PREPARACIN MUNICIPAL FSICA Municipio 10 de octubre Metodloga
PREPARACIÓN MUNICIPAL FÍSICA. Municipio 10 de octubre Metodóloga Rosa María González Lastra
Unidad 2 “Electricidad y circuitos eléctricos” En esta unidad se analizarán los sistemas y cambios estudiados por la Física relacionados con la Electricidad, es la segunda unidad de este grado. Se trata la electrización de los cuerpos y la ley cualitativa que rige las interacciones eléctricas. Se conocerá que hay materiales que conducen bien la electricidad (como los metales) y otros que no la conducen (como los plásticos), y las aplicaciones de estos en la vida y la tecnología. La explicación de la electrización de los cuerpos está en el hecho de que estos están constituidos por partículas pequeñísimas y que estas partículas están formadas por protones (electricidad positiva), electrones (electricidad negativa) y neutrones. Cuando un cuerpo se electriza, al ponerse en contacto con otro cuerpo, hay transferencia de electrones entre este y el otro cuerpo que está en contacto con aquel y se electriza con un tipo de carga o con el otro de acuerdo si acepta electrones o los cede al otro cuerpo.
Contenidos: Importancia de la electricidad en la vida del hombre. Circuito eléctrico y sus principales componentes. Electrización de los cuerpos. Características principales de la interacción eléctrica. Naturaleza de la electricidad. Campo eléctrico. Corriente eléctrica y su generación. Cambios producidos por la corriente eléctrica. Sentido de la corriente eléctrica. Corriente alterna y corriente directa. Magnitudes básicas en los circuitos eléctricos. Intensidad de la corriente eléctrica. Voltaje o tensión eléctrica. Potencia eléctrica. Resistencia eléctrica. Ley de Ohm para una porción de circuito. Circuitos eléctricos simples: serie y paralelo. Medición y ahorro de energía eléctrica
Demostraciones: Electrización de los cuerpos. Ley cualitativa de las interacciones eléctricas. Montaje de circuitos eléctricos sencillos. Trabajos de laboratorios: Electrización de los cuerpos. Montaje de circuitos eléctricos sencillos.
S 5 Clase – 14 Asunto. Introducción a la Unidad ”Electricidad y circuitos eléctricos”. Importancia de la electricidad en la vida de los seres humanos Objetivos: Argumentar la importancia de la electricidad para la vida de los seres humanos, teniendo en cuenta la situación del mundo actual Act 2. 1 pág. 26 Entre los sistemas y cambios estudiados por las ciencias naturales, y en particular la Física, que aún no hemos estudiado se encuentran los relacionados con la electricidad. Act 2. 2 pág. 27 Analizar tabla pag 27 Importancia de la electricidad en la vida de los seres humanos. Ponga ejemplos concretos
2. 5 Indaga acerca de cuándo comenzaron a utilizarse en Cuba: a) el teléfono; b) las primeras lámparas de filamento incandescente; c) el radio; d) la televisión. Compara esas fechas con aquellas en que se realizaron dichos inventos. El teléfono comenzó a utilizarse en La Habana en septiembre de 1881. El 7 de septiembre de 1889 se inauguró oficialmente en Cárdenas el alumbrado eléctrico. La radio se inauguró en octubre de 1922 y la televisión el 24 de octubre de 1950. Para una información más amplia puede consultarse el libro Por primera vez en Cuba. Tarea 2. 6 Para transmitir electricidad desde una tan simple como la empleada para el funcionamiento de una linterna hasta otras mucho más compleja, como las requeridas para transmitir la electricidad generada en los centrales termoeléctricas, nucleares, o de otro tipo, requieren de los circuitos eléctricos para su funcionamiento. ¿Qué son los circuitos eléctricos?
Semana 5 clase 15 Asunto: Circuitos eléctricos y sus principales componentes (Demostración). Objetivo: Identificar los componentes del circuito eléctrico, fomentando valores de responsabilidad y laboriosidad. Hablar de una linterna y sus partes llevar si es posible una rota Rev tarea Act 2. 6 pág. 28 Reflexiona acerca de cómo llega la electricidad (la energía eléctrica) a diferentes equipos utilizados diariamente e intenta precisar los elementos principales que en ello intervienenfigura 2. 2
¿Qué son los circuitos eléctricos?
Al reflexionar acerca de cómo llega la electricidad (la energía eléctrica) a diferentes equipos que utilizamos diariamente, sin dudas pensarías en un conjunto de componentes que intervienen en el proceso y que hacen posible el funcionamiento de dichos equipos. Por ejemplo, puedes pensar en: la termoeléctrica, los cables de transmisión, los equipos eléctricos, interruptores, entre otros componentes, pero, cuáles de ellos están presentes en todo circuito eléctrico. 9
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Componentes esenciales de los circuitos eléctricos
Circuito eléctrico simple cond fuente bombillo ucto res r o t p u r inter
1. Generador o fuente (central termoeléctrica, pila eléctrica, acumulador, dínamo de bicicleta, celda solar 2. Conductores y dispositivos para la transmisión de la energía eléctrica (conductores del tendido eléctrico subterráneo o aéreo, del interior de la casa, del interior de los equipos eléctricos, transformadores, rectificadores) 3. Consumidores (lámparas, radio, televisor, hornilla eléctrica, etc. ); 4. Dispositivos de control (interruptores centrales o asociados a diferentes equipos, fusibles, termostatos de plancha, de acondicionador de aire, de refrigerador, relay, etcétera).
Conjunto de componentes eléctricos conectados entre sí formando una trayectoria cerrada.
Símbolos de algunos dispositivos eléctricos bombillo motor interruptor resistor
fuente o generador conductores receptor Dispositivo de control
Circuito de una linterna Circuito abierto apagada Circuito cerrado encendida
Esquema de un circuito eléctrico con un motor
• Debe llamarse la atención de los alumnos sobre el hecho de que los múltiples circuitos eléctricos con que nos relacionamos diariamente son sistemas. No de la naturaleza, sino creados por el ser humano. . En tales sistemas tienen lugar cambios, se transforma y transmite energía.
Generador o fuente de electricidad Conductores y otros dispositivos para la transmisión de la energía eléctrica Receptores Dispositivos de control. Act 2. 7 pág. 31¿Cómo representarías mediante un dibujo esquemático un circuito eléctrico formado por una fuente, una lámpara de incandescencia, conductores y un interruptor? Monta el circuito correspondiente
Act 2. 8 pág. 31 Ver tabla pag 30 Act 2. 9 pág. 31 Act 2. 10 pág. 31 Pintar un circuito en la pizarra aclarar lo del circuito cerrado y abierto
Tarea 2. 11 pag 31¿Qué función tiene el fusible? El fusible tiene la función de cuidar el circuito eléctrico cuando exista una sobrecarga en el circuito. La fuente de corriente tiene la función de mantener constante el campo eléctrico en el circuito. El interruptor tiene la función de cerrar y abrir el circuito
Identifica los componentes de los siguientes circuitos eléctricos: En una linterna En un timbre eléctrico En una lámpara de bicicleta En una hornilla eléctrica
Semana 6 clase 16 Asunto: Trabajo de Laboratorio: Montaje de circuitos eléctricos sencillos Objetivo: Construir circuitos eléctricos sencillos con los elementos estudiados, para lograr una en nuestros estudiantes un desarrollo y amor por la ciencia. Materiales: Conjunto de electricidad, fuente de corriente, conductores, porta bombillo, bombillo e interruptor.
Semana 6 clase 16 Indicaciones para realizar el trabajo: 1 -Dibujar en la libreta el circuito de una linterna. 2 -Selecciona de los dispositivos de electricidad aquellos que tendido en cuenta el esquema representado debes utilizar. (Comprobar que la fuente se encuentre en su mínimo valor)
3 -Monta el circuito sin conectar la fuente, espera verificar si la conexión esta correcta en cada puesto de trabajo 4 - Conecta la fuente y eleva el voltaje hasta 6 v, prende la fuente y cierra el circuito. Observa y describe lo ocurrido.
Se realizarán conclusiones al finalizar las actividades propuestas. Todo lo anterior debe quedar recogido en la libreta del estudiante. Preguntas a modo de conclusiones: Diga cuáles son los componentes de los circuitos eléctricos estudiados. Diga qué función realiza cada componente en los circuitos.
Semana 6 clase 17 Asunto: Electrización de los cuerpos. Características principales de las interacciones eléctricas Objetivo: Caracterizar las interacciones eléctricas a partir de ejemplos de la vida cotidiana. ANP: Act 2. 13 Frota con papel objetos de diversos materiales, por ejemplo, , peines y bolígrafos plásticos, lápiz, varilla de metal, tubo de ensayo, etcétera, e intenta determinar si se electrizan o no, es decir, si adquieren la propiedad de atraer a otros cuerpos, digamos, pequeños pedacitos de papel.
Semana 6 clase 17 Según cuenta la historia, los antiguos griegos conocían que al frotar con piel un trozo de resina fósil que llamaban elektrón (en la actualidad se conoce como ámbar), esta adquiría la propiedad de atraer a otros cuerpos de materiales ligeros como: pajas, plumas de aves. Mucho después, más de 2000 años, el físico y médico inglés William Gilbert, quien vivió entre 1544 y 1603, encontró que existen otros muchos materiales que tienen esa propiedad. Ese fenómeno recibe el nombre de electrización. OHO
2. 14 ¿Qué es la electrización? ¿Cuándo un cuerpo está electrizado? De los cuerpos que cuerpo está electrizado? al ser frotados adquieren la propiedad de atraer a otros se dice que están electrizados, o que se han cargado eléctricamente. Trabajando en pequeños grupos es posible escuchar los débiles chasquidos de las descargas eléctricas que se producen al acercar una tira de retro transparencia frotada con papel, a una varilla metálica.
Relacionar a los estudiantes con las descargas eléctricas. Esto tiene importancia porque les sugiere que “algo “se transfiere de un cuerpo a otro y también porque prepara las condiciones para comprender la naturaleza eléctrica del “rayo”.
2. 15 -2. 16 Diseña un experimento para comprobar que los cuerpos electrizados con el mismo tipo de electrización se repelen y los electrizados con distinto tipo de electrización se atraen La electricidad que adquiere el vidrio al ser frotado con seda se le llamó positiva. La electricidad que adquiere la ebonita al ser frotada con piel se le llamó negativa. Ley cualitativa de las interacciones eléctricas Cuerpos electrizados con cargas de diferente tipo se atraen. Cuerpos electrizados con cargas de igual tipo se repelen.
2. 17 Intenta precisar los aspectos esenciales que caracterizan la interacción eléctrica y compárala con la interacción gravitatoria a) a diferencia de la atracción gravitatoria, para que la atracción eléctrica entre los cuerpos se ponga de manifiesto es necesario ejercer determinada acción sobre ellos, por ejemplo frotarlos;
b ) a diferencia de la atracción gravitatoria, que solo se hace notable cuando al menos uno de los cuerpos tiene una masa relativamente grande (como es el caso de la atracción que ejerce la Tierra sobre los cuerpos cercanos a su superficie), la eléctrica puede ser significativa aun cuando los cuerpos posean una masa relativamente pequeña
c) como semejanza la atracción gravitatoria, la eléctrica depende de la distancia, mientras menor sea esta mayor será la atracción; d) de modo similar que la atracción gravitatoria, la atracción entre un cuerpo electrizado y otro neutro no es unilateral, sino mutua.
2. 19 ¿Por qué usualmente unos cuerpos se electrizan y otros no? R/ que unos materiales conducen la electricidad mejor que otros. Así, los plásticos habituales la conducen muy mal, el cuerpo humano bastante bien y los metales muy bien. Por eso es que podemos electrizar un cuerpo de plástico que sostenemos con la mano, mientras que uno metálico no. En particular, el cuerpo humano conduce la electricidad.
Por eso es imposible electrizar cuerpos que sean buenos conductores sosteniéndolos directamente con la mano. En realidad todos los cuerpos, incluidos los metales, pueden ser electrizados por frotamiento si están debidamente aislados.
La electricidad que adquiere el vidrio al ser frotado con seda se le llamó positiva. La electricidad que adquiere la ebonita al ser frotada con piel se le llamó negativa.
Tipos de cargas eléctricas positiva negativa
¿Cómo interactúan los cuerpos electrizados al aproximarlos?
Ley cualitativa de las interacciones eléctricas Cuerpos electrizados con cargas de diferente tipo se atraen. Cuerpos electrizados con cargas de igual tipo se repelen.
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2. 20 Clasifica diversos materiales utilizados en la vida diaria, atendiendo a su capacidad para conducir la electricidad en buenos, medianos y malos conductores de la electricidad. R/ Los cuerpos que se electrizan, se denominan aisladores y los que no se electrizan, conductores. Este conocimiento tiene gran utilidad práctica en dependencia de para qué se utilice.
madera plástico caucho aisladores
Teniendo en cuenta su conductividad eléctrica conductores aisladores semiconductores
Buenos conductores de la electricidad son los metales. Precisamente por ser buenos conductores es que se utilizan en la red eléctrica. También lo son ciertas soluciones salinas. Medianos conductores de la electricidad son el papel, la madera, el aire húmedo y el cuerpo humano, entre otros.
Malos conductores de la electricidad, generalmente llamados aisladores, cuando están secos son: el vidrio, el celuloide, la seda, ciertos plásticos, las cerámicas y otros materiales especialmente preparados. Podemos ver cuerpos de plástico y de cerámica utilizados como aisladores en el tendido eléctrico aéreo, en los interruptores del alumbrado, en los “tapones” y formando parte de innumerables dispositivos eléctricos
2. 21 - 2. 22 a) Explica por qué una tira de retro transparencia que se ha electrizado pierde con el tiempo dicha propiedad; b) sugiere algunas medidas concretas para tener éxito en las experiencias de electrización; c) describe cómo intentarías determinar si los metales pueden ser electrizados? a) Como la retro transparencia está en contacto permanente con el aire atmosférico y este es medianamente conductor de la electricidad, dicha propiedad es transmitida a través de él. Mientras mayor sea la humedad del aire (la proporción de vapor de agua en él), con mayor rapidez desaparecerá la electrización de la retro transparencia.
b) Teniendo en cuenta lo anterior, la primera medida para obtener éxito en las experiencias de electrización pudiera consistir en realizar dichas experiencias cuando la humedad atmosférica sea baja, o en disminuir la humedad de los materiales utilizados y la del aire circundante. Esto último puede lograrse colocando previamente al sol los materiales, realizando las experiencias a la luz del sol o en una habitación con aire acondicionado, calentando previamente los materiales en una hornilla, etc.
c) La razón por la cual una varilla de metal no puede ser electrizada mientras se sostiene con la mano, es que tanto los metales como el cuerpo humano conducen la electricidad. Si la varilla se sostiene con algún material aislante, entonces podrá ser electrizada por frotamiento (Ver figura 2. 6. TX). Se pudiera hacer la 2. 23, 2. 24 y 2. 25 Tarea Act 2. 19 y 2. 26 pg 35
Semana 6 clase 18 Asunto: Naturaleza de la electricidad. Campo eléctrico. Objetivo: Identificar tipos de electricidad en la naturaleza, caracterizando el campo eléctrico a partir de ejemplos de la vida cotidiana. Rev tarea 2. 26¿En qué consiste la electrización? , o ¿qué sucede entre dos cuerpos cuando se frotan entre sí y quedan electrizados? La explicación actual de la electrización de los cuerpos se basa en la naturaleza eléctrica de los materiales. Los alumnos ya conocen que todos los materiales se componen de moléculas y átomos y que estos últimos, a su vez, están formados por electrones y un núcleo constituido por protones y neutrones. 2. 27¿Cómo explicar la electrización de los cuerpos considerando su estructura?
Explicación de la electrización de los cuerpos El origen de la electrización de los cuerpos es una transferencia de partículas eléctricas. En condiciones normales, un cuerpos tiene igual número de electrones que de protones, esto significa que son eléctricamente neutros. Por otra parte, al ser electrizado los cuerpos pueden captar o ceder electrones. Pero si un cuerpo neutro adquiere electrones de otro cuerpo posee una cantidad excesiva de electrones en comparación con la cantidad normal. En estos casos está cargado negativamente. En cambio, si un cuerpo neutro pierde electrones, tendrá más cargas positivas que negativas, en este caso está cargado positivamente. 54
Siglo XVIII “existen dos tipos de electricidad” vítrea ++ Varilla de vidrio frotada con seda resinosa ----- Varilla de hule frotada con piel
++++ ++ ++ + Cuando un cuerpo está electrizado positivamente es porque ha cedido electrones. -- - - Cuando un cuerpo está electrizado negativamente es porque ha captado electrones.
Cuando una varilla de ebonita se frota con un paño de lana se carga negativamente, en tanto que el paño de lana se carga negativamente. En este caso, los átomos del paño de lana retienen menos los electrones que entran en su composición que los átomos de la varilla de ebonita, por eso los electrones pasan del paño de lana a la varilla de ebonita. Entonces el paño de lana tiene ahora carencias de electrones, en tanto que la varilla de ebonita tiene exceso de estos. 58
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2. 29 2. 28 Es un hecho conocido que si frotas un peine o una regla plástica con un pedazo de papel y lo acercas a cuerpos ligeros como: plumas de aves, pedacitos pequeños de papel y pelos, estos últimos son atraídos por la regla y el peine, como un imán a un clavo. En esos casos, tanto el peine como la regla plástica poseen electricidad estática y se dice que están electrizados y el fenómeno que se pone de manifiesto es el de electrización.
El origen de la electrización de los cuerpos es una transferencia de partículas eléctricas, frecuentemente electrones, de uno a otro al ponerlos en contacto. El frotamiento reiterado entre ellos lo que hace es aumentar el número de puntos de contacto entre sus superficies y, por tanto, facilitar el acercamiento de un mayor número de átomos de ambos cuerpos. Debido a las microscópicas irregularidades que existen en la superficie de los cuerpos, un simple contacto entre ellos haría que el número de átomos de uno y otro material que se aproximan fuese menor. El frotamiento prolongado también pudiera contribuir a disminuir la humedad, debido a la elevación de la temperatura de los cuerpos, y, por tanto, a facilitar la electrización. 2. 30 ¿Cómo se puede determinar la carga eléctrica de un cuerpo electrizado?
En 8 vo grado estudiaste que las fuerzas que se manifiestan entre los cuerpos son el resultado de la interacción entre ellos. En muchos casos la interacción se produce por contacto directo, por ejemplo cuando empujamos un carrito con la mano, cuando existe un accidente entre dos vehículos de transporte, cuando un resorte comprimido empuja a un bloque, entre otros muchos ejemplos.
Pero también estudiaste que puede producirse interacción entre los cuerpos, sin que exista contacto directo, como es el caso, de la interacción que se produce entre la Tierra y los cuerpos que se encuentran en sus proximidades. Esta interacción se lleva a efecto a través del campo gravitatorio. En general vimos que la Tierra interactúa con los cuerpos a través del campo gravitatorio mediante la fuerza de gravedad.
Por otra parte estudiaste el fenómeno de la electrización. Los experimentos realizados nos evidencian que la electrización de los cuerpos se manifiesta en el hecho de que estos ejercen fuerzas sobre otros cuerpos, las cuales pueden ser de atracción o de repulsión. En ambos ejemplos se manifiesta la acción de los cuerpos electrizados sobre otros. Act 2. 31 - ¿De qué modo se lleva a cabo la atracción y repulsión de los cuerpos electrizados?
En todos experimentos realizados sobre electrización, existe una distancia entre los cuerpos que interactúan. Detengámonos en los que se ilustran: a pesar de mediar una distancia entre el cuerpo suspendido y la varilla electrizada, existen fuerzas de atracción y de repulsión, en dependencia del tipo de carga eléctrica que poseen estos cuerpos.
¿Por qué sucede esto? En realidad, esto ocurre porque el espacio que rodea a un cuerpo electrizado está afectado por el cuerpo y se le denomina campo eléctrico. De la misma manera se habla de un campo magnético en el espacio que rodea a un imán, y de campo gravitatorio al espacio que rodea a la Tierra. Por otra parte, se ha comprobado experimentalmente que la transmisión de la acción a través del campo requiere de determinado tiempo, a pesar de que nos parezca que se produce instantáneamente.
Sabemos que las naves espaciales son dirigidas y controladas desde la Tierra, pues las señales de radio que envía una nave que se acerca al planeta Marte demoran 5 minutos en recibirse en la Tierra. En este caso la distancia es tan grande que el tiempo en transmitirse la acción es apreciable. Los cuerpos electrizados tienen asociado un campo eléctrico a través del cual se transmiten las fuerzas que se ejercen entre ellos.
• En realidad, los cuerpos electrizados tienen asociado un medio especial, el campo eléctrico, a través del cual se transmite la acción de uno sobre otro. Esta acción se transmite a 300 000 km/s, razón por la cual el intervalo de tiempo es extremadamente pequeño y no puede ser apreciado.
En la defensa de la teoría del campo se destaca el eminente científico británico Maikel Faraday (1791 -1867) quien defendió sus ideas acerca del campo frete a la opinión de científicos de mayor preparación que él en la época, como fue Andrés María Ampere. De simple encuadernador de libros, se convirtió en uno de los hombres de ciencias más relevantes del siglo XIX. Aún hoy asombra el alcance de su pensamiento científico
2. 32¿Qué papel desempeña el campo eléctrico en el mantenimiento de la forma del átomo? EJ 17 - 18 - 19 pg 17 Lg Tarea ¿En qué consiste el “rayo”? Acerca un cuerpo electrizado (regla plástica, peine, pedazo de tubería) a un chorro fino de agua que caiga de la pila.
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