://cidecame.uaeh.edu.mx/lcc/mapa/PROYECTO/libro16/index.html

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Herrera, A. (s/f). Electricidad y magnetismo (1). Slideshare [en línea]. Consultado el 14 de agosto de 2021 en: https://es.slideshare.net/ANDRRRUCO/electricidad-y-magnetismo-1

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Benites Morales, Alejandro y León Jiménez, Nancy Jazmin,“3.3 Ley de Ampère”, Fundamentos electrónicos para la computación [en línea], UAEH, México, http://cidecame.uaeh.edu.mx/lcc/ mapa/PROYECTO/libro16/index.html (Consultado el 14 de agosto de 2021).

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Herrera Castillo, Andrés, “Electricidad y magnetismo (1)”, Slideshare [en línea], 9 de julio de 2013, https://es.slideshare.net/ANDRRRUCO/electricidad-y-magnetismo-1 (Consultado el 14 de agosto de 2021).

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Juan.moreno3, “El magnetismo”, Slideshare [en línea], 4 de enero de 2014, https://es.slideshare.net/juan.moreno3/el-magnetismo-29690255 (Consultado el 14 de agosto de 2021).

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Villasuso Gato, José, Ondas electromagnéticas [en línea], http://teleformacion.edu.aytolacoruna.es/FISICA/ document/fisicaInteractiva/Ondasbachillerato/ ondasEM/ondasEleMag_indice.htm (Consultado el 14 de agosto de 2021)....