GUÍA N°8 CIENCIAS
EL
SONIDO
Uno de los fenómenos
imprescindible en la evolución de las especies es el sonido, gracias a esto los seres humanos y los animales han podido
comunicarse, orientarse en el medio en el cual están inmersos, conseguir
alimento o disfrutar de increíbles melodías producidas por los instrumentos
musicales.
El sonido es una onda
mecánica longitudinal. El sonido puede viajar a través de cualquier medio, pero
su rapidez varía dependiendo de las propiedades del medio. La rapidez del
sonido (v) depende de la disminución de volumen del medio producido por un
cambio de presión (B) y de su densidad (p).
La
propagación del sonido tiene las siguientes características:
·
No
se propaga en el vacío.
·
Necesita un medio material para
propagarse.
·
El sonido transporta energía al
propagarse.
·
La velocidad de propagación es mayor en
sólidos, luego en líquidos y la menor velocidad se da en los gases.
Propiedades
del sonido
Las
ondas sonoras se propagan en todas las direcciones a partir del foco sonoro o
lugar donde se producen:
§ La
intensidad de un sonido indica la cantidad de energía de las ondas, es decir,
la magnitud de la vibración, según su intensidad, los sonidos pueden ser
fuertes (alta intensidad) y débiles (baja intensidad).
§ El
tono está determinado por la frecuencia, y puede ser grave o agudo. Cuando las
frecuencias son altas producen sonidos agudos, y las frecuencias bajas emiten
sonidos graves.
§ El
timbre depende de la forma de la onda sonora y permite diferenciar entre dos
focos diferentes. Por ejemplo el sonido de un violín y el de un piano, aunque
posean la misma intensidad y tono.
Propiedades
de las ondas sonoras
·
Amplitud: intensidad.
Especifica que tan fuerte se escucha el sonido.
·
Frecuencia.
Altura de tono. Determina si un sonido es grave (bajo) o agudo (alto)
·
Forma.
Depende
de la frecuencia y los armónicos.
·
Timbre.
Establece la calidad del sonido y permite distinguir entre el sonido de dos
instrumentos.
Producción
y propagación de las ondas
En la producción y propagación del sonido hay dos aspectos
muy importantes a considerar: la
reflexión del sonido y la refracción del sonido.
La
reflexión del sonido: depende del material de la frontera,
su tamaño y su rugosidad. Los materiales más duros, como las montañas, las
paredes verticales, reflejan bastante el sonido. Dependiendo del tiempo que
toma la onda reflejada en llegar al emisor de sonido, puede percibirse como eco o como reverberación.
·
Eco:
se
distinguen dos sonidos: el sonido
reflejado y el sonido original.
·
Reverberación:
el
sonido reflejado llega al emisor muy rápido, solo se logra percibir un sonido
prolongado.
Refracción del sonido: La
velocidad del sonido depende de la densidad del medio y de la temperatura del
mismo, si la temperatura es alta será menos denso y la velocidad del sonido
aumenta, en la noches, las capas están más cercanas al suelo están más frías y
por eso el sonido se mantiene a una distancia cercana de la superficie y es
fácil de percibir.
Recepción
de ondas sonoras
Cuando
un sonido llega al oído se producen cambios de presión sobre el tímpano. Por lo
tanto dependiendo de la frecuencia, el sonido se clasifica en tres tipos: infrasonido, sonido audible y ultrasonido.
Ultrasonido
El ultrasonido ha cobrado mucha importancia
por sus aplicaciones en investigación y medicina. Por su alta frecuencia, las
ondas ultrasónicas pueden viajar grandes distancias y atravesar algunos
materiales, algunas aplicaciones son:
El
sonar: es un aparato que emite ondas ultrasónicas que se
reflejan en objetos bajo el mar. Muchos animales, como murciélagos, delfines e
incluso ranas utilizan el ultrasonido para comunicarse, orientarse y localizar
alimento.
Medicina:
una de las principales aplicaciones del sonido constituye la exploración
interna del cuerpo mediante ecógrafo. Este es un aparato emisor de
ultrasonidos, los cuales llegan a los órganos internos del cuerpo.
|
Actividad,
piensa y responde :
El
sonido, es un fenómeno ondulatorio debido a que es una onda mecánica por requerir de un medio material para su
propagación.
ü
Cuando hay una tormenta eléctrica, ¿Qué es lo que
sucede primero: se escucha el trueno u observas un relámpago? Y ¿Por qué sucede eso?
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GUÍA N° 7 CIENCIAS
UNIDAD
N° 5
ONDAS,
LUZ Y SONIDO
LAS ONDAS
Movimiento ondulatorio
Cuando una perturbación se propaga sin que haya
desplazamiento de los cuerpos involucrados, se genera: una onda. El movimiento por la acción de la onda se denomina : movimiento ondulatorio.
Para
facilitar el estudio de las ondas es necesario conocer los siguientes
conceptos:
· Sistema físico: cualquier región
del espacio y los elementos que se encuentran en ella. Ejemplo: el agua contenida en un recipiente.
·Equilibrio: condición en la
que el sistema físico no sufre alteraciones. Ejemplo: un estanque con la
superficie quieta en ausencia de viento.
· Perturbación: fenómeno que
altera las características de un sistema que está en equilibrio.
· Movimiento
ondulatorio:
propagación
de energía mediante una perturbación sin que ocurra transporte de materia.
PROPAGACIÓN DE
ONDAS
Las
ondas, dependiendo del medio de transferencia, pueden ser:
· Mecánicas: requiere de un
medio para propagarse y pueden ser: Transversales
y longitudinales.
·
Electromagnéticas: están
transfieren energía y no requieren de un medio para propagarse.
Las
ondas mecánicas se transfieren a través de la materia. Para producirse se debe
perturbar el medio, es decir, impartirles energía. Esta energía hace vibrar
algunas partículas en el medio y estas a sus partículas vecinas.
a) Ondas
longitudinales:
las partículas se mueven paralelas a la dirección de la propagación. Las
partículas se mueven verticalmente y la onda se propaga horizontal.
b) Ondas
transversales: el
movimiento de las partículas es perpendicular a la dirección de propagación.
Las partículas se mueven horizontalmente
Por
otro lado las partículas electromagnéticas se producen por oscilaciones de los
electrones y pueden propagarse en el vacío, estas ondas transportan
energía y se propagan a la velocidad de
la luz, ejemplos: ondas de radio, televisión, las microondas.
Generalidades de las ondas transversales: Las ondas
longitudinales y transversales pueden representarse como una función sinusoidal.
·
Cresta y valle: las crestas son los puntos más altos que
alcanza una onda o los de mayor densidad y valles son los puntos más bajos y de
menor densidad.
·
Amplitud: se logra al
trazar un eje imaginario por el centro de la onda, como una cuerda, en la cual
se ubica en posición de equilibrio de todas las partículas que conforman la
cuerda.
Por
ejemplo, las ondas de luz se propagan con mayor rapidez en el agua que el
vidrio.
·
Periodo (T): Es el tiempo que
requiere la onda para recorrer una distancia igual a una longitud de onda.
·
Frecuencia (f): Es el inverso del
periodo. Es la cantidad de pulsos que un emisor genera en determinado tiempo.
·
Velocidad de onda
(v):
Es la
velocidad lineal de propagación de onda.
Ejemplo:
una cuerda se fija por uno de los extremos a un punto. En el otro extremo se
producen 6 vibraciones en 3 segundos.
Primero, calcular
el período, si tenemos 6 vibraciones en 3s.
T = 3s / 6 = 0.5 s
Como
la frecuencia es el inverso del periodo
f = 1 / 0.5 s = 2 Hz
Longitud de onda: ( λ ) la rapidez
de propagación de onda periódica es constante y se representa con la letra
griega lambda ( λ )
¿Cuál
es la velocidad de propagación de una onda cuya amplitud es 4m y la longitud de
2m si se demoró en hacer 6 vibraciones?
Primero calcular el
período:
T = 2s / 6 = 0.33 s
Y la velocidad se
calcula a partir del período:
v = 2m / 0.33 s = 6 m/s
Actividad:
Investiga y escribe
¿Qué es una onda estacionaria?
¿Qué es un nodo y un antinodo?
Resuelve el siguiente ejercicio. Calcular la
frecuencia que producen 9 vibraciones
en 4 segundos.
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GUÍA N° 6 CIENCIAS
Unidad n° 4: Electromagnetismo
EL MAGNETISMO
Uno de los aspectos del electromagnetismo, que es una
de las fuerzas fundamentales de la naturaleza. Las fuerzas magnéticas son
producidas por el movimiento de partículas cargadas, como por ejemplo
electrones, lo que indica la estrecha relación entre la electricidad y el magnetismo.
En 1839, Gauss probó que la mayor parte del campo
magnético se originaba en el centro de la Tierra. La Tierra es considerada un
inmenso imán natural cuyo eje está en el centro; el núcleo terrestre está
formado por hierro y níquel a temperatura cercana a 6700 °C, cuyas corrientes
eléctricas generan la mayor parte del campo magnético
Hace
más de dos mil años en la ciudad de Magnesia en Turquía se descubrió una roca
negra la cuál atraía al hierro, a la cual lo nombraron magnetita o piedra imán. Y a la fuerza de atracción se le conoce
como magnetismo, y al objeto que
ejerce una fuerza magnética se le llama imán.
Campos
magnéticos
Un campo magnético es un campo de fuerza, tal como
el campo gravitatorio o un campo eléctrico. El campo magnético se representa
por líneas de fuerza que pueden observarse al colocar limaduras de hierro
alrededor de un imán.
Fuerza
magnética
Es
la corriente producida por el movimiento de electrones que se dirige de un polo
a otro. Las líneas de fuerza magnética que son imaginarias que describen la
trayectoria de las partículas, que viajan del polo norte al polo sur.
LA MAGNETÓSFERA
El campo magnético terrestre es
un fenómeno natural provocado por el movimiento de los metales fundidos que
forman el núcleo de la Tierra.
Es el área donde se ejerce una atracción magnética que va de un polo
magnético a otro. En la medida en que se aleja del núcleo su atracción se
atenúa. Esta área conforma una región del espacio exterior llamada
magnetosfera, que protege al planeta de los efectos del viento solar. La
magnetosfera está presente en todo planeta que posea un campo magnético
intrínseco; ejemplo de ellos son Mercurio, Júpiter y Saturno.
La brújula se empezó a utilizar en Occidente como instrumento de navegación. Utilizan el campo
magnético del planeta para funcionar, poseen una aguja que siempre se dirige al
polo norte magnético
ELECTROMAGNETISMO
Es la rama de la física que estudia los fenómenos
eléctricos y magnéticos unificándolos en un asola teoría. El electromagnetismo
es considerado una de las fuerzas fundamentales de la naturaleza y estudia los
fenómenos fotoeléctricos; así como los fenómenos físicos donde intervienen
cargas eléctricas.
Los
relámpagos consisten en descargas eléctricas que generan los campos magnéticos
en el entorno del punto donde impactan.
Michael
Faraday fue uno de los primeros científicos que se interesó por el estudio de
los fenómenos electromagnéticos. La ley de Faraday realizo múltiple s
experimentos para convertir magnetismo en electricidad, basándose que a partir
que una corriente se crea un campo magnético
La ley de Faraday
es utilizada principalmente en la generación de electricidad creada a partir de
centrales eléctricas.
Para producir una
corriente eléctrica a partir de un campo magnético, Faraday utilizó un montaje
experimental que consta de un batería,
dos alambres que utilizo como bobinas,
un aro de hierro y un voltímetro; el efecto deseado se observaba cuando el
interruptor del circuito era abierto y cerrado.
William
Sturgeon, fue un físico e inventor británico, que construyó en 1825 el primer
electroimán e ideó el primer motor eléctrico práctico.
Electroimán: es un dispositivo formado por un
núcleo de hierro rodeado por un solenoide que adquiere fuerza magnética debido
al paso de una corriente eléctrica.
IMANES
Los imanes son objetos formados de un material capaz de producir un
campo magnético exterior y atraer a ciertos metales. Los imanes pueden ser
naturales, como la magnetita, o
artificiales, que se forman con la mezcla o aleación de varios metales magnéticos.
Los imanes se clasifican en:
• Permanentes: Son los que conservan el magnetismo después
de haber sido imantados.
• Temporales: Son los que, cierto tiempo después, pierden
su magnetismo tras haber sido imantados. Requieren del paso de una corriente eléctrica
para activarlos.
Los imanes tienen zonas que presentan mayor atracción, generalmente en
los extremos, donde se ubican los polos magnéticos. Estos se orientan hacia los
polos geográficos de la Tierra.
Leyes de los imanes
Los imanes se comportan de acuerdo con ciertas leyes. Algunas de ellas
se refieren a la atraccion o repulsión entre los polos, la división de imanes,
la imantación y la inducción magnética.
·
División de imanes: Al dividir un imán en dos partes, cada nuevo
pedazo tendrá un polo norte y un polo sur.
·
Imantación: Si entre el imán y un objeto de hierro o acero se
interpone una lámina de otro material, la acción del imam puede atravesarla
(siempre y cuando la lámina no sea demasiado gruesa).
·
Inducción magnética: Cuando se junta un objeto de hierro con un
imán, este lo convierte en un nuevo imán.
división
de imanes|
“Polos
magnéticos iguales se repelen y polos magnéticos diferentes se atraen”
|
a) polos iguales se
repelen
b) polos diferentes
se atraen
Investiga
·
Escribe
el nombre de tres aparatos que trabajen con base al electromagnetismo que
descubrió Michael Faraday
·
Escribe
cómo algunos animales utilizan el campo magnético en su vida cotidiana.
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GUÍA N°5 CIENCIAS
CARGAS ELÉCTRICAS EN MOVIMIENTO
La energía eléctrica puede ser transformada en
energía luminosa, en energía mecánica o
energía térmica.
Voltaje: La diferencia de potencial existente entre dos
puntos es conocida como: Voltaje. La unidad para medir del voltaje es el Voltio, en honor de Alessandro
Volta. Para poder medir la diferencia de potencial en un componente de un
circuito eléctrico es necesario un voltímetro,
el cual debe ser conectado en paralelo con el componente a medir.
Resistencia: La resistencia de un material, conductor o aislante, es la mayor o menor oposición al movimiento de electrones a través de él. Además, la resistencia eléctrica es directamente proporcional a la longitud del material (L) e inversamente proporcional al área perpendicular (A) a la dirección de la corriente en el material.
Donde:
R= resistencia eléctrica, en ohmios (Ω)
p= resistividad, en ohmio-metros (Ω-m)
l= longitud del cable, en metros (m)
A= área de la sección transversal (m²)
Otra forma de definir la resistencia de un material
es relacionándolo con el voltaje y la corriente a través de él.
El flujo de electrones a través de un material
es impedido debido a la interacción con los átomos en el alambre. Entre mayor
sea la resistencia, menor será la corriente para un voltaje dado.
Potencia: La potencia de una maquina es la medida de su
eficiencia, es decir, de toda la energía que recibe, que tanta energía empleada
adecuadamente en el trabajo que realiza. Por ejemplo, una estufa, entre más
calor genera, en el menor tiempo posible, mejor o mayor eficiencia, por lo
tanto es más potente.
FEM (Fuerza electromotriz)
Fuentes de FEM
Celdas solares: utilizando el efecto fotoeléctrico
transforman la luz proveniente del sol en energía eléctrica, suministrando una
fuente FEM
Dispositivos piezoeléctricos: son dispositivos capaces de generar voltajes muy bajos a
partir de ejercer una presión en ellos.
CONEXIONES EN SERIE Y PARALELO
Circuitos eléctricos: Un circuito eléctrico es una red que
contiene componentes electrónicos como fuentes de energía, interruptores o
receptores, resistencias y conductores, que unidos en forma correcta permiten
el flujo de electrones. La corriente eléctrica en el circuito se mueve del polo
negativo con mayor potencial eléctrico al polo positivo con menor potential. El
flujo de carga a través del circuito es conocido como corriente eléctrica.
COMPONENTES DE UN CIRCUITO
·
Generador eléctrico: Trabaja mediante una diferencia de potencial suministrando energía al
circuito. Ejemplo de ello es una batería.
·
Conductor. Material que favorece el paso de
corriente, como el cable de cobre.
·
Receptores. Dispositivos que aprovechan el paso
de corriente: focos, timbres, bocinas.
·
Resistencias. Disminuyen el paso de corriente en
el circuito, protegiendo dispositivos que trabajen a una menor corriente dentro
del circuito.
·
Interruptores. Abren o cierran el paso de
corriente, por ende el circuito; ejemplo, un switch.
·
Fusibles. Es básicamente un interruptor que se
abre al sobrepasarse un valor de corriente, protegiendo asi los dispositivos
del arreglo.
TIPOS DE CORRIENTE ELÉCTRICA EN UN
CIRCUITO
La corriente que pasa por
un circuito cerrado puede ser clasificada de dos formas; corriente directa y corriente alterna.
Corriente directa: un ejemplo de ella es una batería, la corriente directa
dentro de un circuito eléctrico fluye continuamente en una misma dirección.
Corriente alterna: invierte el flujo de electrones varias veces por segundos;
la señal que emite esta continua inversión es una señal sinusoidal. Este tipo
de corriente es la que las compañías mandan a nuestros hogares mediante
transformadores.
TIPOS DE CIRCUITOS
Los circuitos pueden organizarse de diferentes formas, de
acuerdo con el uno que se le da a la conexión eléctrica
Circuito en serie: una conexión en serie es aquella en
la que los componentes están colocados en secuencia. Este tipo de arreglos se
rige por las siguientes reglas:
-
La
intensidad de corriente permanece constante en todos los puntos del circuito.
I1 = I2 = I3 = …= IN
-
La
suma de voltajes parciales, es decir en cada dispositivo del circuito, es
igual a la suma de voltaje proporcionado por la fuente. El voltaje total es
igual a la suma de los voltajes de cada generador.
VT= V1 + V2 + V3+ …
-
La
resistencia total es igual a la suma de las resistencias parciales existentes.
RT = R1 + R2 + R3 + …
Circuitos paralelos: en este circuito, todos sus
componentes están conectados entre los polos de un generador. Es decir, se
disponen de forma paralela entre si. Es el tipo de circuito que se instala en
casas residenciales.este tipo de arreglo se rige por las siguientes reglas:
-
La
intensidad de corriente es igual a la suma de coorientes que pasan por cada resistencia.
IT = I1 + I2 + I3 + …
-
La
suma de voltaje de voltajes parciales es igual al voltaje proporcionado por la
fuente:
VT = V1 = V2 = V3 = … VN
-
La
resistencia total es igual a la suam de las resistencias parciales existentes.
1
+
1 + 1 +
1 + …
RT
R1 R2 R3
Actividad
:
-
Investiga ejemplos de como se puede producir energía
eléctrica
-
Investiga y dibuja los símbolos de cada uno de los
componentes de un circuito eléctrico que se han descrito.
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GUÍA N° 4 CIENCIAS
ELECTRIZACIÓN
Cuando
un cuerpo se genera un equilibrio eléctrico, se dice que ha sido: electrizado. La electrización de un
cuerpo se puede llevar a cabo por distintos métodos. Las cargas eléctricas
cumplen la ley de la conservación de la
materia de la carga, es decir, que cuando un cuerpo ha ganado electrones
debe haber un cuerpo que ha perdido la misma cantidad de electrones, ganados por el otro, resultado
con la misma carga eléctrica pero con signo contrario.
Existen diversas formas por las cuales un material
puede ser electrizado; existen al menos tres procesos para electrizar un cuerpo:
por fricción, por contacto y por
inducción. Además existen otras tres
formas de electrización que se dan a partir de efectos de otros fenómenos
físicos: efecto piroeléctrico, efecto
fotoeléctrico y el efecto piezoeléctrico.
Frotamiento (fricción)
En la
electrización por fricción, el cuerpo menos conductor saca electrones de las
capas exteriores de los átomos del otro cuerpo, quedando cargado negativamente; y el que
pierde electrones, queda cargado positivamente.
Ej., al
frotar una barra de vidrio y un pedazo de tela.
|
 |
Contacto.
En la
electrización por contacto, el cuerpo que tiene exceso de electrones (carga –) traspasa carga
negativa al otro, o el cuerpo que tiene
carencia de ellos (carga
+) atrae electrones del otro
cuerpo. Ambos quedan con igual tipo de carga.
|
 |
Inducción.
Al acercar
un cuerpo cargado
(inductor) a un
conductor neutro, los electrones de este último se mueven de tal
manera que se alejan o aproximan al cuerpo cargado siguiendo la regla
fundamental de la electrostática, de tal manera que el conductor queda polarizado.
|  |
Electrización por calentamiento
(efecto piroeléctrico o termoiónico)
· A
las altas temperaturas los electrones vibran cada vez más fuerte pueden
escapar de un cuerpo, por lo tanto este quedará con carga positivo.
· Este
fenómeno explica la ionización producida por el calor, cuya principal
aplicación es la base de la electrónica de válvulas.
|  |
Electrizacion por efecto fotoelectrico
· Es la ionización producida por
la luz, que, golpeando una superficie, puede provocar la emisión de
electrones.
|  |
Electrización por efecto
piezoeléctrico
· Si
se comprimen ciertos cristales cortados de cierta manera, aparecen debido a
la disposición de sus átomos, cargas positivas y negativas sobre sus cargas. Los
signos de las cargas cambian, si en lugar de comprimir se trata de dilatar el
cristal.
|  |
FUERZA
ELÉCTRICA
Existen dos características principales en la materia, una es
la masa y la otra es la carga eléctrica.La característica
de la carga eléctrica en un material es algo muy perceptible, debido a que la
mayoría de materiales son electricamente neutros; esta propiedad está relacionada
con las partículas que forman el átomo:los electrones y los protones.
Los electrones tienen carga
negativa y los protones tienen carga
positiva; puede percibirse al frotar un peine de plástico en el
cabello o al frotar una regla de plástico en un pedazo de tela, al realizar
estas acciones estamos cargando un objeto, por lo que posee una carga eléctrica
neta.Se observa el valor de la carga de cada una de estas partículas, así como
de su masa.
Una característica de estas dos partículas es que posee la
misma carga, en magnitud, pero de distinto signo; y el protón posee una masa
mucho mayor que la del electrón.Los átomos dentro de un material que han
perdido o aceptado electrones han ganado una carga neta positiva o negativa y
son llamados iones.
Una regla esencial de las cargas
eléctricas es la de atracción y
repulsión, y está determinada por el
signo de las cargas, si dos cargas poseen el mismo signo, al acercarse entre
ellas se ejercerá una fuerza de repulsión, pero si poseen diferente signo la
fuerza entre ellas sería de atracción. A está fuerza se le conoce fuerza eléctrica y actúa a distancia a
través de un campo magnético.
( + ,
+ ) ( - ,
- ) Repulsión entre cargas
eléctricas.
( +
, - ) Atracción entre cargas
eléctricas
LEY DE COULOMB: Las cargas eléctricas ejercen una
fuerza de atracción y repulsión en otras cargas eléctricas, pero. ¿Cuál es la
cantidad o magnitud de la fuerza que afecta las partículas? Carles Coulomb
determinó que este factor seria proporcional al cuadrado de la distancia que
las separa, multiplicado por una constante proporcional.
Donde F:
fuerza eléctrica en Newton (N)
Q1 y Q2:
cargas en culombios (C)
r: distancia que separa
las cargas en metros ( m )
k: constante de
Coulomb
INTENSIDAD DE CAMPO
Los imanes crean un
entorno en el cual diferentes materiales se ven afectados por el imán, algunos
metales son atraídos mientras un polo de otro imán es repelido. De igual manera
las cargas eléctricas generan un fenómeno similar.
CAMPO ELÉCTRICO: Como
se sabe, existen dos tipos de carga eléctrica: positiva y negativa, la primera es poseída por un protón y la
segunda se encuentra naturalmente en un electrón. Cada carga eléctrica genera
una zona sobre la cual se ejerce o bien efectos de atracción o efectos de
repulsión, esto dependiendo tanto de la carga pierde el efecto como de la carga
sobre la cual es ejercido.
La mejor manera de
entender el efecto fuerza de las cargas es tomándolo como un campo eléctrico
que se extiende hacia el exterior de cada carga. Si se tiene una carga de
prueba positiva y se coloca otra carga negativa cerca de la primera, esta
experimentará una fuerza ejercida por el campo eléctrico de la carga de prueba.
El campo eléctrico generando por una carga de prueba en un punto del espacio
interactúa directamente con una segunda carga para producir una fuerza sobre la
segunda carga.
LÍNEAS DE CAMPO: Para
poder visualizar el campo eléctrico se dibujan una serie de líneas para indicar
la dirección del campo eléctrico en varios puntos del espacio. Estas líneas de
campo eléctrico son dibujadas de manera que indiquen la dirección de una fuerza
debido a un campo dado sobre una carga de prueba positiva.
Para la carga
positiva se observa que las líneas de campo apuntan radialmente afuera de la
carga, y para la carga negativa, se observa que las líneas de campo apuntan
adentro de la carga, esto debido a que sería la dirección que la fuerza tomaría
de estar cerca una carga positiva.
La dirección que
describen las líneas de campo eléctrico en cualquier punto siempre es tangente
a la línea del campo en ese punto, es decir, describirían una línea recta en la
dirección que sigue.
Cargas del mismo signo Cargas con magnitudes distintas
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Bienvenido a la siguiente unidad
UNIDAD N° 3
PRINCIPIOS BÁSICOS DE LA
ELECTRICIDAD
ELECTROSTÁTICA
El filósofo Tales
de Mileto ( 624-548 a.C.) descubrió que al frotar el ámbar era capaz de atraer
objetos pequeños, como semillas livianas y otros materiales, el ámbar es el
resultado de la solidificación de la resina de plantas fosilizadas.
El médico
inglés Willian Gilbert comenzó a utilizar el termino eléctrico, a los términos
relacionados, para describir cualquier material que se comporta igual al ámbar
al ser frotado, en griego la palabra Ámbar , significa Elektron.
Toda materia
está compuesta por átomos, que la a vez está constituida por: protones, neutrones y electrones. A pesar de que el peso del protón es aproximadamente 200 veces
mayor que un electrón, la magnitud de la carga es la misma.
Por lo
tanto, los átomos, en su estado natural, normalmente son neutros; se dice que un
cuerpo es eléctricamente neutro cuando posee una cantidad de carga positiva (número
de protones) igual a la cantidad de cargas negativas ( número de electrones). En
caso contrario, se dice que un cuerpo esta eléctricamente cargado, es decir,
que ganó o perdió electrones de alguna manera.
Al proceso
de ganar o perder electrones se denomina: electrización
La electricidad : es un fenómeno físico que ocurre porque la materia pierde o gana electrones y está cargada de manera positiva o negativa.
La electricidad puede encontrarse En reposo o
en movimiento. Si esta relacionado con cargas eléctricas en reposo se denomina: Electrostática.
Si presenta cargas
eléctricas en movimiento o corrientes eléctricas se denominan: electrodinámica.
Observa los modelos
a.
Modelo
de un cuerpo neutro
b.
Modelo
de un cuerpo con carga positiva
c.
Modelo
de un cuerpo con carga negativa
CARGA ELÉCTRICA
El físico francés
Charles Coulomb descubrió que los cuerpos cargados eléctricamente experimentan
fuerzas de atracción o repulsión.
Estas fuerzas son
directamente proporcional al producto de la magnitud de las cargas e inversamente
proporcional al cuadrado de las distancias entre ellas, este principio es
conocido como: la ley de coulomb.
Benjamín franklin propuso que no había más que un fluido eléctrico al
cual llamo: positivo; el exceso de
fluido origina electrización positiva y su deficiencia, era electrización negativa.
La capacidad que
adquieren algunos objetos de atraer a otros, por ejemplo, después de ser frotados,
corresponde a la propiedad de materia conocida como carga eléctrica.
Cuando la cantidad de electrones de un cuerpo es
alterada debido a un proceso de electrización pueden ocurrir los siguientes fenómenos:
Si el cuerpo posee
más protones que electrones, entonces está electrizado
positivamente.
Si el cuerpo
contiene más electrones que protones está electrizado
negativamente.
Algunos materiales tienen la particularidad de
que, aunque un cuerpo sea neutro, puede tener carga negativa en una zona y
positiva en otra, a lo cual se le denomina:
polarización.
Electrostática: se
refiere al estudio de los fenómenos eléctricos en su estado de equilibrio o
reposo.
En el sistema
internacional de unidades, la carga eléctrica “q” de un cuerpo se mide en
coulombs o culombios. Un coulomb (C) es la unidad de carga que un metro ejerce
sobre otra cantidad de carga igual, una fuerza de 9 X 10⁹ N.
6.23 X 10 ˡ⁸
electrones para crear una carga de -1C
6.23 X 10 ˡ⁸
protones para crear una carga de +1C
MATERIALES
CONDUCTORES Y AISLANTES
Los materiales
pueden clasificarse de acuerdo a su capacidad de conducir corriente eléctrica,
es decir, de acuerdo con la facilidad con que las cargas fluyen a través del
mismo y se redistribuyen hasta alcanzar su equilibrio. A esta propiedad de los
materiales se denomina: conductividad eléctrica
La conductividad eléctrica
se mide en S/m (siemens/metro) ó Ω • mˡ resistencia por unidad de longitud.
En base a la
conductividad eléctrica, los materiales se clasifican en conductores y aislantes.
Los conductores son materiales que facilitan la distribución y
desplazamiento de cargas a través de ellos, los metales son los mejores
conductores: plata, cobre, oro y
aluminio; entre ellos el oro es
el mejor conductor de electricidad que el cobre, pero por la abundancia minera
y el costo se opta por utilizar comúnmente el cobre en la industria.
Los aislantes: son materiales cuyos electrones están fuertemente
ligados al núcleo. Por eso se dificulta la movilidad y distribución de las
cargas. Esto provoca que solamente queden cargados en el lugar donde se perdió
o ganó carga. El diamante, el teflón y
el vidrio son los mejores aislantes, aunque en la industria eléctrica se
opta por utilizar compuestos químicos como el caucho y plásticos.
Y existen algunos
materiales que están entre los conductores y aislantes, llamados semiconductores y entre ellos podemos
mencionar el silicio y el germanio.
Actividad:
·
Si
dos objetos se repelen el uno al otro, ¿qué carga probable tengan los objetos?
·
Escribe
dos ejemplos de materiales conductores y aislantes
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