Ser-vtcio Nactonal de Aprendizaje SENA Subdirección General de O_peraciones División Programadón Didáctica Bogotá - Colombia Agosto de 1977

Elaborado por:

Unidad Autoformativa No. 2

GERARDO .MANTILLA Q.

HELMAN GONZALEZ D.

nProhibid.a la publicación total o parcial de este do umento sin la autori­zación expresa de1 SENA".

l. OBJETIVOS

II. AUTOPRUEBA DE AVANCE

III. INT ROOUCCION

IV. VOCABULARIO

V. DESARROLLO

VI. RECAPITULACION

VII. AUTOPRUEBA FINAL

VIIIº BIBLIOGRAFIA

I. OBJETIVOS

A. OBJETIVO TERMINAL:

Al terminar el estudio de la presente Unidad, el estudiante estará en capacidad de dar respuesta a doce preguntas que se refieren a la carga eléctrica en los átomos. Además será capaz de resolver al menos cuatro problemas que se refieren a múltiplos y submúltiplos del voltio.

B. OBJ

ETIVOS INTERMEDIOS:

A medida que usted avance en el estudio de la presente Unidad, será capaz de:

l. Indicar el tipo de carga eléctrica de cada una de laspartículas del átomo.

2. Dados dos átomos indicar cuál es unión positivo ycuál es un ión negativo.

3. Definir cuándo un cuerpo ti€ne carga positiva.

4. Definir cuándo un cuerpo tiene carga negativa.

5. De señalar sobre un modelo atómico cuáles son loselectrones libres y cuáles son los electrones fijos.

6. Definir qué es electricidad estática.

7. Decir con sus palabras qué es un cuerpo neutro.

8. Explicar mediante un dibujo cuándo dos cargas seatraen y cuándo dos cargas se repelen.

9. Escribir la expresión general de la Ley de Coulomb.

1 O. Dibujar un átomo en potencial neutro.• un átomo conpotencial positivo y un átomo con potencial negativo.

11. Definir qué es diferencia de potencial.

2

12. De indicar cuáles son la; múltiplos y submú.ltiplos delvoltio.

13. De efectuar conversiones entre los múltiplos y submúl­tiplos del voltio.

PRE-REQUISI'J;'OS:

Para el estudio de esta Unidad, el estudiante debe tener dominio sobre los temas de ciencias de priniaria, como también saber lo que se refiere a la regla de tres simple.

II.

- '

3

AUTOPRUEBA DE AVANCE

Si usted domina todos los temas que son motivo de estudio de esta Urúdad, le sugerimos que lea las siguientes preguntas y de res­puesta a cada una de ellas.

Ha estudiado usted los temas referentes a las cargas eléctricas y el potencial eléctrico?

SI NO

Si usted ha respondido negativamente lo invitamos a que estudie la presente Unidad.

Si usted ha respondido afirmativamente. le sugerimos que res­ponda las siguientes preguntas.

4

ATJTOPRUEB.A

Protón

2, Dibuje unión positivo.

3. Dibuje un ión. negativo.

4. Explique con sus palabras cuándo un cuerpo está con carga positi­va y cuándo está con carga negativa.

•

t 1 '

5

5. Dibuje un modelo atómico y señale cuáles son los electrones libresy cuáles son los fijos.

6. Escriba que se entiende por Electrostática.

7. En el siguiente dibujo indique hacia dónde se mueven las cargas.

0©

00

e e

8. Escriba la f6rmula general que expresa la Ley de Coulomb.

6

9. Dibuje un átomo que indique los estados de potencial neutro, posi­tivo y negativo.

10. DÍbuje dos átomos entre .. los cuales exista una dife;e��ia de poten­cial.

......... ___ .. ·

11. Explique lo que usted sabe sobre cómo se puede modificar el estado

eléctrico de un cuerpo.

12.

7

Convertir:

a. l0V a KV

b. 500KV V

c. 0,45MV KV

d. 55,89V mv

e. l. 000. OOOmv KV

f. 0,00lMV mv --

g. '7j0.080uv V

h. 0,l0rnv uv

COMPARE SUS RESPUESTAS CON LAS QUE APARECEN EN LA r PAGINA NUMERO 28 DE ESTA UNID ... �D. SI TODAS SUS RES­

PUESTAS SON CORRECTAS ,:, LE SUGERIMOS Efi5TUDIAR LA

UNIDAD SIGUIENTE. SI POR EL CONTRARIO TUVO i\LGUN

ERROR, LE SUGERIMOS ESTUDIAR Li\ PRESENTE UNIDAD.

III. INTRODUCCION

8

Mediante el estudio de esta Unidad, tendrá el estudiante la opor­tunidad de conocer aquellos fenómenos eléctricos

., mediante los

cuales es posible la existencia de aquella extraordinaria fuerza, que es capaz de dar movimiento a las grandes industrias de nues­tro tiempo.

IV. VOCABULARIO

Constitución: Conformación.

Partícula: Parte infinitamente pequei'ia.

Subatómica: Parte del átomo.

Compleja: Difícil, 4.u.e tiene muchos detalles.

Esquemática: nepresentación sencilla, sirjple.

Repelen: Que Be r-1;chazan.

9

Vº DESARROLLO

10

Para lograr el objetivo que nos hemos propuesto alcanzar, formu­laremos inicialmente las siguientes preguntas:

Qué es electricidad?

Qué es potencial ?

Qué es diferencia de potencial?

Para dar respuesta a estas preguntas. es necesario profundizar un poco más en lo referente a la constitución del átomo.

Todo átomo está compuesto por una agrupación más o menos compleja de partículas subatómicas � de las cuales como hemos dicho anteriormente, solo consideraremos tres: El Electrón, el Protón y el Neutrón.

ELECTRON

0

Tiene una carga eléctrica negativa. Gira alrededor del núcleo. Es 1. 000 veces más pequefio que el protón.

PROTON

Tiene carga eléctrica positiva. Forma parte del núcleo en cada átomo.

NEUTRON

Es una partícula que no posee carga eléctrica definida. Forma parte del núcleo en cada átomo.

11

Para el estu.dio del átomo, utilizamos la representación plana y esquemática creada por el químico Niels Bohr-.

A esta representación del átomo se le llama "MODELO A TOMICO DE BOHR".

A TOMO DE CARBONO

6 Electrone·s 6 Protones 6 Neutrones

ION POSITIVO

ION NEGATIVO

12

Es el átomo en el cual hay más protones que electrones. Por haber perdido uno o más elec­trones.

Es el átomo en el cual hay más electrones que protones. Por haber ganado uno o más electro­nes.

Mediante científicas experiencias realizadas se ha logrado demos­trar que ciertas sustancias, después de haber sido frotadas, pre­sentan efectos de atracción en unos casos y de repulsión en otros.

Se dijo entonces que estos cierpos estaban ELECTRIZADOS.

Se ha demostrado también que cuerpos con cargas eléctricas de igual signo se rechazan y que cuerpos con cargas eléctricos de

signo diferente se atraen.

..

13

Se ha convenido en llamar "CA.RGA POSITIVA" a aquellos cuerpos en los cuales predominan los IONES POSITIVOS y 11CARGA J\J'EGA­TIVA" a aquellos cuerpos en los cuales predominan los IONES NE­GATIVOS.

Cuando no se ha alterado el equilibrio de los átomos (Cantidad de electrones = Cantidad de protones) en un cuerpo se dice que está descargado o es eJéctricamente neutro�

ATOMO DE COBRE

18 electrones en orbito (completa}

1 t!lectronen orbito tincompleto}

podria tener hasta 8

4 'ni>Jeles de ener L_

ATOMO DE CARBONO

/ 4 electrones en / una orbito quepo-

drfa tener 3 ( incompleto)

A las órbiias que describen los electrones alrededor del núcleo en los átomos se les da el nombre de NIVELES DE ENERGIA.

A los electrones que se encuentran en las órbitas más alejadas del núcleo se les conoce con el nombre de ELECTRONES LIBR�S.

Los electrones libres por estar débilmente atraídos por los proto­nes del núcleo pueden fácilmente MOVERSE de un átorno a otro.

A los electrones que están en órbita rnuy cercana al ní,cleo se les llama electrones FI.JOS.

A UTOCONT ROL No. 1

l. Convertir:

ª· 5.000kv a V

b. 5,48v mv

c. 0,47v kv

d. O, 009mv uv

e. 10.000.050uv kv

f. lOOmv kv

2. Indique a qué unidad se ha convertido.

[:mplo: 500kv a 0,5� l a. 70v 70.000

b. 1.000kv 1

c. 90,45mv 90.450

d. 0,8mv 800

e. 64v 0,064

f. 600mv 0,0006

14

COMPARE SUS RESPUESTAS CON LAS DE LA PAGINA SIGUIENTE

/

15

RESPUESTAS

l.

2.

ª· 5.000.000

b. 5. 480

c. 0,00047

d. 9

e. 0,01000005

f. oI 0001

a. mv

b. lUV

c. kv

d. uv

e. kv

J:,

1. kv

SI TODi\S SUS RESPUESTAS SON CORRECTAS, PUEDE CONTI­

NUAR SU ESTUDIO. SI POR EL CONTRARIO TU Th..) ALGUN

ERROR, LE SUGERIMOS ESTUDIAR NUEVAMENTE EL TEMA

ANTERIOR.

16

ELECTROSTA TICA:

Es la parte de la electricidad que estudia los fenómenos que se produzcan entre los átomos de los cuerpos según sea el signo de su carga.

Los cuerpos cargados de electricidad no se comportan de manera normal; los que no tienen carga eléctrica� porque la cantidad de átomos positivos no se atraen ni se repelen, o sea que son cuerpos neutros •

. Por el contrario1

los cuerpos cargados eléctricamente se atraen o se repelen

,. según sea el ,:;jgno de su carga (+ o -).

Imaginemos dos bolas cargadas de una barra de material aislante, ·si no están cargadas, colgarán perpendicularmente sin presentarmovimiento alguno. Pero si una de ellas está cargada + y la otra- tenderán a juntarse.

,.

Cargas de signo contrario se ATRAEN

Si las bolas tienen ambas cargas + o ambas cargas - tenderán a separarse.

Cargas de igual signo se REPELEN

�-

;-

1 'l

LEY DE COULOMB:

El físico francés Charles Coulomb al observar las atracciones yrepulsiones de las masas eléctricas, enunció . la siguiente Ley:

La fuerza con que se atraen o se repelen dos masas eléctricas, es directamente proporcional al producto de sus masas e inver­samente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.

Decimos que dos cantidades, son directamente proporcionalescuando al aumentar una, aumenta la otra.

Serán inversamente proporcionales cuando al aumentar una deellas, disminuye la otra.

Vamos a explicar un poco esta Ley: Supongamos una masa cargadapositivamente y otra negativamente. Por t anto, entre ellas, al tener signo contrario, se establece una fuerza de atracción.

Si aumentamos al doble la carga en cada una, tendremos que la fuerza de atracción, al ser directamente proporcional al productode sus masas, se aumentará cuatr·ó veces 2 x 2 = 4

2 ,� ===cD 2

l8

Ahora, desplacemos la masa posi�iv2. <..!os centíme:r.:>3 i1a.ci2.. la c:�­recha y la masa n.egativa. dos centímetros a la izquierda.

2 .. '""'

I \

1 /

, __ ,, /'� ... , �t .� + 2'- -✓

Tendremos que la fuerza de atracción, al ser inversamente propor­cional al cuadrado de sus distancias y siendo esta ahora de 4 cm. habrá dísminúido 16 veces ya que 42 = 4 x 4 = 16

1F ml x m2

-d2

NOCION DE POTENCIAL:

En su estado natural el átomp tiene tantos protones como electrorres, es decir, que su estado natural eléctrico es neutro.

Se podrá decir también que tiene una potencia neutra.

El estado eléctrico o de potencial de un átomo se puede modificar con solo sacarle o agregarle electrones, de acuerdo con esto se pueden presentar los tres casos siguientes:

CASO 1 POTENCIAL NEUTRO

Atomo 1

El número de protones es igual al de electrones

C..t\.SO 2 POTENCIAL POSITf''."'O

Atomo 2 (@('�.··0 El número de protones es niayor que el número de electrones

CASO 3 POTENClAL NEGATIVO

.Atomo 3

�;l número de electrones es mayor <;.u€: el núnwro de p; 0Vm1:::s

EL POTENCIAL ES EL ESTADO ELECTR1CO Dii: Ut

-· CU<:<;h.:>¡) l

------------------------·----�-J

Se podría. medir el potencial de un átomo estableciendo la diferen­cia entre los protones y eléctrones.

Tratemos de esta.bleccr el potencial en los tres casos anteriores:

CASO 1: Potencial ;:: o

Porque hay 6 (+) y 6 (-)

CASO 2: Potencial = (+) 2

Porque hay G (+} y 4(-)

CASO 3: Potencial :::: (-) 2

Porque hay 6 (+} y 8 ( ·)

EN LA PRACTICA ESTE POTENCIAL SE MIDE POR MEDIO DE UNA UNIDAD PATRON L LAMADA VOLTIO.

El voltio se representa con la letra V

NOCIONES DE DIFERENCIA DE POTENCIAL:

Considere usted los casos 2 y 3 anteriores:

20

En el caso 2 el átomo tiene una potencia de +2, o sea 2 elec­trones MENOS. En el caso 3 el átomo tiene una potencia de -2, o sea 2 electrones MAS.

CASO 2 CASO 3

Potencial +2 Potencial -2

Si compara usted el estado de los dos átomos, podrá decir que entre los dos existe una diferencia de potencial, que en este caso es de 4 electrones.

Para resumir, podríamos decir que una DIFERENCIA DE PO­TENCIAL nos indica una diferencia entre átomos de potencial distinto.

En la práctica, esta diferencia de potencial se llama TENSION.

21

La tensión se representa con la letra U

LA UNIDAD DE MEDIDA · )� DIFERENCIA DE POTENCIAL O "· TEJ\'SION ES EL VOLTH1.

MlJLTIPLOS Y SUBMULTJl )LOS DEL VOLTIO:

1 Unidad

Mega-voltio · Múltipl.os

Kilo-volti,)

Voltio

..

Mili-volUc, Subrr.últiplos

Micro-v0J L io

' '

Símbolo

MV

KV

V

mv

uv

1. r

Equivale a:

- ·

lOOOOOOV

lOOOV

O, 001 V

0,000001V

Como usted podrá observ,;r los múltiplos y submúltiplos del voltio están en una· relac-j.\n de l. 000 en l. 000

Se dividirá por 1. 000 c�uL vez que se pase de una unidad in.fe­:rior a otra superior.

Ejemplo: Convertir lOOOV --ª--�- KV

Como KV es unidad ·superior a V, debe usted dividir por1.000

1.000 V LOOO

O sea que l.OOOV equivalen a KV

lKV

22

Se multiplicará por 1.000 cada vez que se pase de--=lunidad superior a otra inferior.

_J

Ejemplo: Convertir lKV a V

Como V es unidad inferior a KV, deberá usted multiplicarpor 1.000

1 KV x LOOO --> LOOO V

O sea que lKV equivale a l.OOOV

23

AUTOCONTROL No. 2

Antes de iniciar usted el estudio referente a la conversión de unidades del voltio, debe estar seguro de que domina los procedimientos necesarios para resolver una regla de tres simple. Para estar seguros de ello, lo invitamos a que resuelva los tres ejercicios siguientes:

l. Pedro gana en un día $1 OO. OO. Cuánto ganará en 7 días?

2. Una fábrica produce en una hora 1. 000 mts. de hilo� En cuántotiempo producirá 500 mts. ?

3. Un metro tiene l. 000 mm. Cuántos milímetros habrá en 7 mts. ?

COMPARE SUS RESPUESTAS CON LAS DE LA PAGINA SIGUIENTE

RESPUESTAS

1. - $700. 00

2. . 1/2 hora

3. 7. 000 mm.

24

Sl TODAS SUS RESPUESTAS SON CORREC'fAS, PUEDE CONTl­

NtJAR- SU ESTUDIO. SI POR EL CONTRARIO TUVO ALGUN

ERROR-, LE SUGERIMOS QUE ESTUDIE EN UN LIBRO DE ARIT­

:METICA LO QUE SE REFIERE A LA REGLA D:E: TRES SIMPLE.

.,

25

Ejemplo: Convertir 1 O. OOOV MV

Como MV es unidad superior a V y KV tendrá usted que convertir inicialmente los V a KV y luego convertir los KV a MV

Para convertir los V a KV debe usted dividir por 1. 000

10. ooov

1.000 lOKV

Ahora, para convertir los KV a MV dPbe usted dividir otra·vez po:;:­l. 000

l0KV l. 000

O sea que 1_ OOOOV equivalen a O, O:t. MV

Ejemplo: Convertir 0,000045KV

O,OlMV

a mv

Como mv es unidad inferior a KV y a V tiene usted que convertir inicialmente los KV a V y luego los V a mv. Para convertír los KV a V debe usted multiplicar por 1. 000

0,000045KV x l. 000 0,045v

Ahora, se convierten los Va mv

0,045v X 1.000 45mv

O sea que O, 000045KV equivalen a 45mv

NOTA: Si usted no tiene bien claro la razón por la cual se multi­plica o se divide por l. 000, le sugerimos que estudie en un texto de Aritmética, lo referente a regla de tres simple.

VL RECAPITULACION

Carga Eléctrica:

l+)--+__.1----Protón tiene coroa positiva ·r-r--,t----Neutrón no tiene carga definida

Ión Positivo: Atomo con ti1-:nos electrones que protones.

Ión Negativo: Atomo con P1ás electrones que protones.

Cuerpo Positivo: Más iones positivos.

Cuerpo Negativo: Más iones negativos.

Electrostática:

26

,l- - d ----j_ -(±)----;---t)

F

A •nenas distancia, mayor fuerza de atracci6n o repulsión.

-,.

.

..

A mayor distancia, menos fuerza de atracción o repulsión.

Cargas distintas se atraen.

Cargas iguales se repelen.

27

Se modifica el estado eléctrico de un cuerpo, aumentando o dismi­nuyendo electrones.

Potencial: Cantidad de electrones y protones en un átomo.

Diferencia de Potencial: Düerencia entre los estados de potencial de dos átomos.

Voltio: Unidad de medida de la diferencia de potencial •

VII. AUTOPRUEBA FINAL

28

Como usted ha llegado al final de la Unidad, para comprobar su aprendizaje, conteste las preguntas que se encuentran en la página número 4 de esta Unidad y compare sus respuestas con las que aparecen a continuación.

RESPUESTAS,

l. Protón --®

Neutron --©

Electrón ---0

2.

3.

29

4. Un cuerpo esiá cargado positivam�ntt=:: cuan•io 1a cantidadde iónes positivos es mayor que la canUdad de �ónes nega­tivos.

5.

Un cuerpo está cargado negativa.mente cua.tido la cantidad de iónes negativos es mayor que la cantidad de ::.ónes posi­tivo8.

6. La Electrostática es la pa:r_tE! de la J.ectr.icidHd que se e. -carga de estudiar los efectos entre lo!:! eti,:rpos y los á.to-­:nos, de acuerdo con el signo de su •.::arga.

7.

(�-� '-J

8. F

9.

NEUTRO

1 o.

ml x m2

2 d

POSITIVO

30

NEGATIVO

11. El estado eléctrico de un cuerpo se puede modificar aumen­tando o disminuyendo la cantidad de electrones.

12. a.· 0,0lKV

b. 500.000V

c. 450KV

d. 55. 890mv

e. lKV

f. l. 000. OOOmv

g. O, 75008V

h. lOOuv

VII:, BIBLlOGRAFIA

PE.REIN, M. Electricidad Industrial III volúmenes

AGGKt(, L. T. Introducción a la Electrici �d Edito,�íal Continental, Méxfro 1975 2a. edicibn

VOLKENBURGH, Van

Electricidad Básica =ctitor·ial Continental, México 1975 Tomos: l, i, 3, ", 5

SHICK, Kurt Principios de E ctríc1dad Editorial Carvajal y Cía, Cali 1971

ROE1NSON, Rester Conceptos de Electricidad Editorial DIANA, México .l t 74 1 a. ect1c1ón

FLO -u�z FERNANDEZ, Ju ·n José Tecnología de la Electricidad Editorial BENZAL, Madrid 1975

DAWJ:<_;S, CH. • Tratado de Electricidad Corriente Contínua Editorial Gustavo Gil, México 1974 orno I

ORTl•: JA CANADELL, R y i '.ARCIA TOLSA, J. uentcs de Energía