INSTITUTO NACIONAL Departamento de Biología ......2019/06/08  · 3 contacto con la esfera del...

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INSTITUTONACIONALDepartamentodeBiologíaCoordinación8°básico2019

GuíadeActividadesN°4CienciasNaturales–EjeFísica

“Electricidad”Nombre:.................................................................................................Curso:.......................Fecha:..............................UNIDAD:ElectricidadOBJETIVOSDE APRENDIZAJE: 1.Analizar las fuerzas eléctricas, considerando: Los tipos de electricidad. Losmétodos deelectrización(fricción,contactoeinducción).Laplanificación,conducciónyevaluacióndeexperimentosparaevidenciarlasinteraccioneseléctricas.Laevaluacióndelosriesgosenlavidacotidianaylasposiblessoluciones.2. Investigar, explicar y evaluar las tecnologías que permiten la generación de energía eléctrica, comoocurre en pilas obaterías,enpanelesfotovoltaicosyengeneradores(eólicos,hidroeléctricosonucleares,entreotros).3.Analizaruncircuitoeléctricodomiciliarioycompararexperimentalmenteloscircuitoseléctricosenserieyenparalelo,enrelaciónconla:Energíaeléctrica.Diferenciadepotencial.Intensidaddecorriente.Potenciaeléctrica.Resistenciaeléctrica.Eficienciaenergética.ENERGÍAELÉCTRICA.

ComenzaremosdefiniendoelconceptodeEnergía,elqueentendemoscomolacapacidadparaqueuncuerporealiceuntrabajoyseproduzcancambios.Paraentenderahora la electricidad como un fenómeno físico, pensemos que esos cambios estánrelacionadosconlapresenciayflujoelectrones.Recordemosunpocolascaracterísticasdeestapartículasubatómica,completandoelcuadro. La electricidad la vamos a clasificar en dos tipos: Electricidad estática yelectricidaddinámica,ambostiposlasdescribiremosmásadelante.CARGASELECTRICAS.

Esteconceptolopresentaremoscomounapropiedadfísicaquepuedeseradquiridaporuncuerpo,relacionadoalacantidaddeelectronesquepuedeposeer.

Sivolvemosarecordarlasunidadesanteriores,sonloselectronesaquellaspartículasquepuedenmovilizarsedelátomooentreátomos,portanto,sonestoslosquenospermitiráncategorizarlascargasdeuncuerpo,algoparecidoalotrabajadoconelconceptodelosiones.1.-CompletalasoracionesusandolostérminosExcesoyDeficiencia.a.-Uncuerpoquedacargadonegativamentecuandotiene______________________deelectrones.b.-Uncuerpoquedacargadopositivamentecuandotiene______________________deelectrones. Ahorabien,cuandounobjetoocuerpoquedacargado,yaseapositivaonegativamente,estepuede interactuarconotrosobjetos,cadaunomanifestandofuerzaelectroestática.Estainteracciónentrecargaspuedeserdedostipos,derepulsiónodeatracción.

2.-Identificalainteracciónentrecargas.

3.- Analiza el siguiente caso: Tenemos 4 objetos. A seatraeconB,peroesteúltimorepeleaC.D tienecargapositivayasuvezseatraeconC.a.-¿CuáleslacargadeA,B,CyD?A B C D

b.- ¿Qué interacción tendrían A y C?_________________c.-¿QuétipodecargaatraeB?_____________________d.- ¿Qué tipo de carga repele D?____________________

4.-Utilizandotu librodeCienciasen lapágina292,encontraras formasdesintetizaroresumir informacióndemaneragráfica, lascuales tepermitiránestudiar.Repasaelorganizadorgráfico llamado“DiagramadeVenn”,yconstruyeuno

Electrón

Símbolo

Ubicación

Carga

Obj.1 Interacción Obj.2

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utilizando los conceptos de carga eléctrica y sus interacciones. En la siguiente página dispones del espacio paraconstruirlo.

REPULSIÓNATRACCIÓN

ELECTRICIDADESTÁTICAYELECTRIZACIÓN. Cuando lascargaseléctricassequedanenuncuerpoynofluyen,hablamosdeelectricidadestática,esdecir, lascargassequedanenreposoyseacumulanlascargasenunobjeto. Para que un objeto quede cargado es necesario que pase por el proceso de electrización, es decir, quedar conexcesodeelectronesodeficiencia.Veamos3tiposdeelectrización.

Métododeelectrización

Características Representación

Frotaciónofricción

Doscuerposneutrosquealfrotarsesetraspasanelectrones.Quedandounoconcarganegativay

otroconcargapositiva.

ContactoUnobjetoconcarganeutraentraencontactocon

unoqueyatieneunacarga.Comoresultado,ambosquedanequilibradosyconcarga.

Inducción

Uncuerponeutro,selerealizaunapolarizacióndecargasalacercarunobjetoconcarga.Cuandoelobjetoestocadoporunconductorquetienecontactoconlatierra,loselectronesfluyenatravésdeél.Quedandoelcuerpoconcarga.

5.- Conun compañero, usandouna regla de plástico, pásala por encimade un chaleco y luego acércala al pelo de tucompañero.a.-¿Quéobservan?_____________________________________________________________________________________b.-¿Cómoexplicaríanelfenómenoobservado?¿Quétiposdeelectrizaciónreconocen?

6.-Analizaelsiguientecaso.Unelectroscopioesuninstrumentoquedetectacargaselectrostáticas.Consisteenunaesferametálicaunidaatravésdeunconductoradosláminasdecobre,lasqueseencuentranenunabotelladevidrioparaprotegerlas.Ungrupodeestudiantes frotó una varilla de vidrio con un paño de seda y la puso en

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contacto con la esfera del electroscopio. En la imagen, se representan los resultados obtenidos a partir delprocedimiento.Lasláminasdecobreserepelen.Apartirdelcasoanterior,utilizandotulibrodeCienciasenlapágina294y295,encontrarasotraformadesintetizaroresumirinformacióndemaneragráfica.Utilizala“VdeGowin”,yconstruyeunaanalizandolasituaciónplanteada.B.-¿Quétengoquesaber?C.-¿Quévoyahacerycómo?D.-¿Quéobtuve?

A.-¿Quéquieroconocer?ELECTRICIDADDINÁMICA. Eneste tipodeelectricidadexistemovimientode la cargaeléctricaenuncuerpo.Poresto, tambiénes llamadacorrienteeléctrica.Estacorrientecorrespondealmovimientodeelectronesporunconductoreléctrico,estepuedeserporejemplo,unalambre,elcualtienecomocaracterística,quepermitelalibrecirculacióndeloselectrones,comoocurrenconmaterialesmetálicos, los cuales sonbuenos conductoresdeelectricidad,debidoaque los átomosque los formanestánenlazadosdeslocalizadamente,mediantenubeselectrónicas.Lacorrienteeléctricaestádadapordiferenciadecargas,estosignifica,queloselectronessemuevendesdedondehaymáscargasnegativashaciadondehaymenos.7.-Esquematizael flujodeelectronesenunconductor.Seleccionaunposibleelementoquepuedaserunconductoryjustificatuelección.

VARIABLESDELCIRCUITO,LEYDEOHMYLEYDEJOULE. Vamos a revisar algunas variables involucradas en el flujo de electrones o corriente eléctrica y también comopodemoscalcularlas.Notaqueunacosaeselsímbolodelavariableyporotrolado,launidaddemedida.

Variable Símbolo Unidaddemedida Definición Calculo

Voltaje V V(volt)

Cantidaddeenergíaquedebeentregarlafuentedepoderparagenerarelmovimientode1unidad

decarga.

V=IxR;V=!!

Intensidad I A(ampere)Cantidaddecargaqueatraviesaunaseccióntransversaldeunconductor

enuntiempodeterminado.I=!!;I=!

!

Resistencia R Ω(Ohm)Oposiciónodificultadparael

movimientodelacorrienteeléctrica. R=!!

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Potencia P w(Watt)Cantidaddeenergíaeléctricaquesetransformaporunelementoenun

tiempodeterminado.P=IxV

Energíaeléctrica E kWh(kilowattporhora)Formadeenergíadadaporladiferenciadepotencial,loquegeneraelflujodeelectrones.

E=Pxt

Algunas consideraciones respecto a la Resistencia. Existen materiales que poseen una gran resistencia, y sedenominanaislantes,yaquecasinoconducenlaelectricidad.Porotraparte,losmaterialesquetienenbajaresistencia,sellamanconductores.También la resistenciaestádadaporel grosordel conductor,dondeuncablegruesootorgamenosresistenciaqueunodelgadoylalongitud,dondeuncablelargodamásresistenciaqueunocorto.Contodo,cadamaterialposeeasuvezunadificultadparaelflujodeelectrones,estosedenominaResistividad;mientrasmenosresistividadtenga,mejorconductoreselmaterial.LeydeOhm.Relaciónentreladiferenciadepotencial(V),intensidaddecorriente(I)yresistencia(R),quepermiteformarlasiguienteexpresiónmatemática:

𝑹 =𝑽𝑰 𝑰 =

𝑽𝑹 𝑽 = 𝑹 𝒙 𝑰

8.-Calcule.Noolvideusarlossímbolosparalavariableysuunidadrespectivaa.-Intensidad.Unconductoreléctricoesatravesadopor1,2Cen3s¿Cuálessuintensidaddecorriente?(Recordar que según la tabla I=Q/T, dondeQes cantidad carga y semideenC (Coulomb) y t es tiempo y semideen s(segundos),yaldividirlasunidadesCcons,elresultanteesA(ampere)unidaddeIntensidaddecorriente)

b.-Simedimoslaintensidadanterior,yconocemosqueunafuentedepoderentrega1,5V,¿Cuálseríalaresistencia?

c.-Enuncircuitotenemosunaresistenciade9Ωyunvoltajede4V,¿cuálsería la intensidaddecorriente?y¿cuántacantidaddecargasetransportaen2s?

d.-Enuncircuitohayunaintensidaddecorrientede10Ayunaresistenciade5Ω,¿cuálseríaelvoltaje?

e.- Usando el voltaje anterior, si cambiamos de material, y este tiene un resistencia de 6 Ω, ¿cuál sería la nuevaintensidaddecorriente?

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9.-Análisisdedatos.Lasiguientetabla incluyealgunosaparatoscomunesdeusoenunacasa,supotenciayeltiempopromediodeusodiario.Respondalaspreguntas.

Aparato Potencia(W) Tiempodeusodiario(h)

Consumoenergético(kWh)

Costodelconsumo($)

1lavadora 2000 0,2

1refrigerador 250 10

1televisor 250 4

1computador 200 2

1microondas 800 0,1 Segúnlatabladedatos,determine:a.-Elconsumodeenergíaeléctricapromediopordía,expresadaenkWh.RecuerdahacerlaconversióndeWakW.b.-ElvalordelconsumodiariodecadaaparatosielcostodelkWhesde$80.c.-Elahorromensualalutilizarampolletaseficientes,enlugardeampolletasincandescentesde60Wcadauna.

Leyde Joule.El flujo de electrones por un conductor enundeterminado tiempo genera que los átomosque formanelmaterialaumentensuenergíacinética,yportanto,aumentalatemperaturadeeste.CIRCUITOSELECTRICOS.

Corresponde a un conjunto de dispositivos por donde puede circular corriente eléctrica. Veremos dos tipos decircuito:enserieyparalelo.Enelprimercaso,loscircuitosenserie,correspondenasecuenciaslinealesderesistencias,essolouncaminoelquesiguelacorriente.Enestetipodecircuitoshaymayorresistenciaalpasodecorriente.Paracalcularlaresistenciatotaloequivalentesumamoselvalordecadauna:

𝑹𝒆𝒒 = 𝑹𝟏 + 𝑹𝟐 + … 𝑹𝒏

Enelsegundocaso,enloscircuitosenparalelo,lacorrienteeléctricatienemásdeuncaminoaseguir,ysisellegaadesconectarunconductor,lacorrientesiguefluyendoporlasotrasvíasparalelas.Paracalcularlaresistenciaequivalenteharemoslosiguiente:

𝑹𝒆𝒒 = 𝟏

𝟏𝑹𝟏

+ 𝟏𝑹𝟐+ 𝟏𝑹𝒏

EnloscircuitoslaResistenciayamencionadaanteriormentepuedeserpresentadaasí: En el caso de la intensidad de corriente en los circuitos paralelos haremos lo siguiente, cada una se calculaindependientementeusandolaLeydeOhm.

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𝑰𝟏 = 𝑽𝑹𝟏

𝑰𝟐 = 𝑽𝑹𝟐

𝑰𝒏 = 𝑽𝑹𝒏

LuegoparacalcularlaIntensidaddecorrientetotal,súmannos:

𝑰𝟏 + 𝑰𝟐10.-A partir de los siguientes circuitosA y B, responde las preguntas planteadas a continuación. Para los cálculos noolvidarusarsímbolosyunidadesdemedida.

a.-¿Quérepresentancadaunodelossiguientessímboloseléctricos?

Símbolo Nombre

b.- ¿Qué tipo de circuito es A? ________________________ c.- ¿Qué tipo de circuito es B?________________________d.-Sicadaampolletatieneunaresistenciade300Ω,¿cuáleslaresistenciaequivalenteencadacircuito?CircuitoA.

CircuitoB.

e.-Siamboscircuitos recibenunvoltajede150V,¿cuáles lacorrienteeléctricaencadaunosicumplencon la leydeOhm?

IMANESYELECTROMAGNETISMO.

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Elmagnetismocorrespondeaunfenómenonaturalqueserelacionaalageneracióndeunafuerzaadistancia,yaseadeatracciónorepulsión.Haydeterminadostiposdematerialesquesoncapacesdegenerarestasfuerzas,comoelFeoel Ni. Esta propiedad está dada por las características de los electrones, los cuales giran (número cuántico de spin) ygenerancamposmagnéticosasualrededorylageneracióndepolos. Elmagnetismoy laelectricidadestánestrechamente relacionados,enciencias físicas,estoseagrupaenlaramadelelectromagnetismo.Encontrarás más información observando el video en YouTube: ¿Cómo funcionan los imanes? -CuriosaMente45oescaneandoelcódigoQR.