Guia_contratos_electromagnetismo_4_medioB

The Angel’s School
4º medio B
Prof. Pamela Cordero V.
GUÍA RESUMEN DE CONTRATOS
Electrostática
La electricidad estática es un fenómeno que se debe a una acumulación de cargas
eléctricas en un objeto. Esta acumulación puede dar lugar a una descarga eléctrica
cuando dicho objeto se pone en contacto con otro.
La electricidad estática se produce cuando ciertos materiales se frotan uno contra
el otro, como lana contra plástico o las suelas de zapatos contra la alfombra, donde el
proceso de frotamiento causa que se retiren los electrones de la superficie de un material
y se reubiquen en la superficie del otro material que ofrece niveles energéticos más
favorables, o cuando partículas ionizadas se depositan en un material, como por
ejemplo, ocurre en los satélites al recibir el flujo del viento solar y de los cinturones de
radiación de Van Allen.
Carga eléctrica
Se ha demostrado que existen dos tipos de carga eléctrica: positiva y negativa,
denominadas así por el físico Benjamín Franklin.
Hoy se sabe que el origen de la carga es el átomo, el cual está constituido
básicamente por protones, con carga eléctrica positiva, neutrones, con carga neutra,
ambos localizados en el núcleo y electrones que poseen carga negativa, que se mueven
alrededor del núcleo.
El átomo por naturaleza eléctricamente neutro, es decir que por cada electrón con
carga negativa hay un protón con carga positiva, que vuelve al átomo eléctricamente
neutro o equilibrado.
 Si los átomos de un objeto ceden electrones tendrán un exceso de protones y
pasaran a ser iones positivos, por lo que el objeto se electrizara positivamente.
 Si los átomos de un objeto captan electrones, tendrá un exceso de ellos y pasaran a
ser iones negativos, por lo que el objeto se electrizara negativamente.
Carga electrón: −1,6 ∙ 10−19 Coulomb (C)
Carga protón: : 1,6 ∙ 10−19 Coulomb (C)
Carga neutrón: 0 Coulomb (C)
Masa electrón: 9,11 ∙ 10−31 kg
Masa protón: 1,67 ∙ 10−27 kg
Masa neutrón: 1,67 ∙ 10−27 kg
En el S.I la carga eléctrica se mide en Coulomb (C),
Propiedades de la carga eléctrica:
 La carga eléctrica del mismo tipo se repele y la carga de tipo opuesto se atrae.
 La carga eléctrica se conserva: cuando dos cuerpos eléctricamente neutros se
frotan entre sí, no se crea carga en el proceso, solo se transfiere electrones de un
cuerpo a otro, siendo la carga neta siempre cero.
 La carga esta cuantizada: cuando un objeto se carga eléctricamente su carga es
siempre un múltiplo de una unidad de carga fundamental que se designa como e,
por ejemplo el objeto puede tener una carga ±𝑒, 0, ±2𝑒, ±3𝑒, etc.
Conductores o aislantes:
La mayoría de los materiales se clasifican de acuerdo a si son conductores o
aislantes de las cargas eléctricas.
Un material es conductor, cuando sus átomos poseen algunos electrones
débilmente ligados y estos pueden moverse con libertad dentro del material. Estos
electrones reciben el nombre de electrones libres o electrones de conducción, y estos
serán buenos conductores eléctricos.
Un material será aislante cuando en sus átomos los electrones están fuertemente
ligados y, por lo tanto, la carga se mueve con mayor dificultad. Un ejemplo de material
aislante o dieléctrico es el vidrio, la goma, la porcelana, el plástico, entre otros.
Los semiconductores, son los materiales que caen en esta categoría inmediata, son
materiales cuya conductividad varia con la temperatura, pudiendo comportarse como un
conductor o un aislante. Para conseguir esto se introducen átomos de otros elementos en
el semiconductor. Tras la introducción de impurezas a estos átomos, este material
semiconductor presenta una conductividad controlable eléctricamente. Por ejemplo el
silicio y el germanio
Forma de electrización
1.Frotamiento:
Cuando un objeto se frota con otro, se aproximan lo suficiente para que sus
átomos interactúen. Durante esta aproximación uno de los objetos cederá electrones y
el otro los captara.
Un mismo objeto podrá electrizarse positiva o negativamente dependiendo del
material con el cual se frote. En los sólidos son los electrones los que se transfieren,
debido a que los núcleos están en posiciones relativamente fijas y los protones están
fuertemente ligados en el núcleo. En el caso de los líquidos y los gases, el movimiento
puede ser tanto de iones positivos como negativos.
2. Contacto:
Se produce cuando un cuerpo inicialmente electrizado, negativa o positivamente,
toca a un cuerpo neutro, así, el contacto produce una transferencia de electrones.
Por ejemplo, si un cuerpo con carga negativa se pone en contacto con otro neutro,
este último captara electrones, del primero quedando electrizado negativamente.
Por el contrario, un cuerpo con carga positiva se pone en contacto con un cuerpo
neutro este atrae electrones del cuerpo neutro y quedara electrizado positivamente.
Pues, en esta electrización ambos cuerpos quedaran cargados igualmente.
3. Inducción
Al acercar un cuerpo cargado positivamente (inductor), a un cuerpo metálico
neutro este experimenta una redistribución de su carga.
Para producir su electrización, es necesario establecer una conexión entre el
cuerpo que ha experimentado la separación de su carga y el suelo u otro medio material
que permita el desplazamiento de electrones, lo que se denomina contacto a tierra.
Finalmente, las cargas positivas atraerán electrones desde la tierra hacia el cuerpo
metalico y una vez retirados el otro medio material conductor, el cuerpo quedara
electrizado negativamente.
Polarización
Una propiedad de los materiales aislantes es que pueden experimentar un proceso
equivalente a la carga por inducción.
Moléculas apolares: En la mayoría de los átomos y moléculas neutras, el centro de las
cargas positivas coincide con el centro de las cargas negativa, es decir, la carga esta
distribuida de forma simétrica.
Polarización: Cuando una material aislante esta en presencia de una material cargado,
los centros de las cargas se pueden desplazar levemente, lo cual origina una capa
positiva en un lado de la molécula y una carga negativa en el otro lado.
Moléculas polares: Sustancia cuyas moléculas, por naturaleza, no tienen una
distribución uniforme de su carga; en ellas, el centro de las cargas positivas no coincide
con el centro de las cargas negativas, aun cuando estas son neutras.
Electroscopio
Es un dispositivo que permite detectar la presencia de carga o identificar el tipo de carga
de un cuerpo electrizado.
En el interior de un envase de vidrio se encuentran dos láminas metálicas que se pueden
mover libremente. Las láminas están conectadas mediante un alambre conductor con
una esfera metálica ubicada en el exterior. Las láminas se encuentran aisladas del
envase mediante un tapón de goma.
Si un objeto cargado se acerca a la esfera del electroscopio induce una separación de
cargas, Dependiendo de la carga del objeto este puede atraer o repeler los electrones
libres de los conductores que forman el electroscopio.
Así, ambas láminas pueden separarse (repelerse) debido a la presencia de carga negativa
o a la deficiencia de esta.
Un electroscopio también se puede cargar por contacto y de esta forma ser usado para
identificar el tipo de carga de un objeto electrizado. Y se observa ya que las láminas se
separan si poseen cargas iguales y se juntaran si tiene cargas distintas.
Cuestionario
1. ¿Qué significa que un cuerpo se electrice?
2. ¿A qué se debe la electricidad estática?
3. ¿Qué significa que un átomo sea eléctricamente neutro?
4. ¿Cuándo un objeto se carga eléctricamente positivo? ¿Y cuándo se carga
eléctricamente negativo?
5. ¿Cuáles son las propiedades de la carga eléctrica?
6. ¿Cuándo un material es conductor?
7. ¿Cuándo un material es aislante?
8. ¿Qué son los semiconductores?
9. Explica las formas de electrización de un cuerpo e indica la carga neta obtenida en
cada una.
10. ¿A que se le llama polarización?
11. ¿Para qué sirve un electroscopio? ¿Cómo funciona?
TORMENTAS ELECTRICAS
El fenómeno de las tormentas eléctricas es uno de los más abundantes en la Tierra. Si
observáramos el cielo antes de una tormenta eléctrica, podríamos reconocer unas nubes
enormes con forma de yunque, en cuyo interior se generan los rayos. El espesor de estas
nubes es de varios kilómetros y están a una altura media de dos kilómetros sobre el
suelo. Al interior de estas nubes, donde hay gotas de agua o cristales de hielo, se
produce una separación de cargas eléctricas generada por diversos fenómenos de
convección y de electrización. Generalmente la parte superior, formada por cristales de
hielo, se carga positivamente, mientras que la parte inferior queda con carga negativa. A
menudo, en la parte negativa de la nube se encuentra un sector positivo que aún no tiene
explicación.
Un rayo es una descarga eléctrica que golpea la tierra, proveniente de la polarización
que se produce entre las moléculas de agua de una nube cuyas cargas negativas son
atraídas por la carga positiva de la tierra, provocándose un paso masivo de millones de
electrones a esta última.
Se estima que la carga eléctrica de la nube, tanto la negativa como la positiva, puede
alcanzar hasta unos centenares de coulomb. Cuando la separación de las cargas
eléctricas de la nube es suficiente, se forma un dipolo que da origen a campos eléctricos
entre las capas internas de la nube, y también entre la parte inferior de esta y el suelo.
Además, en la atmósfera existe normalmente un campo eléctrico del orden de 100 a 150
V/m, cuando el terreno es plano y en días de buen clima. Este campo eléctrico se origina
en cargas eléctricas positivas que se encuentran a altitudes de hasta 50 kilómetros. El
origen de estas cargas eléctricas no se conoce muy bien.
Cuando se forma o se acerca una nube de tormenta, las cargas negativas de la parte
inferior de la nube influyen sobre el campo eléctrico exterior, y este comienza a
invertirse para luego aumentar intensamente. Al alcanzar una intensidad de unos 10 a 15
kV/m, se puede afirmar que una descarga eléctrica en el suelo es inminente. La
inversión y enseguida el intenso aumento del campo eléctrico, preceden a una posible
caída de un rayo. Esta descarga puede desplazarse hasta 13 kilómetros, provocar una
temperatura de 50.000 °F (unos 28.000 °C), un potencial eléctrico de más de 100
millones de voltios y una intensidad de 20.000 amperes. La velocidad de un rayo puede
llegar a los 140.000 km por segundo.
En el punto de entrada a la tierra, el rayo puede destruir, de acuerdo a su potencia y a las
características del suelo, un radio de 20 metros. Los valores numéricos del campo
eléctrico señalados suponen un suelo horizontal plano. Los relieves y las asperezas
naturales del suelo modifican estos valores. Las leyes de la electrostática nos informan
que las asperezas, y en forma particular los vértices, refuerzan localmente el campo
eléctrico. Esto se conoce como efecto punta.
Este efecto se manifiesta bajo la forma de filamentos luminosos azul-violáceos que
escapan de las puntas y tienen longitudes variables, desde unos pocos centímetros hasta
varias decenas, según el tamaño de la aspereza. Este fenómeno era observado por los
marineros antiguos en los extremos de los mástiles de los barcos y que denominaban el
Fuego de San Telmo. Cuando las asperezas son de tamaño reducido, por ejemplo
árboles, mástiles o pararrayos, los efectos están limitados a las proximidades de las
puntas. Pero cuando las dimensiones del objeto sobresaliente de la superficie son
grandes, los filamentos luminosos se pueden desarrollar mucho más lejos, como por
ejemplo, en los postes situados en montes o torres. En estos casos se produce una
descarga ascendente que puede alcanzar la nube, y se denomina rayo ascendente. Estos
rayos son frecuentes en torres de televisión y en rascacielos. Pero en el suelo plano y en
terrenos ondulados, sin ninguna prominencia, el rayo normal es el descendente.
Fuente: Texto Santillana 4º medio
Cuestionario
1. ¿Qué se produce al interior de las nubes de tormenta?
2. ¿Qué parte de la nube se carga positivamente? ¿Y qué parte negativamente?
3. ¿Qué es un rayo?
4. ¿A que se le llama efecto punta?
CORRIENTE ELÉCTRICA EN EL SER HUMANO
Resistencia
Se le llama resistencia eléctrica a la mayor o menor oposición que tiene los electrones
para desplazarse a través de un conductor. La unidad de medida en el S.I es el ohm (Ω)
Ampere a amperio
Unidad de medida de la intensidad de corriente eléctrica, La que corresponde a
Coulomb por segundo (C/s).
Impedancia
Oposición al paso de la corriente alterna. A diferencia de la resistencia, la impedancia
incluye los efectos de acumulación y eliminación de carga (capacitancia) e/o inducción
magnética (inductancia). Este efecto es apreciable al analizar la señal eléctrica
implicada en el tiempo.
Voltaje (tensión)
Magnitud física que cuantifica la diferencia de potencial eléctrica entre dos puntos.
También se puede definir como el trabajo por unidad de carga ejercido por el campo
eléctrico sobre una partícula cargada para moverla entre dos posiciones determinada. Se
mide con un voltímetro.
Corriente o intensidad eléctrica
Es el flujo de carga por unida de tiempo que recorre un material. Se debe al movimiento
de los electrones en el interior de un material.
Corriente continua o corriente directa
(CC en español, en inglés DC, de direct current) Es el flujo continuo de electrones a
través de un conductor entre dos puntos de distinto potencial.
Corriente alterna
(Abreviada CA en español y AC en inglés, de alternating current) a la corriente eléctrica
en que la magnitud y el sentido varían cíclicamente.
Electricidad estática
Acumulación de cargas en reposo de un objeto.
Corriente de paso
Corriente que pasa por el cuerpo humano.
El que se produzca un tipo de daño u otro y la gravedad de los mismos dependen
de varios factores tales como las características fisiológicas del ser humano afectado, el
entorno (húmedo, seco, etc) y de las características de la corriente eléctrica, continua,
alterna, frecuencia, y principalmente de la intensidad de la corriente que circule por el
cuerpo y el tiempo de paso.
La corriente de paso depende de la tensión de contacto que se aplica sobre la
persona, así como de la impedancia que encuentra durante su recorrido a través del
cuerpo humano. Esta relación no es lineal, pues la impedancia del cuerpo humano
depende principalmente del trayecto a través del cuerpo, pero también de la frecuencia
de la corriente y de la tensión de contacto aplicada, así como de la humedad de la piel y
superficie de la zona de contacto.
Así la impedancia total del cuerpo humano la podemos considerar como la suma
de la impedancia interna del cuerpo, más la impedancia debida a la piel. La primera es
principalmente resistiva y su valor depende de la trayectoria de la corriente y en menor
medida de la superficie de contacto.
La impedancia de la piel tiene componentes resistiva y capacitiva, su valor
depende de la tensión, de la frecuencia, de la duración del paso de la corriente, de la
superficie de contacto, de la presión de contacto, del estado de humedad de la piel, de la
temperatura y del tipo de piel.
La impedancia de la piel tiene componentes resistiva y capacitiva, su valor
depende de la tensión, de la frecuencia, de la duración del paso de la corriente, de la
superficie de contacto, de la presión de contacto, del estado de humedad de la piel, de la
temperatura y del tipo de piel.
Para tensiones de contacto de hasta 50 V aproximadamente en corriente alterna,
el valor de la impedancia de la piel varia ampliamente, incluso para una misma persona
en función de la superficie de contacto de la temperatura, de la transpiración, de una
respiración rápida, etc. Para tensiones de contacto superiores a 50 V, la impedancia de
la piel decrece rápidamente y se hace despreciable cuando la piel está perforada.
Las principales diferencias entre los efectos de la corriente alterna y aquellos de la
corriente continua sobre el cuerpo humano, proceden del hecho de que las excitaciones
de corriente (estimulación de los nervios y de los músculos, provocación de la
fibrilación auricular o ventricular del corazón), están unidas a las variaciones de
intensidad de la corriente, fundamentalmente cuando la corriente se establece o se
interrumpe. Para producir una misma excitación, las intensidades constantes necesarias
en corriente continua son de dos a cuatro veces aquellas que son necesarias en corriente
alterna.
Cuestionario
1. Define:
a) resistencia
b) ampere o amperio
c) impedancia
d) voltaje
e) Corriente o intensidad eléctrica
f) Corriente continua
g) corriente alterna
h) electricidad estática
i) Corriente de paso
2. ¿De qué depende el daño o la gravedad de la corriente eléctrica en el cuerpo
humano?
3. ¿Cuál es la diferencia entre los efectos de la corriente continua y la corriente
alterna en el ser humano?
NOTA: En la prueba solo entraran los tres contratos de la guía resumen, los
demás entraran en evaluaciones posteriores.