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TEMA: APLICA LA ELECTROSTÁTICA
SEMANA: 1
OBJETIVO:
Aplica leyes y principios de la electrostática en la solución de problemas sobre la
Ley de Coulomb, campo eléctrico y potencial eléctrico
EXPLICACIÓN TEMA
(La electrostática es la rama de la Física que analiza los efectos mutuos que se
producen entre los cuerpos como consecuencia de su carga eléctrica, es decir, el
estudio de las cargas eléctricas en equilibrio. La carga eléctrica es la propiedad de
la materia responsable de los fenómenos electrostáticos, cuyos efectos aparecen
en forma de atracciones y repulsiones entre los cuerpos que la poseen.
Históricamente, la electrostática fue la rama del electromagnetismo que primero se
desarrolló. Con la postulación de la ley de Coulomb fue descrita y utilizada en
experimentos de laboratorio a partir del siglo XVII, y ya en la segunda mitad del siglo
XIX las leyes de Maxwell concluyeron definitivamente su estudio y explicación, y
permitieron demostrar cómo las leyes de la electrostática y las leyes que gobiernan
los fenómenos magnéticos pueden ser analizadas en el mismo marco teórico
denominado electromagnetismo.
Alrededor del año600 a. C., el filósofo griego Tales de Mileto descubrió que si
frotaba un trozo de la resina vegetal fósil llamada ámbar, en griego élektron, este
cuerpo adquiría la propiedad de atraer pequeños objetos. Algo más tarde, otro
griego, Teofrasto (310 a. C.), realizó un estudio de los diferentes materiales que
eran capaces de producir fenómenos eléctricos y escribió el primer tratado sobre
la electricidad.
A principios del siglo XVII comienzan los primeros estudios sobre la electricidad y el
magnetismo orientados a mejorar la precisión de la navegación
con brújulas magnéticas. El físico real británico William Gilbertutiliza por primera vez
la palabra electricidad, creada a partir del término griego elektron (ámbar). El jesuita
italiano Niccolo Cabeo analizó sus experimentos y fue el primero en comentar que
había fuerzas de atracción entre ciertos cuerpos y de repulsión entre otros.
Alrededor de 1672 el físico alemán Otto von Guericke construye la primera máquina
electrostática capaz de producir y almacenar energía eléctrica estática por
rozamiento. Esta máquina consistía en una bola de azufre atravesada por una varilla
que servía para hacer girar la bola. Las manos aplicadas sobre la bola producían
una carga mayor que la conseguida hasta entonces. Francis Hawksbee perfeccionó
hacia 1707 la máquina de fricción usando una esfera de vidrio.
En 1733 el francés Francois de Cisternay du Fay propuso la existencia de dos tipos
de carga eléctrica, positiva y negativa, constatando que:
• Los objetos frotados contra el ámbar se repelen.
• También se repelen los objetos frotados contra una barra de vidrio.
• Sin embargo, los objetos frotados con el ámbar atraen los objetos frotados
con el vidrio.
Du Fay y Stephen Gray fueron dos de los primeros "físicos eléctricos" en frecuentar
plazas y salones para popularizar y entretener con la electricidad. Por ejemplo, se
electriza a las personas y se producen descargas eléctricas desde ellas, como en
el llamado beso eléctrico: se electrificaba a una dama y luego ella daba un beso a
una persona no electrificada.1
En 1745 se construyeron los primeros elementos de acumulación de cargas,
los condensadores, llamados incorrectamente por anglicismo capacitores,
desarrollados en la Universidad de Leyden (hoy Leiden) por Ewald Jürgen Von
Kleist y Pieter Van Musschenbroeck. Estos instrumentos, inicialmente
denominados botellas de Leyden, fueron utilizados como curiosidad científica
durante gran parte del siglo XVIII. En esta época se construyeron diferentes
instrumentos para acumular cargas eléctricas, en general variantes de la botella de
Leyden, y otros para manifestar sus propiedades, como los electroscopios.
En 1767, Joseph Priestley publicó su obra The History and Present State of
Electricity sobre la historia de la electricidad hasta esa fecha. Este libro sería durante
un siglo el referente para el estudio de la electricidad. En él, Priestley anuncia
también alguno de sus propios descubrimientos, como la conductividad del carbón.
Hasta entonces se pensaba que solo el agua y los metales podían conducir la
electricidad.2
En 1785 el físico francés Charles Coulomb publicó un tratado en el que se
describían por primera vez cuantitativamente las fuerzas eléctricas, se formulaban
las leyes de atracción y repulsión de cargas eléctricas estáticas y se usaba
la balanza de torsión para realizar mediciones. En su honor, el conjunto de estas
leyes se conoce con el nombre de ley de Coulomb. Esta ley, junto con una
elaboración matemática más profunda a través del teorema de Gauss y la
derivación de los conceptos de campo eléctrico y potencial eléctrico, describe la casi
totalidad de los fenómenos electrostáticos.
Durante todo el siglo posterior se sucedieron avances significativos en el estudio de
la electricidad, como los fenómenos eléctricos dinámicos producidos por cargas en
movimiento en el interior de un material conductor. Finalmente, en 1864 el físico
escocés James Clerk Maxwell unificó las leyes de la electricidad y el magnetismo
en un conjunto reducido de leyes matemáticas.
ION AMONIO
LOS IONES Y LA IONIZACIÓN
¿Qué son los iones?
Para comprender que son los iones, debemos primeramente explicar brevemente
cómo es un átomo. Si bien para los físicos el átomo es más complejo de lo que
vamos a explicar, para nuestros fines alcanza con decir que un átomo se compone
de un núcleo central, cargado de electricidad positiva, alrededor del cual giran
electrones, cargados de electricidad negativa-
La carga eléctrica del núcleo iguala a la carga eléctrica de la suma de los electrones;
en ese caso el total es eléctricamente neutro, pues las cargas están equilibradas. Lo
mismo sucede con la molécula, que es neutra cuando sus cargas eléctricas están
compensadas.
Si por alguna circunstancia un átomo o una molécula pierden uno o varios
electrones, aparece una carga positiva, puesto que predomina la carga eléctrica del
núcleo, que, como ya dijimos, es positiva. Aparece así un ión positivo o catión. A la
inversa, si el átomo o molécula incorpora en sus órbitas uno o más electrones, al
predominar la carga de éstos sobre la carga del núcleo, aparece una carga total
negativa; es decir, un ión negativo, o anión.
Los átomos de oxígeno tienen la particularidad de capturar fácilmente dos
electrones libres, convirtiéndose así en iones de oxígeno negativo.
Es útil visualizar las explicaciones anteriores, comparando un átomo con el sistema
solar; el sol como núcleo y los planetas como electrones.
Tomando el sol como positivo y los planetas como negativos, tendríamos que la
desaparición de un planeta equivaldría a un ión positivo a un ión positivo, mientras
que la incorporación de un nuevo planeta al sistema nos daría un ión negativo. Es
una explicación muy simple, pero suficientemente ilustrativa para nuestros fines.
Iones positivos y negativos
Los iones, positivos y negativos, existen normalmente en el aire que respiramos;
es una electricidad presente en la atmósfera de la tierra, con variaciones locales a
veces muy pronunciadas. La relación usual en el campo es de cinco positivos cada
cuatro negativos.
Los iones positivos se forman por la acción de los rayos ultravioletas del sol y por
los rayos cósmicos, mientras que los iones negativos se forman por las descargas
eléctricas de los rayos y por emisión de la radioactividad natural de la tierra. (Toda
la tierra es un poco radioactiva)
Una fuente natural de iones negativos consiste en la pulverización del agua durante
las lluvias fuertes, en las cascadas, y en el flujo y reflujo del mar cuando está muy
agitado.
También podemos generar iones negativos mediante los ionizadores, produciendo la misma sensación de bienestar. IONIZACIÓN En los ionizadores comerciales, que producen iones negativos, donde no se
necesita turbina, los iones se van incorporando por el natural movimiento del aire y
se los suele dejar en funcionamiento las veinticuatro horas del día, porque no hay
contraindicaciones en un exceso de iones negativos. Por otra parte, el consumo
de energía eléctrica es mínimo. Los iones generados, una vez que han limpiado el
polvo respirable de la habitación, ionizan el oxígeno. El exceso hace “masa” contra
las paredes y pierde su carga eléctrica.
ACTIVIDADES
ACTIVIDAD 1.- Realiza una línea del tiempo de los ANTECEDENTES DE LA ELECTROSTÁTICA. ACTIVIDAD2.- CONTESTA EL SIGUIENTE CUESTIONARIO 1.- ¿Qué estudia la electrostática? 2.- Científico que descubrió que si frotaba un trozo de la resina vegetal fósil llamada ámbar, en griego élektron, este cuerpo adquiría la propiedad de atraer pequeños objetos. 3.- Científico que propuso la existencia de dos tipos de carga eléctrica, positiva y negativa.
4.- ¿en qué año se construyeron los primeros elementos de acumulación de cargas, los condensadores, llamados incorrectamente por anglicismo capacitores? 5.- ¿Qué científico publicó un tratado en el que se describían por primera vez cuantitativamente las fuerzas eléctricas, se formulaban las leyes de atracción y repulsión de cargas eléctricas estáticas y se usaba la balanza de torsión para realizar mediciones? 6.- ¿Qué es un ion? 7.- ¿Cuántos tipos de iones existen? 8.-Explica el proceso de ionización
TEMA: APLICA LA ELECTROSTÁTICA
SEMANA: 2
OBJETIVO:
Aplica leyes y principios de la electrostática en la solución de problemas sobre la
Ley de Coulomb, campo eléctrico y potencial eléctrico
EXPLICACIÓN TEMA
¿Qué es la carga eléctrica? La carga eléctrica constituye una propiedad física capaz de ser adjudicada a las partículas llamadas subatómicas; es decir, es una característica de la materia. Se trata entonces, de un fenómeno que es causado por un intercambio que produce pérdida o ganancia de electrones en el objeto
Como todas las propiedades físicas, esta tiene su propia unidad de medida; se
llama Coulomb, en honor a un conocido físico Francés. Por naturaleza, todos los
cuerpos tienen la misma cantidad de electrones que de protones, lo que lo hace
eléctricamente neutro (o de carga eléctrica neutral); pero a raíz de este fenómeno
de transferencia, tanto los electrones como los protones tienen la posibilidad de
derivarse a otro objeto. Es por esto que el objeto inicial quedaría con una carga
diferente a la original ya que se desestabiliza por la adquisición o donación de
protones o electrones.
En conclusión, para lograr que un cuerpo salga de su estado de neutralidad eléctrica, deberíamos generar un aumento de la cantidad de protones por sobre la de electrones, o a la inversa.
CARGAS POSITIVAS Y NEGATIVAS
Existen dos tipos de cargas eléctricas: positivas y negativas. Positivas: en este caso la carga de protones será mayor a la de electrones, o bien el objeto estará únicamente cargado por protones. Otra forma en la que se puede encontrar descripta es cuando la carga total de un cuerpo es positiva. En este caso debe realizarse una resta entre el número de protones existentes y el número de electrones encontrados, donde para pertenecer a este grupo el resultado debería ser positivo. Negativas: por el contrario, se trata de la materia que posea mayor cantidad de electrones que de protones, o que contenga solamente electrones. En este caso, la
otra explicación posible seria exactamente inversa a la anterior, por lo que la diferencia entre la cantidad de protones y electrones hallados en el cuerpo debería dar un resultado negativo. Por otra parte, una vez sabida esta clasificación, es importante destacar la existencia de dos leyes por las cuales se rigen las cargas y sus combinaciones en un cuerpo. En primer término se establece que: cargas iguales se repelen, es decir, si dos cuerpos tienen cargas iguales (tanto sean positivas o negativas) se repelen por lo que será imposible que se dé su unión. La segunda ley establece que: cargas opuestas se atraen, por lo que en el caso de encontrarse un cuerpo con carga positiva y otro de carga negativa, su unión seria inmediata. ESTRUCTURA DE ÁTOMO En el átomo distinguimos dos partes: el núcleo y la corteza.
- El NÚCLEO es la parte central del átomo y contiene partículas con carga positiva,
los protones, y partículas que no poseen carga eléctrica, es decir son neutras, los
neutrones. La masa de un protón es aproximadamente igual a la de un neutrón.
Todos los átomos de un elemento químico tienen en el núcleo el mismo número de
protones. Este número, que caracteriza a cada elemento y lo distingue de los
demás, es el número atómico y se representa con la letra Z.
- La CORTEZA es la parte exterior del átomo. En ella se encuentran los electrones,
con carga negativa. Éstos, ordenados en distintos niveles, giran alrededor del
núcleo. La masa de un electrón es unas 2000 veces menor que la de un protón.
Los átomos son eléctricamente neutros, debido a que tienen igual número de
protones que de electrones. Así, el número atómico también coincide con el número
de electrones.
FORMAS DE ELECTRIZACIÓN Cuando las condiciones son propicias, al frotar dos objetos entre sí, estos adquieren una carga eléctrica; es decir, se electrizan. La electrización es uno de los fenómenos que estudia la electrostática, la cual trata sobre los fenómenos relacionados con cargas eléctricas en reposo. Cuando un cuerpo cargado eléctricamente se pone en contacto con otro inicialmente neutro, puede transmitirle sus propiedades eléctricas. Este tipo de electrización denominada por contacto se caracteriza porque es permanente y se produce tras un reparto de carga eléctrica que se efectúa en una proporción que depende de la geometría de los cuerpos y de su composición. Existe, no obstante, la posibilidad de electrizar un cuerpo neutro mediante otro cargado sin ponerlo en contacto con él. Se trata, en este caso, de una electrización a distancia o por inducción o influencia. Si el cuerpo cargado lo está positivamente la parte del cuerpo neutro más próximo se cargará con electricidad negativa y la opuesta con electricidad positiva. La formación de estas dos regiones o polos de características eléctricas opuestas hace que a la electrización por influencia se la denomine también polarización eléctrica. A diferencia de la anterior este tipo de electrización
es transitoria y dura mientras el cuerpo cargado se mantenga suficientemente próximo al neutro. Finalmente, un cuerpo puede ser electrizado por frotamiento con otro cuerpo, como aprecio Tales de Mileto en el siglo sexto antes de Cristo. Electrización por Frotamiento: La electrización por frotamiento se explica del siguiente modo. Por efecto de la fricción, los electrones externos de los átomos del paño de lana son liberados y cedidos a la barra de ámbar, con lo cual ésta queda cargada negativamente y aquél positivamente. En términos análogos puede explicarse la electrización del vidrio por la seda. En cualquiera de estos fenómenos se pierden o se ganan electrones, pero el número de electrones cedidos por uno de los cuerpos en contacto es igual al número de electrones aceptado por el otro, de ahí que en conjunto no hay producción ni destrucción de carga eléctrica. Esta es la explicación, desde la teoría atómica, del principio de conservación de la carga eléctrica formulado por Franklin con anterioridad a dicha teoría sobre la base de observaciones sencillas. Electrización por Contacto: La electrización por contacto es considerada como la consecuencia de un flujo de cargas negativas de un cuerpo a otro. Si el cuerpo cargado es positivo es porque sus correspondientes átomos poseen un defecto de electrones, que se verá en parte compensado por la aportación del cuerpo neutro cuando ambos entran en contacto, El resultado final es que el cuerpo cargado se hace menos positivo y el neutro adquiere carga eléctrica positiva. Aun cuando en realidad se hayan transferido electrones del cuerpo neutro al cargado positivamente, todo sucede como si el segundo hubiese cedido parte de su carga positiva al primero. En el caso de que el cuerpo cargado inicialmente sea negativo, la transferencia de carga negativa de uno a otro corresponde, en este caso, a una cesión de electrones. Electrización por Inducción: La electrización por influencia o inducción es un efecto de las fuerzas eléctricas. Debido a que éstas se ejercen a distancia, un cuerpo cargado positivamente en las proximidades de otro neutro atraerá hacia sí a las cargas negativas, con lo que la región próxima queda cargada negativamente. Si el cuerpo cargado es negativo entonces el efecto de repulsión sobre los electrones atómicos convertirá esa zona en positiva. En ambos casos, la separación de cargas inducida por las fuerzas eléctricas es transitoria y desaparece cuando el agente responsable se aleja suficientemente del cuerpo neutro. Actividad 1.- Anota correctamente las partes que constituyen al átomo.
ACTIVIDAD 2.- QUE SIGNIFICA LAS SIGUIENTES PALABRAS: ELECTRÓN NEUTRÓN PROTÓN ACTIVIDAD 3.- Elabora un cuestionario de 20 preguntas con respuestas utilizando la información anterior.
TEMA: APLICA LA ELECTROSTÁTICA
SEMANA: 3
OBJETIVO:
Aplica leyes y principios de la electrostática en la solución de problemas sobre la
Ley de Coulomb, campo eléctrico y potencial eléctrico
EXPLICACIÓN TEMA
CONDUCTORES Y AISLANTES
Conductores y Aislantes Son materiales aislantes de la electricidad aquellos que dificultan e incluso impiden el paso de la corriente eléctrica (electrones). Los materiales aislantes se emplean en electricidad para evitar fugas y accidentes eléctricos .Los materiales conductores de la electricidad dejan pasar fácilmente la corriente. Son los componentes de todos los elementos del circuito eléctrico, especialmente los cables. Los materiales conductores más comunes son los metales. Conductor eléctrico: Cualquier material que ofrezca poca resistencia al flujo de electricidad. La diferencia entre un conductor y un aislante, que es un mal conductor de electricidad o de calor, es de grado más que de tipo, ya que todas las sustancias conducen electricidad en mayor o en menor medida. Un buen conductor de electricidad, como la plata o el cobre, puede tener una conductividad mil millones de veces superior a la de un buen aislante, como el vidrio o la mica. En los conductores sólidos la corriente eléctrica es transportada por el movimiento de los electrones; y en disoluciones y gases, lo hace por los iones. Aislantes eléctricos: El aislante perfecto para las aplicaciones eléctricas sería un material absolutamente no conductor, pero ese material no existe. Los materiales empleados como aislantes siempre conducen algo la electricidad, pero presentan una resistencia al paso de corriente eléctrica hasta 2,5 x 1024 veces mayor que la de los buenos conductores eléctricos como la plata o el cobre. La elección del material aislante suele venir determinada por la aplicación. En los circuitos eléctricos normales suelen usarse plásticos como revestimiento aislante para los cables. El aislamiento interno de los equipos eléctricos puede efectuarse con mica o mediante fibras de vidrio con un aglutinador plástico. En los equipos electrónicos y transformadores se emplea en ocasiones un papel especial para aplicaciones eléctricas. Las líneas de alta tensión se aíslan con vidrio, porcelana u otro material cerámico.
ACTIVIDAD 1.-
EL ALUMNO ELABORARA UN CUESTIONARIO DE 10 PREGUNTAS.
ACTIVIDAD 2.-
EL ALUMNO INVESTIGARA Y DIBUJARA 3 EJEMPLOS DE MATERIALES
CONDUCTORES, TRES EJEMPLOS DE MATERIALES NO CONDUCTORES Y
TRES MATERIALES SEMI-CONDUCTORES.
TEMA
APLICA LA ELECTROSTÁTICA
SEMANA: 4
OBJETIVO:
Aplica leyes y principios de la electrostática en la solución de problemas sobre la
Ley de Coulomb, campo eléctrico y potencial eléctrico
EXPLICACIÓN TEMA
LEY DE COULOMB Como ya señalamos un cuerpo tienen carga negativa si posee exceso de electrones y carga positiva se tiene carencia o déficit de ellos. Por tal motivo, la unidad elemental para medir la carga eléctrica es el electrón. En el sistema internacional SI se utiliza el COULOMB (C) y en el CGS la unidad electrostática en el está coulomb, la equivalencia de carga es la siguiente. 1 coulomb = 1C=6.24x1018 electrones 1 esta coulomb= 1ues= 2.08 x109 electrones 1 C= 3x109 ues 1 electrón = -1.6x10-9 C 1 electrón = 1.6x10-19 C SI =K = 9x109 Nm2/C2 constante de proporcionalidad CGS: K = 1 dina CM2 / ues2
El coulomb es una unidad de carga eléctrica muy grande por lo cual es común utilizar submúltiplos, como: Milicoulomb (mC) = 1x10-3 C Microcoulomb (µC) = 1x10-6 C Nanocoulomb (nC) = 1x10-9 C Charles Coulomb observo que a mayor distancia entre dos cuerpos cargados eléctricamente, menor es la fuerza de atracción o repulsión, pero la fuerza no se reduce en igual proporción al incremento de la distancia, sino respecto al cuadrado de la misma.
Por tanto la expresión matemática es: F= K q1
q2 r2
Finalmente, la ley coulomb queda enunciada en los siguientes términos-. La fuerza eléctrica de atracción o repulsión entre dos cargas puntuales q1 y q2 , es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia r que las separa.
Actividad: 1.- El alumno investigara y escribirá en su cuaderno la biografía de Charles Coulomb Actividad 2.- El alumno dibujara el experimento de Charles Coulomb y escribirá en que consiste.
TEMA
APLICA LA ELECTROSTÁTICA
SEMANA: 5
OBJETIVO:
Aplica leyes y principios de la electrostática en la solución de problemas sobre la Ley de Coulomb, LEY DE COULOMB
EXPLICACIÓN TEMA
Como ya señalamos un cuerpo tienen carga negativa si posee exceso de electrones y carga positiva se tiene carencia o déficit de ellos. Por tal motivo, la unidad elemental para medir la carga eléctrica es el electrón. En el sistema internacional SI se utiliza el COULOMB (C) y en el CGS la unidad electrostática en el estacoulomb, la equivalencia de carga es la siguiente. 1 coulomb = 1C=6.24x1018 electrones 1 estacoulomb= 1ues= 2.08 x109 electrones 1 C= 3x109 ues 1 electrón = -1.6x10-9 C 1 electrón = 1.6x10-19 C SI =K = 9x109 Nm2/C2 constante de proporcionalidad CGS: K = 1 dina CM2 / ues2
El coulomb es una unidad de carga eléctrica muy grande por lo cual es común utilizar submúltiplos, como: Milicoulomb (mC) = 1x10-3 C Microcoulomb (µC) = 1x10-6 C Nanocoulomb (nC) = 1x10-9 C Charles Coulomb observo que a mayor distancia entre dos cuerpos cargados eléctricamente, menor es la fuerza de atracción o repulsión, pero la fuerza no se reduce en igual proporción al incremento de la distancia, sino respecto al cuadrado de la misma. Por tanto la expresión matemática es: F= K q1
q2 r2
Finalmente, la ley coulomb queda enunciada en los siguientes términos-. La fuerza eléctrica de atracción o repulsión entre dos cargas puntuales q1 y q2 , es directamente proporcional fuerza y al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia r que las separa.
Actividad: Resuelve los siguientes problemas. 1.-calcular la fuerza eléctrica entre dos cargas cuyos valores son: q1=2 milicoulombs, q1 = 4milicoulombs, al estar separadas en el vacío por una distancia de 30cm. 2.- Determinar la fuerza eléctrica entre dos cargas cuyos valores son: q1= -3 Microcoulomb, q2 = 4 Microcoulomb, al estar separadas en el vacío por una distancia de 50cm.
TEMA
APLICA LA ELECTROSTÁTICA
SEMANA: 6
OBJETIVO:
Aplica leyes y principios de la electrostática en la solución de problemas sobre la Ley de Coulomb, LEY DE COULOMB
EXPLICACIÓN TEMA
LEY DE COULOMB Y COEFICIENTE DE PERMITIVIDAD RELATIVA O COEFICIENTE DIELÉCTRICO
Charles Coulomb observo que a mayor distancia entre dos cuerpos cargados eléctricamente, menor es la fuerza de atracción o repulsión, pero la fuerza no se reduce en igual proporción al incremento de la distancia, sino respecto al cuadrado de la misma. Por tanto la expresión matemática es: F= K q1
q2 r2
Finalmente, la ley coulomb queda enunciada en los siguientes términos-. La fuerza eléctrica de atracción o repulsión entre dos cargas puntuales q1 y q2 , es directamente proporcional fuerza y al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia r que las separa. La ecuación de la ley de coulomb solo es válida cuando las cargas se encuentran en el vacío o en forma aproximada si están en el aire. Pero si entran las cargas existe una sustancia o medio aislante, la fuerza eléctrica de interacción entre estas sufrirá una disminución, la cual será mayor o menor dependiendo del medio. La relación que existe entre la fuerza eléctrica de dos cargas en el vacío y la fuerza eléctrica de estas mismas cargas sumergidas en algún medio o sustancia aislante recibe el nombre de PERMITIVIDAD RELATIVA O COEFICIENTE DIELÉCTRICO. Por lo tanto la expresión matemática es: €r= F / F` DESPEJE: F`= F / €r Donde: €r= permitividad relativa del medio F= fuerza eléctrica entre las cargas en el vacío en newton o dinas F`= fuerza eléctrica entre las misma cargas colocadas en el medio en newton
CUADRO DE PERMITIVIDAD DE ALGUNOS MATERIALES
MEDIO AISLADOR PERMITIVIDAD RELATIVA €r
VACÍO
1.0000
AIRE 1.0005
GASOLINA 2.35
ACEITE 2.8
VIDRIO 4.7
MICA 5.6
GLICERINA 45
AGUA 80.5
ACTIVIDAD
ACTIVIDAD 1.- RESUELVE LOS SIGUIENTES PROBLEMAS. 1.-UNA CARGA ELÉCTRICA DE -3X10-2 se encuentra en el aire a 15 cm de otra carga de -4x10-2 calcular: a) ¿cuál es la fuerza eléctrica entre ellas? b) ¿Cuál sería la fuerza eléctrica entre ellas si estuvieran sumergidas en aceite?
ACTIVIDAD 2.- EL ALUMNO ELABORARA UN CUESTIONARIO (5 PREGUNTAS)
TEMA
APLICA LA ELECTROSTÁTICA
SEMANA: 7
OBJETIVO:
Aplica leyes y principios de la electrostática en la solución de problemas sobre la Ley de Coulomb, LEY DE COULOMB
EXPLICACIÓN TEMA
Una carga eléctrica se encuentra siempre rodeada por un campo eléctrico. La s cargas de diferente signo se atraen y las de igual signo se rechazan, aun cuando se encuentren separadas. Esto quiere decir que las cargas influyen sobre la región que está a su alrededor a esta región se le da el nombre de CAMPO ELÉCTRICO. El CAMPO ELÉCTRICO es invisible pero su fuerza ejerce acciones sobre los cuerpos cargados y por ello es fácil detectar su presencia así como medir su intensidad. El electrón y todos los cuerpos electrizados tienen a su alrededor un campo eléctrico cuya fuerza se manifiesta sobre cualquier carga cercan a su zona de influencia. El campo eléctrico es inherente a la naturaleza del electrón e independiente de sus movimientos. No así el campo magnético que aparece solo cuando el electrón está en movimiento. Como el campo eléctrico no se puede ver pero MICHAEL FARADAY construyo en 1823 el concepto de líneas de fuerza para representar gráficamente el CAMPO ELÉCTRICO.
ACTIVIDAD
ACTIVIDAD 1.- Contesta las siguientes preguntas. 1.-define campo eléctrico. 2.- ¿el campo eléctrico es invisible? 3.- ¿Qué pasa con las cargas del mismo signo? 4.- ¿Qué pasa con las cargas de distinto signo? 5.- ¿Qué sistema utilizo Michael Faraday para representar el campo eléctrico? Actividad 2.- El alumno investigara y dibujara la representación por medio de flechas que utilizo Michael Faraday para las cargas positivas, negativas, cargas de diferente signo y cargas iguales.
TEMA
APLICA LA ELECTROSTÁTICA
SEMANA: 8
OBJETIVO:
Aplica leyes y principios de la electrostática en la solución de problemas sobre la Ley de Coulomb, LEY DE COULOMB
EXPLICACIÓN TEMA
Una carga eléctrica se encuentra siempre rodeada por un campo eléctrico. La s cargas de diferente signo se atraen y las de igual signo se rechazan, aun cuando se encuentren separadas. Esto quiere decir que las cargas influyen sobre la región que está a su alrededor a esta región se le da el nombre de CAMPO ELECTRICO. El CAMPO ELECTRICO es invisible pero su fuerza ejerce acciones sobre los cuerpos cargados y por ello es fácil detectar su presencia así como medir su intensidad. El electrón y todos los cuerpos electrizados tienen a su alrededor un campo eléctrico cuya fuerza se manifiesta sobre cualquier carga cercan a su zona de influencia. El campo eléctrico es inherente a la naturaleza del electrón e independiente de sus movimientos. No así el campo magnético que aparece solo cuando el electrón está en movimiento. Como el campo eléctrico no se puede ver pero MICHAEL FARADAY construyo en 1823 el concepto de líneas de fuerza para representar gráficamente el CAMPO ELECTRICO. INTENSIDAD DEL CAMPO ELECTRICO. Para poder interpretar como es la intensidad del campo eléctrico producido por una carga eléctrica, se emplea una carga positiva (por convección) de valor muy pequeño llamada carga prueba, de esta manera sus efectos, debido al campo eléctrico se pueden despreciar. Esa pequeña carga prueba se coloca en el punto del espacio a investigar, si la carga prueba recibe una fuerza de origen eléctrico, diremos que en ese punto del espacio existe un campo eléctrico cuya intensidad es igual a la relación dada entre la fuerza y el valor de dicha carga prueba. Se expresa matemáticamente de la siguiente manera:
E= F / q despejando F= Eq Donde
E= intensidad del campo eléctrico en N/C F= fuerza que recibe la carga prueba en newtons q= valor de la carga prueba en coulombs C
Si se desea calcular la intensidad del campo eléctrico a una detgerminada distancia
de una carga se considera que una carga de prueba colocada a dicha distancia
recibe una fuerza debida a la carga y de acuerdo con la ley de Coulomb se clacula
de la siguiente manera.
E= Kq/ r2
Donde
E= intensidad del campo eléctrico en N/C K= constante de proporcionalidad 9x109 Nm2/C r= distancia en metros
ACTIVIDAD
ACTIVIDAD 1.- El alumno resolverá los siguientes ejercicios. 1.- una carga prueba de 3x10-7 C recibe una fuerza horizontal hacia la derecha de 2x10-4 N. ¿Cuál es el valor de la intensidad del campo eléctrico en el punto donde está colocada la carga prueba? 2.- una carga de prueba de 2µC se sitúa en un punto en el que intensidad del campo eléctrico tiene un valor de 5x102 N/C ¿Cuál e el valor de la fuerza que actúa sobre ella? 3.- calcular la intensidad del campo eléctrico a una distancia de 50 cm de una carga de 4 µC ACTIVIDAD 2.- El alumno elaborara (inventar) tres problemas más, con sus propios datos en cada uno y resolverlos.
TEMA
APLICA LA ELECTROSTÁTICA
SEMANA: 9
OBJETIVO:
Aplica leyes y principios de la electrostática en la solución de problemas sobre la Ley de Coulomb, LEY DE COULOMB
EXPLICACIÓN TEMA
En general cuando un cuerpo se encuentra dentro del campo gravitatorio terrestres tienen una carga potencial gravitatoria. Analógicamente una carga eléctrica situada dentro de un campo eléctrico tendrá una energía potencial eléctrica, pues la fuerza que ejerce el campo es capaza de realizar un trabajo al mover la carga. Todo carga eléctrica, positiva o negativa, posee una energía potencial eléctrica debido a su capacidad para realizar trabajo sobre otras cargas. Un potencial es positivo si al conectar un cuerpo a tierra por medio de un conductor eléctrico, los electrones fluyen desde el suelo al cuerpo y será negativo si al conectarlo a tierra los electrones fluyen en dirección inversa en estas definiciones se considera que el potencial eléctrico es cero. Una carga positiva dentro de un campo eléctrico tiene tendencia a desplazarse de lo puntos donde el potencial eléctrico es mayor hacia los puntos donde este es menor. Si la carga es negativa la tendencia de su movimiento es de los puntos de menor a los de mayor potencial eléctrico. Por definición el potencial eléctrico en cualquier punto de un campo eléctrico es igual al trabajo que se necesita realizar para transportar a la unidad de carga positiva desde el potencial cero hasta el punto considerado. Se expresa matemáticamente de la siguiente manera: V= T/q despejando q= T/V Donde V= potencial eléctrico en el punto considerado en volts V T= trabajo realizado en Joule J Q= carga transportada en coulomb C
El potencial eléctrico es una magnitud escalar como lo es cualquier clase de energía a diferencia del campo eléctrico. Se define también como la energía potencial que posee la unidad de carga eléctrica positiva en un punto determinado. Se expresa de la siguiente manera: V= Ep / q Donde V= potencial eléctrico en volts V Ep= energía potencial en joule J Q= cara eléctrica en coulomb C Finalmente para calcular cual es el valor del potencial eléctrico en cualquier punto que se encuentre a una cierta distancia de una carga tenemos: V=Kq / r
ACTIVIDAD
El alumno resolverá los siguientes ejercicios. 1.- para transportar una carga de 5µC desde el suelo hasta la superficie de una esfera cargada se realiza un trabajo de 60x10-6 J ¿Cuál es el valor del potencial eléctrico de la esfera? 2.- determina el valor de una carga transportada desde un punto a otro al realizar un trabajo de 10x10-4 J si la diferencia de potencial es de 2x102 V. 3.- una carga de 7 µC se coloca en un determinado punto de un campo eléctrico y adquiere una energía potencial de 63x10-6 J ¿Cuál es el valor del potencial en ese punto? 4.- determina el valor del potencial del eléctrico a una distancia de 10 cm de una carga puntual de 9nC. 5.- determina el valor del potencial eléctrico a una distancia de 40 cm de una carga puntual de 15 Nc
TEMA
APLICA LA ELECTROSTÁTICA
SEMANA: 10
OBJETIVO:
Aplica leyes y principios de la electrostática en la solución de problemas sobre la Ley de Coulomb, LEY DE COULOMB
EXPLICACIÓN TEMA
ELECTRODINÁMICA Es la parte de la Física encargada del estudio de las cargas eléctricas en movimiento dentro de un conductor. La corriente eléctrica es un movimiento de las cargas negativas a través de un conductor. Como los protones están fuertemente unidos al núcleo del átomo, son los electrones los que en realidad tienen la libertad de moverse, por ello, en general, se puede decir que la corriente eléctrica se origina por el movimiento o flujo electrónico a través de un conductor. El cual se produce debido a que existe una diferencia de potencial y los electrones circulan de una terminal negativa a una positiva. Como en el siglo XIX no se conocía la naturaleza de estos, se supuso, en forma equivocada, que las partículas positivas fluían a través del conductor, por tanto convencionalmente se dice que el sentido de la corriente es del polo positivo al negativo. Cuando dos cuerpos cargados con diferente potencial se conectan mediante un alambre conductor, las cargas se mueven del punto de potencial eléctrico más alto al más bajo, lo cual genera una corriente eléctrica instantánea que cesara cuando el voltaje sea igual en todos los puntos. La corriente eléctrica se transmite por los conductores a la velocidad de la luz 300 mil km/ seg. Sin embrago los electrones no se desplazan a la misma velocidad, en general el promedio es de 10cm/s. esto explica porque cada electrón obliga al siguiente a moverse en forma instantánea tal como sucede con el movimiento de un tren cuyo desplazamiento puede ser lento, pero al comenzar su avance la transmisión del movimiento es instantánea desde la maquina guía hasta el último vagón.
FLUJO DE ELECTRONES El flujo de electrones se presenta en: los metales, en los líquidos llamados electrólitos y en los gases. En el primer caso se debe a la facilidad que tienen los electrones más alejados del núcleo de separase de sus orbitas cuando se les somete a la influencia de campos eléctricos, con lo cual se convierten en electrones libres atraídos por átomos que también los han perdido, esto da lugar a un flujo continuo de electrones de átomo en átomo. Los electrolitos son soluciones capaces de conducir la corriente eléctrica. Tal es el caso de ácidos, bases y sales, que al ser diluidos en agua se disocian en sus átomos constituyentes, los cuales reciben el nombre de iones. La mayoría de los gases conducen la electricidad cuando por algún medio apropiado se les ioniza. TIPOS DE CORRIENTE ELÉCTRICA Existen dos tipos de corriente eléctrica; Corriente continua y corriente alterna. CORRIENTE CONTINUA O DIRECTA Se origina cuando el campo eléctrico permanece constante, esto provoca que los electrones se muevan siempre en el mismo sentido, es decir, de negativo a positivo. CORRIENTE ALTERNA Se origina cuando el campo eléctrico cambia alternativamente de sentido, por lo que los electrones oscilan a uno y otro lado del conductor, así en un instante el polo positivo cambia al negativo y viceversa. Cuando un electrón cambia de sentido efectúa una alternancia, dos alternancias consecutivas construyen un ciclo. El número de ciclos por segundo recibe el nombre de frecuencia esta es en general de 60 c/seg. INTENSIDAD DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA La intensidad de la corriente eléctrica es la cantidad de carga eléctrica que pasa por cada sección de un conductor en un segundo, por tanto se tiene la siguiente expresión. I= q/t despejando t= q/I despejando q= It Donde I= intensidad de la corriente eléctrica en c/s = ampere (A) q= carga eléctrica que pasa por cada sección de un conductor en coulombs (C). t= tiempo que tarda en pasar la carga en segundos.
La unidad de medida en el SI para medir la intensidad de corriente eléctrica es el ampere (A) Un AMPERE (A) equivale al paso de una carga de un coulomb a través de una sección de un conductor en un segundo.
ACTIVIDAD
Contesta las siguientes preguntas. 1.- ¿Qué estudia la electrodinámica? 2.- Es un movimiento de las cargas negativas a través de un conductor. 3.- ¿Por qué se origina la corriente eléctrica? 4.-¿Qué se pensaba sobre los protones en el siglo XIX? 5.-¿Cuál es la velocidad real con la que fluyen los electrones? 6.- El flujo de electrones se presenta en tres diferentes estados de la materia ¿Cuáles son? 7.-¿Cómo es el flujo de electrones en los líquidos? Explica 8.-¿Qué son los electrolitos? 9.- Menciona los tipos de electrolitos que se conocen 10.-¿Cuántos tipos de corrientes eléctricas existen? 11.-¿ cómo funciona la corriente alterna? 12.-¿Cómo funciona la corriente continua? 13.-¿ Es la cantidad de carga eléctrica que pasa por cada sección de un conductor en un segundo? 14.-¿Cuál es la unidad de medida de intensidad de la corriente? 15.- ¿Cuál es la fórmula matemática para calcular la intensidad de la corriente? Resuelve los siguientes problemas de intensidad de la corriente. 1.- Determinar la intensidad de la corriente en un conductor cuando circulan 86 coulomb por una sección del mismo en una hora. 2.- la intensidad de la corriente eléctrica en un circuito es de 13 mA ¿Cuánto tiempo se requiere para que circulen por el circuito 120 coulomb? 3.- calcular la intensidad de la corriente eléctrica en amperes si por una sección de un conductor circular 65 coulomb en 30 min. 4.- calcular el tiempo requerido para que por una sección de un conductor circulen 5 coulomb la intensidad de la corriente eléctrica es de 5 mA.
TEMA
APLICA LA ELECTROSTÁTICA
SEMANA: 11, 12
OBJETIVO:
Aplica leyes y principios de la electrostática en la solución de problemas sobre la Ley de Coulomb, LEY DE COULOMB
EXPLICACIÓN TEMA
LEY DE OHM George Simón Ohm (1787-1854) utilizo en sus experimentos de medición bastante confiables y observo que si aumentada la diferencia de potencial en un circuito, mayor es la intensidad de la corriente eléctrica, también que al incrementar la resistencia del conductor, disminuye la intensidad de la corriente. Con base a su observaciones en 1827 enuncio la siguiente ley que lleva su nombre. “la intensidad de la corriente eléctrica que pasa por un conductor en un circuito es directamente proporcional a la diferencia de potencial aplicada a sus extremos e inversamente proporcional a la resistencia del conductor.” Matemáticamente se expresa: PARA CALCULAR INTENSIDAD PARA CALCULAR DIFERENCIA DE POTENCIAL I= V / R V= IR PARA CALCULAR LA RESISTENCIA R= V / I DONDE V= diferencia de potencial aplicado a los extremos del conductor en volts R= resistencia del conductor en Ohms I= intensidad de la corriente que circula por el conductor en Ampers CIRCUITOS ELÉCTRICOS Y CONEXIÓN DE RESISTENCIA EN SERIE, PARALELO Y MIXTA Un circuito eléctrico es un sistema en el cual la corriente fluye por un conductor en una trayectoria completa debido a una diferencia de potencial.
En cualquier circuito eléctrico por donde se desplazan los electrones a través de una trayectoria cerrada, existen los siguientes elementos fundamentales.
a) Voltaje b) Corriente c) Resistencia
El circuito está cerrado cuando la corriente eléctrica circula en todo el sistema y abierto cuando no circula por él, para abrir o cerrar el circuito se emplea un interruptor. Los circuitos eléctricos pueden estar conectados en serie, en paralelo o en forma mixta. Cuando un circuito se conecta en serie, los elementos conductores están unidos uno a continuación del otro. Si el circuito se encuentra en paralelo, los elementos conductores se hallan separadas en varios ramales y la corriente eléctrica se divide en forma paralela entre cada uno de ellos. Un circuito mixto significa que los elementos conductores se conectan en serie y paralelo. CONEXIÓN DE RESISTENCIA EN SERIE Cuando las resistencias se conectan en serie, se unen por sus extremos una a continuación de la otra, de tal manera que la intensidad de corriente que pasa por una, sea la misma en las demás. Al conectar dos o más resistencias en serie, se puede calcular la resistencia equivalente de la combinación, la cual por definición es aquella que presenta la misma oposición al paso de la corriente que presentan las demás resistencias conectadas. Por tanto se puede utilizar la siguiente expresión. RESISTENCIA EN SERIE Re= R1 + R2 + R3 + …… Rn DONDE Re= resistencia equivalente R1 + R2 + R3 = suma de las resistencias CONEXIÓN DE RESISTENCIA EN PARALELO Cuando las resistencias se conectan en paralelo sus terminales se unen en dos bordes comunes que se enlazan a la fuente de energía o voltaje. En esta conexión la corriente eléctrica se divide en cada uno de los ramales o derivaciones del circuito y dependen del número de resistencias que se conecten en paralelo. Al conectar dos o más resistencias en paralelo, se puede calcular la resistencia equivalente se calcula con la siguiente expresión.
RESISTENCIA EN PARALELO 1 = 1 + 1 + 1+…..1 Re R1 R2 R3 Rn
POTENCIA ELÉCTRICA Siempre que una carga eléctrica se mueve en un circuito a través de un conductor realiza un trabajo, mismo que se consume generalmente en calentar el circuito o hacer girar un motor. La potencia eléctrica es la rapidez con que se realiza un trabajo, también se interpreta como la energía que consume una maquina o cualquier dispositivo eléctrico en un segundo. Se expresa matemáticamente. PARA CALCULAR LA POTENCIA P= V I DONDE P= potencia eléctrica en watts V= diferencia de potencial en volts I= intensidad de la corriente en Ampers La potencia eléctrica también es la energía que consume una máquina o cualquier dispositivo eléctrico en un segundo por tanto. PARA CALCULAR ENERGÍA CONSUMIDA T= Pt DONDE T= trabajo realizado igual a la energía eléctrica consumida en watts en el SI se mide en Km/hra P= potencia eléctrica de la maquina o dispositivo eléctrico en watts t= tiempo que dura funcionando la maquina o el dispositivo eléctrico en segundos. LEYES DE KIRCHHOFF El físico alemán Gustav Robert Kirchhoff (1824-1887) fue uno de los pioneros en el análisis de los circuitos eléctricos. A mediados del siglo XIX propuso las leyes que llevan su nombre. PRIMERA LEY DE KIRCHHOFF “la suma de todas las intensidades de corriente en cualquier unión o nodo de un circuito es igual a cero” La suma de todas las intensidades de corriente que llegan a un nodo (unión o empalme) de un circuito es igual a la suma de todas las intensidades de corrientes que salen de él. Un nodo es un punto de una red eléctrica en el cual convergen tres o más conductores. Se expresa matemáticamente: I= I1 + I2 + ….. In
SEGUNDA LEY DE KIRCHHOFF “la suma de las fuerzas electromagnéticas en un circuito cerrado o malla es igual a la suma de todas las caídas de potencial en el circuito” Esta ley confirma el principio de conservación de la energía. La energía que gana una fuente generadora de fuerza electromotriz (fem) al transformar las energías mecánica o química en eléctrica. Se expresa matemáticamente. VT = V1 +V2 + V3 +…… Vn
ACTIVIDAD
ACTIVIDAD. 1.- ¿Qué observo George Simon Ohm con sus experimentos? 2.- ¿Qué es un circuito eléctrico? 3.- ¿Cuáles son los componentes del circuito? 4.- explica ¿Cuándo está cerrado el circuito? 5.- explica ¿Cuándo está abierto el circuito? 6.- ¿Qué se necesita para abrir o cerrar un circuito? 7.- ¿Cuáles son las formas en que se pueden conectar los circuitos eléctricos? Y define cada uno 8.- ¿Qué es la potencia eléctrica? 9.- ¿Qué dice la primera ley de Kirchhoff? 10.- ¿Qué dice la segunda ley de Kirchhoff? ACTIVIDAD Resuelve los siguientes problemas: LEY DE OHM 1.- Determinar la intensidad de la corriente eléctrica a través de una resistencia de 30 Ohms al aplicarle una diferencia de potencial de 90 volts 2.- un tostador eléctrico tiene una resistencia de 15 Ohms cuando está caliente. ¿Cuál será la intensidad de la corriente que fluirá al conectarlo a una línea de 120 volts? 3.- un alambre conductor deja pasar a 6 Ampers al aplicarle una diferencia de potencial de 110 volts ¿Cuál es el valor de su resistencia? 4.- calcular la diferencia de potencial aplicada a una resistencia de 10 Ohms si por ella fluyen 5 Ampers. ACTIVIDAD Resuelve los siguientes problemas: CIRCUITOS EN SERIE, PARALELO 1.- calcular la resistencia equivalente de tres resistencias cuyos valores son: R1= 2 Ohms, R2= 5 Ohms, R3= 7 Ohms conectadas en serie y paralelo.
2.- calcular la resistencia equivalente de cuatro resistencias cuyos valores son: R1= 10 Ohms, R2= 20 Ohms, R3= 25 Ohms R4= 50 Ohms conectadas en serie y paralelo. 3.- calcular la resistencia equivalente de cinco resistencias cuyos valores son: R1= 32 Ohms, R2= 49 Ohms, R3= 23 Ohms R4= 17 Ohms R5= 11 Ohms conectadas en serie y paralelo. ACTIVIDAD Resuelve los siguientes problemas: POTENCIA ELÉCTRICA 1.- calcular la potencia eléctrica de una parrilla que recibe una diferencia de potencial de 120 volt y por su resistencia circula una corriente de 6 Ampers y la energía consumida al estar encendida la parrilla 45 min. 2.- calcular la potencia eléctrica de un foco que recibe una diferencia de potencial de 130 volt y por su resistencia circula una corriente de 4 Ampers y la energía consumida al estar encendido durante 30 min. ACTIVIDAD Resuelve los siguientes problemas 1.- determinar el valor de la intensidad de la corriente que pasa por la I2 si el valor de la I1= 8 A y I2= 3 A Aplicando la primera ley de Kirchhoff 2.- calcular la caída de tensión en la V3 si el valor del circuito es VT= 60 volts y la caída V1= 15 volts y V2= 20 volts Aplicando la segunda ley de Kirchhoff
TEMA
APLICA LA ELECTROSTÁTICA
SEMANA: 13, 14
OBJETIVO:
Aplica leyes y principios de la electrostática en la solución de problemas sobre la Ley de Coulomb, LEY DE COULOMB
EXPLICACIÓN TEMA
ELECTROMAGNETISMO PROPIEDADES Y CARACTERÍSTICAS DE LOS IMANES La mayoría de los imanes utilizados ahora son artificiales pues se pueden fabricar con una mayor intensidad magnética que los naturales, además de tener mayor solidez y facilidad para ser moldeados según se requiera. No todos los metales pueden ser imantados y otros se desimantan fácilmente. Muchos se fabrican con níquel y aluminio, hierro con cromo, cobalto, tungsteno o molibdeno. En la industria, una barra de metal se imanta al someterla a la acción de un campo magnético producido por un solenoide en el que circula una corriente eléctrica. Cuando la barra persiste incluso después de que la corriente eléctrica se interrumpe en el solenoide, con lo cual se obtiene un imán permanente. CAMPO MAGNÉTICO Es la zona que rodea un imán y en el cual su influencia puede detectarse. DENSIDAD Y FLUJO MAGNÉTICO El concepto propuesto por Faraday acerca de líneas de fuerza, sirve para detectar los campos magnéticos, una sola línea de fuerza equivale a la unidad de flujo magnético en el sistema CGS y recibe el nombre de maxwell. El flujo magnético que atraviesa perpendicularmente una unidad de área recibe el nombre de densidad de flujo magnético o inducción magnética. Por definición: La densidad del flujo magnético en una región de un campo magnético equivale al número de líneas de fuerza, que atraviesan perpendicularmente a la unidad de área..
Se expresa: B= ɸ / A ɸ= BA DONDE B= densidad del flujo magnético en Wb/m2 ɸ= flujo magnético en weber A= área sobre la que actúa el flujo magnético en m2 La densidad de flujo magnético es un vector que representa la intensidad, dirección y sentido del campo magnético en un punto. MATERIALES FERROMAGNÉTICOS, PARAMAGNÉTICOS Y DIAMAGNÉTICOS Al colocar un cuerpo dentro de un campo magnético pueden presentarse las siguientes situaciones: 1.- Que las líneas de flujo magnético fluyan con mucha mayor facilidad a través del cuerpo que por el vacío. En este caso el material será ferromagnético y debido a ello se magnetiza con gran intensidad. Su permeabilidad magnética será muy elevada por ejemplo el hierro, cobalto, níquel. 2.- Que las líneas del flujo magnético pasen con libertad por el cuerpo que a través del vacío, en este caso se trata de un material paramagnético el cual se magnetiza aunque no en forma muy intensa. Por ejemplo aluminio, litio, platino, iridio y cloruro férrico. 3.- Que las líneas del flujo magnético circulan más fácilmente en el vacío que por el cuerpo, en este caso el material será diamagnético pues no se magnetiza y puede ser repelido ´por un campo magnético intenso. Ejemplos, cobre, plata, oro y mercurio. CAMPO MAGNÉTICO Una corriente eléctrica crea a su alrededor un campo magnético al observar que una aguja imantada colocada cerca de un conductor rectilíneo, se desvía de su posición de equilibrio norte-sur cuando el conductor circula una corriente. CAMPO MAGNÉTICO PRODUCIDO POR UN CONDUCTOR RECTO Para determinar vual es el valor de la inducción magnética o densidad del flujo magnético a una cierta distancia de un conductor recto por el que circula una intensidad de corriente se aplica la siguiente expresión: PARA CALCULAR INDUCCIÓN MAGNÉTICA B= µ I 2πd
DONDE B=inducción magnética o densidad de flujo magnético se mide en Teslas µ= permeabilidad del medio en Tm/A I= intensidad de la corriente en Ampers d= distancia perpendicular entre el conductor en metros
ACTIVIDAD
ACTIVIDAD El alumno investigara y dibuja la línea del tiempo del electromagnetismo. ACTIVIDAD El alumno investigara y escribirá las biografías de Michael Faraday, Heinrich Lenz y anotar su ley de cada uno. ACTIVIDAD El alumno investigara y dibujara las líneas de fuerza con las que Faraday represento al campo magnético. ACTIVIDAD El alumno realizara un cuadro conceptual de imanes y los tipos de imanes. ACTIVIDAD El alumno investigara que es una brújula y dibuja sus características.
