Fin Modulo Fisica-quimica

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“Física y Química“ “Segundo de Bachillerato” www.continental.edu.ec “SEGUNDO DE BACHILLERATO” NOMBRE: ___________________ PARALELO: __________________ AÑO LECTIVO 2014 - 2015

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para estudio solamente

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    SEGUNDO DE BACHILLERATO

    NOMBRE: ___________________

    PARALELO: __________________

    AO LECTIVO

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    Contenido

    BLOQUE N 1 ............................................................................................................................. 1

    Electricidad y Magnetismo ........................................................................................................ 1

    LECCION N 1 ............................................................................................................................ 3

    ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO ......................................................................................... 3

    LECCION N 2 .......................................................................................................................... 23

    RESISTENCIA ELCTRICA Y CIRCUITOS ELCTRICOS ............................................. 23

    LECCION 3 ................................................................................................................................ 35

    LECCION N 4 .......................................................................................................................... 48

    INDUCCIN ELECTROMAGNTICA .................................................................................. 48

    LECCION 5 ................................................................................................................................ 63

    CORRIENTE CONTINUA Y CORRIENTE ALTERNA ....................................................... 63

    BLOQUE N 2 ........................................................................................................................... 76

    Calor y Temperatura ................................................................................................................ 76

    LECCION N 6 .......................................................................................................................... 78

    CALOR Y TEMPERATURA .................................................................................................... 78

    DILATACIN DE SLIDOS Y LQUIDOS ........................................................................... 90

    LECCION N 8 ........................................................................................................................ 102

    TERMODINMICA ................................................................................................................. 102

    LECCION N 9 ........................................................................................................................ 114

    LOS ESTADOS DE LA MATERIA, PROPIEDADES Y COMPORTAMIENTO ............. 114

    LECCION N 10 ...................................................................................................................... 127

    LEYES DE LOS GASES ....................................................................................................... 127

    BLOQUE N 3 ......................................................................................................................... 143

    Los estados de la materia ..................................................................................................... 143

    LECCION N 11 ...................................................................................................................... 145

    ECUACIN GENERAL DE ESTADO ................................................................................. 145

    LECCION N 12 ...................................................................................................................... 155

    GASES REALES .................................................................................................................... 155

    LECCION N 13 ...................................................................................................................... 164

    SOLUCIONES ......................................................................................................................... 164

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    BLOQUE N 4 ......................................................................................................................... 179

    cidos, Bases y Sales ........................................................................................................... 179

    LECCION N 14 ...................................................................................................................... 181

    CIDOS y BASES ................................................................................................................ 181

    LAS SALES ............................................................................................................................. 191

    LECCION N 16 ...................................................................................................................... 199

    ELECTROLITOS Y NO ELECTROLITOS ......................................................................... 199

    LECCION N 17 ...................................................................................................................... 208

    EQUILIBRIO QUMICO ......................................................................................................... 208

    LECCION N 18 ...................................................................................................................... 218

    CONSTANTE DE EQUILIBRIO............................................................................................ 218

    BLOQUE N 5 ......................................................................................................................... 226

    Equilibrio qumico y velocidad de reaccin ........................................................................ 226

    LECCION N 19 ...................................................................................................................... 228

    OXIDACIN REDUCCIN ................................................................................................ 228

    LECCION N 20 .................................................................................................................. 243

    Propiedades de los metales.................................................................................................. 244

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    BLOQUE N 1

    Electricidad y Magnetismo

    TEMAS A TRATAR:

    1. Relacionar la electricidad con el magnetismo

    2. Componentes y circuitos elctricos

    3. Diferenciar clases de corrientes.

    OBJETIVO DEL BLOQUE:

    Distinguir componentes, magnitudes, unidades e instrumentos de medida de un

    circuito elctrico y de un circuito magntico. Explicar el proceso electroltico.

    DESTREZAS CON CRITERIO DE DESEMPEO:

    1. 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.

    2. Distinguir componentes, magnitudes, unidades e instrumentos de medida de un

    circuito elctrico y de un circuito magntico. Explicar el proceso electroltico.

    3. Analizar circuitos magnticos con la descripcin inicial de los instrumentos de

    medicin ms utilizados en este campo, como los galvanmetros,

    ampermetros y voltmetros

    4. Diferenciar entre corriente continua y corriente alterna, mediante la observacin

    y anlisis en una prctica de laboratorio sobre recubrimientos electrolticos para

    conocer sus aplicaciones y concienciar sobre el ahorro de energa elctrica

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    INDICADORES ESENCIALES DE EVALUACIN:

    1. Relaciona 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.

    2. Distingue componentes, magnitudes, unidades e instrumentos de medida de un

    circuito elctrico y de un circuito magntico. Explicar el proceso electroltico.

    3. Analiza circuitos magnticos con la descripcin inicial de los instrumentos de

    medicin ms utilizados en este campo, como los galvanmetros,

    ampermetros y voltmetros

    4. Diferencia entre corriente continua y corriente alterna, mediante la observacin

    y anlisis en una prctica de laboratorio sobre recubrimientos electrolticos para

    conocer sus aplicaciones y concienciar sobre el ahorro de energa elctrica

    EJE TRANSVERSAL DEL BUEN VIVIR:

    El correcto desarrollo de la salud y la recreacin de los estudiantes

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    LECCION N 1

    ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO

    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.

    Objetivo del bloque:

    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.

    Contenido:

    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.

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    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.

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    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.

    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.

    Masa del electrn: 6,109 x 10-23 gramos.

    Masa atmica del electrn: 0,0005486 UMA.

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    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.

    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.

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    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 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.

    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.

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    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:

    Resistencia (R): es la dificultad que presenta un cuerpo al paso de la corriente

    elctrica. La unidad es el Ohmio ().

    =

    I = intensidad (en A).

    Q = cantidad de electricidad (en Q).

    t = tiempo (segundos).

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    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.

    LEY DE OHM

    Establecida por el fsico alemn George Simn Ohm, que dice:

    En un circuito elctrico, la intensidad de la

    corriente que recorre, es directamente

    proporcional al voltaje e inversamente

    proporcional a la resistencia.

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    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

    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.

    Energa es la capacidad para realizar un trabajo.

    http://www.continental.edu.ec/http://www.google.com.ec/imgres?q=ley+de+ohm&um=1&hl=es&rlz=1R2ADFA_esEC411&biw=1058&bih=449&tbm=isch&tbnid=Q2wWF_xckgM6JM:&imgrefurl=http://www.aulataller.es/ejercicios/ley-de-ohm/ley-de-ohm-corriente-continua.html&docid=4L-lPuHacgrXUM&imgurl=http://www.aulataller.es/ejercicios/ley-de-ohm/leyOhm.jpg&w=532&h=218&ei=WidhULDJH5K88wSEnoDgAw&zoom=1&iact=hc&vpx=585&vpy=60&dur=681&hovh=144&hovw=351&tx=164&ty=84&sig=101646282664317657719&page=3&tbnh=70&tbnw=172&start=30&ndsp=16&ved=1t:429,r:9,s:30,i:259http://www.google.com.ec/imgres?q=energ%C3%ADa&um=1&hl=es&sa=N&qscrl=1&rlz=1T4ADFA_esEC411EC412&biw=1058&bih=449&tbm=isch&tbnid=7peraKiARaqp1M:&imgrefurl=http://manuelgross.bligoo.com/tag/energia&docid=PJstLrxF3P9wDM&imgurl=http://bligoo.com/media/users/3/186911/images/public/20503/Energia.jpg?v=1250616636793&w=300&h=349&ei=9OlhUObzGpKe8gT354GgDg&zoom=1&iact=hc&vpx=637&vpy=83&dur=855&hovh=242&hovw=208&tx=98&ty=125&sig=110882587751254122959&page=2&tbnh=128&tbnw=157&start=14&ndsp=16&ved=1t:429,r:3,s:14,i:205
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    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.

    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,

    http://www.continental.edu.ec/http://www.google.com.ec/imgres?q=energ%C3%ADa+cin%C3%A9tica&um=1&hl=es&rlz=1R2ADFA_esEC411&biw=1058&bih=449&tbm=isch&tbnid=KtT1U3WmwhppOM:&imgrefurl=http://tiposdeenergia.info/&docid=VLl_yU4BYIEE8M&imgurl=http://tiposdeenergia.info/wp-content/uploads/2012/08/energia-potencial.jpg&w=314&h=349&ei=qylhUJGeF4ne8AThvIGIBg&zoom=1&iact=hc&vpx=319&vpy=97&dur=915&hovh=237&hovw=213&tx=131&ty=154&sig=101646282664317657719&page=1&tbnh=99&tbnw=89&start=0&ndsp=14&ved=1t:429,r:2,s:0,i:85
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    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 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

    http://www.continental.edu.ec/http://www.google.com.ec/imgres?q=energ%C3%ADa+calorica&um=1&hl=es&sa=X&qscrl=1&rlz=1T4ADFA_esEC411EC412&biw=1058&bih=449&tbm=isch&tbnid=2e3lskb5vpXFMM:&imgrefurl=http://html.rincondelvago.com/energia-calorica.html&docid=wvcoSMqnezFaKM&imgurl=http://html.rincondelvago.com/000607370.png&w=602&h=336&ei=9jFhUKzXFZLE9gTpqoCQBQ&zoom=1&iact=hc&vpx=167&vpy=168&dur=12123&hovh=168&hovw=301&tx=120&ty=108&sig=110882587751254122959&page=1&tbnh=74&tbnw=132&start=0&ndsp=14&ved=1t:429,r:1,s:0,i:134http://www.google.com.ec/imgres?q=energ%C3%ADa+radiante&um=1&hl=es&qscrl=1&rlz=1T4ADFA_esEC411EC412&biw=1058&bih=449&tbm=isch&tbnid=0ncYWvAsa0NQQM:&imgrefurl=http://www.opex-energy.com/EN/fotovoltaica/funcionamiento_fotovoltaica.html&docid=CKcPUdq15fQ5tM&imgurl=http://www.opex-energy.com/fotovoltaica/radiacion fotovoltaica.jpg&w=470&h=265&ei=PTNhUIDXLoGg8gTIm4G4BA&zoom=1&iact=hc&vpx=73&vpy=168&dur=1843&hovh=168&hovw=299&tx=190&ty=93&sig=110882587751254122959&page=2&tbnh=95&tbnw=169&start=13&ndsp=17&ved=1t:429,r:0,s:13,i:176http://www.google.com.ec/imgres?q=energ%C3%ADa+nuclear&um=1&hl=es&sa=N&qscrl=1&rlz=1T4ADFA_esEC411EC412&biw=1058&bih=449&tbm=isch&tbnid=nPcIKRQsMoazdM:&imgrefurl=http://www.tecnun.es/asignaturas/Ecologia/Hipertexto/07Energ/130EnNuclear.htm&docid=RmGraSRizZQF_M&imgurl=http://www.tecnun.es/asignaturas/Ecologia/Hipertexto/07Energ/07-5Cen.jpg&w=466&h=261&ei=xzNhUJ6tHYXq8gTox4DgDg&zoom=1&iact=hc&vpx=212&vpy=152&dur=1489&hovh=168&hovw=300&tx=153&ty=86&sig=110882587751254122959&page=1&tbnh=88&tbnw=157&start=0&ndsp=12&ved=1t:429,r:1,s:0,i:71
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    toma en consideracin que los yacimientos de petrleo del mundo se agotarn en

    poqusimo tiempo.

    Transformacin de una forma de energa en otra

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    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.

    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

    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)

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    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.

    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.

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    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.

    http://www.continental.edu.ec/http://www.google.com.ec/imgres?q=efecto+joule&um=1&hl=es&sa=N&qscrl=1&rlz=1T4ADFA_esEC411EC412&biw=1058&bih=449&tbm=isch&tbnid=eJ9Usb5eAYWS9M:&imgrefurl=http://eltamiz.com/2010/01/13/electricidad-i-efecto-joule/&docid=DUrFOxeMfFSiqM&imgurl=http://eltamiz.com/images/2010/January/circuito-bombilla-1.png&w=500&h=289&ei=a-1hUIz6D4Og9QTxy4HIAQ&zoom=1&iact=hc&vpx=64&vpy=62&dur=9603&hovh=171&hovw=295&tx=161&ty=43&sig=110882587751254122959&page=1&tbnh=84&tbnw=146&start=0&ndsp=13&ved=1t:429,r:7,s:0,i:117
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    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.

    http://www.continental.edu.ec/http://www.google.com.ec/imgres?q=aplicaciones+efecto+joule&um=1&hl=es&sa=N&qscrl=1&rlz=1T4ADFA_esEC411EC412&biw=1058&bih=449&tbm=isch&tbnid=dbxvUl5WNJFxKM:&imgrefurl=http://www.emagister.com/curso-electricidad-fisicos-tecnicos/aplicaciones-efectos-termico-luminoso&docid=QEcDCrNdLYbclM&imgurl=http://imagenes.mailxmail.com/cursos/imagenes/1/0/aplicaciones-de-los-efectos-termico-y-luminoso_20801_11_1.gif&w=250&h=350&ei=me5hUK2wDIfk9ATsl4CwDA&zoom=1&iact=hc&vpx=260&vpy=2&dur=328&hovh=266&hovw=190&tx=105&ty=48&sig=110882587751254122959&page=2&tbnh=130&tbnw=89&start=12&ndsp=17&ved=1t:429,r:1,s:12,i:114
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    NOMBRE: _________________________________

    CURSO: ___________________________________

    PARALELO _____________________________

    INVESTIGO 1

    Investigar sobre el tomo, sus partes y las 3 teoras atmicas.

    _____________________________________________________________________

    _____________________________________________________________________

    _____________________________________________________________________

    _____________________________________________________________________

    _____________________________________________________________________

    _____________________________________________________________________

    _____________________________________________________________________

    _____________________________________________________________________

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    NOMBRE: _________________________________

    CURSO: ___________________________________

    PARALELO _____________________________

    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:

    __________________________________________________________

    __________________________________________________________

    __________________________________________________________

    __________________________________________________________

    __________________________________________________________

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    NOMBRE: _________________________________

    CURSO: ___________________________________

    PARALELO _____________________________

    RESUMO 1

    Dibuje un circuito simple y explique su funcionamiento.

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    NOMBRE: _________________________________

    CURSO: ___________________________________

    PARALELO _____________________________

    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 ( )

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    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 Firma del Estudiante Calificacin

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    LECCION N 2

    ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO

    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.

    Objetivo del bloque:

    Distinguir componentes, magnitudes, unidades e instrumentos de medida de un

    circuito elctrico y de un circuito magntico. Explicar el proceso electroltico.

    Contenido:

    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:

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    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.

    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:

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    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 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 potencial 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.

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    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:

    Resistencia Equivalente

    DEFINICIN: La resistencia equivalente a varias resistencias asociadas en serie es igual a la

    suma de todas las resistencias conectadas.

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    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.

    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

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    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).

    http://www.continental.edu.ec/http://es.wikipedia.org/wiki/Descomposici%C3%B3n_qu%C3%ADmicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Electricidadhttp://es.wikipedia.org/wiki/Electrodohttp://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_continuahttp://es.wikipedia.org/wiki/Electrolitohttp://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81nodohttp://es.wikipedia.org/wiki/C%C3%A1todohttp://es.wikipedia.org/wiki/Carga_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Ani%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Cati%C3%B3n
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    AMPERMETRO, GALVANMETRO, VOLTMETRO Y MULTMETRO

    AMPERMETRO: mide la intensidad de corriente

    que circula por una conexin. Este artefacto se co-

    necta 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.

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    NOMBRE: _________________________________

    CURSO: ___________________________________

    PARALELO _____________________________

    INVESTIGO 2

    Investiga explica la utilidad que brindan las resistencias elctricas:

    _____________________________________________________________________

    _____________________________________________________________________

    _____________________________________________________________________

    _____________________________________________________________________

    _____________________________________________________________________

    _____________________________________________________________________

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    NOMBRE: _________________________________

    CURSO: ___________________________________

    PARALELO _____________________________

    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:

    __________________________________________________________

    __________________________________________________________

    __________________________________________________________

    __________________________________________________________

    __________________________________________________________

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    NOMBRE: _________________________________

    CURSO: ___________________________________

    PARALELO _____________________________

    RESUMO 2

    Realice un resumen de los instrumentos de medicin ms utilizados en

    electricidad:

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    CURSO: ___________________________________

    PARALELO _____________________________

    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.

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    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. ( )

    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 Firma del Estudiante Calificacin

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    LECCION 3

    ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO

    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

    Objetivo del bloque:

    Distinguir componentes, magnitudes, unidades e instrumentos de medida de un

    circuito elctrico y de un circuito magntico. Explicar el proceso electroltico.

    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

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    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 me-

    tales. Se encuentra formado por elementos como el hierro, el cobalto y el nquel.

    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.

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    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.

    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.

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    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 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.

    Definicin: Se denomina campo magntico (B) a la regin del espacio en la cual se manifiestan las fuerzas magnticas producidas por el imn.

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    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 he-

    rradura 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:

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    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 direc-

    cin 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

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    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 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.

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    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.

    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.

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    NOMBRE: _________________________________

    CURSO: ___________________________________

    PARALELO _____________________________

    INVESTIGO 3

    Realizar una investigacin sobre las consecuencias del debilitamiento del

    campo magntico terrestre.

    _____________________________________________________________________

    _____________________________________________________________________

    _____________________________________________________________________

    _____________________________________________________________________

    _____________________________________________________________________

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    NOMBRE: _________________________________

    CURSO: ___________________________________

    PARALELO _____________________________

    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:

    __________________________________________________________

    __________________________________________________________

    __________________________________________________________

    __________________________________________________________

    __________________________________________________________

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    NOMBRE: _________________________________

    CURSO: ___________________________________

    PARALELO _____________________________

    RESUMO 3

    Con sus propias palabras realice un resumen de los aspectos ms importantes

    contenidos en la leccion, para ello puede utilizar un mapa conceptual, cuadro

    sinptico un escrito:

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    NOMBRE: _________________________________

    CURSO: ___________________________________

    PARALELO _____________________________

    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

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    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 ( )

    Firma del profesor Firma del Estudiante Calificacin

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    LECCION N 4

    ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO

    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.

    Objetivo del bloque:

    Distinguir componentes, magnitudes, unidades e instrumentos de medida de un

    circuito elctrico y de un circuito magntico. Explicar el proceso electroltico.

    Contenido:

    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.

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    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

    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.

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    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 alambre que se

    desplazan en el campo magntico, mayores son el voltaje inducido y la corriente en el

    alambre.

    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.

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    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.

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    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).

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    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.

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    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.

    La 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 rela-

    cionada con la variacin en el flujo magntico que atraviesa un conductor, es decir, al

    giro a gran velocidad entre los polos de un electroimn (inductor) de una bobina

    (inducido) en un campo magntico.

    Al producirse el giro, el flujo magntico que el inductor genera sobre el inducido

    experimenta una variacin continua, por lo cual se produce una corriente alterna en el

    inducido, que es transportada por medio de cables hasta los lugares donde poste-

    riormente ser utilizada.

    Cuando al inducido se le genera una velocidad angular (v) constante mientras est en

    el interior del inductor (se crea un campo magntico uniforme B), se induce una

    corriente debido a que el movimiento hace variar el flujo magntico sobre el inducido.

    La fuerza electromotriz inducida que se genera en cada espira cambia de manera

    sinusoidal y se expresa como:

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    Como la funcin seno toma como mximo valor la unidad, mx es:

    Para el caso de que el inducido conste de N espiras iguales, el valor de la fem mxima

    generada por el inducido es:

    Si se unen los extremos del inducido a una resistencia R y consideramos despreciable

    la resistencia propia del inducido, circular una corriente que en aplicacin de la ley de

    Ohm es igual a:

    De acuerdo con el valor mximo del seno, entonces:

    El transformador

    Al observar las indicaciones tcnicas de muchos aparatos elctricos utilizados a diario,

    es posible encontrar que se especifica el voltaje al cual puede someterse para que

    funcione, es decir, el voltaje que tiene el generador del circuito.

    Los aparatos elctricos que se conectan a la red elctrica reciben un voltaje

    residencial de 110 V suministrado por la compaa de energa elctrica en nuestro

    pas. Asimismo, ciertos aparatos que funcionan con un voltaje menor y una corriente

    continua, suministrada por las pilas, pueden conectarse a la red elctrica y funcionar

    sin llegar a ocasionar algn dao en el aparato.

    Para tal efecto, emplean la ayuda de un elemento denominado transformador, que

    modifica y rectifica la corriente elctrica. El transformador convierte la corriente de la

    red elctrica en una corriente con menor diferencia de potencial y el rectificador

    convierte la corriente alterna en continua.

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    Un transformador est compuesto de dos partes:

    el devanado primario (primera bobina) y el

    devanado secundario (segunda bobina), tal como

    se representa en la siguiente figura.

    Cuando circula corriente alterna por el primario,

    se induce una corriente alterna al secundario. Si

    el transformador es un reductor de voltaje, la cantidad de espiras en el primario ser

    mayor que en el secundario, por lo cual la corriente inducida presentar un menor

    voltaje que el inicial. Pero si el transformador es un elevador de voltaje, el secundario

    tendr mayor cantidad de espiras y, por tanto, un mayor voltaje.

    La relacin entre el voltaje proporcionado por el generador a la bobina primaria (V1) y

    el voltaje obtenido de salida (V2) es:

    Segn la ley de Faraday, la relacin entre la fuerza electromotriz inducida y el nmero

    de espiras es:

    Si suponemos que la resistencia del conductor es despreciable y, por lo tanto, el efecto

    Joule no se percibe, seguramente la potencia suministrada a la bobina primaria deber

    ser igual a la potencia suministrada a la bobina secundaria. Como la potencia

    elctrica es P 5 i? V, obtenemos:

    Leyes del magnetismo

    A finales del siglo XVIII y durante el siglo XIX, los fenmenos elctricos y magnticos

    fueron el quehacer diario de los fsicos de la poca. El uso del concepto de campo

    magntico y elctrico solo se difundi cuando James Clerk Maxwell demostr que

    todos los fenmenos elctricos y magnticos podan describirse y sintetizarse en tan

    solo cuatro ecuaciones.

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    La primera ecuacin relaciona la carga y la distribucin del campo magntico.

    Incluye la ley de Coulomb pero es ms general, ya que abarca cargas en

    movimiento. Esta ecuacin es la ley de Gauss, en la que el flujo elctrico es

    igual a la carga neta encerrada en la superficie (Q) sobre la constante de

    permisividad en el espacio vaco (e0).

    La segunda ecuacin es la aplicacin de la ley de Gauss al campo magntico,

    lo que corrobora la inexistencia de monopolos magnticos y establece que las

    distribuciones de fuentes magnticas son siempre neutras en el sentido de que

    poseen un polo norte y un polo sur, por lo que su flujo a travs de cualquier

    superficie cerrada es nulo.

    La tercera ecuacin corresponde a la ley de

    Faraday, segn la cual un campo elctrico es

    producido por un campo magntico fluctuante.

    La cuarta ecuacin es la ley de Faraday

    aplicada al campo magntico, que determina

    que un campo magntico es producido por un

    campo elctrico fluctuante.

    A partir de las dos ltimas ecuaciones, Maxwell

    concluy que el resultado neto de estos dos campos

    variantes, elctricos y magnticos, es la produccin de una onda electromagntica que

    se propaga por el espacio, y define de esta manera la composicin electromagntica

    de luz. En general, las ondas electromagnticas se originan en cargas elctricas

    aceleradas y de acuerdo con su frecuencia pueden ser de radio, ultravioletas

    infrarrojas etc.

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