1. MDULO DE FSICA Y QUMICA SEGUNDO DE BACHILLERATO GENERAL UNIFICADO COLEGIO PARTICULAR A DISTANCIA CONTINENTAL NOMBRE CURSO PARALELO TUTOR

2. COLEGIO PARTICULAR A DISTANCIA CONTINENTAL Fsica y Qumica Pgina I Contenido Bloque 1 .......................................................................................................................1 Electricidad y magnetismo ............................................................................................1 Ficha N 1.....................................................................................................................1 Partculas inestable del tomo........................................................................................ Flujo de electrones: electricidad y magnetismo.............................................................1 Electricidad...................................................................................................................3 Naturaleza de la electricidad.........................................................................................3 qu es el flujo elctrico? .............................................................................................4 La corriente elctrica.....................................................................................................5 Sentido de la corriente..................................................................................................5 Trminos usados en electricidad...................................................................................6 Resistencia...................................................................................................................7 Ley de ohm...................................................................................................................8 Aclaraciones a la ley de ohm ........................................................................................8 Energa, calor y potencia elctrica ................................................................................9 Transformacin de una forma de energa en otra .......................................................12 Leyes de la energa ....................................................................................................13 Efecto joule.................................................................................................................14 Aplicaciones del efecto joule.......................................................................................15 Investigo 1 ..................................................................................................................17 Investigo 1 ..................................................................................................................17 Glosario 1 ...................................................................................................................18 Resumo 1 ...................................................................................................................19 Cuestionario 1.............................................................................................................20 Ficha N 2...................................................................................................................22 Resistencia elctrica y circuitos elctricos ..................................................................22 Resistividad de un material.........................................................................................23 Asociacin de resistencias..........................................................................................24 Resistencias en serie..................................................................................................24 Resistencia equivalente..............................................................................................25 Resistencia en paralelo...............................................................................................25 3. COLEGIO PARTICULAR A DISTANCIA CONTINENTAL Fsica y Qumica Pgina II Electrlisis ..................................................................................................................26 Proceso ......................................................................................................................26 Ampermetro, voltmetro y galvanmetro ....................................................................26 Investigo 2 ..................................................................................................................29 Glosario 2 ...................................................................................................................30 Resumo 2 ...................................................................................................................31 Cuestionario 2.............................................................................................................32 Ficha N3....................................................................................................................34 Magnetismo ................................................................................................................34 Magnetismo natural: los imanes .................................................................................34 Magnetismo artificial: la imantacin ............................................................................35 Lneas de campo magntico.......................................................................................36 Fuerza magntica sobre una carga elctrica ..............................................................37 Fuerzas sobre corrientes ............................................................................................37 Accin de un campo magntico sobre un circuito .......................................................38 Fuentes de campos magnticos .................................................................................38 El motor elctrico........................................................................................................38 El campo magntico terrestre .....................................................................................39 Investigo 3 ..................................................................................................................41 Glosario 3 ...................................................................................................................42 Resumo 3 ...................................................................................................................43 Cuestionario 3.............................................................................................................44 Ficha N 4...................................................................................................................46 Induccin electromagntica ........................................................................................46 Los experimentos de faraday y henry .........................................................................46 Induccin electromagntica ........................................................................................47 Ley de faraday............................................................................................................48 Autoinduccin .............................................................................................................49 Induccin mutua .........................................................................................................49 Generadores y motores elctricos ..............................................................................50 el alternador................................................................................................................50 el dinamo...................................................................................................................51 El transformador .........................................................................................................52 Leyes del magnetismo................................................................................................53 4. COLEGIO PARTICULAR A DISTANCIA CONTINENTAL Fsica y Qumica Pgina III Investigo 4 ..................................................................................................................55 Glosario 4 ...................................................................................................................56 Resumo 4 ...................................................................................................................57 Cuestionario 4.............................................................................................................58 Ficha N5...................................................................................................................60 Corriente continua y corriente alterna .........................................................................60 Circuitos elctricos......................................................................................................61 Energa en los circuitos...............................................................................................62 Potencia elctrica .......................................................................................................63 Investigo 5 ..................................................................................................................67 Glosario 5 ...................................................................................................................68 Resumo 5 ...................................................................................................................69 Cuestionario 5.............................................................................................................70 Bloque 2 .....................................................................................................................72 Calor y temperatura ....................................................................................................72 Ficha N 6...................................................................................................................72 Calor y temperatura ....................................................................................................72 La medida de la temperatura ......................................................................................72 La medida del calor ....................................................................................................74 Calorimetra................................................................................................................75 Transmisin del calor..................................................................................................76 Conduccin del calor ..................................................................................................76 Conveccin del calor...................................................................................................76 Radiacin del calor .....................................................................................................77 Investigo 6 ..................................................................................................................79 Glosario 6 ...................................................................................................................80 Resumo 6 ...................................................................................................................81 Cuestionario 6.............................................................................................................82 Ficha N 7...................................................................................................................83 Dilatacin de slidos y lquidos ...................................................................................83 Dilatacin en slidos...................................................................................................83 Dilatacin superficial...................................................................................................84 Dilatacin volumtrica.................................................................................................84 Dilatacin en lquidos..................................................................................................85 5. COLEGIO PARTICULAR A DISTANCIA CONTINENTAL Fsica y Qumica Pgina IV Punto de fusin y punto de ebullicin..........................................................................86 Cambios de fase.........................................................................................................86 Factores que afectan los cambios de fase..................................................................87 Investigo 7 ..................................................................................................................90 Glosario 7 ...................................................................................................................91 Resumo 7 ...................................................................................................................92 Cuestionario 7.............................................................................................................93 Ficha N 8...................................................................................................................94 Termodinmica...........................................................................................................94 Proceso adiabtico .....................................................................................................95 Proceso isomtrico .....................................................................................................96 La segunda ley de la termodinmica...........................................................................96 Las mquinas trmicas...............................................................................................97 La entropa .................................................................................................................99 Investigo 8 ................................................................................................................ 101 Glosario 8 ................................................................................................................. 102 Resumo 8 ................................................................................................................. 103 Cuestionario 8........................................................................................................... 104 Bloque 3 ................................................................................................................... 105 Los estados de la materia, propiedades y comportamiento ...................................... 105 Ficha N 9................................................................................................................. 105 Los estados fsicos de la materia.............................................................................. 105 Fuerzas que actan sobre las molculas................................................................. 106 Estado gaseoso........................................................................................................ 106 Propiedades generales de los gases ........................................................................ 107 Teora cintica molecular de los gases..................................................................... 107 Postulados de la teora cintica molecular................................................................ 107 Medicin de la presin de los gases ......................................................................... 108 Tipos de temperatura, el cero absoluto..................................................................... 109 Nmero de avogadro: masa atmica y molecular, mol.............................................. 110 Nmero de avogadro ................................................................................................ 111 Clculo del nmero de avogadro ............................................................................. 111 Investigo 9 ................................................................................................................ 113 Glosario 9 ................................................................................................................. 114 6. COLEGIO PARTICULAR A DISTANCIA CONTINENTAL Fsica y Qumica Pgina V Resumo 9 ................................................................................................................. 115 Cuestionario 9........................................................................................................... 116 Ficha N 10............................................................................................................... 118 Leyes de los gases................................................................................................... 118 Ley de Boyle Mariotte ............................................................................................ 118 Ley de charles (i parte) ............................................................................................. 119 Ley de charles (ii parte) ............................................................................................ 120 Ley de gay lussac..................................................................................................... 121 Ley combinada ......................................................................................................... 122 Masa atmica (a)...................................................................................................... 123 Masa molecular (ma) ................................................................................................ 123 Nmero de avogadro ................................................................................................ 124 Ley de avogadro. Volumen molar ............................................................................. 126 Investigo 10 .............................................................................................................. 128 Glosario 10 ............................................................................................................... 129 Resumo 10 ............................................................................................................... 130 Cuestionario 10......................................................................................................... 131 Ficha N 11............................................................................................................... 133 Ecuacin general de estado...................................................................................... 133 Clculo de la masa molecular en funcin de la densidad.......................................... 135 Ley de las presiones parciales de dalton .................................................................. 136 Investigo 11 .............................................................................................................. 138 Glosario 11 ............................................................................................................... 139 Resumo 11 ............................................................................................................... 140 Cuestionario 11......................................................................................................... 141 Ficha N 12............................................................................................................... 143 Gases reales ............................................................................................................ 143 Ecuacin de van der walls para un gas real:............................................................. 144 Aumento del porcentaje de co2 en la atmsfera....................................................... 145 Contaminacin.......................................................................................................... 146 Investigo 12 .............................................................................................................. 148 Glosario 12 ............................................................................................................... 149 Resumo 12 ............................................................................................................... 150 Cuestionario 12......................................................................................................... 151 7. COLEGIO PARTICULAR A DISTANCIA CONTINENTAL Fsica y Qumica Pgina VI Ficha N 13............................................................................................................... 152 Soluciones................................................................................................................ 152 Caractersticas de las soluciones (o disoluciones): ................................................... 153 Clasificacin de las soluciones ................................................................................. 153 Modo de expresar las concentraciones..................................................................... 154 Unidades fsicas de concentracin............................................................................ 154 Unidades qumicas de concentracin ....................................................................... 156 Molalidad: ................................................................................................................ 159 Investigo 13 .............................................................................................................. 161 Glosario 13 ............................................................................................................... 162 Resumo 13 ............................................................................................................... 163 Cuestionario 13......................................................................................................... 164 Bloque 4 ................................................................................................................... 166 Acidos, bases y sales ............................................................................................... 166 Ficha N 14............................................................................................................... 166 cidos y bases........................................................................................................ 166 1. Concepto de swante arrhenius.............................................................................. 166 2. Concepto de bronsted lowry............................................................................... 167 3. Concepto de gilbert lewis...................................................................................... 168 Propiedades de los cidos y bases.......................................................................... 168 Escala de ph............................................................................................................. 169 Indicadores del ph .................................................................................................... 169 Investigo 14 .............................................................................................................. 172 Glosario 14 ............................................................................................................... 173 Resumo 14 ............................................................................................................... 174 Cuestionario 14......................................................................................................... 175 Ficha N 15............................................................................................................... 177 Las sales .................................................................................................................. 177 Hidrxidos:................................................................................................................ 178 Investigo 15 .............................................................................................................. 180 Glosario 15 ............................................................................................................... 181 Resumo 15 ............................................................................................................... 182 Cuestionario 15......................................................................................................... 183 Ficha N 16............................................................................................................... 185 8. COLEGIO PARTICULAR A DISTANCIA CONTINENTAL Fsica y Qumica Pgina VII Electrolitos y no electrolitos...................................................................................... 185 Electrolitos................................................................................................................ 185 Electrolitos fuertes .................................................................................................... 186 Electrolitos dbiles:.................................................................................................. 186 Manera de comprobar si una sustancia es un electrolito o no electrolito................... 187 No electrolitos........................................................................................................... 187 Electrolitos en el cuerpo humano.............................................................................. 188 Investigo 16 .............................................................................................................. 190 Glosario 16 ............................................................................................................... 191 Resumo 16 ............................................................................................................... 192 Cuestionario 16......................................................................................................... 193 Ficha N 17............................................................................................................... 194 Equilibrio qumico ..................................................................................................... 194 Velocidad de reaccin............................................................................................... 195 Mecanismos de una reaccin qumica ...................................................................... 195 Teora de los choques o colisiones........................................................................... 195 Principio de le chatelier............................................................................................. 196 Factores que modifican la velocidad de reaccin y equilibrio qumico....................... 196 Catalizadores............................................................................................................ 198 Investigo 17 .............................................................................................................. 199 Glosario 17 ............................................................................................................... 200 Resumo 17 ............................................................................................................... 201 Cuestionario 17......................................................................................................... 202 Bloque 5 ................................................................................................................... 204 Equilibrio qumico y velocidad de reaccin................................................................ 204 Ficha N 18............................................................................................................... 204 Constante de equilibrio ............................................................................................. 204 Ionizacin del agua................................................................................................... 205 Soluciones amortiguadoras....................................................................................... 205 Importancia del uso de las soluciones amortiguadoras............................................. 206 Investigo 18 .............................................................................................................. 208 Glosario 18 ............................................................................................................... 209 Resumo 18 ............................................................................................................... 210 Cuestionario 18......................................................................................................... 211 9. COLEGIO PARTICULAR A DISTANCIA CONTINENTAL Fsica y Qumica Pgina VIII Bloque 6 ................................................................................................................... 213 Proceso de transferencia de electrones.................................................................... 213 Ficha N 19............................................................................................................... 213 Oxidacin reduccin .............................................................................................. 213 Nmero de oxidacin................................................................................................ 216 Igualacin de ecuaciones qumicas .......................................................................... 219 Investigo 19 .............................................................................................................. 223 Glosario 19 ............................................................................................................... 224 Resumo 19 ............................................................................................................... 225 Cuestionario 19......................................................................................................... 226 Ficha N 20............................................................................................................... 228 Propiedades de los metales...................................................................................... 229 Propiedades fsicas .................................................................................................. 229 Propiedades qumicas .............................................................................................. 230 Celda electroqumica ................................................................................................ 231 Celdas galvnicas..................................................................................................... 231 Investigo 20 .............................................................................................................. 233 Glosario 20 ............................................................................................................... 234 Resumo 20 ............................................................................................................... 235 Cuestionario 20......................................................................................................... 236 10. COLEGIO PARTICULAR A DISTANCIA CONTINENTAL Fsica y Qumica Pgina 1 Bloque 1 ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO FICHA N 1 Objetivo del bloque: Distinguir componentes, magnitudes, unidades e instrumentos de medida de un circuito elctrico y de un circuito magntico. Explicar el proceso electroltico. Destreza con criterio de desempeo: Relacionar la electricidad con el magnetismo a partir de la descripcin de los flujos de electrones, la corriente elctrica, la explicacin e interpretacin de la ley de Ohm, la resistencia y los circuitos elctricos, la electrlisis, el entramado existente entre energa, calor y potencia elctrica y el anlisis de los campos magnticos generados por una corriente elctrica o por un imn. Flujo de electrones: electricidad y magnetismo tomo: es la unidad de materia ms pequea de un elemento qumico que mantiene su identidad o sus propiedades, y que no es posible dividir mediante procesos qumicos. Est compuesto por un ncleo atmico, en el que se concentra casi toda su masa, rodeado de una nube de electrones. PARTCULAS INESTABLE DEL TOMO POSITRN: partcula elemental, antipartcula del electrn. Posee la misma cantidad de masa y carga elctrica; sin embargo, esta es positiva. No forma parte de la materia ordinaria, sino de la antimateria. NEUTRINO: Partculas sin masa elctricamente neutras, que responden a la fuerza nuclear dbil pero no a la fuerza nuclear fuerte ni a las fuerzas electromagnticas. DIPROTN: es un hipottico tipo de ncleo de helio consistente en dos protones y sin neutrones. Los diprotones no son estables. PARTCULA ALFA: Las partculas () son ncleos completamente ionizados, es decir, sin su envoltura de electrones correspondiente. 11. COLEGIO PARTICULAR A DISTANCIA CONTINENTAL Fsica y Qumica Pgina 2 Partculas presentes en el tomo: 1. Partculas estables: protn electrn neutrn. 2. Partculas inestables: positrn neutrino diprotn partcula alfa mun pin quartz, etc. Partes del tomo: 1. Ncleo: sitio en el cual se alojan los protones y neutrones. En este se encuentra toda la masa del tomo. 2. Nube, corona o envoltura: es donde se encuentran los electrones en permanente dinamia con sus dos movimientos. - De traslacin: alrededor del ncleo. - De rotacin: sobre su propio eje. Para el tema que vamos a tratar, son los electrones los que juegan un papel muy importante, por lo que recordamos que los mismos en el tomo se encuentran ubicados en los llamados niveles cunticos, que son siete, sealados con los nmeros 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7. Antiguamente fueron conocidos como capas u rbitas que se identificaban con las letras K, L, M, N, O, P, Q. Existen los llamados subniveles u orbitales, indicados mediante las letras S, Px, Py, Pz. As los electrones se disponen en los niveles de acuerdo a la frmula 2N2. Carga del electrn: tiene carga negativa, esto se comprob en el experimento realizado por Crookes en los llamados tubos de vaci, donde los electrones o rayos catdicos fueron desviados en su trayectoria por los polos de un imn de acuerdo al principio de que cargas elctricas del mismo signo se repelen y de diferente signo se atraen. 12. COLEGIO PARTICULAR A DISTANCIA CONTINENTAL Fsica y Qumica Pgina 3 Energa del electrn: Tomando en cuenta que el ncleo del tomo se encuentra cargado positivamente, este ejerce atraccin sobre los electrones, por tanto al suprimir electrones que se mueven en el nivel uno, estos tienen menor energa que los que estn en el nivel siete debido a la mayor distancia que existe entre este nivel y el ncleo. Los electrones que se sitan en el ltimo nivel de cada tomo se denominan electrones de valencia, de gran inters en los enlaces de los tomos para formar las molculas. ELECTRICIDAD Constituye una forma especial de transmisin de energa, caracterizada por el transporte de materia mediante el movimiento de electrones del ltimo nivel cuntico. Naturaleza de la electricidad Electricidad viene de la palabra electrn, que significa mbar, esta es una sustancia resinosa y gomosa, la misma que presenta una propiedad muy interesante que consiste en poder atravesar cuerpos livianos cuando son frotados en un pedazo de cuero o fragmento de piel de conejo. Ejemplos: Frotar una regla de plstico con un pedazo de seda. La regla adquiere la carga elctrica negativa y es capaz de atraer pedacitos de papel. Masa del electrn: 6,109 x 10-23 gramos. Masa atmica del electrn: 0,0005486 UMA. 13. COLEGIO PARTICULAR A DISTANCIA CONTINENTAL Fsica y Qumica Pgina 4 Frotar una peinilla seca en el cabello, adquiere la carga negativa y, tambin, puede atraer pedacitos de papel. Los automviles en movimiento adquieren electricidad por el rozamiento con el aire. Qu es el flujo elctrico? En la antigedad cuando la ciencia se mezclaba con el misterio, los autores Du Fay y Franklin manifestaban que todo cuerpo tena fluido que no se puede ver y que no tiene masa, pero s tena carga elctrica, y que se podan transmitir o pasar de un cuerpo a otro. Posteriormente a este fluido se lo llam electrones. De acuerdo a la cantidad de fluido que contena un cuerpo existan tres clases de cuerpos, as: 1. Cuerpos positivos: aquellos que cuando son frotados adquieren carga positiva porque pierden fluido. 2. Cuerpos negativos: aquellos que adquieren carga negativa ganando fluido. 3. Cuerpos neutros: aquellos que mantienen constante fluido. De aqu se deduce la LEY DE LA CONSERVACIN DE LA CARGA ELCTRICA, que dice la carga elctrica ni se crea ni se destruye, solo se transfiere de un cuerpo a otro. Esto significa que la cantidad de fluido permanece constante. Por lo tanto, la electrizacin consiste en la transferencia de carga elctrica entre dos cuerpos que se frotan y se produce el paso de electrones de un cuerpo a otro. 14. COLEGIO PARTICULAR A DISTANCIA CONTINENTAL Fsica y Qumica Pgina 5 LA CORRIENTE ELCTRICA Consideremos dos cuerpos metlicos: el uno tiene un exceso de electrones libres, por lo mismo tiene carga negativa; el otro, en cambio, tiene deficiencia de electrones, por lo que tiene carga positiva. Si se unen los dos cuerpos mediante un conductor, habr un desplazamiento de electrones del que tiene exceso de electrones al que no lo tiene, hasta establecer un equilibrio. Sentido de la corriente Existen dos sentidos de desplazamiento de los electrones: 1. Sentido real: es el que se desplaza del polo negativo al polo positivo, esto es, del que tiene un mayor nmero de electrones libres al de menor nmero. Este sentido se usa en electricidad. 2. El sentido convencional: es contrario al anterior: va del polo positivo al negativo. Cabe sealar que en los metales, los electrones de los ltimos niveles no permanecen unidos a los tomos, no estn en los niveles. Por ello reciben el nombre de 15. COLEGIO PARTICULAR A DISTANCIA CONTINENTAL Fsica y Qumica Pgina 6 electrones libres. Son los metales los que se caracterizan por tener electrones libres, que pueden ser desplazados fcilmente. De all que existen metales de primera clase que tienen muchos electrones libres como la plata, el platino; metales de segunda y tercera clase que tienen pocos electrones libres como el plomo, el estao. Trminos usados en electricidad Diferencia de potencial, de voltaje o de tensin (V): es el desnivel elctrico que existe entre dos puntos determinados en un circuito. La unidad es el voltio. Cantidad de electricidad (Q): constituye la cantidad total de electrones que circula por un alambre o conductor en un circuito elctrico. La unidad es el Culombio = 6.3 x 1018e-. Intensidad (I): es la cantidad de electricidad que atraviesa un conductor en un segundo. La unidad es el Amperio (A). Esta, est relacionada con la cantidad de corriente y el tiempo. De all se obtiene la frmula: Todas las sustancias que poseen electrones libres como los metales, permiten el desplazamiento de cargas elctricas a travs de ellos. Por eso se llaman conductores de la electricidad. = I = intensidad (en A). Q = cantidad de electricidad (en Q). t = tiempo (segundos). 16. COLEGIO PARTICULAR A DISTANCIA CONTINENTAL Fsica y Qumica Pgina 7 Resistencia (R): es la dificultad que presenta un cuerpo al paso de la corriente elctrica. La unidad es el Ohmio (). No todos los cuerpos tiene el mismo valor de resistencia; al contrario, esta depende de su constitucin atmica. Por ejemplo, si se combinan dos circuitos en los que se intercala dos lminas metlicas (resistencias) una de plomo y otra de cobre, se observa que la lmina de plomo presenta mayor resistencia que la lmina de cobre. Esto significa que los electrones que vienen del generador al llegar a la lmina de plomo, muestran enorme resistencia y salen de la lmina muy pocos electrones. Lo contrario sucede cuando en el circuito se interpone una lmina de cobre: los electrones encuentran muy poca resistencia y circulan con facilidad, salen de la lmina con el mismo nmero de electrones de los que entran. Luego, los metales presentan diferentes resistencias al paso de electrones. El metal plomo es un mal conductor de los electrones por eso se usa ms bien como fusible, en cambio el cobre es buen conductor. 17. COLEGIO PARTICULAR A DISTANCIA CONTINENTAL Fsica y Qumica Pgina 8 LEY DE OHM Establecida por el fsico alemn George Simn Ohm, que dice: Amperio: es la intensidad de la corriente que circula por la resistencia de un ohmio, cuando el voltaje es de un voltio. Ohmio: es la resistencia que presenta un conductor cuando por l circula una corriente de un amperio con un voltio de potencia. Voltio: es la fuerza electromotriz necesaria para que por la resistencia de un ohmio circule un amperio de intensidad. Aclaraciones a la ley de Ohm Por lo explicado en lneas anteriores se tiene que un circuito consta de: a. Un generador o batera. b. Una resistencia. c. Un ampermetro que marca la circulacin de la corriente de cierta intensidad a travs de una resistencia. Conclusin: si la resistencia permanece constante, la intensidad de la corriente es directamente proporcional al voltaje. Aumenta la intensidad cuando aumenta el voltaje. En un circuito elctrico, la intensidad de la corriente que recorre, es directamente proporcional al voltaje e inversamente proporcional a la resistencia. 18. COLEGIO PARTICULAR A DISTANCIA CONTINENTAL Fsica y Qumica Pgina 9 ENERGA, CALOR Y POTENCIA ELCTRICA Se dice que un cuerpo posee energa cuando es capaz de realizar un trabajo, como puede demostrarse con los siguientes ejemplos: 1. Una persona amante del deporte acutico rema una canoa, pero para mover la embarcacin tiene que gastar energa y as realiza el trabajo de poner en movimiento la canoa. 2. Un levantador de pesas, para levantar las pesas de 100 kilos pone en accin su energa, est realizando un trabajo. La energa le proporciona los alimentos que ingiere diariamente. 3. El vapor de agua realiza un trabajo al mover una turbina gracias a la energa que posee. Estos ejemplos permiten sealar que: entre trabajo y energa existe una relacin importante. De acuerdo a la actividad, se distinguen dos clases de energa: 1. Energa cintica o de movimiento: es aquella que tiene un cuerpo o un sistema en movimiento para realizar un trabajo, por ejemplo, un torrencial aguacero, un viento fuerte, un carro en movimiento, un toro en el tentadero, cuando se lanza una piedra, cuando navega un barco. Energa es la capacidad para realizar un trabajo. 19. COLEGIO PARTICULAR A DISTANCIA CONTINENTAL Fsica y Qumica Pgina 10 Un cuerpo en movimiento tiene energa cintica y por lo tanto puede realizar un trabajo. 2. Energa potencial de reposo, gravitacional o de posicin: es aquella energa almacenada que tiene un cuerpo en relacin con la posicin en la que se encuentra o a su composicin qumica. Por ejemplo el agua estancada en una represa, el agua que se encuentra en una cisterna en el dcimo piso, una teja que est en el techo y un martillo levantado tienen energa potencial puesto que estn en capacidad de realizar un trabajo. De acuerdo a los ejemplos citados el trabajo consiste en mover turbinas, clavar un clavo, desplazarse un cuerpo. La dinamita, la gasolina y una batera tienen energa potencial debido a la composicin qumica. Otros tipos de energa son: Energa radiante: se presenta en forma de ondas que pueden ser luminosas y visibles a simple vista como la luz solar, la luz de un foco. Tambin pueden ser 20. COLEGIO PARTICULAR A DISTANCIA CONTINENTAL Fsica y Qumica Pgina 11 invisibles como la energa de los rayos ultravioletas, rayos X. Energa trmica o calrica: es aquella que est relacionada con la temperatura de un cuerpo. Por ejemplo, la energa que produce una cocina de gas que calienta y hierven los lquidos. Energa nuclear: es aquella que por efecto de ruptura o fusin de tomos se libera en forma extraordinaria. Actualmente es motivo de estudio para el provecho de la humanidad, sobre todo si se toma en consideracin que los yacimientos de petrleo del mundo se agotarn en poqusimo tiempo. 21. COLEGIO PARTICULAR A DISTANCIA CONTINENTAL Fsica y Qumica Pgina 12 Transformacin de una forma de energa en otra Es posible que una forma de energa se transforme en otras. Por ejemplo, en una central elctrica se tiene una serie de formas de energa, inicindose desde la potencial que es la posicin del agua en lo alto del reservorio, esta desciende por los tubos transformndose en cintica, el agua mueve las turbinas y se transforma en elctrica y sta puede convertirse en luz, en trmica en los reverberos y en mecnica cuando mueve los motores. 22. COLEGIO PARTICULAR A DISTANCIA CONTINENTAL Fsica y Qumica Pgina 13 Otros ejemplos de transformaciones de energa se pueden apreciar en la siguiente lista. Luz solar. Fotosntesis. Quemar lea. Produccin de vapor. Mover un generador. Encender un foco. Mover una mquina de coser. (energa lumnica) (energa qumica) (energa calrica) (energa calrica) (energa elctrica) (energa lumnica) (energa mecnica) LEYES DE LA ENERGA Al aplicar la ecuacin de Einstein se comprueba que si un kilogramo de masa se transforma en energa, se produce tanto calor, que se puede elevar la temperatura de 215 000 000 kilogramos de agua, en unos 100 grados centgrados. Ley de la conservacin de la energa: La energa no se crea ni se destruye, nicamente se transforma Albert Einstein en 1905 manifest que la materia y la energa estn en ntima relacin, lo que est demostrado en la ecuacin: E = mc2 . E = cantidad de energa (expresada en julios) m = cantidad de materia (expresada en kg) c = velocidad de la luz al cuadrado (300 000 km/s) 23. COLEGIO PARTICULAR A DISTANCIA CONTINENTAL Fsica y Qumica Pgina 14 Por lo tanto, la materia se puede convertir en energa y la energa en materia, pero el total de la masa y la energa del universo es constante. La materia y energa son dos formas diferentes en una misma cosa. Potencia elctrica de un circuito En el grfico se demuestra que cuando la cargas elctricas pasan de un punto a otro, esto es, del punto, pierden energa elctrica, la misma que se transforma en otro tipo de energa como lumnica, calrica, una radio, TV, plancha, aspiradora, afeitadora, etc. Del grfico se aprende tambin, que si el circuito estara formado por el alambre que une la salida y la entrada de la corriente a la batera, la intensidad no variara, y la potencia sera la misma. Pero si se interrumpe el trnsito de la corriente intercalando unas resistencias representadas por un foco, una radio, un televisor, una plancha, entre los puntos A, B del circuito indicando, es lgico pensar y comprobar que la intensidad o potencia va a disminuir, pues existir una diferencia entre los puntos A y B. Habr ms energa, ms potencia en el punto A y menor en el B. De manera que la energa perdida entre estos dos puntos se transformar en otro tipo de energa: lumnica, calrica, etc. Efecto joule Consiste en la transformacin de la energa elctrica en calor (energa trmica) mediante una resistencia que ha sido atravesada por una corriente elctrica. 24. COLEGIO PARTICULAR A DISTANCIA CONTINENTAL Fsica y Qumica Pgina 15 Con el grfico se demuestra que la energa elctrica ha disminuido su valor porque las cargas al pasar del punto A al B se transforman en energa calrica, es decir en calor, que se pone en manifiesto porque la resistencia se pone al rojo y emite calor. La intensidad de la corriente disminuye. Un fenmeno similar se observa cuando se prende un reverbero elctrico, una ducha elctrica, un foco. Este efecto de transformacin de la energa elctrica en calor se llama efecto joule. Aplicaciones del efecto joule Principalmente se lo usa y aplica en el hogar para obtener calor y luz. Con los ejemplos ya citados de un foco, planta, TV, aspiradora, horno elctrico, cocina elctrica, ducha, queda explicado. En el caso particular de un foco comn en su interior existe un alambre, resistencia o filamento hecho de un metal especial como tungsteno que se caracteriza porque se funde a alta temperatura y est en forma enrollada. Este filamento que se calienta obtenindose la conversin de la energa elctrica en calor y luz. El efecto Joule, tambin se usa en la fabricacin e instalacin de los llamados fusibles, que se emplean para limitar la corriente que circula a travs de un circuito elctrico. Estn fabricados con metales o aleaciones que se funden a bajas temperaturas como el estao y el plomo. Cuando la corriente normal circula por el fusible, este aguanta, no se funde; pero s hay un aumento de voltaje, el fusible se funde (se hace lquido) por lo cual se desconecta el circuito evitando que los aparatos electrodomsticos se quemen o se produzca un corto circuito provocando incendios. 25. COLEGIO PARTICULAR A DISTANCIA CONTINENTAL Fsica y Qumica Pgina 16 Por lo expuesto, se ha demostrado que la energa elctrica se transforma en calor y luego en luz. BIBLIOGRAFA: ARMENDARIS, G., (2012). Armendaris 2: Fsica y Qumica, 2do Ao de Bachillerato General Unificado. Ediciones Maya. Quito Ecuador: BURNS. R. (2003). Fundamentos de Qumica. Edit. Pearson. (4ta ed.). Mxico. 26. COLEGIO PARTICULAR A DISTANCIA CONTINENTAL Fsica y Qumica Pgina 17 FICHA N 1 LA ELECTRICIDAD INVESTIGO 1 INVESTIGO 1 Investigar sobre el tomo, sus partes y las 3 teoras atmicas. _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ NOMBRE: _________________________________ CURSO: ___________________________________ PARALELO _____________________________ 27. COLEGIO PARTICULAR A DISTANCIA CONTINENTAL Fsica y Qumica Pgina 18 GLOSARIO 1 1. Defina los siguientes trminos: Electricidad: _________________________________________________________ Electrones libres: _________________________________________________________ Corriente elctrica: _________________________________________________________ Resistencia: _________________________________________________________ Intensidad: _________________________________________________________ 2. Escriba cinco palabras no asimiladas en la leccin con su concepto: __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ 28. COLEGIO PARTICULAR A DISTANCIA CONTINENTAL Fsica y Qumica Pgina 19 RESUMO 1 Dibuje un circuito simple y explique su funcionamiento. 29. COLEGIO PARTICULAR A DISTANCIA CONTINENTAL Fsica y Qumica Pgina 20 CUESTIONARIO 1 1. ESCRIBA LA LETRA V O F SI CONSIDERA QUE LA RESPUESTA ES VERDADERA O FALSA: a) Cuando una peinilla sea se frota en el cabello, adquiere carga. ( ) b) Cuando se frotan dos cuerpos se produce paso de electrones. ( ) c) Una carga elctrica se destruye. ( ) d) Cuando un cuerpo pierde electrones, se carga negativamente. ( ) e) En lo mismo decir tensin que voltaje. ( ) f) La intensidad de la corriente se mide en Culombios. ( ) g) La intensidad es directamente proporcional al voltaje. ( ) h) Los electrones libres se localizan en los niveles cunticos ( ) i) Cuando los electrones se mueven el fenmeno se llama electricidad( ) j) El electrn tiene un solo movimiento ( ) 30. COLEGIO PARTICULAR A DISTANCIA CONTINENTAL Fsica y Qumica Pgina 21 2. COLOQUE EN EL PARNTESIS LA LETRA QUE LE CORRESPONDE A CADA ENUNCIADO A. Luz solar, luz de un foco, rayos ultravioletas, rayos X. ( ) ENERGA POTENCIAL B. Bombas nucleares. ( ) ENERGA TRMICA C. Torrencial aguacero, viento fuerte, carro en movimiento. ( ) ENERGA RADIANTE D. Energa que produce una cocina de gas que calienta y hierve lquidos. ( ) ENERGA CINTICA E. Agua estancada en una represa, martillo levantado. ( ) ENERGA NUCLEAR Firma del Profesor Calificacin Firma del Estudiante 31. COLEGIO PARTICULAR A DISTANCIA CONTINENTAL Fsica y Qumica Pgina 22 Bloque 1 ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO FICHA N 2 Objetivo del bloque: Distinguir componentes, magnitudes, unidades e instrumentos de medida de un circuito elctrico y de un circuito magntico. Explicar el proceso electroltico. Destreza con criterio de desempeo: Relacionar la electricidad con el magnetismo a partir de la descripcin de los flujos de electrones, la corriente elctrica, la explicacin e interpretacin de la ley de Ohm, la resistencia y los circuitos elctricos, la electrlisis, el entramado existente entre energa, calor y potencia elctrica y el anlisis de los campos magnticos generados por una corriente elctrica o por un imn. RESISTENCIA ELCTRICA Y CIRCUITOS ELCTRICOS Las planchas, los focos y las hornillas de las cocinas elctricas, as como algunos elementos de ciertos aparatos elctricos, suelen ser llamados resistencias, debido a que presentan una tendencia a evitar que una corriente elctrica fluya a travs de ellos. Esta caracterstica se conoce con el nombre de resistencia elctrica (R). Cuando un voltaje (V) se aplica a los extremos de un conductor elctrico, fluye en el conductor una corriente elctrica, i. De esta manera, la resistencia del conductor se expresa como: Esta expresin permite demostrar que, a medida que aumenta la resistencia generada por el conductor, disminuye la intensidad de corriente que pasa por l. En el SI, la resistencia elctrica se expresa en Ohmios (V), en memoria del fsico alemn George S. Ohm. 32. COLEGIO PARTICULAR A DISTANCIA CONTINENTAL Fsica y Qumica Pgina 23 Resistividad de un material La resistencia de cualquier material con un rea transversal uniforme depende de cuatro aspectos: longitud, rea de la seccin transversal, clase del material y temperatura. Si consideramos diferentes conductores, como los que se observan en la figura 10, es posible calcular que, cuando hay una mayor longitud, existe una gran probabilidad de choques entre las cargas, por lo cual se ofrece una mayor oposicin al paso de la corriente y aumenta as la resistencia del material. Experimentalmente se encuentra que la resistencia, R, y la longitud, l, son dos magnitudes directamente proporcionales, es decir: Si la superficie transversal presenta una mayor rea (figura 10b), existe un mayor flujo elctrico, as como ocurre con el flujo de agua en un tubo de gran dimetro en comparacin con uno ms angosto. Si este flujo es mayor, la resistencia que ofrece el conductor es menor, por lo cual se presenta una relacin inversamente proporcional: Sin embargo, tambin influye la resistividad elctrica (r) propia de cada material. Por tanto, la resistencia elctrica de un conductor queda definida por la expresin: As, para cada material, la medida de la resistencia de un conductor de 1 m de largo y de 1 m2 de rea se conoce como resistividad y se mide en ohmios por metro La resistividad de un material y, por tanto, la resistencia dependen de la temperatura, ya que al elevar la temperatura de 33. COLEGIO PARTICULAR A DISTANCIA CONTINENTAL Fsica y Qumica Pgina 24 un conductor aumenta la rapidez del movimiento aleatorio de las cargas; por ello, disminuye el orden de su arreglo, lo cual influye en el flujo de electrones. Asociacin de resistencias En los circuitos elctricos se utilizan conductores que se caracterizan por su resistencia. Estos conductores, utilizados para unir el resto de los elementos de un circuito, tienen una resistencia despreciable y solamente las llamadas resistencias elctricas tienen un valor significativo de esta magnitud. En un circuito pueden usarse varias resistencias. En esta situacin se define la resistencia equivalente (Req) de un conjunto de resistencias como el valor de una resistencia hipottica por la cual, al aplicarle la misma diferencia de po- tencial que al conjunto, circula la misma intensidad de corriente elctrica que en el conjunto. En la siguiente figura se representa la resistencia equivalente para un conjunto de resistencias. Resistencias en serie Dos o ms resistencias se encuentran asociadas en serie cuando estn conectadas unas a continuacin de otras, de tal forma que cada una de ellas es parte del circuito, como se observa en la figura 11. En este caso, todas las cargas que circulan por la primera resistencia pasan por la segunda y las que circulan por la segunda resistencia pasan por la tercera, y as sucesivamente. Por tanto, la intensidad de corriente que fluye por cada resistencia siempre es la misma, es decir: 34. COLEGIO PARTICULAR A DISTANCIA CONTINENTAL Fsica y Qumica Pgina 25 Resistencia Equivalente Resistencia en paralelo En el caso de las resistencias asociadas en paralelo, estas se encuentran unidas de sus extremos; es decir que cada una de ellas forma parte de una rama diferente que divide el circuito, tal como se observa en la figura 12. Como las resistencias no se encuentran distribuidas de la misma manera, las cargas que llegan al punto A se reparten: Por la rama en la cual se encuentra la resistencia R1. Por la rama en la cual se encuentra la resistencia R2. Por la rama en la cual se encuentra la resistencia R3. DEFINICIN: La resistencia equivalente a varias resistencias asociadas en serie es igual a la suma de todas las resistencias conectadas. 35. COLEGIO PARTICULAR A DISTANCIA CONTINENTAL Fsica y Qumica Pgina 26 Por tanto, la intensidad de corriente se divide por cada una de las ramas. Como la carga elctrica se conserva, el nmero de cargas que circulan por las tres ramas corresponde al nmero de carga que ingres en el punto A y que posteriormente saldr por el punto B, es decir: i = i1 + i2 + i3 Las cargas elctricas no se reparten por las diferentes ramas de forma aleatoria; estas se desplazan hacia la rama del circuito en la cual la resistencia es menor. De esta manera, la intensidad es menor por la rama del circuito en la que la resistencia es mayor. Electrlisis La electrlisis es el proceso que separa los elementos de un compuesto por medio de la electricidad. En ella ocurre la captura de electrones por los cationes en el ctodo (una reduccin) y la liberacin de electrones por los aniones en el nodo (una oxidacin). Proceso Se aplica una corriente elctrica continua mediante un par de electrodos conectados a una fuente de alimentacin elctrica y sumergidos en la disolucin. El electrodo conectado al polo positivo se conoce como nodo, y el conectado al negativo como ctodo. Cada electrodo atrae a los iones de carga opuesta. As, los iones negativos, o aniones, son atrados y se desplazan hacia el nodo (electrodo positivo), mientras que los iones positivos, o cationes, son atrados y se desplazan hacia el ctodo (electrodo negativo). 36. COLEGIO PARTICULAR A DISTANCIA CONTINENTAL Fsica y Qumica Pgina 27 AMPERMETRO, GALVANMETRO , VOLTMETRO Y MULTMETRO AMPERMETRO: mide la intensidad de corriente que circula por una conexin. Este artefacto se conecta intercalado al inicio o al final de la conexin, de tal manera que la corriente pase a travs de l. GALVANMETRO: es todo instrumento que puede indicar la presencia de corriente en una conexin. De acuerdo con su calibracin, este instrumento puede medir intensidades de varios cientos de amperios; es decir, se pueden realizar mediciones en amperios, miliamperios o microamperios. VOLTMETRO: mide la diferencia de potencial o voltaje. Para medir el voltaje al que se encuentra conectado un foco, se conecta cada terminal del voltmetro del foco, sin intercalar el instrumento en la conexin. MULTMETRO: instrumentos de medida que permiten realizar medidas del voltaje o de la corriente de una conexin. Son muy habituales y se encuentran con mayor facilidad en el mercado que los ampermetros y voltmetros. 37. COLEGIO PARTICULAR A DISTANCIA CONTINENTAL Fsica y Qumica Pgina 28 BIBLIOGRAFA: Armendaris Gavilanes, Gerardo. Resistencia y Circuitos elctricos. Fsica y Qumica. Primera Edicin. Quito Ecuador: Maya ediciones. 2012. Pags. 22 24. Impreso. BURNS. R. (2003). Fundamentos de Qumica. Edit. Pearson. (4ta ed.). Mxico. Impreso. Ball, David. Fisicoqumica. Cleveland State University. Estados Unidos. Cengage Learning. Impreso. 38. COLEGIO PARTICULAR A DISTANCIA CONTINENTAL Fsica y Qumica Pgina 29 FICHA N 2 RESISTENCIAS Y CIRCUITOS ELCTRICOS INVESTIGO 2 Investiga explica la utilidad que brindan las resistencias elctricas: _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ NOMBRE: _________________________________ CURSO: ____________PARALELO:______________ NOMBRE DEL TUTOR: ________________________ FECHA: ____________________________________ 39. COLEGIO PARTICULAR A DISTANCIA CONTINENTAL Fsica y Qumica Pgina 30 GLOSARIO 2 1. Defina los siguientes trminos: Electrolito:_______________________________________________ Electrodo:________________________________________________ Voltaje:__________________________________________________ Resistencia elctrica:______________________________________ Magnitud:________________________________________________ 2. Escriba cinco palabras no asimiladas en la leccin con su concepto: __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ 40. COLEGIO PARTICULAR A DISTANCIA CONTINENTAL Fsica y Qumica Pgina 31 RESUMO 2 Realice un resumen de los instrumentos de medicin ms utilizados en electricidad: 41. COLEGIO PARTICULAR A DISTANCIA CONTINENTAL Fsica y Qumica Pgina 32 CUESTIONARIO 2 1. SEALE LA RESPUESTA CORRECTA: I. La resistencia de cualquier material con un rea transversal uniforme depende de: a. La longitud, rea de la seccin transversal, clase del material y temperatura. b. La masa, el peso y la densidad. c. Del rea de la seccin transversal, de la gravedad, del material por la que est constituido. II. La funcin de un generador elctrico es: a) No suministrar energa a los electrones libres de un conductor. b) Suministrar energa a los protones y neutrones de un conductor, de tal modo que pueda recorrer la conexin elctrica. c) Suministrar energa a los electrones libres de un conductor, de tal modo que pueda recorrer la conexin elctrica. III. Resistencia equivalente de un conjunto de resistencias es: a) El inverso de la resistencia equivalente de varias resistencias asociadas en paralelo es igual a la suma de los inversos de las resistencias que se asocien. b) El valor de una resistencia hipottica por la cual, al aplicarle la misma diferencia de potencial que al conjunto, circula la misma intensidad de corriente elctrica que en el conjunto. c) No se crea ni se destruye, nicamente se transforma. 2. ESCRIBA VERDADERO (V) O FALSO (F) SEGN CORRESPONDA: a) La resistencia tiene como unidad el Ohm. ( ) b) La resistencia elctrica ayuda a conducir la corriente elctrica. ( ) c) La resistividad depende de la clase o tipo de material ( ) d) las resistencias en serie se encuentran unidos de sus extremos o rama diferentes. ( ) e) La electrlisis es el proceso que separa los elementos de un compuesto por medio de la electricidad. ( ) 42. COLEGIO PARTICULAR A DISTANCIA CONTINENTAL Fsica y Qumica Pgina 33 3. COLOQUE EN EL PARNTESIS LA LETRA QUE LE CORRESPONDA. A. Ampermetro Indica la presencia de corriente en una reaccin B. Voltmetro Mide la intensidad de corriente C. Galvanmetro Mide el voltaje Firma del Profesor Calificacin Firma del Estudiante 43. COLEGIO PARTICULAR A DISTANCIA CONTINENTAL Fsica y Qumica Pgina 34 BLOQUE 1 ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO FICHA 3 Objetivo del bloque: Distinguir componentes, magnitudes, unidades e instrumentos de medida de un circuito elctrico y de un circuito magntico. Explicar el proceso electroltico. Destreza con criterio de desempeo: Relacionar la electricidad con el magnetismo a partir de la descripcin de los flujos de electrones, la corriente elctrica, la explicacin e interpretacin de la ley de Ohm, la resistencia y los circuitos elctricos, la electrlisis, el entramado existente entre energa, calor y potencia elctrica y el anlisis de los campos magnticos generados por una corriente elctrica o por un imn. Analizar circuitos magnticos con la descripcin inicial de los instrumentos de medicin ms utilizados en este campo, como los galvanmetros, ampermetros y voltmetros MAGNETISMO Magnetismo natural: Los imanes Los fenmenos magnticos, como los elctricos, se conocen desde la Antigedad; sin embargo, pudieron explicarse recin en el siglo XIX. No se sabe en qu momento se percibi por primera vez la existencia de los fenmenos magnticos, aunque existe una referencia de hace 2 000 aos sobre ciertas piedras que atraan metales. El nombre magnetismo proviene de Magnesia, una ciudad de la antigua Grecia en la que abundaba un mineral con propiedades magnticas, que en la actualidad se conoce con el nombre de magnetita. Un imn natural es un mineral metlico que tiene la propiedad de atraer a otros metales. Se encuentra formado por elementos como el hierro, el cobalto y el nquel. 44. COLEGIO PARTICULAR A DISTANCIA CONTINENTAL Fsica y Qumica Pgina 35 Todo imn tiene dos polos magnticos, el polo norte y el polo sur, cuya interaccin produce dos tipos de fuerza: fuerzas de repulsin y fuerzas de atraccin. Las fuerzas de repulsin se producen al interactuar polos del mismo tipo (sur y sur o norte y norte). Las fuerzas de atraccin se generan cuando interactan polos de distinto tipo (sur y norte). En la siguiente figura se puede observar el comportamiento de los polos del imn. Este arreglo de las limaduras permite demostrar la semejanza entre las lneas de fuerza de un dipolo elctrico y el comportamiento de cargas elctricas con los polos de un imn. Una gran diferencia entre ellos es que se puede obtener un solo tipo de carga aislada, positiva o negativa, pero jams se podr obtener un solo polo; es decir, no existen los monopolos magnticos. La comparacin con las cargas elctricas puede extenderse a la intensidad de la fuerza y su dependencia con la distancia: la fuerza de repulsin o atraccin entre dos polos magnticos es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia existente entre ellos. Magnetismo artificial: La imantacin En la exploracin magntica, no todos los materiales son atrados por un imn. Esta atraccin suele presentarse con mayor fuerza en el hierro, el nquel y el cobalto, por lo cual a estos materiales se los conoce con el nombre de ferromagnticos, palabra proveniente del latn ferrum, que significa hierro. Asimismo, existen otros materiales, denominados diamagnticos, como el plstico, la madera, el aluminio, el plomo y el cobre, en los cuales la atraccin magntica no es significativa. 45. COLEGIO PARTICULAR A DISTANCIA CONTINENTAL Fsica y Qumica Pgina 36 Pero qu tienen en especial los materiales ferromagnticos para ser atrados fuertemente por un imn? Las propiedades magnticas estn relacionadas con su estructura atmica. El movimiento de los electrones permite que cada tomo se comporte como un imn; de esta manera, todos los tomos se alinean paralelamente entre s distribuyndose en grupos con la misma orientacin, denominados dominios magnticos. Los objetos de material ferromagntico pueden transformarse en imanes bajo un proceso denominado imantacin, el cual consiste en dejar durante cierto tiempo el material en contacto con un imn y, as, producir un imn artificial. Esta imantacin puede ser temporal o permanente. Lneas de campo magntico Hemos mencionado que la fuerza con la cual se atraen o se repelen dos imanes disminuye al aumentar la distancia entre ellos, y que lo mismo sucede con la fuerza que un imn ejerce sobre un objeto de material ferromagntico. Sin embargo, si el imn y el objeto se encuentran a una distancia relativamente grande, el objeto no experimenta ningn tipo de atraccin. En este caso, se dice que el objeto est fuera del campo magntico generado por el imn. La intensidad del campo magntico se mide en una unidad llamada tesla (T), en honor de Nikola Tesla, cientfico que realiz trabajos relacionados con la electricidad y el magnetismo. Tambin realiz una experiencia en la cual suele emplearse otra unidad, denominada gauss (G). Para poder visualizar el campo magntico, Michael Faraday (1791-1887) esparci limaduras de hierro sobre un papel ubicado encima de un imn. Faraday observ que las limaduras se situaban en lneas cerradas, es decir, lneas que parten de un polo del imn y que llegan al otro polo, y determin que dichas lneas no se cortaban. En un imn, estas lneas se denominan lneas de campo y, por convenio, se dice que salen del polo norte e ingresan al polo sur. Estas lneas de campo presentan ciertas caractersticas. En el exterior del imn, cada lnea se orienta desde el polo norte al polo sur. Las lneas son cerradas, es decir, no se interrumpen en Definicin: Se denomina campo magntico (B) a la regin del espacio en la cual se manifiestan las fuerzas magnticas producidas por el imn. 46. COLEGIO PARTICULAR A DISTANCIA CONTINENTAL Fsica y Qumica Pgina 37 la superficie del imn. El vector de campo magntico en cada punto del espacio es tangente a la lnea de campo que pasa por ese punto. La cantidad de lneas por unidad de rea en la vecindad de un punto es proporcional a la intensidad del campo en dicho punto. Las lneas nunca se intersecan ni se cruzan en ningn punto del espacio. Fuerza magntica sobre una carga elctrica Cuando una carga elctrica se encuentra en un campo magntico y se desplaza dentro de l, experimenta una fuerza debida a la accin del campo. Esta fuerza magntica que experimenta una carga cuando se encuentra en un campo magntico es: Directamente proporcional al valor de la carga q: cuanto mayor sea esta, mayor ser la fuerza que actuar sobre la carga. Directamente proporcional a la velocidad v de la carga, de tal forma que, si la carga est en reposo, el campo no acta sobre ella. Directamente proporcional al valor del campo magntico en el cual se encuentra inmersa la carga. Directamente proporcional al seno del ngulo a que se forma entre la direccin del campo magntico y la direccin de la velocidad. Si el ngulo es de 0 o de 180, el campo no acta sobre la carga, solo acta sobre la componente perpendicular de la velocidad con relacin a la direccin del campo magntico. Fuerzas sobre corrientes El campo magntico formado por el enfrentamiento de los polos de un imn de herradura se considera un campo magntico constante. Si colocamos en este campo B un alambre por el cual circula una corriente i, este experimenta una fuerza magntica perpendicular al plano que forman el campo magntico y el alambre. Para hallar la expresin de esta fuerza, consideremos que el conductor por el cual fluye corriente es de longitud l, y que las cargas lo recorren en un tiempo t. Por lo ello, su velocidad es: Definicin de velocidad: Al reemplazar l en la ecuacin de fuerza magntica: Definicin de corriente elctrica: 47. COLEGIO PARTICULAR A DISTANCIA CONTINENTAL Fsica y Qumica Pgina 38 Por tanto, la fuerza magntica que experimenta un conductor por el cual fluye corriente elctrica y se encuentra en un campo magntico B es: La direccin se obtiene con la regla de la mano derecha, haciendo coincidir la direccin convencional de la corriente con la del pulgar, los dems dedos con la direccin del campo magntico y la palma de la mano con la direccin de la fuerza. Accin de un campo magntico sobre un circuito Un circuito rectangular como el que se muestra en la siguiente figura consiste en un conductor, denominado espira, que puede girar libremente alrededor del eje e, si se encuentra en el campo magntico generado por los dos imanes. La corriente que fluye desde A hasta D genera una fuerza magntica perpendicular al plano y que sobresale de l. Por otra parte, la corriente que fluye de D a C no genera fuerza y la corriente que fluye desde C hasta B provoca una fuerza perpendicular al plano e ingresa en l. Por tanto, las fuerzas forman una dupla y generan un giro alrededor de e en sentido positivo. Fuentes de campos magnticos El motor elctrico Una de las aplicaciones ms tiles de la fuerza experimentada por un conductor elctrico en presencia de un campo magntico perpendicular a l es el motor elctrico. El funcionamiento del motor elctrico se basa en la rotacin de una serie de espiras conductoras por las cuales circula una corriente, cuando se encuentran al interior del campo magntico creado por un imn. Un 48. COLEGIO PARTICULAR A DISTANCIA CONTINENTAL Fsica y Qumica Pgina 39 motor necesita de una fuente de poder, que puede ser una pila, la cual produce una corriente que siempre tiene el mismo sentido. Una variacin de este tipo de motor es aquel en el que el movimiento rotatorio de la espira se produce a travs de una fuerza externa. En este caso se genera una corriente de intensidad variable, pero cuyo sentido siempre es el mismo. En la figura de la izquierda se representa un motor elctrico. Al pasar la corriente por la espira, como esta se encuentra ubicada en un campo magntico (el creado por los imanes fijos), comienza a girar y produce as su movimiento a partir de dicha corriente elctrica. El campo magntico terrestre La primera aplicacin prctica del magnetismo la constituy un imn empleado en la navegacin. Las referencias de la utilizacin de imanes en la navegacin martima se remontan al siglo XII, cuando se observ que uno de los polos de un imn se orientaba siempre hacia el norte geogrfico. Por tal razn, a partir de all se comenz a emplear imanes para la orientacin geogrfica. El fsico y mdico ingls William Gilbert, basndose en sus estudios de magnetismo, fue la primera persona en sugerir que la Tierra actuaba como un gran imn cuyo campo terrestre es tal que las lneas de campo salen aproximadamente del polo sur y circundan la Tierra siguiendo los meridianos hasta entrar por el polo norte. Por esta razn es que una brjula seala aproximadamente el norte, debido a la accin del campo magntico terrestre. Un fenmeno sorprendente que ocurre en el campo magntico de la Tierra es que sus polos magnticos se han invertido varias veces durante el transcurso de la existencia del planeta. Este fenmeno de inversin de los polos se ha presentado a intervalos de miles de aos. En la actualidad, el polo norte magntico se encuentra prximo al polo sur geogrfico y el polo sur magntico se ubica cerca al polo norte geogrfico. 49. COLEGIO PARTICULAR A DISTANCIA CONTINENTAL Fsica y Qumica Pgina 40 Una de las propiedades que permite orientarse a las aves migratorias es la capacidad que tienen para detectar la intensidad y la direccin del campo magntico terrestre Dicha capacidad se explicara por dos mecanismos complementarios. Uno est relacionado con la accin de la luz. Las molculas de rodopsina que se encuentran en las clulas de la retina del ojo absorben fotones y se convierten en pequeos imanes transitorios, alinendose en la direccin del campo. Este mecanismo se complementara con el efecto producido por los cristales de magnetita presentes en el crneo de las aves. BIBLIOGRAFA: Armendaris Gavilanes, Gerardo. Resistencia y Circuitos elctricos. Fsica y Qumica. Primera Edicin. Quito Ecuador: Maya ediciones. 2012. Impreso. BURNS. R. (2003). Fundamentos de Qumica. Edit. Pearson. (4ta ed.). Mxico. Impreso. Ball, David. Fisicoqumica. Cleveland State University. Estados Unidos. Cengage Learning. Impreso. 50. COLEGIO PARTICULAR A DISTANCIA CONTINENTAL Fsica y Qumica Pgina 41 FICHA N 3 MAGNETISMO INVESTIGO 3 Realizar una investigacin sobre las consecuencias del debilitamiento del campo magntico terrestre. _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ NOMBRE: _________________________________ CURSO: ____________PARALELO:______________ NOMBRE DEL TUTOR: ________________________ FECHA: ____________________________________ 51. COLEGIO PARTICULAR A DISTANCIA CONTINENTAL Fsica y Qumica Pgina 42 GLOSARIO 3 1. Defina los siguientes trminos: Magnetismo:______________________________________________ Imn natural_______________________________________________ Imantacin:_______________________________________________ Campo magntico: _________________________________________ Solenoide:________________________________________________ 2. Escriba cinco palabras no asimiladas en la leccin con su concepto: __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ 52. COLEGIO PARTICULAR A DISTANCIA CONTINENTAL Fsica y Qumica Pgina 43 RESUMO 3 Con sus propias palabras realice un resumen de los aspectos ms importantes contenidos en la ficha, para ello puede utilizar un mapa conceptual, cuadro sinptico un escrito: 53. COLEGIO PARTICULAR A DISTANCIA CONTINENTAL Fsica y Qumica Pgina 44 CUESTIONARIO 3 1. SEALE LA RESPUESTA CORRECTA: Todo imn tiene dos polos magnticos, estos son: a) Polo este y polo oeste. b) Polo este y polo norte. c) Polo norte y polo sur. d) Polo oeste y polo sur. El electroimn es: a) La regin del espacio en la cual se manifiestan las fuerzas magnticas producidas por el imn. b) Una bobina larga cuyo ncleo se encuentra formado de hierro y produce un campo magntico cuando pasa cierta corriente por las espiras de la bobina. c) Se encarga de transformar en sonido las seales elctricas que llegan al amplificador de un equipo de sonido. El plstico, la madera y el aluminio son materiales : a) Magnticos b) Diamagnticos c) Imanes 2. COMPLETE CON LA PALABRA CORRECTA: a) Los polos opuestos se.. y los polos iguales se........ b) Los imanes poseen dos polos, el polo.. y polo.. 3. ESCRIBA VERDADERO (V) O FALSO (F) SEGN CORRESPONDA. a) La magnetita es un material con propiedades electromagnticas ( ) b) Todo imn tiene dos polos opuestos ( ) c) el campo magntico est formado por fuerzas electromagnticas ( ) d) Los polos de la Tierra se han invertido varias veces ( ) 54. COLEGIO PARTICULAR A DISTANCIA CONTINENTAL Fsica y Qumica Pgina 45 Firma del Profesor Calificacin Firma del Estudiante 55. COLEGIO PARTICULAR A DISTANCIA CONTINENTAL Fsica y Qumica Pgina 46 BLOQUE 1 ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO FICHA N 4 Objetivo del bloque: Distinguir componentes, magnitudes, unidades e instrumentos de medida de un circuito elctrico y de un circuito magntico. Explicar el proceso electroltico. Destreza con criterio de desempeo: Interpretar el proceso de induccin electromagntica como resultado de la interaccin entre bobinas por las cuales circula la corriente elctrica. Relacionar las estructuras de los generadores y de los motores elctricos a partir del anlisis de sus partes y sus funciones especficas. INDUCCIN ELECTROMAGNTICA Los experimentos de Faraday y Henry Despus del hallazgo de Oersted en 1820 con relacin al campo magntico inducido por una corriente elctrica, los fsicos empezaron a realizar experimentos para hallar el proceso contrario; es decir, que a partir de un campo magntico se produzca una corriente elctrica. Esta poca de esfuerzo culmin con xito en el ao 1831, en el cual Joseph Henry en Estados Unidos y, de manera independiente, Michael Faraday en Inglaterra puso en manifiesto que un campo magntico variable en el tiempo era capaz de generar electricidad. Los trabajos realizados por los investigadores se resumen en un experimento por medio del cual es posible crear corriente elctrica en un circuito a partir de fenmenos magnticos. Este experimento consiste en un circuito elctrico formado por una espira conectada a un galvanmetro y un imn de barra colocado perpendicular a la espira (figura a). Cuando se acerca e introduce el imn a la espira, se observa que el galvanmetro indica el paso de una corriente por ella, la misma que se interrumpe cuando el imn se detiene. Si ahora se saca el imn de la espira, se vuelve a observar el paso de la corriente mientras el imn est en movimiento, pero esta vez en sentido contrario al de la situacin anterior 56. COLEGIO PARTICULAR A DISTANCIA CONTINENTAL Fsica y Qumica Pgina 47 Faraday concluy respecto a este fenmeno que la corriente elctrica aparece porque, al acercarse o alejarse el imn de la espira, se produce un cambio en el nmero de lneas de campo magntico que atraviesan la espira, tal como se observa en la siguiente figura. Induccin electromagntica Faraday y Henry establecieron que era posible generar corriente elctrica a travs de un alambre con el simple hecho de ingresar y sacar un imn de una bobina. Con ello demostraron que no era indispensable la utilizacin de algn generador elctrico; solo con el movimiento relativo entre el alambre y un campo magntico era factible inducir un voltaje. Sin embargo, la magnitud de este voltaje inducido depende de la rapidez con la cual el alambre recorre las lneas de campo magntico, ya que si este movimiento es muy lento, el valor del voltaje es muy pequeo, mientras que si el movimiento se realiza con cierta rapidez, el voltaje inducido presenta un valor mayor. Asimismo, la cantidad de espiras tambin permite obtener diferentes valores para el voltaje inducido, ya que cuanto mayor es el nmero de espiras de alam- bre que se desplazan en el campo magntico, mayores son el voltaje inducido y la corriente en el alambre. 57. COLEGIO PARTICULAR A DISTANCIA CONTINENTAL Fsica y Qumica Pgina 48 En conclusin, no importa qu accin es la que induce el voltaje, ya que este se genera debido al movimiento relativo entre la bobina y el campo magntico. Por ello es posible afirmar que toda variacin en el flujo del campo magntico a travs del rea limitada por un circuito genera corriente elctrica en l. Este fenmeno de inducir voltaje alternando el campo magntico en torno a un conductor se denomina induccin electromagntica. Las corrientes generadas por la induccin electromagntica se conocen como corrientes inducidas, como lo son las corrientes que se generan al momento de cerrar o abrir un circuito. Ley de Faraday Faraday, durante sus observaciones, estableci que cunto ms rpido cambia el flujo magntico, mayor es la corriente inducida en la bobina. En el momento de introducir o retirar el imn en la bobina, el galvanmetro registra una corriente en ella. Pero este valor del galvanmetro aumenta a medida que aumenta la rapidez en la introduccin o el retiro del imn. La ley de induccin de Faraday enuncia que el valor de la fuerza electromotriz (fem) inducida en el conductor que limita la superficie atravesada por el flujo magntico depende de la rapidez de la variacin del flujo magntico. Esta ley se expresa como: Donde es la variacin del flujo magntico y es la variacin del tiempo. Despus de analizar esta consecuencia de los trabajos de Faraday, Maxwell imagin que tal vez este fenmeno inverso fuera verdadero, es decir, que un campo elctrico variable debera inducir un campo magntico. DEFINICIN: La fuerza electromotriz fem (e) inducida en un circuito es igual a la variacin con respecto al tiempo (t) del flujo (F) que atraviesa dicho circuito. Estas experiencias se traducen en la ley de Faraday. 58. COLEGIO PARTICULAR A DISTANCIA CONTINENTAL Fsica y Qumica Pgina 49 Autoinduccin Al variar la corriente que recorre un circuito, tambin lo hace el flujo magntico del propio circuito. Esta variacin de flujo es la causa de una fem inducida en el circuito. Si la permeabilidad magntica es constante, la fem es proporcional a la variacin de la intensidad de corriente en la unidad de tiempo. Donde L es una constante llamada coeficiente de autoinduccin o simplemente autoinduccin del circuito. Si hay un signo menos, indica que la fem asociada autoinducida se opone a la variacin de la corriente que la produce. Si se expresa en V y el cociente i/t en A/s, L viene medida en henrios (H). La autoinduccin de un circuito es de 1 H cuando se induce en l una fem de 1 V al variar la corriente que lo recorre a razn de 1 A/s. Induccin mutua Al variar la corriente que circula por el circuito primario de un acoplamiento, se induce una fem en el secundario, por el que pasa parte del flujo magntico del primario. La fem inducida en el secundario, 2, es proporcional a la variacin de corriente en el primario en la unidad de tiempo, i1/t. Donde M es una constante llamada coeficiente de autoinduccin mutua o induccin mutua del sistema. Si se expresa en V y el cociente i/t en A/s, M viene medida en henrios (H). 59. COLEGIO PARTICULAR A DISTANCIA CONTINENTAL Fsica y Qumica Pgina 50 Generadores y motores elctricos Aunque las bateras y las pilas generan electricidad, estas presentan ciertas limitaciones, ya que no sirven para aparatos elctricos con un gran consumo energtico, como la mayor parte de los electrodomsticos. En este caso, es necesario implementar el uso de alternadores y dinamos, cuya estructura se encuentra formada por un imn fijo y una bobina que gira en el campo magntico creado por el imn. El alternador. Cuando la bobina se encuentra en reposo, no es posible generar corriente. Pero, a medida que la bobina gira, se origina una variacin de campo magntico y se genera una corriente elctrica que cambia peridicamente de sentido. La corriente elctrica generada se enva al exterior a travs de un colector conectado a la bobina y unido a dos escobillas o contactos de salida. El alternador es un generador de corriente alterna. Los generadores de las centrales elctricas, por ejemplo, son alternadores. 60. COLEGIO PARTICULAR A DISTANCIA CONTINENTAL Fsica y Qumica Pgina 51 El dinamo. El funcionamiento de una dinamo es similar al del alternador. El colector est formado por un nico anillo y, mediante un sistema mecnico sencillo, se consigue que los extremos de la bobina hagan contacto alternativamente con las escobillas, de tal manera que una sea siempre positiva y la otra, negativa. De este modo, la corriente alterna generada se transforma en corriente continua. Una de las aplicaciones ms corrientes de la dinamo ha sido la de generar energa elctrica para el funcionamiento de un automvil. Sin embargo, su utilizacin disminuy debido a que presentaba problemas al suministrar corriente cuando el motor estaba en pleno rendimiento. La produccin de corriente alterna es muy sencilla; por tal razn es la ms utilizada tanto a nivel domstico como a nivel industrial. Su produccin se encuentra relacionada con la variacin en el flujo magntico que atraviesa un conductor, es decir, al giro