La corriente calienta
Lo que vas a aprender
- Comprobar con el tacto, con el docente, que las piezas de un circuito se calientan cuando funcionan.
- Explicar que el calentamiento se debe al paso de la corriente, comparando con piezas que no están conectadas.
- Distinguir aparatos que aprovechan el calor de la corriente de aparatos en los que el calor es una pérdida.
- Leer una tabla y una gráfica de línea de la temperatura de un bombillo encendido y calcular cuánto subió.
Para qué
¿Para qué sirve esto?
Después de cargar el celular un buen rato, el cargador está tibio. La linterna que quedó prendida toda la noche tiene el bombillo caliente. El carro de juguete, después de andar mucho, tiene el motor tibio. ¿De dónde sale ese calor?
En esta lección vas a comprobar con el tacto que las piezas de un circuito se calientan cuando funcionan, y vas a descubrir quién produce ese calor.
Explicación
Comprobarlo con el tacto
Con el docente, arma un circuito con una pila AA, un interruptor y un bombillo de linterna. Si hay, otro grupo arma uno igual con un motor de juguete. Cierra el interruptor y déjalo funcionando unos cinco minutos.
Después, abre el interruptor y toca cada pieza un momento, con la yema del dedo:
- El bombillo es el que más se calienta. Primero acerca el dedo sin tocarlo. Si se siente caliente desde cerca, no lo toques y espera.
- El motor se siente tibio, o un poco tibio.
- La pila y los cables se calientan tan poquito que con el dedo casi nunca se nota. Que no lo sientas no quiere decir que no pase.
Todas las piezas se calentaron, unas más y otras menos. Y hay una prueba más: deja en la mesa una pila, un bombillo y un cable iguales, sin conectar. Esos siguen fríos. Entonces el calor no estaba guardado en la pila ni en el bombillo: apareció porque la corriente pasó por ellos.
El paso de la corriente siempre genera calor
Esta es la idea más importante de la lección: siempre que pasa corriente por algo, ese algo se calienta. A veces mucho, como el filamento del bombillo, que se pone tan caliente que brilla. A veces tan poco que no se siente, como en un cable grueso.
Cuando abres el interruptor, la corriente deja de pasar, ya no se produce calor y las piezas se van enfriando.
Cierra el interruptor y mira el bombillo y el motor: mientras pasa la corriente, se calientan, aunque el bombillo sirva para alumbrar y el motor para girar. Abre el interruptor: deja de pasar la corriente y dejan de calentarse.
Cuando el calor sirve y cuando se pierde
Algunos aparatos están hechos para calentar. Por dentro tienen un alambre especial que se pone muy caliente cuando pasa la corriente. En la casa le dicen «la resistencia».
- La plancha calienta la ropa para quitarle las arrugas.
- La ducha eléctrica calienta el agua del baño.
- La tostadora dora el pan.
- La olla arrocera cocina el arroz.
En otros aparatos, el calor no sirve para nada: es una pérdida. El televisor tiene que dar imagen y sonido, el ventilador tiene que mover el aire y el cargador tiene que llenar la batería. Igual se calientan, porque por ellos pasa corriente.
El bombillo de linterna es un caso curioso: lo queremos para dar luz, pero produce más calor que luz. Por eso hoy se usan los LED: dan la misma luz y se calientan mucho menos. Ojo, los LED también se calientan un poquito. Recuerda: donde pasa corriente, hay calor.
Por qué nunca se unen los dos polos
Si unes los dos polos de la pila con un cable solo, sin bombillo, la corriente encuentra un camino demasiado fácil. Pasa muchísima corriente. Y como el paso de la corriente genera calor, el cable y la pila se calientan muy rápido: te puedes quemar los dedos, la pila se daña y puede soltar un líquido que irrita la piel.
Cuidados
- Todo se hace con el docente, con pilas AA o AAA y bombillos de linterna o LED.
- Primero se abre el interruptor; después se toca, un momento. Si algo quema desde cerca, no se toca.
- Nunca se tocan aparatos de la casa encendidos o recién apagados: la plancha, la tostadora y la ducha eléctrica queman. Y nunca se meten objetos en la tostadora.
Ejemplo resuelto
¿Quién calentó el motor?
Después de que el carrito de Mateo anduvo diez minutos, su motor está tibio. Mateo dice: «Se calentó porque el sol le dio por la ventana». ¿Cómo puede comprobar si el calor viene del paso de la corriente?
Ver la solución paso a paso
Mateo necesita comparar. Toma un motor igual que se quedó en la misma mesa, al mismo sol, pero sin conectar.
Toca los dos motores un momento. El que estuvo funcionando está tibio. El que no estuvo conectado está como la mesa.
Los dos recibieron el mismo sol. Lo único distinto es que por uno pasó la corriente. Entonces el calor vino del paso de la corriente.
Si apaga el carrito y espera unos minutos, el motor se enfría: sin corriente, ya no se produce calor.
Respuesta: Comparando con un motor igual sin conectar: solo se calentó el que tuvo corriente, así que el calor vino del paso de la corriente.
La temperatura del bombillo, minuto a minuto
El docente pegó la punta de un termómetro al vidrio de un bombillo de linterna, cerró el interruptor y anotó la temperatura cada minuto. Los datos son inventados:
| Minuto | Temperatura (°C) |
|---|---|
| 0 | 20 |
| 1 | 27 |
| 2 | 32 |
| 3 | 35 |
| 4 | 37 |
| 5 | 38 |
En el minuto 0 el bombillo estaba como el salón. Después sube, rápido al principio y cada vez más despacio.
Temperatura del vidrio de un bombillo de linterna encendido, minuto a minuto (datos inventados). Cada punto es una fila de la tabla. La línea sube mucho en el primer minuto y cada vez menos después.
Ejemplo resuelto
¿Cuánto se calentó el bombillo?
Con la tabla del bombillo, empezó en 20 °C en el minuto 0 y llegó a 38 °C en el minuto 5. ¿Cuántos grados subió en total? ¿Cuánto subió en el primer minuto, de 20 °C a 27 °C, y cuánto en el último, de 37 °C a 38 °C?
Ver la solución paso a paso
Para la subida total restamos la temperatura del principio a la del final: $38 - 20$
Subió $18$ grados en cinco minutos.
En el primer minuto: $27 - 20$
Subió $7$ grados.
En el último minuto: $38 - 37$
Subió solo $1$ grado. Al principio se calienta rápido; después casi se queda quieto, porque el bombillo suelta al aire casi tanto calor como el que produce la corriente.
Respuesta: Subió 18 grados en total: 7 en el primer minuto y apenas 1 en el último.
Práctica
En la tabla del bombillo, en el minuto 0 marcaba 20 °C y en el minuto 3 marcaba 35 °C. ¿Cuántos grados subió en esos tres minutos?
Se resta la temperatura del principio a la del minuto 3: 35 − 20 = 15 grados.
En la tabla del bombillo, en el minuto 2 marcaba 32 °C y en el minuto 4 marcaba 37 °C. ¿Cuántos grados subió entre esos dos minutos?
Se restan las dos temperaturas: 37 − 32 = 5 grados. Sumarlas no tiene sentido: la temperatura no se acumula.
¿Verdadero o falso? El bombillo subió más en el primer minuto (de 20 °C a 27 °C) que en los tres últimos minutos juntos (de 32 °C a 38 °C): $27 - 20 > 38 - 32$
En el primer minuto subió 27 − 20 = 7 grados, y en los tres últimos, 38 − 32 = 6. Al principio se calienta más rápido.
Cuando el bombillo marcaba 38 °C, el docente abrió el interruptor. Tres minutos después, el termómetro marcaba 30 °C. ¿Cuántos grados bajó?
Se restan: 38 − 30 = 8 grados. Sin corriente ya no se produce calor, y el bombillo se enfría soltando su calor al aire.
En cinco minutos, el bombillo de linterna pasó de 20 °C a 38 °C, y un LED que daba la misma luz pasó de 20 °C a 23 °C (datos inventados). ¿Cuántos grados más subió el bombillo que el LED?
El bombillo subió 38 − 20 = 18 grados y el LED, 23 − 20 = 3. La diferencia es 18 − 3 = 15. El LED también se calienta, pero mucho menos: pierde menos en calor.
En la casa de Ana hay plancha, ducha eléctrica, licuadora, tostadora, ventilador, olla arrocera y televisor. ¿En cuántos de esos aparatos el calor es el trabajo principal?
Aprovechan el calor la plancha, la ducha eléctrica, la tostadora y la olla arrocera: 1 + 1 + 1 + 1 = 4. La licuadora, el ventilador y el televisor también se calientan, pero ese calor es una pérdida.
Después de cinco minutos con el circuito cerrado, el bombillo y el motor están tibios. Otro bombillo y otro motor iguales que estaban en la mesa sin conectar siguen fríos. ¿Qué se concluye?
Las piezas sin conectar estuvieron en el mismo salón y siguen frías. Lo único distinto es que por las otras pasó la corriente: el paso de la corriente genera calor. También la pila y los cables se calientan, aunque tan poco que casi no se siente.
Andrés dice: «El televisor no se calienta, porque no es un aparato para calentar». ¿Qué le responderías?
Todo aparato por el que pasa corriente se calienta. En la plancha el calor es su trabajo; en el televisor es una pérdida, pero igual aparece.
¿Por qué nunca se unen los dos polos de una pila con un cable solo, sin bombillo?
Sin bombillo, el camino es demasiado fácil y pasa mucha corriente. Como el paso de la corriente genera calor, el cable y la pila se calientan muy rápido.
Lucía tocó los cables de su circuito después de cinco minutos y casi no los sintió tibios. Dice: «Los cables no se calientan, porque son conductores». ¿Qué es lo correcto?
El paso de la corriente siempre genera calor, también en los cables. El cobre conduce tan bien que se calienta muy poco, y por eso casi no se siente.
Reto
¿El calor sirve o se pierde?
Piensa cuál es el trabajo principal del aparato. Todos se calientan cuando funcionan.
Reto
Abre el candado del bombillo caliente.
Usa la tabla del bombillo: 20, 27, 32, 35, 37 y 38 °C en los minutos 0 a 5. Cada respuesta es una cifra.
Reto
Completa el informe del experimento.
Recuerda qué produce el calor y qué pasa cuando se abre el interruptor.
Cierre
En resumen
Cuando un circuito funciona, sus piezas se calientan, el bombillo más que el motor, la pila y los cables.
El calor aparece por el paso de la corriente; las mismas piezas sin conectar siguen frías.
El paso de la corriente siempre genera calor, aunque a veces es tan poco que no se nota.
La plancha, la ducha eléctrica y la tostadora aprovechan ese calor; en el televisor, el cargador o el bombillo de linterna es una pérdida.
Al unir los dos polos de una pila con un cable solo pasa muchísima corriente y todo se calienta, por eso nunca se hace.
Vocabulario
- Calentamiento
Subida de la temperatura de una pieza. En un circuito, lo produce el paso de la corriente.
- Pérdida
Parte de lo que da la pila o el tomacorriente que se va en calor sin servir para el trabajo del aparato.
- Gráfica de línea
Gráfica con puntos unidos por segmentos que muestra cómo cambia una medida con el tiempo.
Guía para el docente
Tiempos
- Inicio · 5 min — Pregunte quién ha sentido tibio un cargador o una linterna y de dónde creen que sale ese calor. Anote las ideas sin corregirlas.
- Explicación · 15 min — Arme frente al salón el circuito de pila, interruptor y bombillo, y déjelo encendido mientras explica. Si tiene un termómetro de cocina digital, pegue la punta al vidrio con cinta y lea la temperatura cada minuto. Presente la tabla y la gráfica.
- Práctica · 20 min — Los grupos dejan su circuito cerrado cinco minutos, con una pila y un bombillo iguales sin conectar al lado. Usted abre los interruptores y guía el tacto: primero acercar el dedo, después tocar un momento. Use bombillos de una pila. Después, preguntas y retos.
- Cierre · 5 min — Vuelva a las ideas del inicio y pida que expliquen con la frase: el paso de la corriente siempre genera calor.
Preguntas para el salón
- ¿Por qué las piezas que no estaban conectadas siguieron frías?
- Si los LED se calientan menos, ¿por qué gastan menos pila que un bombillo de linterna?
- ¿Qué aparatos de su casa se calientan aunque no sean para calentar?
Errores típicos
- Creer que el calor estaba guardado en la pila o que viene del sol o del salón. Use las piezas iguales sin conectar como comparación: estuvieron en el mismo lugar y siguen frías.
- Creer que solo se calientan los aparatos hechos para calentar. Pida que recuerden el cargador o el televisor: también se calientan, aunque ese calor sea una pérdida.
- Creer que los cables o los LED no se calientan nada. Explique que se calientan tan poco que casi no se siente; si tiene termómetro, muestre que el LED sube algunos grados.
- Creer que al apagar el aparato sigue produciendo calor. Pida que toquen el bombillo un rato después de abrir el interruptor: se va enfriando porque ya no pasa corriente.
Tarea sugerida
Con un adulto, hacer una lista de los aparatos de la casa y escribir al lado de cada uno si el calor es su trabajo o una pérdida. Sin tocar aparatos encendidos ni recién apagados, y sin acercarse a la plancha ni a la ducha eléctrica cuando funcionan.