Linterna de tubo con interruptor

Qué va a aprender

• Que un circuito necesita un camino cerrado de un polo de la pila al otro, y que un interruptor es solo un trozo de ese camino que se abre y se cierra.
• Que el LED tiene polaridad: la pata larga (ánodo, +) debe ir al + de la pila o no se enciende.
• Qué materiales son conductores (aluminio, clips de acero) y cuáles aislantes (cinta, cartón, papel).
• Qué es un cortocircuito y por qué el papel de aluminio puede gastar la pila en minutos si toca los dos polos.
• Que un reflector (cono brillante) concentra la luz hacia delante.

Prepara antes

• Imprime las plantillas al 100 % y comprueba con la regla que el disco C mide 42 mm.
• Mide el diámetro interior de tu tubo: si no es 42 mm, dibuja el disco C con un compás a esa medida (debe entrar justo, sin holgura).
• Prueba cada LED con la pila antes de la sesión (pata larga en la cara «+» de la pila, pata corta en la otra): descarta los que no encienden.
• Retira el plástico protector de las pilas nuevas si lo tienen y guárdalas fuera del alcance de los menores de 6 años.
• Para grupos, precorta los discos C y D y los conos R.

Materiales y herramientas

• LED blanco — 1 (+1 de repuesto) comprar
  5 mm, alto brillo, 3,0–3,3 V / 20 mA, patas largas sin cortar (la larga es el +)
• Pila de botón — 1 comprar
  CR2032 de litio, 3 V, 220 mAh, Ø 20 × 3,2 mm
• Tubo de cartón — 1
  de papel higiénico, ≈ 100 mm de largo y Ø 42–45 mm
• Clips metálicos — 2
  normales de 32 mm, de acero sin plastificar (los de colores llevan plástico: no conducen)
• Papel de aluminio — 1 trozo de 30 × 30 cm
  de cocina normal
• Cinta adhesiva — ≈ 70 cm
  transparente de 19 mm (aislante)
• Cartón corrugado — 1 trozo de 10 × 5 cm
  3 mm, para el cabezal y la tapa trasera
• Cartulina — 1 trozo de 8 × 8 cm
  160–200 g, para el cono reflector
• Barra de pegamento — 1
  para pegar el aluminio sobre la cartulina
• Papel para forrar (opcional) — 1 tira de 145 × 100 mm
  folio impreso con la plantilla E para decorar

Herramientas

• Tijeras — recortar plantillas, cartulina y aluminio
• Punzón o lápiz afilado — hacer el agujero de 5 mm del cabezal y el de 6 mm del costado del tubo adulto
• Cúter y base de corte — recortar el disco de cartón corrugado adulto
• Regla — medir las posiciones en el tubo y las tiras
• Alicates de punta fina (opcional) — doblar las patas del LED y abrir el clip palanca

Piezas y plantillas

• C · Cabezal (sujeta el LED) ×1 — cartón corrugado 3 mm
• R · Cono reflector ×1 — cartulina 160–200 g forrada de aluminio por la cara interior
• D · Tapa trasera ×1 — cartón corrugado 3 mm
• E · Forro decorativo y guía de taladro ×1 — papel 80 g
• F · Tiras conductoras de aluminio ×2 — papel de aluminio doblado

Paso a paso

1. Prueba el LED

   Mete la pila CR2032 entre las dos patas del LED: la pata larga sobre la cara grande con el «+» grabado y la corta sobre la otra cara. Aprieta con los dedos: el LED debe encenderse.

   Comprueba: Si no enciende, da la vuelta a la pila. Si sigue sin encender, prueba otro LED.
   Truco: Recuerda: pata larga = más (+). Si las patas ya están cortadas, la del lado plano de la base del LED es la negativa.

2. Prepara el cabezal adulto

   Recorta el disco C (Ø 42 mm) y perfora su centro con un punzón hasta que el agujero mida 5 mm. Mete el LED por detrás hasta que su base haga tope: la cabeza queda delante y las patas detrás.

   Comprueba: El LED queda sujeto y recto sin pegamento.

3. Aísla el canto de la pila adulto

   Da una vuelta de cinta adhesiva alrededor del canto de la pila (el borde redondo), dejando libres las dos caras planas. El canto es parte del polo + y así no lo tocará la tira del polo −.

   Truco: Recorta la cinta que sobresalga con tijera para que no tape las caras.

4. Fija la pata larga al +

   Primero dobla la pata corta del LED hacia fuera, en ángulo recto 3 mm por detrás del cabezal: si se queda recta, chocará con la pila. Después dobla la pata larga en ángulo recto 5 mm por detrás del cabezal, hacia el lado contrario, y apóyala plana sobre la cara «+» de la pila. Sujétala con 2 trozos de cinta en cruz, apretando bien.

   Comprueba: La pila queda colgando de la pata larga, detrás del cabezal; la pata corta apunta hacia el otro lado sin tocar la pila, y el LED aún NO se enciende.

5. Haz las tiras conductoras

   Corta dos bandas de aluminio de 30 × 120 mm y dobla cada una a lo largo tres veces hasta tener una tira de unos 4 mm de ancho. Son las piezas F.

6. Conecta la tira A al polo −

   Apoya 15 mm de una tira F (tira A) en el centro de la cara «−» de la pila y fíjala con cinta encima. La tira debe salir por el lado de la pila contrario a la pata corta del LED.

   Comprueba: La tira A solo toca la cara «−»: ni el canto encintado ni la pata larga.

7. Conecta la tira B a la pata corta

   La pata corta ya apunta hacia fuera desde el paso 4. Enrolla 10 mm de la otra tira F (tira B) apretados alrededor de su punta y cubre la unión con cinta, que nada metálico quede al aire. Después enfunda la tira B: corta cinta de 1 cm de ancho (media cinta) y dóblala a lo largo sobre B, por las dos caras, desde la pata corta hasta dejar solo sus últimos 60 mm sin cinta. Así A y B pueden pasar juntas por el mismo agujero sin hacer contacto.

   Comprueba: Toca a la vez el final de la tira A y la punta sin cinta de la tira B: el LED debe encenderse. Suéltalas: se apaga.

8. Haz el reflector

   Pega aluminio con barra de pegamento sobre un trozo de cartulina de 8 × 8 cm, cara brillante a la vista. Pega encima la plantilla R por el otro lado y recórtala. Enróllala en cono con el aluminio dentro y pega la solapa de 10° con cinta por fuera.

   Comprueba: El cono mide 40 mm de boca y la cabeza del LED (5 mm) entra por el agujero pequeño de 8 mm.

9. Monta el reflector en el cabezal

   Coloca el cono delante del cabezal con la cabeza del LED metida por el agujero pequeño. Fíjalo con 3 trocitos de cinta al disco. El aluminio solo toca el plástico del LED, nunca las patas, que están al otro lado del disco.

10. Perfora el tubo adulto

    Enrolla la plantilla E en el tubo con el borde «DELANTE» enrasado con la boca y pégala. Perfora el círculo marcado (a 40 mm de la boca) con el punzón y agrándalo a 6 mm girando un lápiz.

11. Mete el módulo de luz

    Pasa las dos tiras juntas desde dentro por el agujero de 6 mm, desde la boca del tubo (como B va enfundada en cinta, no importa que se rocen), y empuja el cabezal con el cono hasta que el disco quede a 28 mm de la boca y el cono enrasado con ella. Tira de las tiras para que no queden flojas.

    Comprueba: El cabezal queda recto y sin bailar, y la funda de cinta de B asoma por fuera del agujero. Si el cabezal está flojo, da una vuelta de cinta a su canto.

12. Monta el clip contacto

    Lleva la tira B desde el agujero hacia atrás por una línea 10 mm a la derecha del eje de los clips. Su funda de cinta debe llegar hasta 70 mm de la boca (si se queda corta, añade cinta hasta ahí): así queda aislada bajo la palanca. Gírala hacia el eje y córtala a 90 mm: el tramo de 70 a 90 mm queda sin cinta. Pon encima el clip contacto (mide 32 mm), de 68 a 100 mm, y pégalo con cinta solo por su mitad trasera, de 85 a 100 mm.

    Comprueba: Entre 68 y 85 mm, el clip contacto queda al aire, sin cinta encima, y apoyado sobre el aluminio desnudo de B.

13. Monta el clip palanca

    Pega la tira A sobre el eje de los clips entre 45 y 55 mm de la boca. Pon encima la cola del segundo clip (de 45 a 77 mm) y sujétala con dos vueltas de cinta solo entre 45 y 55 mm. Dobla el clip hacia arriba para que su punta quede 4–5 mm por encima del clip contacto.

    Comprueba: Al apretar la punta del clip palanca, toca el contacto y el LED se enciende; al soltarlo, el clip sube solo y se apaga.

14. Cierra con la tapa trasera

    Recorta la tapa D (Ø 46 mm) y fíjala en la boca trasera con una bisagra de cinta de 3 cm por un lado y una lengüeta de cinta doblada por el otro, para poder abrirla y cambiar la pila.

15. Prueba a oscuras

    Apaga la luz y apunta a una pared a 1 m. Pulsa el clip: debes ver un círculo de luz de unos 30–40 cm. Mide su diámetro con y sin el cono reflector.

¿Funciona? La prueba

En una habitación a oscuras, apunta la linterna a una pared blanca a 1 m de distancia y pulsa el clip palanca 10 veces seguidas (encender–apagar).

Qué debe pasar: El LED se enciende en cada pulsación sin parpadeos y se apaga al soltar. En la pared aparece una mancha de luz brillante de ≈ 30–40 cm. Con el interruptor suelto, el LED debe estar completamente apagado (si brilla débil, hay un contacto a medias).

Si algo falla

• El LED no se enciende al pulsar — LED al revés, clip plastificado o la tira no hace contacto con el clip. Solución: Comprueba primero la pila directamente en las patas (paso 1). Usa clips sin plástico y asegúrate de que la tira queda debajo del clip, aplastada y sin cinta en medio.
• El LED se enciende débil sin pulsar o no se apaga — La tira B ha perdido su funda de cinta y toca la tira A (pasan juntas por el agujero), o la pata corta toca la pila. Solución: Repasa la funda de cinta de B en todo su recorrido, desde la pata corta hasta 70 mm de la boca, y forra con cinta la pata corta, que debe apuntar hacia fuera, lejos de la pila.
• La pila se calienta o se agota en minutos — Cortocircuito: la tira del polo − toca el canto de la pila (polo +) o el aluminio del reflector toca las patas. Solución: Saca la pila enseguida. Repón la cinta del canto y comprueba que el cono reflector está delante del disco y no toca ningún metal.
• Funciona a ratos — La tira de aluminio se ha arrugado o roto en el agujero del tubo. Solución: Haz tiras más gruesas (más dobleces) o usa cinta de aluminio adhesiva; refuerza el paso por el agujero con cinta.
• El clip palanca no vuelve a subir — Está doblado de más o la cinta lo sujeta demasiado cerca de la punta. Solución: Pega solo los 10 mm de la cola y vuelve a doblar la punta hacia arriba 4–5 mm.
• La luz sale muy dispersa — El LED está muy metido o muy adelantado respecto al cono. Solución: La cabeza del LED debe asomar 3–5 mm dentro del cono, no más.

Seguridad

• Pilas de botón: si un niño se traga una, puede quemarle el esófago en 2 horas. Guárdalas fuera del alcance de menores de 6 años y, ante cualquier sospecha, acude a urgencias de inmediato.
• No juntes las dos caras de la pila con aluminio o con un clip: el cortocircuito la calienta y la agota.
• No mires fijamente el LED de cerca ni lo apuntes a los ojos de nadie: los LEDs blancos de alto brillo deslumbran.
• El punzón lo usa un adulto, apoyando el disco o el tubo sobre una goma o un trozo de corcho.
• Las pilas gastadas van al contenedor de pilas, no a la basura.

La ciencia detrás

Para los niños

La pila es como un depósito de agua en lo alto de una montaña: la electricidad quiere bajar del lado + al lado −, pero solo puede ir por un camino de metal. Ese camino pasa por el LED, que se ilumina cuando la electricidad lo cruza. El clip es como un puente levadizo: cuando lo aprietas, el puente se baja y la electricidad pasa; cuando lo sueltas, el puente sube y la luz se apaga. El cono brillante es un espejo que recoge la luz que se escapaba a los lados y la manda hacia delante.

Para el adulto

Una CR2032 (litio–dióxido de manganeso) da 3,0–3,2 V en vacío y tiene una resistencia interna de ≈ 10–20 Ω. Un LED blanco (chip de InGaN azul + fósforo amarillo) empieza a conducir a ≈ 2,7–2,9 V y a 20 mA necesita ≈ 3,1–3,3 V; con la pila de botón la corriente se autolimita a ≈ 10–20 mA por la resistencia interna, por eso no hace falta resistencia (con 2 pilas AA, de resistencia interna muy baja, sí hace falta: R = (V_pilas − V_LED)/I; para un LED rojo, (3,0 − 2,0)/0,01 = 100 Ω; para uno blanco el margen es tan pequeño que basta con 22 Ω como protección). El LED es un diodo: solo conduce de ánodo (pata larga) a cátodo. Con 220 mAh y ≈ 15 mA de media, la autonomía es de ≈ 10–15 h, con brillo decreciente porque la tensión baja. El interruptor es un pulsador normalmente abierto: el clip de acero, por su elasticidad, vuelve a la posición abierta al soltarlo. El aluminio (resistividad 2,7·10⁻⁸ Ω·m) conduce muy bien; una tira de 4 mm × 8 capas × 120 mm tiene una resistencia despreciable (< 0,05 Ω), pero esa misma conductividad es la que provoca cortocircuitos si no se aísla. El cono reflector redirige hacia delante la luz que el LED emite con ángulo grande (un LED de 5 mm emite en un cono de ≈ 20–30°, con un halo más ancho), concentrando el haz.

• circuito: camino cerrado por el que viaja la electricidad desde un polo de la pila hasta el otro.
• interruptor: pieza que abre o cierra el camino de la corriente.
• LED: diodo emisor de luz: una lucecita que solo funciona si la conectas en el sentido correcto.
• polaridad: el lado + y el lado − de una pila o de un LED.
• cortocircuito: atajo por el que la corriente vuelve a la pila sin pasar por el LED; gasta y calienta la pila.
• reflector: superficie brillante que rebota la luz para dirigirla.

Por edades

• 5–7 años: El adulto hace el módulo de luz (pasos 2–7) y perfora el tubo. El niño prueba el LED con la pila (paso 1), hace el reflector, monta los clips y decora el forro. Céntrate en «camino cerrado = luz».
• 8–10 años: Siguen todos los pasos; el adulto perfora y revisa el aislamiento del canto de la pila antes de cerrar. Que hagan el detector de conductores.
• 11–12 años: Que dibujen el esquema eléctrico con símbolos, midan la autonomía de la pila con una gráfica de brillo y diseñen una versión con 2 pilas AA y su resistencia calculada.

En grupo o en clase

Parejas, una linterna por niño (≈ 1 € de LED y pila). Antes: probar todos los LEDs, precortar discos C y D y conos R, y cortar las bandas de aluminio. 60 min: 10 min de demostración con un circuito abierto y cerrado, 40 min de montaje y 10 min de «sala oscura» para comparar haces en la pared. Reparte las pilas una a una y recoge las sobrantes al terminar. Ten 3–4 LEDs y pilas de repuesto.

Retos

• Añade un modo «fijo»: una goma elástica que, al deslizarla sobre el clip palanca, lo mantenga apretado.
• Construye una linterna de dos colores con un interruptor para cada LED.
• Haz una linterna de señales y envía un mensaje en código Morse a la otra punta de la habitación.
• Diseña un reflector mejor (más largo, de otro ángulo) y demuestra con la mancha en la pared que concentra más la luz.

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