Guia de física 4.

Guia de
física 4
2012
Guía para el trabajo de clase en ciencias físicas para el año 2012. Aquí
encontraras la tematica a tratar cada semana con sus respectivos ejemplos y
talleres de aplicación.
Capitulo 2
corriente electrica
GUIA Nº 4
 SEMANA
 TITULO:
CORRIENTE ELECTRICA
 LOGROS:
 Resuelve problemas de cargas eléctricas y fuerzas eléctricas
 Identifica las diferentes fuentes de energía electrica
 Construye algunos generadores electricos
ACTIVIDADES
Actividad de introducción.( esta parte la debes traer resuelta para la clase)
Si miras con detenimiento los electrodomésticos en tu casa, la mayoría funcionan a
110 voltios de corriente alterna, que es la que instalan en nuestros hogares. También
te han dicho que hay unos bombillos que gastan o consumen mas energía que otros,
o que arrastran mas corriente. ¿Cuál es entonces la diferencia entre todos ellos ?____
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Consulta que sale mas barato a la hora de pagar servicios, un fogón de 110 v o uno
de 220 v.
Existen en tu casa bombillos ahorradores o todos son de 100 vatios?___________
¿crees que sería mas barata la cuenta si utilizaras bombillos tipo led para tu hogar?
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Investiga o lee simplemente en los electrodomésticos de tu casa, los vatios o potencia
que necesitan para funcionar. Realiza una lista de menor a mayor potencia. Incluye: el
fogón, la ducha, la plancha, la lavadora, la nevera, el televisor, el computador, el
equipo de sonido, las bombillas.
Ahora toma la cuenta de servicios y observa a como está el kilovatio de energía en tu
casa. (depende del estrato) y anota su valor acá:_____________________
Después de terminar esta guía haremos un proyecto para tratar de ahorrar energía en
el hogar durante los próximos dos meses y compararemos los resultados con los
meses anteriores.
Materiales: alambres de cobre, limones, vinagre, laminas pequeñas de cobre y zinc
Voltímetro, imanes, recipientes plásticos o de vidrios.
Construyamos una pila o generador eléctrico:
TEORIA
CORRIENTE ELECTRICA:
Recordemos que hay materiales que no conducen la electricidad y los llamamos
aislantes , algunos son el caucho , el plástico, la madera seca, el papel, etc. Otros en
cambio como los metales conducen la electricidad. tienen sus electrones en
movimiento desordenado debido a la agitación térmica, el numero de electrones que
se desplazan hacia un lado es igual en promedio al numero que se desplaza en
sentido contrario
-
-
+
-
-
+
+
+
+
+
+
+
E
Al aplicar un campo eléctrico en el hilo conductor, este hara que los electrones libres
se muevan en este, produciendo lo que se llama corriente eléctrica. El sentido de la
corriente se es el mismo de las cargas positivas. A esta corriente se le llama
convencional, sin embargo en el alambre o hilo conductor lo que mueve realmente es
una corriente de electrones que se mueve en sentido contrario al campo eléctrico.
INTENSIDAD DE CORRIENTE
-
-
-
-
- -
Sección transversal
Llamamos intensidad de la corriente a la cantidad de carga ∆Q que pasan cada
segundo por una sección transversal de un conductor. La intensidad se representa
por I.
I = ∆Q / ∆t
la intensidad se mide en Amperios, en honor a Andres
Ampere y 1 A se define como una carga de un coulomb que pasa cada segundo por
una sección transversal de un conductor.
Como una carga de 1 coulomb es muy grande, utilizaremos con frecuencia los
miliamperios ( mA)= 10-3 A y los microamperios (µA) = 10-6 A.
La corriente eléctrica se genera de diversas formas. Una de ellas son los
generadores químicos. Estos utilizan algunas reacciones que liberan electrones de
una placa de zinc y son absorbidos por una placa de cobre. Al pasar esto se genera
una diferencia de potencial entre estos dos y por lo tanto aparece una corriente
continua.
Descubramos la corriente eléctrica
Construyamos un generador quimico
Materiales: un recipiente de vidrio o plástico, una lamina pequeña de cobre y otra de
zinc( 3x1cm)aproximadamente, dos cables conductores ( cable de alumbrado
navideño puede ser) un bombillo de 1,5 voltios y vinagre, un limón, un motor de 1,5
voltios( el motor de un carrrito pequeño, o de un ventilador de pilas, etc)
Procedimiento:
1.
Une un cable a un extremo de una lamina de zinc y el otro cable a la de cobre.
2.
la otra punta de cada cable la conectas a cada extremo del bombillo.
3.
las laminas de acero y cobre se sumergen en el recipiente al cual le hemos
agregado el vinagre.
Se genera corriente eléctrica? __________________________________________
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Prende el bombillo?__________________ como explicarías su funcionamiento
Ahora midamos la cantidad de voltaje que genera esta batería. Para eso conecta los
cables del voltímetro en los contactos del bombillo y observa la cantidad que te indica
este.
Voltaje = __________
Ahora toma el limón y comprímelo para que su jugo quede libre en el interior de este.
Conecta un pedazo de alambre de cobre en un extremo del limón y otro pedazo de
zinc en el lado contrario.
Coloca el voltímetro en los extremos y mide el voltaje que este produce.
V = _______
Como explicas este generador :___________________________________________
Que transformación de energía se presenta en estos experimentos:_______________
Ahora conecta el motor a los extremos de los cables primero en la batería de vinagre
y luego en la de limón. Que observas_______________________________________
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Cual es la transformación de energía aquí realizada__________________________
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GENERADOR MAGNETICO:
Consiste en hacer mover un iman en el interior de una bobina como se muestra en la
figura. Al mover el iman se crea una variación en la intensidad del campo magnetico
Cerca al conductor, originando un campo eléctrico, el cual
produce una corriente eléctrica. Si invertimos la polaridad
Del iman la corriente se produce en sentido contrario.
Otra forma importante de generar corriente es por el efecto
fotoeléctrico que ocurre cuando la luz incide sobre la superficie de algunos metales
como el sodio y el potasio haciendo que la superficie de estos emitan electrones. La
cantidad de corriente depende de la cantidad de luz . este efecto se usa en la mayoría
de nuestro aparatos como los televisores, el cine, las calculadoras solares, los
celulares, etc. La celda fotoeléctrica convierte la energía radiante en eléctrica.
FUERZA ELECTROMOTRIZ
Los conductores de corriente como el cobre presentan oposición al
movimiento de las cargas en ellos. Se requiere entonces de un generador
que emplee cualquier tipo de energía para mantener la corriente eléctrica
circulando a través del conductor y por lo tanto realizando un trabajo
eléctrico sobre las cargas para que estas se muevan a pesar de dicha
oposición.
Se define la f.e.m. fuerza eléctrica motriz de un generador al trabajo
realizado o energía transformada por unidad de carga en un proceso
reversible. En simbolos queda asi:
ε = trabajo/carga = W/Q
las unidades de la f.e.m. son las mismas que tenemos para la diferencia de potencial
ya que recuerda que V = w/q y por lo tanto estas unidades son los voltios.
ε = j/c = v
POTENCIA DE UN GENERADOR
La potencia se define como el trabajo realizado por un generador por
unidad de tiempo
P = W/t = j/s( joule/segundo) = vatio o watt
La potencia también se puede calcular asi:
P = W/t = q.E/t como I = q/t entonces P = I.E
Construyamos un circuito simple. Para eso
necesitamos una pila , dos alambres o cables ( de
instalación navideña), un bombillo de 1,5 v.
Realiza el montaje del dibujo
Este circuito se representa mediante un diagrama
asi
bombillo
Alambre conductor
+
pila
1. Representa en un dibujo el sentido convencional de la corriente.
2. Con el voltímetro mide la corriente en varios puntos del conductor.
Mide la corriente colocando el voltímetro en un borne de la pila y en el alambre
antes de pasar por el bombillo. Midela luego entre el mismo borne y un punto
después del bombillo. ¿es la misma o no ?, __________________________
3. Ahora toca el cable y nota si esta un poco caliente. Si ocurre esto a qyue se
deberá?_______________________________________________________
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EJEMPLOS
1.
Observa el desarrollo que sigue la solución de los problemas:
a. Si durante 8 segundos pasan a través de una sección de un conductor 3 x 1018
electrones. ¿Qué corriente circula por el conductor?
Solución:
Se sabe que la carga (qe) del electrón es:
qe=1.6xlO-'9C. La carga de 3 x 1018 electrones será:
q = 3xl0 1 8 ex.1.6xl0
-1 9 C/1e
de donde: Q = 0.48 C
o sea, la carga (AQ) que atraviesa la sección del conductor es AQ=0.48 C. La corriente
que circula por el conductor será: I = q/t = 0,48c/8s = 0,06ª
2.
Una pila posee una f.e.m. de 1.5 V. Calcular la carga que transporta desde el
punto de bajo potencial hasta el punto de alto potencial; cuando consume 30J de
energía química.
Solución:
De acuerdo a la definición de la f .e.m. de la pila
T
T
se tiene:
E = — de donde q = —
q = 30 j/1,5v = 20C
q
E
c. La energía que suministra un generador para llevar una carga de 1C del polo negativo
al polo positivo es de 8 J. Calcular la potencia del generador si se conecta a un
conductor y hace circular una corriente de 5 A.
Solución:
Como se sabe Q = 1C;
T = 8J
i = 5A
La f .e.m. del generador es: ε = T/q = 8 V/1C = 8V
su potencia es: P = e.i. = 8 V. 5 A = 40w.
EJERCICIOS:
a. Se mantiene durante 8 minutos una corriente de 2.3A en un conductor. ¿Qué cantidad de electricidad habrá circulado por el conductor?
b. Por un conductor circula una corriente de 15 A durante 1.6 h. ¿Qué carga ha
circulado?
c. ¿Qué relación existe entre ampere - hora y el coulomb?
d. Si por un punto de un alambre pasan 40 coulombs en 12 segundos, ¿cuál es la
intensidad de la corriente?
e. Calcular la intensidad en la corriente que circula por un conductor si pasa a 1.2 x
106 electrones en un microsegundo?
f. ¿Qué corriente fluye por un calentador, si consume una potencia de 103 wattios y se
conecta a una diferencia de potencial de 110 voltios?
g. La potencia consumida por una estufa es de 8 x 103 wattios; si un generador le
suministra una corriente de 66.66 Amperios, ¿a qué voltaje está conectado?
h. Un equipo de sonido de 30 wattios trabaja durante 15 minutos, ¿qué energía disipa?
i. Una lámpara de 60 wattios trabaja a 110 v. Calcular la intensidad de corriente que
fluye.
j. ¿Qué energía consume un bombillo de 60 w durante dos horas?