Unidad Electricidad Objetivo Comprender que son las cargas

Unidad: Electricidad Objetivo: Comprender que son las cargas eléctricas y cual es el efecto que producen en la materia.

¿Qué se entiende por carga eléctrica? • Ahora sabemos que la materia está formada por átomos y que dentro de los átomos existen subpartículas que tienen diversas cargas eléctricas. • Por ejemplo, los protones tienen carga positiva y los electrones carga negativa. • Por lo tanto, la carga eléctrica de un cuerpo es equivalente a la cantidad de protones y electrones que tengan sus átomos.

Cargas eléctricas en el átomo • Coulomb midió la cantidad exacta de carga eléctrica que poseían las subpartículas del átomo. • De este modo, tanto protones como electrones tienen numéricamente el mismo valor de carga, lo único que cambia es su signo, positivo para el protón y negativo para el electrón.

Partícula Carga eléctrica (en Unidad relativa de Coulomb, Cb o C) carga eléctrica Protón p+ +1, 6 · 10 -19 + Neutrón nº Electrón e- 0 0 -1, 6 · 10 -19 -

¿Cómo se mide la carga? • Supongamos que una sustancia contiene 250 protones y 340 electrones. • Existen dos formas para determinar la carga:

Forma 1 Forma 2 Multiplicar la cantidad de Restar los protones y de electrones por electrones: la carga eléctrica de cada uno. 250 – 340 = 90 electrones. 250 x 1, 6 x 10 -19 = 4 x 10 -17 El resultado lo multiplicamos por la carga eléctrica de un electrón. 340 x - 1, 6 x 10 -19 = - 5, 44 x 10 -17 90 x - 1, 6 x 10 -19 = -1, 44 x 10 -17 Cb o C Ahora sumamos ambas cargas: - 1, 44 x 10 -17 Cb (coulomb)

Ejercicio calcular carga eléctrica • Determina la cantidad de carga eléctrica en cada caso: 1. Una sustancia contiene 560 electrones y 695 protones. (Rta: + 2, 16 x 10 -17 Cb) 2. Una sustancia con 789 protones y 986 electrones. (Rta: - 3, 152 x 10 -17 Cb )

Interacciones de cargas • Sabemos que las cargas opuestas se atraen y que las iguales se repelen. • Luego, si las sustancias tienen diferentes cantidades de protones y electrones, pueden atraerse o repelerse entre sí.

Ley de coulomb • Es una ley que mide matematicamente como interactúan las cargas electricas. Señala que: “la fuerza eléctrica entre cargas diferentes es directamente proporcional a una constante por las cargas, e indirectamente proporcional a la distancia que la separa” • • Formula: F = k x q 1 x q 2 … d 2 Donde: F = fuerza eléctrica q 1 , q 2 = cargas eléctricas d = distancia de separación de las cargas.

• Esto quiere decir que: Mientras mayor sea la distancia que separa a dos cargas, menor es la fuerza eléctrica (sea de repulsión o atracción) entre ellas. Además, si el valor de las cargas eléctricas es mayor, mayor será su fuerza eléctrica. Coulomb determinó que el valor de la constante eléctrica era siempre: K = 9 * 109 * N * m 2 / Cb 2

Aplicando la ley de Coulomb • ¿Qué fuerza de eléctrica se produce en el siguiente caso?

• Resolución: • Lo primero que debemos anotar son los datos para sí verificar si debemos convertir alguna unidad: Datos: q 1 = + 1 x 10 -6 Cb o C q 2= + 2, 5 x 10 -6 Cb o C d= 5 cm • Luego recordamos que para aplicar la ley de Coulomb debemos tener las cargas en Cb o C (Coulomb) y la distancia en metros.

100 cm 1 metro Convirtiendo, nos queda: d= 5 cm : 100 cm = 0, 05 metros. • Ahora debemos reemplazar los datos en la fórmula:

• Finalmente, • La fuerza entre las cargas es de repulsión porque ambas cargas son positivas y su valor es de 9 N. • Ahora, intenta hacer uno tú:

¿Cómo se cargan los cuerpos? Los cuerpos neutros pueden adquirir carga eléctrica por diferentes mecanismos: 1) Por Fricción: cuando un cuerpo neutro se frota contra otro objeto provoca que sus electrones y protones se desplacen y puedan por eso, quedar cargados. .

Por ejemplo: al frotar un globo de plástico contra nuestro cabello, movemos los electrones y protones del aire que contiene el globo y producto de eso, el globo podrá atraer papeles pequeños.

• Por contacto: Sucede cuando un cuerpo cargado eléctricamente se coloca en contacto con otro neutro. Producto de lo anterior, el cuerpo neutro adquiere debido a la transferencia de los electrones o protones del cuerpo cargado hacia el neutro. • Por ejemplo: es lo que ocurre cuando colocamos nuestra mano sobre la bola de los museos interactivos

• Por inducción: Sucede cuando un cuerpo cargado eléctricamente se coloca en contacto con otro neutro, pero en vez de transferir su carga, lo que se hace es colocar una conexión a tierra para dejar el cuerpo cargado con una carga diferente a la del cuerpo inductor. • Veamos en el ejemplo que sigue:

Resumiendo:

Circuitos eléctricos y carga eléctrica • Un circuito es un dispositivo por el cual pueden circular o moverse ciertas cargas eléctricas, generando una corriente o electricidad. • Todo circuito esta conformado por diferentes elementos y magnitudes: voltaje, resistencia, intensidad de corriente, etc.

Elementos en un circuito

Generador: dentro de él se producen dos magnitudes, intensidad de corriente y voltaje. • La intensidad de corriente se entiende como la cantidad de carga eléctrica que circula por el circuito en un determinado período de tiempo. Se mide en Amperes (A) y equivale a la carga eléctrica en cierto período de tiempo, • Fórmula: I (intensidad) = q / t • Ejemplo: ¿Qué intensidad de corriente tendrá un circuito con 3, 5 x 10 -19 Cb en 5 minutos? • I = 3, 5 x 10 -19 : 300 segundos • I = 1, 16 x 10 -21 Amperes

• El voltaje es la diferencia de la intensidad de corriente entre dos puntos de un circuito. • Se mide en Volt y su fórmula la podemos deducir de la Ley de Ohm que veremos más adelante.

Interruptor: funciona como una resistencia a la corriente eléctrica, es decir la convierte en otro tipo de energía, en el ejemplo sirve para encender o apagar las luces. • La resistencia: es una dispositivo que evita que la corriente eléctrica se desplace, se utilizan para convertir esa energía en otro tipo. • Toda resistencia se mide en una unidad llamada Ohm (ῼ) • Ejemplo: en un secador de pelo, la resistencia es el dispositivo que convierte la corriente en movimiento de las aspas para secar el pelo.

¿Cómo se relacionan estos elementos? • Existe una ley llamada Ley de Ohm que establece matemáticamente como se relacionan los elementos de un circuito: • Fórmula: V = I x R Donde: V = voltaje (volt) I = intensidad de corriente (Cb) R = resistencia (ῼ)

Aplicando ley de Ohm • Una corriente de 5 Amperes tiene una resistencia de 6, 7 Ohm. Determina el voltaje de dicha corriente. Datos: I = 5 A R = 6, 7 ῼ V=Ix. R V=? V = 5 x 6, 7 V = 33, 5 volt