Primer Grado Ciclo 2020-2021 Electronica, Comunicacion y Sistemas de Control
TC-1
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DESCUBRIMIENTO DE LA ELECTRICIDAD
Mucha gente se pregunta... ¿Quien inventó la Electricidad?. La electricidad es una forma de energía y se produce en la naturaleza, por lo que "No fue Inventada”.
La electricidad, como otros muchos fenómenos, Se Descubrió y poco a poco se fueron ampliando y mejorando los conocimientos sobre ella para el uso práctico por el ser humano.
En cuanto a quien lo descubrió, abundan muchos conceptos erróneos.
Algunas personas dan por cierto que el descubridor de la electricidad fue Benjamín Franklin por sus experimentos con una cometa y posterior invento del pararrayos, pero esto sólo ayudó a establecer la conexión entre el rayo y la electricidad, nada más. La humanidad tenía que conocer la primera carga eléctrica para descubrir verdaderamente la electricidad.
La verdad sobre el descubrimiento de la electricidad es un poco más complejo que un hombre haciendo volar su cometa. En realidad se remonta a más de dos mil años y se podría hablar mejor que del descubrimiento, de la "historia de la electricidad".
Historia de la Electricidad
La primera mención de los fenómenos eléctricos se encuentra en los textos egipcios antiguos alrededor del año 2.750 antes de Cristo (hace unos 4.750 años).
Estos textos hablan de peces eléctricos que se conocen como 'atronadores del Nilo' y defensores de otros peces. Así que el primer descubrimiento de la electricidad en la historia registrada del hombre fue en forma de bio-electricidad.
La mención a estos peces eléctricos se han encontrado también en griego, romano y crónicas árabes. De hecho, en algunos casos, incluso hay una mención a las descargas eléctricas de estos peces para utilizarla como una cura para los dolores de cabeza y la gota.
En el año 600 antes de Cristo (ac), los antiguos griegos descubrieron que el roce de la lana, la piel y otros objetos ligeros como las plumas con el ámbar (resina de árbol fosilizada) causaba una atracción entre los dos objetos, y por lo tanto, lo que los griegos descubrieron en realidad era la electricidad estática. En aquella época, un filósofo griego llamado Tales de Mileto fue el que hizo este primer experimento e investigó el efecto de electricidad estática del ámbar y erróneamente lo clasificó como un efecto magnético resultante de la fricción. El Griego Tales, no sabía que el descubrimiento era realmente electricidad. Tuvieron que pasar muchos años y siglos para que se conociera la electricidad.
Los investigadores y arqueólogos en la década de 1930 descubrieron macetas con láminas de cobre en su interior que consideran que podrían haber sido las baterías antiguas destinados a producir luz en antiguos sitios romanos.
Dispositivos similares fueron encontrados en excavaciones arqueológicas cerca de Bagdad. lo que significa que los antiguos persas también podrían haber utilizado una forma parecida a las baterías electricas.
En el siglo 17, se han hicieron muchos descubrimientos relacionados con la electricidad, tales como la invención de un generador electrostático, la diferenciación entre las corrientes positivas y negativas, y la clasificación de los materiales como conductores o aislantes.
En el año 1600, el médico Inglés William Gilbert utiliza la palabra latina “electricus” para describir la fuerza que ejercen ciertas sustancias cuando se frotan unas contra otras. Estudió tanto los fenómenos de la electricidad y el magnetismo que fue él quien distinguió entre el efecto eléctrico del ámbar y el efecto magnético del imán. Le puso el nombre de "Electricus" porque se derivaba de la antigua palabra griega para denominar el ámbar, que era 'Elektron'.
Pocos años después, otro científico Inglés, Thomas Browne, escribió varios libros y él usó la palabra “electricidad” para describir sus investigaciones sobre la base de la obra de Gilbert.
En 1752, Benjamín Franklin llevó a cabo su experimento con una cometa, una llave, y una tormenta. Esto simplemente demostró que el rayo y las pequeñas chispas eléctricas eran la misma cosa.
En el año 1791, Luigi Galvani demostró que los nervios conducen señales a los músculos en forma de corrientes eléctricas, lo que daría lugar a la ciencia de la bio-electricidad.
El físico italiano Alessandro Volta descubrió que determinadas reacciones químicas podrían producir electricidad, y en 1800 se construyó la primera pila voltaica (una batería eléctrica) que producía una corriente eléctrica constante, y por lo que fue la primera persona para crear un flujo constante de carga eléctrica o electrones en movimiento.
Alessandro Volta también creó la primera transmisión de electricidad uniendo conectores cargados positivamente y negativamente y condujo una carga eléctrica, o el voltaje, a través de ellos.
Ya fue en 1831 cuando se convirtió viable el uso de la electricidad por el hombre cuando Michael Faraday creó la primera dínamo eléctrica o generador eléctrico, que resolvió el problema de la generación de corriente eléctrica de forma continua y práctica.
El invento de la dinamo por Faraday abrió la puerta al estadounidense Thomas Edison que inventó la bombilla incandescente de filamento en 1878. Anteriormente, las bombillas habían sido inventadas por otros, pero la bombilla incandescente de filamento fue la primera bombilla que podía iluminar durante horas.
Edison utilizó su sistema de corriente continua (DC) para proporcionar energía para iluminar las primeras farolas eléctricas de Nueva York en septiembre de 1882.
Más tarde, en la década de 1800 y principios de 1900 Nikola Tesla se convirtió en un colaborador importante para el nacimiento de la electricidad comercial por ser considerado el padre de la corriente alterna. Trabajó con Edison y más tarde tuvo muchos desarrollos revolucionarios en el electromagnetismo. Además tenía las patentes que compiten con Marconi por la invención de la radio. Es muy conocido por su trabajos en corriente alterna (CA), motores de corriente alterna, y el sistema de distribución polifásica.
El inventor y empresario George Westinghouse compró y desarrolló el motor patentado de Tesla para la generación de corriente alterna, pensando que el futuro de la electricidad pasaría por este tipo de corriente y así fue. Hoy en día toda la electricidad generada para nuestras casas y viviendas es corriente alterna.
Aqui tienes una línea del tiempo sobre la electricidad:
Para acabar te proponemos un ejercicio. Rellena la siguiente tabla con el texto anterior:
https://www.areatecnologia.com/electricidad/descubrimiento-de-la-electricidad.html
TC-2
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Vamos hacer un recorrido por los fundamentos básicos de la electricidad para principiantes. Explicaremos qué es la electricidad, cómo se genera y para qué sirve. Aprenderemos Conceptos de Electricidad Basica.
¿Qué es la Electricidad?
La electricidad es un conjunto de fenómenos físicos que se producen cuando existe un movimiento de los electrones de los átomos que forman cualquier tipo de materia. Los fenómenos físicos que produce pueden ser luz (bombilla), calor (radiador eléctrico), movimiento (motores), etc.
El movimiento de electrones es lo que se conoce como "corriente eléctrica". Por lo que podemos decir que la electricidad son los fenómenos que se producen por el paso de la corriente eléctrica.
- Fenómenos Físicos: Luz, Calor, Movimiento, Sonido, etc. Luego veremos estos fenómenos.
- Electrones: Partículas de los átomos por los que está formado un material.
- Corriente Eléctrica: movimiento de electrones.
Este movimiento de los electrones puede ser causado de forma natural, como es el caso de un rayo, o pueden ser causados por el hombre de forma artificial, por ejemplo una dinamo como la de la bicicleta que produce corriente eléctrica.
Si conseguimos mover electrones de un material, hemos conseguido generar electricidad. Estos electrones podemos moverlos o transportarlos a través de un conductor (cable) y hacerlos pasar por un receptor (por ejemplo un motor, bombilla, etc.) para que se produzca algún efecto (giro, luz, calor, etc).
Pero expliquemos un poco mejor todo esto y luego veremos como podemos conseguir generar electricidad.
Para hablar de la electricidad debemos conocer el átomo. Esto no esun curso de química, por eso explicaremos solo lo necesario para entender la electricidad, sin profundizar demasiado, lo justo para entenderlo.
Los Atomos, los Electrones y La Electricidad
La materia o cualquier material está formado por partículas muy pequeñas (no se ven a simple vista) llamadas átomos.
El átomo está formado por un núcleo en cuyo interior se encuentran otras partículas, aún más pequeñas, llamadas protones y neutrones. Los protones tienen carga eléctrica positiva y los neutrones solo tienen masa pero no tienen carga eléctrica.
Pero lo que realmente nos importa para la electricidad son los electrones. Son partículas con carga eléctrica negativa que están girando alrededor del núcleo del átomo. Recuerda, tenemos que moverlos.
El átomo, en estado neutro, tiene el mismo número de protones que de electrones, como los dos tienen la misma carga pero uno + y el otro negativa, el cómputo global de su carga es cero, es decir el átomo no tiene carga eléctrica en estado natural.
Recuerda:
- 1 electrón tiene una carga eléctrica negativa (-).
- 1 protón tiene carga eléctrica positiva (+).
Pero los electrones podemos arrancarlos del átomo al que pertenecen y moverlos a otro átomo que esté a su lado, es decir podemos "mover electrones", o lo que es lo mismo generar electricidad.
Date cuenta que si quitamos un electrón (abreviatura e-) a un átomo, este átomo quedará con carga positiva porque ahora tiene un protón más que el número de electrones. Si este electrón se lo damos a otro átomo que esté a su lado, este átomo quedará cargado con carga negativa, ya que tendrá un e- de más. Veamos esto con un ejemplo:
Imagina dos átomo (átomo 1 y 2) de un material con 5 protones y 5 neutrones. Inicialmente la carga de cada átomo es 0.
5 electrones = 5 cargas negativas (-)
5 protones = 5 cargas positivas (+)
Ahora si le robamos un electrón al átomo 1 para dárselo al átomo 2. ¿Qué pasará?
Átomo 1 = 4 electrones = 4 cargas negativas y 5 protones = 5 cargas positivas.
Átomo 1 = -4 + 5 = +1 ; este átomo se queda con carga eléctrica positiva.
Átomo 2 = 6 electrones = 6 cargas negativas y 5 protones = 5 cargas positivas;
Átomo 2 = -6 + 5 = -1; este átomo ahora tendrá carga negativa.
Conclusión:
Átomo que le robamos electrones = queda con carga positiva.
Átomo que le cedemos el electrón robado = queda con carga negativa.
Si te fijas, los átomos a los que les quitamos o les ponemos un e- ahora sí que tienen carga eléctrica. Pero insistimos, lo que nos interesa es que los e- se muevan a través de los átomos de un material, de un átomo a otro, por ejemplo electrones moviéndose a través de los átomos de un cable o conductor, ya que es la forma de generar electricidad.
Hemos ampliado millones de veces los átomos de un material, por ejemplo cobre, nos quedamos con 3 y mira lo que hacemos.
Cada átomo tiene 6 e- con carga negativa y 6 protones en el núcleo con carga positiva.
Quitamos un e- al primero y se lo pasamos al segundo. Automáticamente el primer átomo queda con carga positiva y el segundo queda con carga negativa.
Ahora movemos el e- al tercer átomo y así sucesivamente.
Si te das cuenta, cuando robamos un e- al átomo, este se queda con un "hueco" vacío. Nada más que pueda, rellenará este hueco con otro e- para estar en estado neutro que es como le gusta estar.
Ahora vamos a explicarlo al revés.
Si al tercer átomo le quitamos un e-. ¿Qué hará? Pues le robará el e- al segundo átomo para estar neutro. Este a su vez, el segundo, quedará con un hueco y le robará un e- al primero.
Si esto lo viéramos como en una película, el efecto que veríamos es un movimiento de electrones, de átomo en átomo a través del material. ¡¡¡Eso es la electricidad!!!.
El problema es como robamos ese electrón tan importante para generar electricidad. Más adelante veremos como.
¿Por qué es tan importante todo esto?. Bueno pues resulta que se demostró que cuando circulaba electricidad, recuerda se movían e- por ciertos materiales, se producían efectos muy útiles y beneficiosos para el hombre.
Efectos o Fenómenos Físicos de la electricidad
Por ejemplo si hacemos pasar electricidad por un filamento, hilo enroscado, por un material llamado tungsteno o de wolframio, resulta que... ¡¡¡se genera luz!!!. ¿útil no?.
Pero los efectos de la electricidad o Fénómenos Físicos que producen son muchos más. Los elementos que producen efectos al ser atravesados por una corriente eléctrica (e- en movimiento) se llaman Receptores. Veamos algunos de los principales:
- Receptores Luminosos: los que producen luz, por ejemplo una lámpara.
- Receptores Magnéticos: producen electromagnetismo, por ejemplo la atracción de dos partes metálicas para producir un sonido o movimiento. Por ejemplo un electroimán o los altavoces.
- Receptores Térmicos: Que producen calor, por ejemplo un radiador.
- Receptores Giratorios: que producen giro, por ejemplo un motor.
- Receptores Sonoros: producen sonido, por ejemplo un timbre.
Algunos son una mezcla, por ejemplo, el timbre será magnético y sonoro. Un motor será magnético y giratorio.
Fíjate, gracias a la electricidad podemos construir bombillas, imanes, motores, timbres, etc. Por eso es tan importante.
¿Cómo Generamos Electricidad?
Solo necesitamos tener un cuerpo con carga positiva (con átomos que le falten e-) a un lado y a otro lado un cuerpo con carga negativa (que le sobren e-).
Recuerda el cuerpo con carga positiva tiene huecos, el cuerpo con carga negativa exceso de electrones.
Si ahora los unimos con un material conductor, es decir un material que por él pasen o se muevan los e- fácilmente, como es el caso del cobre, ya tenemos la solución.
Más que pasen los electrones por el conductor, el material tiene que permitir que los electrones que forman sus átomos sean fácilmente movibles.
En la imagen de arriba tenemos un cuerpo con carga negativa y otro con carga positiva (huecos) unidos por un conductor. Como los átomos de carga positiva quieren electrones para estar en estado neutro, y los átomos de carga negativa le sobran e- y quieren echarlos para también estar neutros. ¿Qué pasará?.
Los electrones del conductor cercanos al cuerpo positivo se movierán a los huecos del material, dejando huecos en el conductor que pasarán a ser ocupados por los electrones de los átomos más cercanos. Así hsta llegar a los huecos que quedan en la parte más cercana del conductor a la parte negativa, huecos que se llenarán con los electrones que sobran en ese material.
Resumiendo: Los e- que sobran del material negativo pasarán al material positivo a través del conductor, generándose una corriente eléctrica.
Hemos conseguido movimiento de electrones o lo que es lo mismo electricidad. ¿Cuando parará la coriente electricidad?. Cuando todos los e- de la parte negativa pasen a la positiva y los dos materiales estén en estado neutro o sin carga. Ojo si cortamos el conductor también cesará la electricidad.
Como ves la idea es tener algo que siempre mantenga el material de arriba con carga negativa y el de abajo positiva, o lo que es lo mismo, que tengamos una diferencial de potencial entre dos puntos (d.d.p.).
Una máquina que sea capaz de robar los e- cuando lleguen a la parte positiva y los devuelva a la parte negativa, será una máquina con la que conseguimos mantener la d.d.p. siempre entre los dos puntos. Será un Generador de Electricidad.
Las máquinas que son capaces de mantener una d.d.p entre dos puntos con el paso del tiempo se llaman Generadores Eléctricos.
Una pila, por ejemplo, tiene 2 polos, el positivo y el negativo. Mediante un proceso químico en su interior, es capaz de mantener esta d.d.p o tensión entre sus dos polos durante un tiempo.
Si la conectamos a una bombilla, los e- de la parte negativa pasarán a la parte positiva a través de su filamento produciendo luz.
La pila con el tiempo se va agotando, es decir la d.d.p o tensión entre sus dos polos va siendo menor. Si llega a 0 la pila está agotada, no hay diferencia de carga entre sus polos y no es capaz de generar electricidad.
Hay máquinas rotativas como las dinamos (corriente contínua) o alternadores (corriente alterna) que son capaces de mantener una d.d.p entre 2 puntos cuando las hacemos girar. Mientras giren, tendremos tensión entre sus dos extremos y serán capaces de generar electricidad por un circuito eléctrico. Un ejemplo muy conocido es la dinamo de la bicicleta.
Sentido de los Electrones y de la Corriente Eléctrica
El sentido de los electrones es de la parte que está cargada negativamente (le sobran electrones) hacia la parte que esta con carga positiva (falta de electrones). Pero ojo el sentido de la "corriente eléctrica" en los circuitos se considera al revés, del positivo al negativo por convenio desde hace muchos años cuando todavía no se conocia muy bien el movimiento de los electrones.
Formas de Producir Electricidad
- Por la Acción Magnética: es de esta forma como se produce la energía en las grandes centrales eléctricas mediante los alternadores o, en otros casos, con las dinamos en forma de corriente continua. Cuando se mueve un conductor eléctrico (hilo metálico) dentro de un campo magnético (imán o electroimán) aparece una tensión entre los extremos de dicho conductor.
Los generadores de las turbinas éólicas (energía eólica), de las centrales eléctricas de carbón, nucleares, hidraúlicas, etc todas son generadores que generan corriente eléctrica gracias a la acción magnética que se produce en su interior al hacerlos girar.
Si quieres saber como lo hacen visita este enlace: Dinamo y Alternador.
- Por Acción de la Luz: Mediante la células fotovoltaicas de los Paneles Solares es posible transformar directamente la energía luminosa en energía eléctrica.
- Por Reacción Química: Las pilas y acumuladores son generadores que, aprovechando la energía que se desarrolla en determinadas reacciones químicas, producen electricidad.
Estas 3 son las más utilizadas, luego hay otras que producen cantidades muy pequeñas de energía eléctrica:
- Por Frotamiento: Electricidad Estática.
- Por Presión: Existen ciertos materiales, como los cristales de cuarzo, que cuando son golpeados o presionados, entre sus caras aparece una tensión eléctrica entre ellas.
- Por Calor: Algunos cuerpos poseen propiedades termoeléctricas, y con ellos se pueden construir pares termoeléctricos. Éstos constan de dos metales distintos y unidos, que al ser calentados manifiestan una diferencia de potencial entre sus extremos. Suele ser muy pequeña la producción. Un ejemplo son los termómetros que miden la temperatura de los hornos.
TC-3
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¿Qué es un Circuito Eléctrico?
"Un Circuito Eléctrico es un conjunto de elementos conectados entre si por los que puede circular una corriente eléctrica".
La corriente eléctrica es un movimiento de electrones, por lo tanto, cualquier circuito debe permitir el paso de los electrones por los elementos que lo componen.
Si quieres saber más sobre qué es, como se genera y los fundamentos de la corriente eléctrica, te recomendamos que visites el siguiente enlace: Electricidad Básica. Aquí nos centraremos en los circuitos eléctricos.
Solo habrá paso de electrones por el circuito si el circuito es un circuito cerrado.
Los circuitos eléctricos son circuitos cerrados, aunque podemos abrir el circuito en algún momento para interrumpir el paso de la corriente mediante un interruptor, Pulsador u otro elemento del circuito.
Ahora vamos a estudiar los elementos que forman los circuitos eléctricos y los tipos de circuitos que hay.
Partes de un Circuito Eléctrico
Los elementos que forman un circuito eléctrico básico son:
Generador: producen y mantienen la corriente eléctrica por el circuito. Son la fuente de energía. Hay 2 tipos de corrientes: corriente continua y alterna (pincha en el enlace subrayado si quieres saber más sobre c.c. y c.a.)
Pilas y Baterías: son generadores de corriente continua (c.c.)
Alternadores: son generadores de corriente alterna (c.a.)
Conductores : es por donde se mueve la corriente eléctrica de un elemento a otro del circuito. Son de cobre o aluminio, materiales buenos conductores de la electricidad, o lo que es lo mismo que ofrecen muy poca resistencia electrica a que pase la corriente por ellos. Hay muchos tipos de cables eléctricos diferentes, en el enlace puedes ver todos.
Receptores: son los elementos que transforman la energía eléctrica que les llega en otro tipo de energía. Por ejemplo las bombillas transforma la energía eléctrica en luminosa o luz, los radiadores en calor, los motores en movimiento, etc.
Elementos de mando o control: permiten dirigir o cortar a voluntad el paso de la corriente eléctrica dentro del circuito. Tenemos interruptores, pulsadores, conmutadores, etc.
Elementos de protección : protegen los circuitos y a las personas cuando hay peligro o la corriente es muy elevada y puede haber riesgo de quemar los elementos del circuito.
Tenemos fusibles, Magnetotérmicos, Diferenciales de Luz, etc.
Para simplificar el dibujo de los circuitos eléctricos se utilizan esquemas con símbolos. Los símbolos representan los elementos del circuito de forma simplificada y fácil de dibujar.
Veamos los símbolos de los elementos más comunes que se usan en los circuitos eléctricos.
Tipos de Circuitos Eléctricos
Dependiendo de como se conecten los receptores tenemos varios tipos de circuitos eléctricos diferente, aunque como luego veremos, también depende si el tipo de corriente que se utiliza en el circuito es corriente continua o corriente alterna trifásica.
Circuitos de 1 Receptor
Son aquellos en los que solo se conecta al circuito un solo receptor: lámpara, motor, timbre, etc. Veamos un ejemplo de un circuito con una lámpara:
Características de un Circuito con un Receptor
El receptor quedará conectado a la misma tensión que el generador, por el receptor circulará una intensidad de corriente igual a la del circuito total y la única resistencia del circuito será la del receptor. Aquí tienes las fórmulas para este tipo de circuitos:
It = I1; Vt = V1; Rt = R1
Si quieres aprender a calcular este tipo de circuito vete a este enlace: Calcular Circuitos de 1 Receptor.
Circuitos en Serie
En los circuitos en serie los receptores se conectan una a continuación del otro, el final del primero con el principio del segundo y así sucesivamente. Veamos un ejemplo de dos lámparas en serie:
Características Circuitos en Serie
Este tipo de circuitos tiene la característica de que la intensidad que atraviesa todos los receptores es la misma, y es igual a la total del circuito. It= I1 = I2.
La resistencia total del circuito es la suma de todas las resistencias de los receptores conectados en serie. Rt = R1 + R2.
La tensión total es igual a la suma de las tensiones en cada uno de los receptores conectados en serie. Vt = V1 + V2.
Podemos conectar 2, 3 o los receptores que queramos en serie.
Si desconectamos un receptor, todos los demás receptores en serie con el, dejaran de funcionar (no puede pasar la corriente).
Puedes ver como se calculan en este enlace: Circuitos en Serie
Circuitos en Paralelo
Son los circuitos en los que los receptores se conectan unidas todas las entradas de los receptores por un lado y por el otro todas las salidas. Veamos el ejemplo de 2 lámparas en paralelo.
Característica de los Circuitos en Paralelo
Las tensiones de todos los receptores son iguales a la tensión total del circuito. Vt = V1 = V2.
Las suma de cada intensidad que atraviesa cada receptor es la intensidad total del circuito. It = I1 + I2.
La resistencia total del circuito se calcula aplicando la siguiente fórmula: 1/Rt = 1/R1 + 1/R2; si despejamos la Rt quedaría:
Rt = 1/(1/R1+1/R2)
Todos los receptores conectados en paralelo quedarán trabajando a la misma tensión que tenga el generador.
Si quitamos un receptor del circuito los otros seguirán funcionando.
Puedes ver como se calculan en este enlace: Circuitos en Paralelo
Aquí te dejamos un ejemplo de conexión real en serie y en paralelo de 2 bombillas con cables. Fíjate sobre todo en el circuito paralelo que no hace falta hacer ningún empalme en los cables, se unen en los bornes (contactos) de las propias lámparas.
Circuito Mixtos o Serie-Paralelo
Son aquellos circuitos eléctricos que combinan serie y paralelo. Lógicamente estos circuitos tendrán más de 2 receptores, ya que si tuvieran 2 estarían en serie o en paralelo. Veamos un ejemplo de un circuito mixto.
En este tipo de circuitos hay que combinar los receptores en serie y en paralelo para calcularlos. Puedes ver como se calculan en este enlace: Circuitos Mixtos Eléctricos.
Fuente: https://www.areatecnologia.com/electricidad/circuitos-electricos.html
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Repaso
semana 1 Enero 2021
Usen colores diferentes para identificar las palabras
Subtema 1.3 Tipos de
corriente eléctrica: corriente directa y corriente alterna.
Contesta las siguientes cuestiones basándose en el siguiente video
https://www.youtube.com/watch?v=BPaIiaoYkNY
Que es la electricidad?
que es corriente directa?
Que es corriente alterna?
Escribe las 3 diferencias entre corriente directa y corriente alterna
