Presentación Contenido Temático Recursos Evaluación Bibliografía Créditos
Prof. Pedro Eche Querevalú CTA 5to de Secundaria 2011
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Presentación Los primeros descubrimientos de los cuales se tiene noticia en relación con los fenómenos eléctricos, fueron realizados por los griegos en la antigüedad. El filósofo y matemático Tales, que vivió en la ciudad de Mileto en el siglo V a.c. observó que un trozo de ámbar, después de ser frotado con una piel de animal, adquiría la propiedad de atraer cuerpos ligeros (como trozos de paja y pequeñas semillas). Sólo hasta casi 2000 años más tarde comenzaron a realizarse observaciones sistemáticas y ciudadosas de los fenómenos eléctricos, entre los cuales destacan los trabajos del médico inglés William Gilbert. Este científico observó que algunos otros cuerpos se comportan como el ámbar al frotarlos, y que la atracción que ejercen se manifiesta sobre cualquier otro cuerpo, aún cuando no sea ligero.
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Contenido Temático ELECTROSTATICA CARGA ELÉCTRICA LA UNIDAD DE LA CARGA ELÉCTRICA CUANTIZACIÓN DE LA CARGA ELÉCTRICA CUERPOS SEGÚN SUS PROPIEDADES ELÉCTRICAS MÉTODOS PARA CARGAR ELÉCTRICAMENTE LA MATERIA LEY DE CHARLES COULOMB
LA FUERZA ELÉCTRICA EN OTROS MEDIOS
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ELECTROSTÁTICA Es la parte de la física que se ocupa de los fenómenos eléctricos relacionados con las cargas eléctricas en reposo.
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CARGA ELÉCTRICA Es una propiedad inherente de las partículas elementales; electrones y protones, por la cual se dan las interacciones entre ellos, átomos, iones, moléculas y partículas electrizadas. Existen dos tipos de carga: por convención los protones tienen cargas positivas y los electrones cargas negativas. Cuando un átomo posee la misma cantidad de protones y electrones se dice que es eléctricamente neutro. Macroscópicamente la carga eléctrica es una propiedad de la materia, ya que la materia está constituida por átomos que a su vez contienen protones y electrones. Aunque los cuerpos que nos rodean se presentan en estado eléctricamente neutro, estos se cargan negativamente cuando ganan electrones o positivamente cuando pierden electrones. Es decir cuando frotamos algunos materiales existe una transferencia de electrones de un cuerpo a otro, lo que hace que queden cargados eléctricamente. Por ejemplo: cuando el vidrio es frotado con seda, la seda “arranca” los electrones del vidrio y, en consecuencia, la seda se carga negativamente (gana electrones) y el vidrio se carga positivamente (pierde electrones) CONTINUA>>
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LA UNIDAD DE LA CARGA ELÉCTRICA: EL COULOMB La carga eléctrica es una magnitud física que puede medirse. Su unidad natural es el electrón, pero al ser una cantidad muy pequeña, el SI define como unidad de la carga eléctrica al Coulomb (C). La cantidad de carga expresada en coulomb que poseen algunos cuerpos y partículas.
Un electrón
-1,6.10-19C
Un protón
+1,6.10-19C
Una regla frotada con lana
͂-10-6C
Una lámina frotada con seda
͂+10-6C
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CUANTIZACIÓN DE LA CARGA ELÉCTRICA La menor cantidad de carga eléctrica posible es la del electrón o la del protón, por esta razón se dice que la carga eléctrica que poseen es la carga fundamental cuyo valor es
1,6 .10-19C “La carga eléctrica de la materia (exceso o déficit de electrones) siempre es un múltiplo de la carga eléctrica fundamental”
Q=+/-n(1,6.10 -19C) Donde: Q es la carga eléctrica que posee un cuerpo en coulomb (C) n es el número de electrones ganados o perdidos En la ecuación se elige el signo negativo (-) cuando el cuerpo gana electrones y el signo positivo (+) cuando el cuerpo pierde electrones.
Observación: En la física de partículas, experiencias recientes han demostrado la existencia de partículas elementales llamadas “quarks”, que poseen un tercio de la carga fundamental.
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LOS CUERPOS SEGÚN SU PROPIEDADES ELÉCTRICAS DIELÉCTRICOS.- Se les llama también aislantes o malos conductores , y se caracterizan por ofrecer gran resistencia al paso de las cargas por el interior de su masa. Sin embargo se electrizan fácilmente por frotación y cuando se cargan eléctricamente tienen la propiedad de mantener el exceso o déficit de electrones en regiones localizadas. Ejemplos: Los plásticos, la madera, las resinas, el vidrio, el papel, el aire seco, etc.
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LOS CUERPOS SEGÚN SU PROPIEDADES ELÉCTRICAS CONDUCTORES.- Son aquellos que permiten el paso de las cargas por el interior de su masa sin alterar sus propiedades químicas. Ejemplos: Los metales, el aire húmedo, el cuerpo de los animales, el agua acidulada, etc.
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SEMICONDUCTORES SEMICONDUCTORES.- Son las sustancias cuyas propiedades eléctricas están entre un conductor y un aislador. En estado puro son aisladores, pero la introducción de pequeñas impurezas lo hacen semiconductores.. Ejemplos: El silicio, germanio, etc.
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MÉTODOS PARA CARGAR ELÉCTRICAMENTE LA MATERIA Podemos cargar eléctricamente un cuerpo usando tres métodos sencillos:
POR FROTACIÓN o fricción.- Ocurre cuando dos objetos se frotan mutuamente. Este método es óptimo para dos cuerpos dieléctricos, ya que estos mantienen la carga eléctrica en las superficies donde fueron frotados. POR CONTACTO.- este es un buen método para cargar eléctricamente cuerpos conductores (metales) Cuando ponemos en contacto un conductor cargado con otro sin carga, existirá entre ellos un flujo de electrones que dura hasta que se equilibren electrostáticamente. POR INDUCCIÓN.- En este método un cuerpo previamente cargado (inductor) se aproxima a un objeto de metal (inducido), en este se acumulará una cantidad de electrones hacia a un lado, dando lugar a un fenómeno conocido como POLARIZACIÓN ELÉCTRICA.
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Conservación de la carga eléctrica de un sistema “En todo sistema cerrado la carga neta del sistema permanece constante en el tiempo”.
La suma algebraica de las cargas eléctricas de los cuerpos o partículas que forman un sistema eléctricamente aislado no varía cualquiera que sean los procesos que ocurran en dicho sistema.
qneta q cons tan te
q
inicial
q final
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LA FUERZA ELÉCTRICA LEY DE CHARLES COULOMB El primero en realizar una investigación teórica de las fuerzas de las fuerzas eléctricas fue Charles Augustin de Coulomb (1736 – 1806), quién usando una balanza de torsión y esferas cargadas demostró: “La fuerza eléctrica (F) entre dos esferas cargadas eléctricamente con (q1) y (q2) es directamente proporcional al producto de sus cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia (d) que separa los centros de las esferas”
Donde:
q1.q2 F k. 2 d
K es una constante llamada constante eléctrica y depende del medio donde interactúan las esferas cargadas, para el aire o vacío K = 9.10 9Nm2/C2 La fuerza eléctrica es de repulsión si las cargas tienen el mismo signo y de atracción si las cargas son de son de signos diferentes.
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LA FUERZA ELÉCTRICA EN OTROS MEDIOS Para expresar la influencia del medio, la constante eléctrica k se calcula con la formula:
9.109 Nm 2 / C 2 k kd
Donde: Kd es la constante dieléctrica del medio material y es un número que carece en unidades. Constantes dieléctricas de algunos materiales:
Tabla de valores de la constante dieléctrica, kd Vacío
1
Aire
1
Vidrio
4,5
Aceite
4,6
Mica
5,4
Agua
81
Kerosene
2
Glicerina
43
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Recursos Haz clic en “Actividades interactivas” para ingresar para desarrollar las actividades educativas lúdicas
Actividades interactivas
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Créditos Electrostática http://www.asifunciona.com/electrotecnia/ke_electrostatica/ke_electrostatica_1.htm Electrostática http://www.ifent.org/lecciones/electrostatica/eletica21.asp
Cargas eléctricas http://www.angelfire.com/empire/seigfrid/Portada.html Cargas eléctricas http://www.asifunciona.com/electrotecnia/ke_electrostatica/ke_electrostatica_1.htm Imagen http://www.telefuerza.com/sabias_que/archivos/c48baa_20070610192344-rayo.jpg
Experimento http://redescolar.ilce.edu.mx/redescolar/act_permanentes/conciencia/experimentos/electrostatica.htm Simulaciones http://www.educaplus.org/cat-66-p1-Electrost%C3%A1tica_F%C3%ADsica.html?PHPSESSID=qrkdiltr Experimentos sencillos de electrostática http://fs210secc1002.wordpress.com/electrostatica/