Potencia eléctrica

Programas: KS3, GCSE, cycle 4, 1re (effet Joule), Sek I, AP2

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Objetivo

Determinar la potencia de las bombillas, \(P = U \cdot I\), y comparar su brillo cuando están conectadas en paralelo y en serie.

El montaje

Dos circuitos alimentados por fuentes de 6 V, con bombillas de 6 V / 3 W y de 6 V / 1 W. Arriba, las bombillas están conectadas en paralelo, cada una con su propio amperímetro, y el voltímetro muestra la tensión en las bombillas. Abajo están conectadas en serie, con un amperímetro y un voltímetro en la bombilla de 1 W.

Procedimiento

1. Compare el brillo de las bombillas en cada circuito.
2. En el circuito superior, calcule la potencia de cada bombilla: \(P = U \cdot I\), donde \(U\) es la lectura del voltímetro.
3. En el circuito inferior, calcule la potencia de la bombilla de 1 W y estime la tensión en la bombilla de 3 W: 6 V menos la lectura del voltímetro.

Resultado esperado

En paralelo: unos 5,6 V en las bombillas — parte de los 6 V se pierde dentro de la fuente; bombilla de 3 W — unos 478 mA, 2,7 W; bombilla de 1 W — unos 160 mA, 0,9 W; las dos se quedan algo por debajo de su valor nominal, y la bombilla más potente brilla más. En serie: la corriente es de unos 151 mA, y la bombilla de 1 W recibe unos 5,09 V (0,77 W); en la bombilla de 3 W la estimación da unos 0,9 V (en realidad unos 0,8 V — algo más se pierde en la fuente y en el amperímetro), y apenas luce. La bombilla de mayor resistencia brilla más.

Preguntas

1. ¿Por qué brilla más la bombilla de menor potencia cuando las bombillas están en serie?
2. ¿Cuánta energía consume la bombilla de 3 W en una hora?

Respuestas

1. En serie, por las dos bombillas circula la misma corriente, así que, por \(P = I^2 R\), la bombilla de mayor resistencia toma más potencia. A partir de los valores nominales, \(R = U^2 / P\) da 36 Ω para la bombilla de 1 W y 12 Ω para la de 3 W, de modo que la bombilla de 1 W se lleva la mayor parte de la tensión: unos 5,09 V y 0,77 W, frente a unos 0,8 V y 0,12 W de la bombilla de 3 W.
2. \(E = P \cdot t\) = 3 W × 3600 s = 10 800 J, o 3 W·h. En este banco, en paralelo, toma unos 2,7 W, lo que da unos 9,7 kJ en una hora.