Physics · Libro 1 · Grades 1–9

Física de primaria y secundaria

Física de primaria y secundaria · Grades 1–9

55La intensidad de la corriente y el amperímetro

“Corriente fuerte, corriente floja” — llevamos años hablando así, dosificando el brillo y el agarre a ojo. El ojo se jubila hoy. La fuerza de la corriente recibe un nombre, una unidad y un instrumento; y lo primero que demuestra el instrumento es una ley que llevabas mucho tiempo sospechando y que no habías medido ni una vez.

55.1 La intensidad y su unidad

Definición 55.1 (Intensidad)

La intensidad II de una corriente eléctrica mide lo fuerte que es el desfile: cuánta carga eléctrica desfila por un punto del circuito cada segundo — el caudal de la corriente, igual que el de un río es agua por segundo. Su unidad es el amperio (A\mathrm{A}), en honor de un gran pionero de las leyes de la electricidad; los circuitos de todos los días hablan a menudo en miliamperios: 1 mA=0.001 A1\,\mathrm{mA} = 0.001\,\mathrm{A}, una milésima.

Ejemplo 55.2 (Amperios que conviene conocer de vista)

Una lamparita indicadora sorbe unos 0.02 A0.02\,\mathrm{A} — 20 mA20\,\mathrm{mA}; una bombilla de linterna, unos 0.3 A0.3\,\mathrm{A}; la gran lámpara del faro de un coche, 5 A5\,\mathrm{A}; un hervidor a pleno rugido, 10 A10\,\mathrm{A}; el motor de un coche al arrancar engulle 100 A100\,\mathrm{A} de su batería; un rayo, durante su milisegundo, mete decenas de miles de amperios por su canal. Y la escala del peligro da que pensar: corrientes de unas pocas centésimas de amperio a través de un cuerpo humano ya pueden ser mortales — el respeto empieza muy por debajo de un amperio.

Observación 55.3 (La persona y la unidad)

Escrita con todas sus letras, la unidad va en minúscula — “una corriente de dos amperios” —, mientras que la palabra con mayúscula nombra a la persona, como con toda unidad que honra a un científico. El símbolo A\mathrm{A} se queda en mayúscula. Volverás a encontrarte muy pronto con esta convención, dos veces.

55.2 El amperímetro

Definición 55.4 (Amperímetro)

Un amperímetro mide la intensidad. Cuenta el desfile que pasa por dentro de él — así que hay que intercalarlo en serie, dentro del propio lazo que mide, como un peaje en la carretera. Construido para molestar al desfile lo menos posible, casi no se opone a la corriente — que es también la razón de que un amperímetro mal conectado directamente entre los bornes de una pila sea un cortocircuito con esfera: la manera clásica de estropear uno.

Método 55.5 (Medir una intensidad)

  1. apaga el circuito; rompe el lazo por donde haya que contar la corriente;
  2. intercala el amperímetro en el hueco: la corriente entra por su borne A\mathrm{A} y sale por su borne común, de modo que el sentido convencional entre por la puerta principal del aparato;
  3. en un aparato de varios alcances, empieza por el mayor y ve bajando hasta que la lectura quede holgada en la esfera — así proteges el aparato de las sorpresas;
  4. cierra el interruptor, lee — y escribe la unidad.

La conexión al revés en un aparato de aguja estampa la aguja contra su tope; los digitales se limitan a enseñar un signo menos, perdonando a los estudiantes a diario.

El amperímetro ocupa su sitio en el lazo: un peaje en serie que cuenta el desfile que enciende la lámpara.
El amperímetro ocupa su sitio en el lazo: un peaje en serie que cuenta el desfile que enciende la lámpara.
La realidad del banco de trabajo: un instrumento, dos puntas de prueba, y la corriente del circuito se convierte en un número en la pantalla.
La realidad del banco de trabajo: un instrumento, dos puntas de prueba, y la corriente del circuito se convierte en un número en la pantalla.

55.3 La primera ley medida

Proposición 55.6 (Un lazo, una intensidad)

En un circuito en serie, la intensidad es la misma en todos los puntos del lazo. Mueve el amperímetro a donde quieras — antes de la lámpara, después de ella, junto a la pila: la lectura no cambia. Lo que cinco años de bombillas igual de brillantes sugerían, el aparato lo enuncia ahora en números: nada se consume por el camino; una carretera, un desfile, una II.

Tres peajes en un mismo lazo: antes, entre y después de las lámparas, todos los amperímetros declaran los mismos 0.30\, A.
Tres peajes en un mismo lazo: antes, entre y después de las lámparas, todos los amperímetros declaran los mismos 0.30 A0.30\,\mathrm{A}.

Ejemplo 55.7 (Leer la letra pequeña de la ley)

La ley dice a lo largo de un lazo, no hagas lo que hagas con el lazo. Añade una segunda lámpara en serie y el desfile se debilita en todas partes a la vez — quizá los 0.30 A0.30\,\mathrm{A} bajen a 0.17 A0.17\,\mathrm{A} —, pero se debilita por igual en todas partes: los tres peajes coinciden también en el número nuevo. Un lazo, una intensidad — sea cual sea esa intensidad en cada momento.

Ejemplo 55.8 (Un vistazo al nudo)

Pon los peajes en un par en paralelo: carretera principal 0.50 A0.50\,\mathrm{A}; rama uno 0.30 A0.30\,\mathrm{A}; rama dos 0.20 A0.20\,\mathrm{A}. La suma sugerente no es casualidad — los desfiles que entran en un nudo y los que salen de él tienen que cuadrar, ya que la carga ni se crea ni se destruye en una bifurcación. La ley completa, con su compañera para la tensión, preside el capítulo de dentro de dos; tus aparatos ya se la han encontrado.

Observación 55.9 (El multímetro)

El ladrillo amarillo del taller — el multímetro — pliega el amperímetro y varios instrumentos más dentro de una sola caja con un selector giratorio. Selector en A\mathrm{A} o mA\mathrm{mA}, puntas en las tomas marcadas, y es tu amperímetro, con reglas de serie y todo. Dos capítulos de este libro viven ya dentro de él; un tercero se muda en el capítulo siguiente — con reglas de conexión, cuidado, opuestas.

55.4 Ejercicios

Ejercicio 55.1 ★

¿Qué mide la intensidad, en lenguaje de ríos? Da su unidad y su símbolo, y convierte 250 mA250\,\mathrm{mA} en amperios.

Solución

Solución de Ejercicio 55.1.

El caudal de la corriente — carga que pasa por segundo, igual que un río cuenta agua por segundo. Unidad: el amperio, A\mathrm{A}; 250 mA=0.25 A250\,\mathrm{mA} = 0.25\,\mathrm{A}.

Ejercicio 55.2 ★

Empareja cada intensidad con su escena: 0.02 A0.02\,\mathrm{A}; 0.3 A0.3\,\mathrm{A}; 10 A10\,\mathrm{A}; 100 A100\,\mathrm{A} — hervidor, lamparita indicadora, motor arrancando, bombilla de linterna.

Solución

Solución de Ejercicio 55.2.

0.02 A0.02\,\mathrm{A}: lamparita indicadora. 0.3 A0.3\,\mathrm{A}: bombilla de linterna. 10 A10\,\mathrm{A}: hervidor. 100 A100\,\mathrm{A}: motor arrancando.

Ejercicio 55.3 ★

¿Por qué hay que intercalar un amperímetro en serie? ¿A qué está construido para no oponerse casi nada, y qué accidente hace eso posible?

Solución

Solución de Ejercicio 55.3.

Solo cuenta el desfile que pasa por dentro de él, así que tiene que plantarse en la carretera — en serie. No se opone casi nada a la corriente; conectado directamente entre los bornes de una pila se convierte por eso en un cortocircuito con esfera.

Ejercicio 55.4 ★

Enumera los cuatro pasos de una medida correcta de intensidad. ¿Por qué empezar por el alcance mayor?

Solución

Solución de Ejercicio 55.4.

Interruptor apagado y lazo roto; intercalar el aparato con la corriente entrando por el borne A\mathrm{A} y saliendo por el común; empezar por el alcance mayor e ir bajando; encender, leer y escribir la unidad. El alcance mayor primero, para que una corriente inesperadamente fuerte se encuentre con la posición más robusta en vez de destrozar una delicada.

Ejercicio 55.6 ★

Un amperímetro colocado antes de un motor en serie marca 0.45 A0.45\,\mathrm{A}. ¿Qué marcará después del motor? ¿Y junto a la pila?

Solución

Solución de Ejercicio 55.6.

0.45 A0.45\,\mathrm{A}, y 0.45 A0.45\,\mathrm{A}: un lazo, una intensidad.

Ejercicio 55.7 ★

Una segunda lámpara se suma a un lazo en serie y los 0.30 A0.30\,\mathrm{A} del amperímetro pasan a ser 0.17 A0.17\,\mathrm{A}. ¿Ha fallado la ley? Explica la letra pequeña.

Solución

Solución de Ejercicio 55.7.

No. La ley promete un único valor a lo largo del lazo en un momento dado, no el mismo valor después de reconstruir el lazo. La segunda lámpara debilitó el desfile — por igual en todas partes: ahora todos los peajes coinciden en 0.17 A0.17\,\mathrm{A}.

Ejercicio 55.8 ★

Un amperímetro digital marca −0.25-0.25 A\mathrm{A}. ¿Qué ha hecho el estudiante y cuánta gravedad tiene?

Solución

Solución de Ejercicio 55.8.

Ha conectado el aparato al revés — la corriente entra por el borne común. En un aparato digital, inofensivo: el signo menos es todo el castigo (uno de aguja habría estampado la aguja contra el tope).

Ejercicio 55.9 ★★

Carretera principal 0.60 A0.60\,\mathrm{A}; rama uno 0.35 A0.35\,\mathrm{A}. ¿Qué lleva la rama dos, y con qué razonamiento? ¿Qué marca el peaje del segundo nudo?

Solución

Solución de Ejercicio 55.9.

0.60−0.35=0.25 A0.60 - 0.35 = 0.25\,\mathrm{A} — el nudo tiene que cuadrar: lo que entra sale. El peaje del segundo nudo marca los 0.60 A0.60\,\mathrm{A} reunidos.

Ejercicio 55.10 ★★

Un estudiante conecta el amperímetro en paralelo con la lámpara “para compararlos”. Predice las dos consecuencias — para la lámpara y para el aparato — y nombra al villano que el estudiante ha construido sin querer.

Solución

Solución de Ejercicio 55.10.

En paralelo, el aparato, que casi no cuesta nada de atravesar, es un desvío: la lámpara, abandonada, se apaga del todo, mientras el aparato lleva una corriente desbocada a la que casi nada limita — un cortocircuito a través del instrumento, que le funde el fusible interno si hay suerte. El estudiante ha construido al villano del capítulo de seguridad.

Ejercicio 55.11 ★★

Dos bombillas idénticas en paralelo llevan 0.30 A0.30\,\mathrm{A} cada una. ¿Cuánto lleva la carretera principal de la pila? Una tercera bombilla idéntica se suma en paralelo: predice la nueva carga de la carretera principal y nombra lo que se gasta más deprisa.

Solución

Solución de Ejercicio 55.11.

La carretera principal lleva la suma: 0.60 A0.60\,\mathrm{A}. Una tercera rama idéntica la sube a 0.90 A0.90\,\mathrm{A} — y la pila, que sirve tres desfiles completos, se gasta más deprisa que nunca.

Ejercicio 55.12 ★★★

Diseña el plan de medida completo de un circuito en paralelo de dos ramas (lámpara y motor): cuántas posiciones de amperímetro hacen falta para conocer todas las corrientes del circuito; el número mínimo de medidas que basta (una puede deducirse — ¿con qué balance?); y el orden de operaciones que no deja nunca un aparato conectado peligrosamente.

Solución

Solución de Ejercicio 55.12.

Corrientes que hay que conocer: la II de la carretera principal y la de cada rama (I1I_1, I2I_2) — tres en total (los tramos del lazo más allá de los nudos repiten estas). Bastan dos medidas: mide dos cualesquiera y el balance del nudo I=I1+I2I = I_1 + I_2 te entrega la tercera. Orden seguro: circuito apagado; intercalar el aparato en la carretera elegida; alcance mayor; encender; leer; apagar antes de mover el aparato — y el aparato no puentea en ningún paso dos puntos de carreteras distintas.

55.5 Problema: el banco de metrología

Problema 55.1

Problema de fin de semana — día de acreditación en el taller de electrónica; cuatro puestos, un amperímetro en cada uno; el carné del aprendiz

Para ganarse los privilegios del taller, cada aprendiz recorre cuatro puestos de medida. Trae el capítulo puesto.

Parte I — Puesto uno: el lazo sencillo. Pila, interruptor y una lámpara.

  1. Describe, paso a paso, cómo intercalar el amperímetro para medir la corriente de la lámpara.
  2. La lectura: 280 mA280\,\mathrm{mA}. Exprésala en amperios.
  3. El examinador te lleva el aparato al otro lado de la pila. Predice la lectura, citando la ley.
  4. “¿Y si tuviera dos amperímetros a la vez en este lazo?”. ¿Dónde podrían ir y qué enseñarían?

Parte II — Puesto dos: pareja en serie. Dos lámparas distintas, A más brillante que B, en serie.

  1. Un aprendiz predice: “A, más brillante, lleva más corriente que B, que está apagadilla”. Pon a prueba la predicción con la ley — y concilia las corrientes iguales con los brillos desiguales (¿qué tiene que ser distinto entre las lámparas?).
  2. El aparato marca 150 mA150\,\mathrm{mA} entre A y B. Escribe todas las demás corrientes del lazo.
  3. La lámpara B queda cortocircuitada por un cable con pinzas. Predice la nueva lectura y el comportamiento de las dos lámparas.
  4. El examinador pide una frase sobre por qué el taller prohíbe los cables con pinzas entre los bornes de la pila y en cambio permite la demostración sobre B.

Parte III — Puesto tres: el nudo. Una rama de lámpara y una rama de motor en paralelo.

  1. Carretera principal: 0.52 A0.52\,\mathrm{A}; rama de la lámpara: 0.30 A0.30\,\mathrm{A}. ¿La corriente de la rama del motor, por balance?
  2. El motor se atasca (sigue conectado, pero no gira) y su rama sube a 0.40 A0.40\,\mathrm{A}. Suponiendo que la rama de la lámpara conserva sus 0.30 A0.30\,\mathrm{A}, ¿qué lleva ahora la carretera principal — y qué guardián del taller está escuchando?
  3. Se desenrosca la lámpara. Predice las tres lecturas de los peajes.
  4. ¿Por qué se gasta más deprisa la pila con las dos ramas sanas — dónde se paga la generosidad?

Parte IV — El carné.

  1. Escribe el juramento del aprendiz: tres líneas — dónde va y dónde no va nunca un amperímetro; qué garantiza un solo lazo; qué cuadra un nudo.
Solución

Solución de Problema 55.1.

1. Apagar; romper el lazo entre la lámpara y la pila; intercalar el amperímetro, corriente dentro por A\mathrm{A} y fuera por el común; alcance mayor e ir bajando; encender; leer; escribir la unidad. 2. 0.28 A0.28\,\mathrm{A}. 3. Otra vez 280 mA280\,\mathrm{mA} — un lazo, una intensidad: el peaje cuenta el mismo desfile a un lado y al otro. 4. En cualquier sitio del lazo — los dos en serie, en cualquier posición: los dos enseñan 280 mA280\,\mathrm{mA}. 5. La ley veta la predicción: las lámparas en serie llevan una corriente idéntica. La diferencia está en las propias lámparas — fabricaciones desiguales convierten el mismo desfile en luz desigual (los capítulos siguientes nombran lo que cambia). 6. En todos los puntos del lazo: 150 mA150\,\mathrm{mA} — antes de A, después de B y junto a la pila. 7. B muere (abandonada por el desvío) y el lazo, que ha perdido un opositor, lleva un desfile más fuerte: el aparato sube — y la lámpara A luce más en consecuencia. 8. “Sobre B, el desvío deja aún a la lámpara A guardando el lazo; entre los bornes de la pila no dejaría absolutamente nada — y un desfile sin guardián es el capítulo del incendio, no una demostración”. 9. 0.52−0.30=0.22 A0.52 - 0.30 = 0.22\,\mathrm{A}. 10. 0.40+0.30=0.70 A0.40 + 0.30 = 0.70\,\mathrm{A} — y el fusible (o el automático) de la rama que guarda la línea del motor está escuchando con atención: los motores atascados son la manera que tienen los guardianes de ganarse el sueldo. 11. Rama de la lámpara: 0 A0\,\mathrm{A}; rama del motor: sus 0.40 A0.40\,\mathrm{A} de siempre (independencia del paralelo); carretera principal: 0.40 A0.40\,\mathrm{A}. 12. La generosidad se paga en la pila: dos ramas sanas beben dos desfiles completos, y la corriente sumada de la carretera principal vacía la reserva a toda velocidad. 13. Por ejemplo: “Un amperímetro se planta en la carretera, nunca cruzado sobre ella. Un solo lazo garantiza una sola intensidad — en todas partes y siempre. Y un nudo cuadra sus cuentas: tantos desfiles entran como salen, hasta el miliamperio”.

Términos definidos en este capítulo

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