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PRIMERO EN LA ESCUELA

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Ciencias Naturales

Ciencias Naturales

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Ciencias Naturales

Ciencias Naturales

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Ciencias Naturales260

Cada vez que encendemos la luz o la computadora, usamos el aire acondicionado, tostamos pan, planchamos o ponemos en marcha un automóvil, la electricidad dice “presente”.La electricidad se pone en juego en muchas de las actividades que llevamos a cabo en nuestra vida cotidiana. Con el avance de la tecnología, los cientí� cos y los ingenieros han desarrollado diversas maneras de crearla y de aprovecharla al máximo para mejorar la calidad de vida de las personas.

LA ELECTRICIDAD

CONTENIDOS: • LA CARACTERÍSTICA ELÉCTRICA DE LA MATERIA.• LA CORRIENTE ELÉCTRICA. • CIRCUITOS ELÉCTRICOS. • CONEXIÓN EN SERIE Y EN PARALELO.• MATERIALES CONDUCTORES Y AISLANTES DE LA ELECTRICIDAD. • ELECTRICIDAD Y SEGURIDAD.• GENERACIÓN DE ELECTRICIDAD.

7BLOQUE: EL MUNDO FÍSICO

¿QUÉ SABEMOS HASTA AHORA?

1. Mencionen cinco situaciones cotidianas, distintas de las que se muestran en la imagen, en las que hagan uso de la electricidad.

2. ¿Hay alguna relación entre el rayo y los cables de la torre? ¿Cuál?

3. Investiguen qué aparatos o dispositivos generan electricidad.

4. ¿Qué cuidados deben tener cuando utilizan la electri-cidad?

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Capítulo 7 • La electricidad 261Capítulo 7 • La electricidad 261

CIENCIAS NATURALES

Los átomos presentan cargas positivas y negativas en igual cantidad.

núcleo

nube de electrones

¿Por qué el electricista usa

esos zapatos?

LAS CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS DE LA MATERIA

Cuando se frota un globo inflado contra un trozo de lana, aparece una fuerza que hace que el globo y la lana se atraigan. Estas fuerzas de naturaleza eléctrica, que hacen que estos cuer-pos se atraigan, reciben el nombre de electricidad estática.

¿Por qué ocurre este fenómeno? Todos los materiales están constituidos por pequeñas partículas llamadas átomos. Estos son tan pequeños que no se pueden ver ni con microscopios, pero los científicos coinciden en que los átomos tienen una zona central,

el núcleo, con carga eléctrica positiva y una zona externa denominada nube de electrones, con carga eléctrica negativa. La cantidad total de cargas positivas y negativas es la misma, por eso los áto-mos son neutros eléctricamente.

Cuando se frota el globo, la lana “arranca” electrones de la superficie del globo, que queda con carga positi-

va. La lana queda con carga negativa. Al quedar con cargas de signo contrario, se atraen. Lo mismo ocurre al frotar un peine, este queda cargado eléctricamente. Al acercarlo a unos papeli-tos, produce un reacomodamiento de sus cargas, y los papelitos también quedan cargados eléctricamente, con cargas opuestas a las del peine. Este fenómeno, por el cual un objeto genera car-gas en el otro, se denomina inducción.

Luego de ser frotado, el peine queda cargado eléctricamente. Al acercarlo a pedacitos de papel, se produce un fenómeno de inducción.

peine

tela

núcleos

electrones papelitosinducción en los papelitos

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Ciencias Naturales262

En los metales, como el cobre, los núcleos positivos se encuentran formando una red, y los electrones se desplazan entre ellos. Esto facilita la corriente eléctrica.

Los cables por los que pasa corriente eléctrica tienen metal en su interior.

LA CORRIENTE ELÉCTRICA Algunos electrodomésticos, como un televisor o una licua-

dora, no funcionan si no se los enchufa. Otros, como los teléfo-nos celulares, o algunas computadoras, precisan una batería. También algunos dispositivos, como las radios, necesitan pilas para funcionar correctamente. ¿Cómo se explica esto?

Los metales, como el hierro, el cobre, el oro o el aluminio, contienen partículas de carga eléctrica negativa denomina-das electrones, que se encuentran sueltos dentro de la estruc-tura del metal. Si a una zona de un metal se le acercan cargas negativas provenientes de otro dispositivo (el enchufe, una pila o una batería), los electrones del metal son repelidos o rechazados y cambian de lugar. Al moverse, rechazan y em-pujan eléctricamente a otros electrones vecinos, lo que gene-ra una circulación de electrones que se denomina corriente eléctrica.

Materiales conductoresSi entre una pila y una lamparita se interpone un cable que

contiene hilos de cobre, al ponerlos en contacto con la lampari-ta, esta se enciende. Esto ocurre porque los electrones que salen de la pila circulan a lo largo del cobre. Se dice que el cobre es un material conductor de la electricidad.

Si en el circuito anterior se sustituye un tramo de cable por una mina delgada de grafito, la lamparita se enciende, pero brilla menos que antes, porque circula menos corriente eléctrica en todo el circuito. El grafito, si bien es un material conductor, lo hace con menos in-tensidad que el cobre, ya que dificulta el movimiento de los electrones, que forman la corriente eléctrica.

El agua de la canilla, el agua mineral y el agua de mar también son conductores, debido a que contienen sales disueltas que permiten la circulación de electrones. Esto no ocurre con el agua pura o agua destilada, ya que no tiene sales disueltas, es decir, es solo agua.

núcleos

electrones

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Capítulo 7 • La electricidad 263

Materiales aislantesAlgunos materiales, como el papel, la madera, la goma o el cor-

cho, dificultan el flujo de electrones e impiden que la electricidad circule. Se los llama materiales aislantes de la electricidad.

Los aislantes permiten evitar accidentes que pueden llegar a ser mortales si una persona recibe una descarga eléctrica. El cuerpo humano contiene en gran parte agua con sales, y por eso funciona como un conductor: si tocamos un material cargado eléctricamen-te, las cargas pueden pasar a nuestro cuerpo. Por eso los cables de luz se recubren de plástico, que es un material aislante.

Los aislantes también se utilizan para fabricar las carcasas o su-perficies de los electrodomésticos. ¿Cuál es la razón? Si la carcasa de una heladera fuera de metal, y un cable de su interior estuviese pe-lado y la tocase, las cargas del cable pasarían a través de ella al sue-lo. Si una persona descalza tocase la heladera, su cuerpo —lleno de agua y sales— actuaría como un conductor eléctrico y podría su-frir graves daños. Por este motivo, muchos aparatos eléctricos que no tienen una carcasa de plástico deben estar conectados al suelo por medio de un cable conductor que se llama cable a tierra, que permite que las cargas que llegan al aparato se desplacen al suelo.

Los electricistas utilizan zapatos de goma o de cuero como medi-da de seguridad cuando trabajan. Cuando se trabaja con materia-les que conducen electricidad, otra medida de seguridad es pararse sobre una base de madera, que también es un aislante eléctrico.

1. Investiguen por qué los enchufes actuales tienen tres patas y no dos, como tenían hace unos años.

2. ¿En qué se diferencia un material conductor de uno aislante? Den dos ejemplos de cada uno.

3. Investiguen acerca de los materiales de los que están hechos los objetos de la siguiente tabla. Complétenla según sean conductores o aislantes de la electricidad.

Material ¿Conduce la electricidad?

Clavo

Trozo de azufre

Goma de borrar

Anillo de acero

Clip de o� cina

Mina de lápiz

Los materiales que impiden el paso de la corriente son utilizados como aislantes.

corchoplástico

porcelana

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Ciencias Naturales264

LOS CIRCUITOS ELÉCTRICOSSi están en una ciudad y miran hacia el cielo, podrán ver

cables gruesos que atraviesan las calles y avenidas. Estos ca-bles son los que llevan electricidad desde las centrales eléctri-cas, donde se produce la electricidad, hasta los domicilios, las fábricas, las empresas y otros edificios. A través de ellos, viajan millones de electrones, cuyo flujo permite que funcionen los electrodomésticos, las máquinas, etcétera.

Todos los dispositivos que aprovechan la electricidad con-tienen circuitos eléctricos. En ellos se puede controlar el mo-vimiento de las cargas y, donde se necesite, es posible extraer una parte de su energía y transformarla en luz, calor, energía de movimiento u otras formas de energía.

Un circuito eléctrico es un camino que, cuando está cerrado, permite que los electrones circulen sin dificultad. Está consti-tuido por una fuente, un conductor y una resistencia. La fuen-te es un dispositivo que produce electricidad, por ejemplo, una batería. El conductor es, en general, un cable que contiene en su interior hilos de metal. La resistencia eléctrica puede ser una lámpara, un motor, un calentador o un parlante, entre otros.

La fuente, el conductor y la resistencia son los componentes de todo circuito eléctrico.

fuente

resistencia

conductor

Cuando un circuito está abierto, deja de funcionar. Los in-terruptores son llaves que pueden abrir o cerrar un circuito. Se los usa para permitir o impedir el paso de la energía eléctrica a través de los cables. Cuando la electricidad llega a la resisten-cia, en estos aparatos es transformada en otras formas de ener-gía: en calor en las estufas, en luz en las lamparitas o en energía mecánica en los motores.

La electricidad se transforma en energía mecánica en el motor de un ventilador, en calor en una estufa eléctrica y en luz en un velador.

Los interruptores son llaves que permiten o impiden el paso de corriente. En este caso, un clip metálico sirve de interruptor de un circuito pequeño.

interruptor cerrado

interruptor abierto

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Capítulo 7 • La electricidad 265

Conexión en serie y en paraleloSegún cómo se conecten, los circuitos eléctricos se pueden cla-

sificar en circuitos en serie o en circuitos en paralelo.En los circuitos en serie, la corriente circula por un único ca-

mino posible. Es decir, que la corriente es la misma a lo largo de todo el circuito. Así, por ejemplo, las luces navideñas presentan una conexión en serie. En ellas se observa que la electricidad que sale de la fuente generadora llega a la primera lamparita y de allí pasa por las otras. El inconveniente que presentan este tipo de conexiones es que si una de las lamparitas se quema o se quita, la electricidad no llega a las otras, porque el circuito se interrumpe. Por lo tanto, toda la guía de luces queda apagada.

En circuitos en paralelo, la corriente tiene dos o más caminos posibles, ya que cada resistencia suele estar conectada directamen-te a la fuente de energía. La ventaja de este tipo de circuitos es que si se quema una lamparita, las demás siguen encendidas, porque la electricidad les llega directamente. Esto se debe a que, como mues-tra la imagen, cuando la corriente llega al punto 1, puede seguir dos caminos diferentes hasta llegar al punto 2. Si se anula uno de los caminos, la corriente puede seguir por el otro, y cada lamparita puede encenderse o apagarse de manera independiente.

La instalación eléctrica de los domicilios es un ejemplo de co-nexión en paralelo. Si se quema la lamparita de una habitación, las del resto de la casa siguen encendidas con la misma intensidad y brillo. Además, si la conexión dentro de nuestras casas fuese en serie, el brillo de las lamparitas no sería el mismo, ya que irían dis-minuyendo en intensidad a medida que la corriente circula.

Las instalaciones eléctricas en los hogares son conexiones en paralelo.

fuente

lamparita 1

lamparita 2

1. En la instalación eléctrica de una casa, la intensidad del brillo de las lamparitas va disminuyendo a medida que pasamos de un cuarto a otro. ¿Qué tipo de conexión habrá hecho el electricista? ¿Por qué?

2. Comparen una conexión en serie y una en paralelo. Ten-

gan en cuenta sus ventajas y desventajas.

3. Investiguen cómo funciona una estufa eléctrica y qué tipo de conexión tiene el circuito.

Las luces navideñas, al igual que una linterna, son ejemplos de conexiones en serie.

fuente

lamparita 1 lamparita 2

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Ciencias Naturales266

LA PRODUCCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICALa energía eléctrica se ha convertido en un recurso imprescin-

dible para nuestra vida cotidiana, y en la actualidad existen diver-sas formas de producirla. La electricidad se fabrica en centrales térmicas, centrales hidroeléctricas, eólicas y nucleares, entre otras.

Las centrales térmicasEn las centrales térmicas, se produce electricidad a partir de

quemar un combustible fósil o que provenga de este, como el fuel oil o el carbón. En estas centrales se aprovecha la energía química contenida en los combustibles. El proceso se inicia cuando se intro-duce el combustible dentro de una caldera rodeada de tubos por los que circula agua a temperatura ambiente. Cuando el combustible se empieza a quemar, el calor que libera calienta el agua que rodea la caldera y finalmente, se transforma en vapor. Este vapor tiene tanta fuerza que hace girar las paletas de una turbina que está co-nectada a un generador, que transforma la energía contenida en la turbina en energía eléctrica. El problema de estas centrales es la liberación de gases al ambiente y el uso de recursos naturales que se están acabando.

Las centrales hidroeléctricasEn las centrales hidroeléctricas, se aprovecha la energía hi-

dráulica (energía generada por el movimiento del agua) y la fuer-za asociada a la altura en que se encuentra el agua. Estas centrales se sitúan sobre el lecho de ríos caudalosos. Primero, se construye una represa que cambia el nivel del terreno y permite que el agua esté a distinta altura a un lado y al otro del edificio donde se ins-tala la central. El agua que está a mayor altura es contenida por compuertas que, cuando se abren, dejan que el agua pase hacia el otro lado y mueva grandes paletas que están conectadas a un ge-nerador. El generador produce energía eléctrica. La construcción de las centrales hidroeléctricas generan grandes modificaciones en el paisaje y afectan seriamente a los ecosistemas naturales; sin embargo, no liberan sustancias contaminantes en el ambiente.

La central hidroeléctrica de Salto Grande (provincia de Entre Ríos) se encuentra sobre el río Uruguay, en la frontera entre la Argentina y Uruguay.

En la Argentina, la central térmica Martín Miguel de Güemes (provincia de Salta) utiliza carbón como combustible.

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Capítulo 7 • La electricidad 267

1. Consulten sitios de Internet, y respondan. a. ¿Dónde están ubicadas las centrales de Embalse Río

Tercero y Yaciretá Apipé?

b. ¿De qué manera producen energía eléctrica?

c. ¿En nuestro país hay centrales eólicas? ¿En qué zonas

creen que se las podría instalar?

d. ¿Cómo funciona una central solar?

2. Armen grupos de 4 chicos y discutan acerca del tipo de central eléctrica más conveniente que genere energía para una población. Consideren los riesgos para el ambiente, el costo de producción y la canti-dad de electricidad que producen.

• Elaboren a� ches publicitando la central elegida.

Energía de los seres vivosEn muchos países se están de-

sarrollando técnicas para apro-vechar la energía de plantas y desechos de otros seres vivos en la fabricación de combustibles. Por ejemplo, en unos aparatos denominados biodisgestores, se colocan restos orgánicos que, por la acción de unos microor-ganismos, se descomponen. Así se obtiene el biogás, que es utilizado para la iluminación de casas, entre otros usos.

Energía de los seres vivos

En la Argentina, las centrales nucleares Atucha I y II se encuentran en la provincia de Buenos Aires.

El parque eólico Arenal se encuentra en las cercanías de la ciudad de Comodoro Rivadavia, provincia del Chubut.

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ons.wikim

edia.org/wiki/File:IM

PSA_Wind_0604b.jpg

Autor: Awelti. Este archivo se encuentra bajo la licencia Creative Com

mons Atribución

3.0, no adaptada.

Las centrales nuclearesEn las centrales nucleares, se utiliza como combustible materia-

les como el uranio o el plutonio, ubicados dentro de un reactor. Al romperse, los átomos de plutonio y de uranio liberan gran cantidad de energía llamada energía nuclear, que se utiliza para calentar agua y así obtener vapor. Como sucede en las centrales térmicas, el

vapor mueve las paletas de una turbina que está conectada a un generador de electricidad.

En una central nuclear, se produce más cantidad de ener-gía eléctrica que en los otros tipos de centrales, pero los ries-gos de accidentes nucleares por la fuga de material radioactivo son muy serios y peligrosos para la vida de los seres vivos.

Las centrales eólicasLas centrales eólicas aprovechan la energía eólica o del

viento para mover las paletas de una turbina de viento, que se colocan lejos del paso de las aves para evitar que queden atra-padas en su interior. La turbina está conectada a un generador que produce electricidad.

Estas centrales se deben construir en zonas donde los vien-tos sean constantes y fuertes. No son contaminantes del am-biente y no utilizan combustibles.

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TA L L E R D E

CIENCIAS

Ciencias Naturales268

TA L L E R D E

CIENCIAS

¿LAS LUCES NAVIDEÑAS DEBEN CONECTARSE EN SERIE O EN PARALELO?

Las conexiones en los circuitos eléctricos pueden ser en serie o en para-lelo. Ambos circuitos tienen ventajas y desventajas. Pero ¿qué pasará con la intensidad de la luz en cada una de estas conexiones? ¿Y si se quema una lamparita?

HIPÓTESIS _____________________________________________________________________

_________________________________________________________________________

MATERIALES 2 m de cable de cobre • Dos lamparitas de linterna • Dos portalamparitas • Dos interruptores • Un portapilas • Dos pilas de 1,5 volts • Una pinza • Un corta-cable • Cinta adhesiva o aisladora.

PROCEDIMIENTO

1. Armen un circuito en serie como muestra la � gura. Para ello, del portapilas debe salir un cable que se una al interruptor. Otro ca-ble debe conectarse al otro extremo libre del portapilas para cerrar el circuito, como se ve en la fi gura 1.

� gura 1

interruptores

lamparitas

conductor

pilas

2. Conecten las lamparitas. Tengan en cuenta que el último cable libre debe unirse a la ba-tería para así cerrar el circuito.

3. Observen la intensidad de la luz, y anoten sus observaciones.

4. Desconecten una de las lamparitas y obser-ven lo que ocurre. Anoten sus observaciones.

5. Desarmen el circuito y vuelvan a conectar las lamparitas, pero ahora en paralelo. Para ello observen la � gura 2.

� gura 2

interruptores

lamparitas

pilas

6. Observen la intensidad de la luz. Anoten sus observaciones.

7. Quiten una lamparita. Anoten lo que ocurre.

1. ¿Se comprobó su hipótesis? ¿Por qué?2. Investiguen qué otros dispositivos eléctri-

cos presentan circuitos en serie y cuáles en paralelo.

3. Si a la batería inicial se le agregase otra, ¿qué pasaría con el brillo de las lamparitas? Com-

pruébenlo.

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ACTIVIDADES DE INTEGRACIÓN

Capítulo 7 • La electricidad 269

ACTIVIDADES DE INTEGRACIÓN

¿Qué sé ahora que antes no sabía?Vuelvan a leer las respuestas a las actividades de la

página del comienzo del capítulo. Ahora que leyeron más información sobre la electricidad, ¿cambiarían al-gunas de las respuestas que dieron al principio? ¿Qué conceptos aprendieron que antes no sabían? ¿Apren-dieron algún procedimiento nuevo? ¿Cuál? ¿Qué reco-mendaciones le darían a una amiga o a un amigo res-pecto del manejo seguro de artefactos eléctricos?

1. Completen las siguientes oraciones con los

términos que correspondan.

a. Un circuito eléctrico es ________________

que cuando está ________________ permite

que los ________________ circulen sin di� cultad.

b. Las centrales nucleares utilizan materiales

________________ como fuente de energía.

Estos se colocan dentro de un dispositivo lla-

mado ________________ . En estas centrales,

la energía de los átomos se transforma en

________________ .

c. La corriente eléctrica es ________________ que

se desplaza a lo largo de un ________________.

3. Unan con fl echas los conceptos de la co-

lumna de la izquierda con los que aparecen en

la columna de la derecha.

ELEMENTO DEFINICIÓN

Corcho Se lo usa en las instalaciones en el hogar.

Circuito en serie Material aislante.

Central térmica Material conductor.

ResistenciaAprovecha la energía proveniente de la quema de combustibles fósiles.

Cobre Se lo usa en las luces navideñas.

Circuito en paralelo Parte de un circuito básico.

ElectronesPartículas neutras que constituyen la materia.

«tomos Partícula con carga eléctrica negativa.

2. Indiquen si las oraciones son correctas (C)

o incorrectas (I). Corrijan las incorrectas.

a. En los circuitos en serie, la electricidad cir-

cula por varios caminos alternativos.

b. Los átomos tienen partículas positivas y

negativas en igual cantidad.

c. Una central eólica aprovecha

la fuerza contenida en el agua

para fabricar electricidad.

d. El agua destilada es un material aislante de

la electricidad.

4. En la fi gura A, se pueden observar diferen-

tes materiales de uso cotidiano. En la fi gura B,

se observa un circuito casero formado por una

pila y una lamparita. Indiquen para cada imagen

de la fi gura A si, al interponerlas en el circuito, la

lamparita se encenderá.

B

A

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