Trabajo Práctico Electrostática − Electricidad Diferencie entre electrostática y electricidad.

Trabajo Práctico
Electrostática − Electricidad
• Diferencie entre electrostática y electricidad.
• ¿Quién fue el primero en testimoniar sobre los efectos eléctricos y qué observó?
• ¿Qué significa que un cuerpo se cargue eléctricamente?
• ¿Qué estudia la electrostática?
• ¿Donde se aplican fenómenos electrostáticos?
• ¿Cuáles pueden ser los fenómenos electrostáticos indeseables?
• Las fuerzas por rozamiento entre los materiales, ¿qué comportamiento presentan?
• Diferencie entre electricidad positiva y negativa.
• ¿Qué es un cuerpo neutro?
• ¿Puede un átomo adquirir carga eléctrica?
• ¿Cómo se llaman los átomos cargados?
• Diferencie entre conductores y aisladores.
• ¿Qué es la carga eléctrica?
• ¿Qué es la intensidad de la carga eléctrica?
• ¿Cómo la Calcula?
• ¿Cuál es la unidad de carga eléctrica?
• ¿Cuál es la unidad de intensidad de carga eléctrica?
• Enuncie la ley de Coulomb y las unidades de cada magnitud que involucra.
• ¿Qué valor toma la constante K de la ley de Coulomb?
• ¿Cuánto vale la carga eléctrica del protón y del electrón?
• Resolver problema Nº 9 pág. 157 del libro de texto.
• ¿Qué es el campo eléctrico?
• ¿Cómo se calcula la intensidad del campo eléctrico?
• Exprese el campo eléctrico E en función de la ley de Coulomb.
• ¿Cómo representa el campo eléctrico E en un punto del espacio?
• Resolver problema 12 de la página 159.
• Explique brevemente el fenómeno de polarización eléctrica.
• ¿Se puede electrizar un metal? Explique
• ¿Se puede polarizar un cuerpo aislante?
• ¿Qué es un dieléctrico?
• ¿Qué es la rigidez dieléctrica?
• ¿Cómo resulta ser el campo eléctrico E en el interior de un cuerpo polarizado?
• ¿Qué entiende por corriente de la polarización?
• ¿Cómo explica la atracción de un chorro de agua por un peine cargado electrostáticamente?
• ¿Qué es la inducción electrostática?
• ¿Qué es el efecto de puntas?
• ¿Qué es el efecto de puntas en un cuerpo conductor esférico y en otro de forma irregular.
• ¿Para qué se instalan objetos de punta en edificios? (Pararrayos de Franklin).
• ¿Qué es el potencial eléctrico?
• Escriba la fórmula del potencial eléctrico y las unidades.
• Sabiendo que F=KQq/r , E=F/q y V=E.d llegar a demostrar que V=KQ/r.
• Diferencie entre la experiencia de Galvani y de Volta.
• ¿Cuáles son la fuentes de energía eléctrica más comunes?
• ¿Cómo resulta ser la diferencia de potencial entre los extremos de un pila?
• Observe una pila, dibuje y anote los datos técnicos que figuran en ella.
• ¿Con qué se mide la diferencia de potencia?
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• ¿Con qué se mide la intensidad de corriente eléctrica.
• ¿Cómo conectaría un voltímetro y un amperímetro en un circuito eléctrico?
• Códigos de dibujos de circuitos eléctricos.
• ¿Qué es un circuito en serie y en paralelo?
• esquematice una conexión en serie y en paralelo.
• En una conexión en paralelo, ¿cómo resulta ser la tensión y la corriente?
• ¿Cómo se debe conectar los electrodomésticos a la red domiciliaria de 220 volts?
• Enuncie la Ley de Ohm y sus unidades.
• Cálculo de la resistencia equivalente en serie y paralelo.
• Enuncie las dos leyes de Kirchhoff.
• Diferencie entre corriente continua y alterna.
• ¿Por qué se prefiere en nuestro país la corriente alterna de 50 Hertz de frecuencia?
• Vivo y neutro. Lea comenzando por la página 193 a 195 y saque sus conclusiones.
• ¿Por qué conduce la tierra?
• ¿Cuántos ampere producirían la muerte de una persona?
• Lea y comente en la carpeta el artículo ACCIDENTES ELÉCTRICOS pág. 196.
• La diferencia entre electrostática y electricidad es que la electrostática se encarga de estudiar los fenómenos
eléctricos, o sea a la electricidad.
• El primero en testimoniar sobre los efectos eléctricos fue Luigi Galvani en 1791. El observó que los
músculos de unas ranas recién sacrificadas, se sacudían cuando se los tocaba con objetos metálicos
conectados a un generador electrostático, y también sin que funcionara dicha máquina, siempre que se
emplearan dos metales diferentes. Dedujo que los tejidos animales generaban corriente eléctrica.
• Que un cuerpo se cargue eléctricamente significa que este tiene una magnitud proporcional a la cantidad de
electrones que posee en exceso o en defecto con respecto a su estado neutro.
• La electrostática estudia los efectos producidos por los cuerpos cargados eléctricamente, cuando las
consecuencias del movimiento de las cargas no revisten interés.
• Los fenómenos electrostáticos se aplican en:
• En los tubos del televisor: las paredes del tubo atraen a los electrones emitidos por un filamento
caliente.
• En fotocopiadoras color e impresoras láser: la tinta en polvo es atraída por las cargas eléctricas del
rodillo impresor.
• En filtros de hollín y de polvo en las chimeneas industriales.
• En condensadores de vapor de la industria química.
• En equipos de pintado donde las gotitas se pulverizan y se adhieren a la pieza que se está pintando.
• En empalmes invisibles de hilos en la industria de papel.
• En sujetadores de papel de máquinas de dibujo.
• Los fenómenos electrostáticos indeseables pueden ser:
• El riesgo de incendio de los vehículos que transportan combustibles cuando, al descargarse la
electricidad adquirida por la frotación de sus neumáticos contra el pavimento, se producen chispas
que pueden inflamarlo.
• Las sacudidas que se sufren durante los días secos, al bajar de un coche con asientos tapizados con
telas sintéticas.
• Sacudidas al tocar a otra persona después de haber caminado por una alfombra de plástico.
• La acumulación excesiva de cargas en edificios o en la atmósfera que causa las descargas destructivas
de los rayos.
• La adherencia entre la primera hoja de una carpeta y su tapa de acetato de celulosa.
• La ropa a la piel y la del polvo a la ropa y/o los objetos.
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• La dificultad que tienen los cirujanos al manejar piezas de plástico muy pequeñas que se adhieren a
sus herramientas.
• Los comportamientos que presentan las fuerzas por rozamiento entre los materiales son tres:
• Si un cuerpo atrae a otros dos, éstos se repelen entre sí.
• Si un cuerpo repele a otros dos, estos últimos se repelen, también, entre sí.
• Si un cuerpo atrae a otro y repele a un tercero, estos dos últimos cuerpos se atraen entre sí.
• La diferencia entre la electricidad positiva y la negativa es que la negativa consiste en la abundancia de
electrones en relación con la cantidad de protones, y la positiva, en su escasez.
• Un cuerpo neutro está formado con átomos con carga neutra, o sea igual cantidad de electrones y protones.
• Si, un átomo puede adquirir carga eléctrica por ejemplo: por frotación, por iluminación por influencia de un
cuerpo cargado, por estar a una temperatura muy elevada, etc.
• Los átomos cargados se llaman iones. Los iones positivos se llaman cationes, y los negativos se llaman
aniones.
• Los conductores son materiales que pueden conducir la electricidad, como el metal o el agua (el cuerpo
humano está, en su mayoría, compuesto por agua y es muy buen conductor). Los aisladores son materiales
que no conducen la electricidad, como los plásticos y los vidrios. La distinción entre ambos no es estricta y
depende de las aplicaciones.
• La carga eléctrica de un cuerpo se define como una magnitud proporcional a la cantidad de electrones que
posee en exceso o en defecto con respecto a su estado neutro.
• La intensidad de la carga eléctrica es una magnitud física, diferente a la anterior, que indica el ritmo con el
que se transfiere la carga. Es proporcional a la cantidad de electrones por segundo que pasan de un lugar a
otro.
• La intensidad de la carga eléctrica se calcula obteniendo el cociente entre carga eléctrica Q que pasa por
un conductor (como un alambre) y el tiempo t en el que lo hace. Se la designa con la letra I, de intensidad
de corriente.
Q
I= −−−−−−
t
• La unidad de carga eléctrica es el coulomb (C). Un C se define como la carga transportada por una corriente
de un ampere que circula durante un segundo.
• La unidad de intensidad eléctrica es el ampere (1 A). Un ampere es la corriente que, al circular por dos
conductores neutros, paralelos y de gran longitud separados un metro en el vacío, origina entre ellos una
fuerza de 2x10−7 N por cada metro de longitud considerada.
•
La Ley de Coulomb dice que la fuerza que se ejercen dos partículas cargadas está dad por
donde Q1 y Q2 son las cargas de las partículas, en coulombs, d es la separación entre ellas, en metros, F la
fuerza de atracción o de repulsión, en newtons, y k es una constante de proporcionalidad que vale
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8,98755x109 N.m2/C2.
• El valor que toma la constante K de la ley de Coulomb es (c2/107). Ns2/C2, donde c es la velocidad de la
luz en el vacío, 299.792.500 m/s. Si aproximamos el valor de c a 3x108 m/s, resulta k=9x109 Nm2/C2.
• La carga eléctrica del protón y del electrón es de 1,6022x10−19 C sin considerar el signo.
• ¿Cuál es la fuerza entre dos esferas cargadas, una con 3x10−8 C y la otra con −2x10−9C, distantes 1 cm?
Esa fuerza, ¿es de atracción o de repulsión?
Datos: Q1 =3x10−3C
Q2=−2x10−9C
d=1 cm
1cm=0,01m
K=9x109Nm2/C2
KxQ1xQ2
F=−−−−−−−−−−−−−−−
d2
Nm2 3x10−3Cx−2x10−9C
F=9x109 −−−−−− x −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
C2 (0,01)2m2
F=−5,4x10−3N
• Un campo eléctrico es una carga que cambia las propiedades del espacio que la rodea, puesto que una
segunda carga próxima a la primera experimenta fuerzas. Luego la segunda carga crea un campo que actúa
sobre la primera, logrando un efecto recíproco.
• La intensidad del campo eléctrico se calcula con la siguiente formula:
Q1
E=k . −−−
d2
• El campo eléctrico E en función de la ley de Coulomb se lo denomina intensidad de campo eléctrico de la
carga Q1 en el punto donde se encuentra Q2. Simétricamente, se puede considerar que el campo de la carga
Q2 en el lugar donde está Q1).
• El campo eléctrico en un punto del espacio es un vector que apunta hacia donde actuaría la fuerza eléctrica
sobre una carga positiva de prueba colocada en ese punto.
• Representen cualitativamente con un diagrama de líneas de campo el campo eléctrico de dos cargas
desiguales.
• El fenómeno de polarización eléctrica es la separación, mediante un campo eléctrico, de las cargas positivas
y negativas que contiene un cuerpo en estado neutro, consiguiendo una zona de carga positiva y otra de
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carga negativa.
• No se puede. Porque cuando se polariza un metal, los electrones se agolpan del lado positivo del campo
eléctrico, mientras que en el extremo opuesto del cuerpo queda un déficit de electrones.
• Si se puede. Porque las cargas positivas y negativas que componen el material se apartan un poco de su
posición original: las moléculas cambian de orientación o se deforman, sin que sus partículas puedan irse
muy lejos.
• Un dieléctrico es un cuerpo aislante.
• La rigidez dieléctrica es la aptitud de un aislante para soportar campos eléctricos intensos. Por ejemplo, la
rigidez dieléctrica del aire a la presión y temperatura normales es del orden del millón de newtons/coulomb
o volts/metro. La de los plásticos sintéticos supera los veinte millones de N/C.
• Un campo eléctrico E dentro de un cuerpo polarizado puede ser varias veces menor que fuera de él. En el
aire ese efecto es ínfimo o casi nulo, como en el vacío. Si se aplican campos eléctricos cada vez más
intensos, se podrá llegar al límite de las fuerzas que pueden retener la cargas en sus posiciones normales.
Superando ese extremo, las cargas abandonan sus puestos y el material deja de ser aislante.
• La corriente de polarización es una corriente eléctrica momentánea producida que sucede mientras un
material se polariza (o se despolariza) y sus cargas se mueven.
• La atracción del chorro de agua por el peine cargado electrostáticamente se debe a que el agua de la canilla
conduce la corriente eléctrica y permite que las cargas del mismo signo que las del peine se alejen de él, y
las de signo opuesto se acerquen; así la fuerza de atracción es mayor que la de repulsión entre las cargas del
mismo signo, más alejados. La fuerza neta es siempre de atracción, independiente de la polaridad con la que
esté cargado el inductor.
• La inducción electrostática es una forma de cargar eléctricamente a un cuerpo. Para realizar la inducción
previamente hay otro paso, la etapa de polarización. En esta, el cuerpo que se desea cargar es sometido al
campo de otro cuerpo cargado. Luego en la etapa de inducción, con la ayuda de un conductor se desechan
las cargas contrarias a las que nos interesa conservar.
• El fenómeno conocido como efecto de puntas sucede cuando las cargas de la misma polaridad se repelen y
se acumulan en los extremos agudos de los objetos conductores.
•
Efecto de puntas en cuerpo conductor esférico
Efectos de puntas en un cuerpo de forma irregular
• Se instalan objetos de punta en el edificio o pararrayos de Franklin con el objetivo de eliminar las cargas en
vez de conservarlas. Además protegen edificios, porque derivan a tierra la corriente del rayo que, de otro
modo, pasaría por los materiales de construcción y causaría grandes daños.
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• El potencial eléctrico es cuando una carga se encuentra bajo la influencia de un campo electrostático, posee
cierta energía potencial, de modo análogo al de una masa ubicada a cierta altura en el campo gravitatorio
terrestre. Para caracterizar el campo electrostático con independencia del valor de las cargas que se
encuentren dentro de él, es útil considerar no la energía potencial sino la energía potencial electrostática por
unidad de carga.
• Las unidades de la formula del potencial eléctrico son: W es el trabajo, F es la fuerza, d es la distancia y Q
la carga, Epe es la energía potencial electrostática, Epe es la variación de la energía potencial
electrostática, E es la intensidad del campo eléctrico en N/C que suponemos uniformes, U es la energía
potencial electrostática por unidad de carga, en J/C. Las formulas son:
W=fd , w = E . Q . d
Epe= E . Q . d
Epe
−−−−−−−− =E.d
Q
U
U= E . d , E = −−−−−−−
d
•
F
V= −−−−− x d
q
KxQxqxV
V= −−−−−−−−−−−−−−−−−−−
qxK
KxQxd
V= −−−−−−−−−−
K
• La diferencia entre las experiencias de Galvani y de Volta es que Galvani afirmaba que los tejidos de los
animales generaban corriente eléctrica. En cambio Volta decía que para generar tensión eléctrica no era
imprescindible la presencia de tejidos orgánicos: bastaba con intercalar un papel humedecido en agua
salada entre dos metales diferentes.
• Las fuentes de energía eléctrica más comunes son las pilas, los generadores de las centrales, etc.
• La diferencia potencial entre los extremos una pila es prácticamente constante entre sus extremos, con
independencia de cuánto consuma lo que se conecte entre ellos.
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• Los datos técnicos que aparecen en una pila son 1.5 Volts, MN 1500, un polo positivo y otro negativo.
También no se deben intervenir los polos, exponer al fuego o recargar, mezclar con pilas usadas o de otro
tipo.
• La diferencia de potencia se mide mediante un voltímetro.
• La intensidad de la corriente eléctrica se mide con un amperímetro.
• Conectaría un voltímetro y un amperímetro en un circuito eléctrico de la siguiente forma: el amperímetro en
serie y el voltímetro en paralelo.
• Un circuito en serie está formado por varios elementos, de modo que la misma corriente que sale de uno de
ellos, entra en el siguiente. Los amperímetros se conectan en serie. En un circuito paralelo todos los
elementos del circuito comparten en común el mismo par de bornes y tienen aplicada la misma tensión. Los
voltímetros se conectan en paralelo.
•
Conexión en serie
Conexión en paralelo
• Cuando se conectan varias pilas en paralelo, la tensión es igual a la de una sola de ellas. Sin embargo,
aumenta la corriente máxima que pueden suministrar, o la duración de esas fuentes.
• Los electrodomésticos se deben conectar a la red domiciliaria de 220 volts a un tomacorrientes en paralelo
con la línea de distribución, para tener una tensión constante y tener un funcionamiento correcto.
• La ley de Ohm dice: Cuando a un cuerpo se le aplican diferentes tensiones, circulan por él distintas
corrientes. Para muchos materiales se cumple que la corriente es directamente proporcional a la tensión. La
constante de proporcionalidad, en amperes/volts, se llama conductancia. El recíproco de la conductancia,
expresado en volts/amperes, es la resistencia eléctrica. La unidad A/V se llama siemens y se simboliza con
la letra s. La unidad V/A es el ohm, y su símbolo es la letra griega .
• La primera ley de Kirchhoff dice: Si un circuito es electrostáticamente neutro, la suma de las corrientes que
entran en cualquiera de sus partes tiene que igualar la suma de las corrientes que salen de ese mismo lugar.
La primera ley de Kirchhoff es la ley de conservación de la carga eléctrica.
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La segunda ley de Kirchhoff dice: La suma de tensiones de los componentes de una malla es siempre igual a
cero. Ésta es la ley de conservación de energía, aplicada a los circuitos eléctricos.
• Un ejemplo de corriente continua son las pilas que tienen sus polos positivo y negativo siempre en el
mismo sitio. En cambio, la polaridad de los cables de la línea domiciliaria permuta en el tiempo, y se dice
que la línea es de corriente alterna.
• Se prefiere la corriente alterna de 50 Hertz de frecuencia por la ventaja de poder transformar la tensión por
la mayor simplicidad constructiva de los motores de corriente alterna en comparación con los de continua, y
porque la alterna es menos peligrosa que la continua en relación con las chispas y los incendios.
• El polo vivo de la línea tiene tensión o diferencia de potencial con respecto a tierra. Por ejemplo, si una
heladera tiene corriente, con su cable a tierra se deriva la electricidad a tierra para que no ocurra una
catástrofe como la muerte de una persona por golpe de corriente. El polo neutro tiene apenas unas
fracciones de volt, o unos pocos volts de tensión con respecto a tierra lo que podría producir un simple
cosquilleo.
• La razón por la que la empresa de distribución conecta a tierra una de las dos líneas domiciliarias es la de
brindar más seguridad personal contra los artefactos defectuosos. El suelo está compuesto por rocas,
minerales y sedimentos que son bastantes aislantes de la electricidad.
• La corriente capaz de matar a una persona ronda los 100 miliamperes; 20 mA dan una buena sacudida;
medio mA nos produce cosquillas alarmantes; cien microamperes no se sienten.
• El artículo ACCIDENTES ELÉCTRICOS habla de como trabaja la electricidad en nuestro cuerpo.
También nombra las consecuencias de una gran descarga e indica como debe tratarse a una persona que
sufrió una descarga recientemente.
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