SIMULADORS DE CIRCUITS ELÈCTRICS

Un bon exemple d’aplicació de les TIC a l’assignatura de tecnologia i més concretament al camp de l’electricitat i els circuits, és la utilització de simuladors per ordinador. Aquests permeten realitzar els nostres dissenys i ens mostren el funcionament dels circuits de forma virtual abans del seu muntatge amb components reals. Això, fa que puguem comprendre d’una forma gràfica i senzilla el funcionament dels mateixos.

Els  simuladors també es poden considerar com una alternativa digital a les típiques resolucions manuals de problemes de circuits.

Són molts els simuladors d'escriptori que s'utilitzen en diferents nivells educatius. A continuació, indicarem dos exemples de simuladors en línia, els quals tenen com principal avantatge que es poden utilitzar des de qualsevol plataforma, ja que s'executen a través d'un navegador web:

DC/AC Lab: És un simulador amb interfície realista per a construir circuits senzills i observar el seu comportament. No utilitza símbols, sinó dibuixos dels components reals, però podem realitzar mesuraments amb un multímetre o observar el senyal en un oscil·loscopi.

EasyEDA: És un simulador que permet dissenyar, simular i compartir, de forma pública i privada, i debatre esquemes, simulacions i taules de circuits impresos. Altres característiques inclouen la creació de fitxers i resultats documentals en formats PDF i PNG.

LES TIC I L’EDUCACIÓ: LLIBRE DE BONES PRÁCTIQUES TIC

Les TIC (Tecnologies de la Informació i de la Comunicació) han anat tenint progressivament una major repercussió en la societat en general. Per tant, l'educació s'ha d'ajustar i donar respostes a les necessitats de canvi de la societat.

Per afavorir aquest procés que es comença a desenvolupar des dels entorns educatius informals (família, oci, ...) l'escola ha de garantir la preparació de les futures generacions i per a això ha d'integrar la nova cultura. Per això, és important la presència a classe de l'ordinador des dels primers cursos, com un instrument més, amb diverses finalitats: lúdiques, informatives, comunicatives i instructives entre altres.

Però, ¿com hauren d’actuar els docents per aprofitar totes les possibilitats que oferix l’ús de les TIC per a millorar la formació del nostres fills i filles?  En resposta a aquesta pregunta, la Conselleria d’Educació de la Generalitat Valenciana ha publicat el llibre sobre les Bones Pràctiques TIC.

Este llibre va dirigit a pares i mares, tutors i tutores, docents, familiars i, en general, a qualsevol persona relacionada amb el procés formatiu dels menors, tant en l'aspecte humà com social, tècnic, cultural, professional, etcètera. Se sugerixen i detallen un conjunt de conductes que ajuden els formadors en dit procés, adaptades a les respectives edats, així com un resum de deu conductes de caràcter general.

OHM I LA SEUA LLEI

El físic, fill d’un ferrer, Georg Simon Ohm (Erlangen, 1789 - Munic, 1854), va descobrir la llei de l’electricitat que porta el seu nom, segons la qual, la intensitat de corrent que circula per un conductor (I) és directament proporcional a la diferència de potencial existent entre els seus dos borns (V) i inversament proporcional a la resistència que presenta aquest conductor al pas d'aquest corrent (R) ". És a dir, la llei d’Ohm és: V = I·R

En honor a la seua tasca, la unitat de resistència elèctrica del sistema internacional porta el seu nom (ohm).

Actualment, la nostra vida està plena de dispositius electrònics i tots ells tenen en comú una sèrie d'elements que els conformen. Un d'aquests elements són les resistències o, si no, el concepte de resistència elèctrica aplicat a altres elements. Qualsevol cable pel qual circule un corrent elèctric compta amb una determinada resistència al moviment d'electrons. I, per tant, qualsevol dispositiu electrònic compta amb resistències que regulen i afecten als corrents elèctrics.

És per això, pel que aquesta llei descoberta al segle XIX, és considerada una de les fonamentals per a l'electrònica moderna.

LES MAGNITUDS ELÈCTRIQUES

Les principals magnituds elèctriques són: 

• VOLTATGE (V): És la quantitat d'energia que un generador o pila lliura a cada electró. La seua unitat de mesura és el Volt (V).
• INTENSITAT DE CORRENT (I): És el nombre d'electrons que travessa el circuit cada segon. La seua unitat de mesura és l'Ampere (A).
• RESISTÈNCIA ELÈCTRICA (R): És la dificultat que tenen els electrons per a circular per un element del circuit. A major resistència, menor intensitat de corrent. La seua unitat de mesura és l'Ohm.

Les tres magnituds es relacionen entre sí mitjançant una fórmula molt senzilla, la qual es coneix com la Llei d'Ohm: 

V=IxR

La primera vegada que s'escolten aquests conceptes, poden resultar un poc difícils d'entendre. Per això, una bona manera de comprendre'ls és fent analogies o comparacions fàcils.

Per exemple, si comparem l'electricitat amb un riu, la intensitat de corrent seria el flux o cabal del riu (quantitat d'aigua per unitat de temps), com podem veure si ens fixem en la seua unitat de mesura: Ampere=Coulomb/segon, sent Coulomb la unitat de càrrega elèctrica i el segon, la unitat de temps.

I per al voltatge, per exemple, pensarem en un llac, el qual imaginàriament inclinem. Així el voltatge o diferència de potencial, com també se li coneix, seria la pendent que fa que l'aigua flueixi del punt més alt al més baix. És a dir, la diferència de potencial, fa que els electrons flueixen d'un punt d'alt potencial elèctric a un de menor potencial elèctric.

TIPUS DE CIRCUITS ELÈCTRICS

Els circuits es poden classificar segons la seua configuració, de la següent manera:

• CIRCUIT EN SÈRIE: Dos o més elements estan en sèrie quan la sortida d’un és l'entrada del següent. Podem connectar el nombre de receptors que vulguem en sèrie. Si desconnectem un receptor, tots els altres receptors en sèrie amb ell, deixaran  de funcionar (no pot passar el corrent). Les característiques de aquest tipus de circuit són:
• La resistència total és igual a la suma de les resistències en sèrie.
• Només hi ha una intensitat de corrent, la que surt de la pila (I_pila), que després travessa els receptors en sèrie.
• El voltatge de la pila es reparteix entre els receptors en sèrie.
• CIRCUIT EN PARAL·LEL: Dos o més elements d'un circuit estan en paral·lel quan tenen comú l'entrada i la sortida. Tots els receptors connectats en paral·lel quedaran treballant a la mateixa tensió que tinga el generador. Si llevem un receptor del circuit, els altres seguiran funcionant. Les característiques són:
• La resistència total de, per exemple, dos resistències en paral·lel (R₁ i R₂), és igual a: R_TOTAL = (R₁ × R₂)/(R₁ + R2)
• Cada resistència en paral·lel rep una intensitat diferent de les altres. La suma de totes les intensitats, és igual a la I_pila.
• El voltatge de totes les resistències en paral·lel és igual entre sí.
• CIRCUIT MIXT: Són aquells circuits elèctrics que combinen sèrie i paral·lel. Lògicament aquests circuits tindran més de dos receptors, ja que si tinguessin dos, estarien en sèrie o en paral·lel. En aquest tipus de circuits cal combinar els receptors en sèrie i en paral·lel per calcular-los.

QUÈ ÉS UN CIRCUIT ELÈCTRIC?

És un conjunt d’elements connectats entre si, pels quals circula un corrent d’electrons que realitzen un treball.

Els elements d’un circuit elèctric són:

• Generador o Pila: proporciona energia als electrons que surten per ella.
• Conductor o Cable: Fils de coure pel quals circulen sense resistència els electrons, és a dir, que no perden la seua energia al viatjar pels cables.
• Elements de control: como són els interruptors que impedeixen o permeten el pas de corrent d’electrons pel circuits.
• Receptors: són bombetes, motors, etc. Quan circula el corrent per ells, es queden amb l’energia que portaven els electrons i la fan servir per produir un treball com lluir, girar, escalfar...

Els components dels circuits elèctrics es representen gràficament amb un dibuix que s’anomena símbol. Aquesta simbologia s’encontra normalitzada. Hi ha dues normes ben definides (Americana i Europea) per poder representar gràficament qualsevol disseny electrònic. La majoria dels elements posseeixen aplicació i simbologia universal, de manera que siguen recognoscibles per les persones que treballen amb ell.  

A continuació, en la següent taula, podrem veure la simbologia bàsica més utilitzada: 

I l'esquema d'un circuit elèctric bàsic amb els corresponents símbols:

CONTINGUTS DE LA UNITAT DIDÀCTICA: PART II

LINGÜÍSTICS

Llenguatge per a la unitat: vocabulari i estructures

VOCABULARI:

-      Vocabulari específic sobre els circuits i els seus elements, com per exemple: pila, bateria, cable, interruptor, cable, bombeta, motor, circuit en paral·lel, en sèrie o mixt, etc.

-      Lèxic sobre els diferents tipus de magnituds elèctriques i les seues unitats de mesura. Per exemple: voltatge, intensitat de corrent,  resistència elèctrica, volt, ampere, ohm, etc.

-      Vocabulari relacionat amb l’electricitat en general: electró, protó, neutró, etc.

ESTRUCTURES:

Els tipus de text utilitzats seran principalment l’expositiu i l’instructiu. Pel que  fa a les estructures lingüístiques, les més usades seran:

-      Imperatiu (generalment la segona del plural) i futur

-      Perífrasis d’obligació (haver + de + infinitiu, caldre + que + subjuntiu). Exemples: Heu de resoldre els problemes, cal que feu els exercicis, etc.

-      Altres perífrasis com: atrevir-se + a + infinitiu. Exemple: Us atreviu a dir-me què sabeu de l’electricitat?

-      Pronom impersonal es per a introduir oracions impersonals

-      Ordinals i guionets.

Llenguatge per a la interacció

-      Expressar idees i fer preguntes en veu alta utilitzant correctament la llengua i amb respecte. Exemple: Professor, pot aclarir-me què és un circuit elèctric?

-      Fer exposicions orals amb llenguatge estàndard, introduint pauses i modulant la veu.

-      Respectar les exposicions i les presentacions de vídeos, així com el torn de preguntes.

CONTINGUTS DE LA UNITAT DIDÀCTICA: PART I

A continuació, es desenvolupen els continguts de la unitat didàctica. En aquesta primera part, només s'inclouen els continguts cognitius, acadèmics i culturals. En la segona part (que es pot veure en la següent entrada) es parlarà dels continguts lingüístics.

COGNITIUS:

-        Destreses cognitives: relacionar les diferents magnituds elèctriques, classificar els tipus de circuits, resoldre problemes, operar matemàticament i manipular els utensilis al taller.

-        Habilitats de processament de la informació: localitzar i processar la informació més rellevant, per a comunicar-la als companys durant els exercicis que es faran a classe i durant la realització del projecte al taller.

-      Estratègies d’aprenentatge: Aplicar la fórmula de la llei d’Ohm, fer preguntes i demanar aclariments, prendre notes, participar en el treball en equip i aprendre a organitzar-se.

ACADÈMICS:

-      Circuit elèctric i els seus elements (generador o pila, conductor o cable, elements de control i receptors).

-      Magnituds elèctriques: definició, unitats i simbologia.

-      Llei d’Ohm

-      Participació, interacció i treball col·laboratiu.

CULTURALS:

-      Reconeixement de les magnituds elèctriques en el món quotidià.

OBJECTIUS D'ENSENYAMENT DE LA UNITAT DIDÀCTICA:

Els objectius d’ensenyament de la unitat didàctica (l'electricitat) són:

COGNITIUS:

-        Ser capaços de relacionar les magnituds elèctriques (voltatge, intensitat de corrent i resistència elèctrica), mitjançant la llei d’Ohm (V = I·R).

-        Saber resoldre matemàticament circuits elèctrics bàsics dels següents tipus: en sèrie, en paral·lel i mixt.

-        Utilitzar adequadament els estris i materials necessaris al taller per a muntar un circuit elèctric bàsic.

ACADÈMICS:

-        Conèixer què es un circuit elèctric i els seus elements.

-        Conèixer les magnituds elèctriques i la llei d’Ohm.

-        Fomentar la participació, la interacció, el treball col·laboratiu i el bon ambient de treball a classe i al taller.

CULTURALS:

-      Familiaritzar-se amb conceptes elèctrics bàsics i quotidians.

-      Reconèixer les magnituds elèctriques més comuns.

LINGÜÍSTICS:

-      Conèixer el lèxic i el vocabulari específic relacionat amb la unitat.

-      Treballar amb diferents tipus de textos (expositius e instructius).

-      Utilitzar eines per a la traducció i autocorrecció de texts.

-      Treballar la competència lingüística, oralment i per escrit.

LA IMPORTÀNCIA DE L'ELECTRICITAT

L’electricitat és sens dubte, una de les principals formes d’energia usada en el món actual. És el pilar del desenvolupament industrial de tots els països, part important del desenvolupament social i essencial per al desenvolupament tecnològic.

By Alejandro Gómez en https://www.flickr.com CC BY 2.0

Sense ella, no existiria la gran majoria de les comoditats de l’actualitat, algunes més bàsiques i altres més complexes i modernes. Les persones haurien de prescindir de la il·luminació artificial i de tots els artefactes elèctrics que ja són part integral de les nostres vides. No podrien fer coses quotidianes, com per exemple: veure la televisió o emprar els telèfons intel·ligents, ni podrien utilitzar la llavadora o el rentavaixelles i així amb una infinitat de aparells més. Tampoc podrien fer altres coses menys quotidianes, però, fins i tot, més importants, com per exemple emprar aparells d’ús mèdic.

Sense ella, la nostra qualitat de vida es veuria clarament minvada. Pràcticament hui en dia aquesta possibilitat ni ens la podem imaginar, perquè l’ús de l’electricitat en la vida moderna és imprescindible.

Però, ¿què és l’electricitat?

L'electricitat és una manifestació de la matèria, produïda per l'àtom i les seues xicotetes partícules anomenades electrons i protons. Aquestes partícules són massa xicotetes per veure-les, però hi ha en tots els materials.