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ciencia y tecnologia ¿quÉ vamos a aprender en este tema 1 la materia y la electricidad 2 fenÓmenos de electrizaciÓn 3 el campo elÉctrico 4 el potencial elÉctrico 5 la corriente elÉctrica 6 los circuitos elÉctricos 7 la potencia electrica 8 la energÍa elÉctrica

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ciencia y tecnologia 1 la materia y la electricidad hoy en día es imposible imaginarse cómo sería nuestra vida sin electricidad desde luego objetos tan cotidianos como los electrodomésticos y otros más sofisticados como los sistemas informáticos que controlan los hospitales los semáforos etc no funcionarían sin ella la electricidad está presente en cada rincón de nuestra vida en nuestras casas en las empresas encargadas de fabricación y transformación de productos en la calle a pesar de este uso tan corriente la electricidad fue un descubrimiento relativamente reciente aunque fueron los griegos quienes dieron a conocer algunos fenómenos sencillos en 1745 en la universidad de leyden holanda construyeron una botella especial con la que fueron capaces de acumular una gran cantidad de electricidad Ésta fue la precursora de los modernos condensadores que hoy en día se utilizan en la mayoría de los aparatos eléctricos 2 fenÓmenos de electrizaciÓn en algunas situaciones podemos observar como entre dos cuerpos independientemente de su masa pueden aparecer fuerzas de atracción así por ejemplo habrás observado que al frotar rápidamente un bolígrafo de plástico en el jersey y acercarlo a unos trocitos de papel éstos se pegan al bolígrafo o cuando acercamos el brazo a la televisión encendida notamos una atracción hacia ella estos y otros ejemplos de fenómenos ponen de manifiesto la existencia en la naturaleza de un tipo de fuerza diferente a la gravitatoria produciéndose los que conocemos como fenómenos de electrización donde los cuerpos adquieren una propiedad que antes no tenían llamada carga eléctrica en la actualidad conocemos la existencia de cargas eléctricas es decir sabemos que la materia está formada por átomos y que éstos están formados por partículas elementales conocidas como protones electrones y neutrones son en este caso los electrones y los protones aquellos que están cargados eléctricamente podemos suponer entonces que al frotar dos cuerpos parte de las partículas que forman los átomos los electrones pasen de un cuerpo a otro y de esta forma aunque al principio ambos cuerpos eran neutros ahora pasarán a estar cargados eléctricamente a estas cargas las llamamos cargas positivas y cargas negativas la carga eléctrica es la cantidad de electricidad que posee un cuerpo y depende del número de electrones que ha ganado o perdido al interaccionar con otros recuerda por tanto la presencia de cargas positivas y negativas en los cuerpos y en definitiva en la materia se debe a la existencia en sus átomos de partículas cargadas eléctricamente los protones con carga positiva y los electrones con carga negativa 2 iniciatives solidàries

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ciencia y tecnologia además en los fenómenos eléctricos se ponen de manifiesto las fuerzas repulsivas y fuerzas atractivas 1 cuando dos cuerpos del mismo signo positivo-positivo y/o negativo-negativo se acercan aparecen la fuerza de repulsión que tiende a separarlos 2 cuando dos cuerpos de signo distinto de acercan positivo-negativo aparece la fuerza de atracción que tiende a aproximarlos con todo ello es la electricidad la que se ocupa del estudio de las propiedades y del comportamiento de las cargas eléctricas 2.1 la fuerza elÉctrica la fuerza eléctrica ya sabemos que es aquella que actúa entre aquellos cuerpos que tienen carga eléctrica ya sea positiva o negativa pero además es importante saber que cuanto mayor sea la carga eléctrica que tengan los cuerpos la fuerza de atracción o repulsión entre ellos será más fuerte para medir esta fuerza eléctrica desde 1705 se conoce un instrumento de medida llamado electroscopio se trata de dos láminas de metal unidas también a una esfera de metálica cuando se carga la esfera por la aproximación de un cuerpo ya cargado inducción las cargas eléctricas se reparten entre las láminas y la fuerza que se experimenta entre ellas hace que se separen cuanto mayor es la fuerza entre ambas cargas mayor será la separación entre las láminas si volvemos a los ejemplos anteriores ¿qué ocurre si alejamos el brazo de la televisión o el bolígrafo de los trocitos de papel si lo comprobamos observaremos como el valor de la fuerza disminuye e incluso si aumentamos la distancia entre ellos la fuerza deja de mostrarse por ello podemos concluir diciendo que existe una relación entre 1 la fuerza eléctrica 2 el valor de las cargas y 3 la distancia que existe entre ellas esta relación fue expresada matemáticamente por el científico francés charles augustín coulomb durante la segunda mitad del siglo xviii · donde f representa la fuerza k es un número cuyo valor depende del medio en el que estén situadas las cargas aire agua q es la carga de uno de los cuerpos q representa la carga del otro cuerpo d es la distancia de ambos cuerpos la ley de coulomb dice que la fuerza de atracción o la de repulsión entre dos cargas es directamente proporcional al producto de los valores de las cargas que la producen e inversamente proporcional al cuadrado de las distancias entre ellas 3 iniciatives solidàries

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ciencia y tecnologia 2.2 unidades de carga elÉctri elÉctrica si quisiéramos calcular la fuerza eléct eléctrica tendríamos que utilizar una unidad de carga eléctrica podríamos elegir fácilmente la carga del electrón puesto que es la unidad natural de electricidad sin embargo el valor de la carga del electrón es muy pequeño y no se puede apreciar la fuerza que existe entre dos cuerpos por ello se utiliza como unidad de carga en el sistema internacional de medida el culombio c en honor al científico anteriormente mencionado un culombio equivale a 0.625 1019 electrones 3 campo elÉctrico ¿por qué se producen las fuerzas eléctricas supongamos que tenemos un espacio donde no hay nada el vacío y que en el centro de este vacío colocamos una carga puntual positiva en un punto si en cualquier otro punto de ese espacio situamos otra carga también positiva la primera ejercerá una fuerza de repulsión sobre la segunda si en lugar de situar una carga positiva ponemos una negativa también la primera ejercerá una fuerza sobre ella en este caso de repulsión es decir en cualquier parte de ese vacío en el que situemos una carga actúa una fuerza debida a la carga puntual situada en el primer momento esta situacion puede definirse estableciendo que la carga primera crea unas condiciones en el espacio vacío en el que está situada que hace que cualquier otra carga situada en ese vacío reciba la acción de una fuerza sobre ella en consecuencia por el hecho de colocar en un punto del espacio una carga en sus proximidades se crea una zona de influencia llamada campo eléctrico que se define como zona del espacio en la que se manifiestan las fuerzas atractivas o repulsivas entre las cargas el campo eléctrico se aprecia en todos los alrededores de la carga creadora no se puede ver por lo que se recurre a representarlo mediante las líneas de campo el valor del campo eléctrico aumenta cuanto mayor sea la carga creadora del camp y campo cuanto más próxima se encuentre la carga que se intenta aproximar ejercicio 1 responde a las siguientes cuestiones a ¿qué ganan o pierden los cuerpos cuando se electrizan electrizan b ¿por qué los cuerpos inicialmente no poseen propiedades eléctricas y en cambio las pueden adquirir por frotamiento 4 iniciatives solidàries

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ciencia y tecnologia 4 el potencial elÉctrico cuando se conectan mediante un hilo conductor dos cuerpos el primero con carga negativa exceso de electrones y el segundo con carga positiva deficiencia de electrones fluyen cargas negativas electrones de forma espontánea de uno al otro esto es una consecuencia de la tendencia natural de los cuerpos de conseguir la neutralidad y por ello los electrones pasan del cuerpo con carga negativa al cuerpo con carga positiva hasta que se igualan eléctricamente a este fenómeno se le conoce como diferencia de potencial es decir cuando dos cuerpos con diferente carga eléctrica se conectan siendo el paso de electrones de un cuerpo a otro lo que igualará los potenciales alcanzándose así el equilibrio electrostático la fuerza que impulsa a los electrones a moverse de un cuerpo a otro se debe a la diferencia de potencial que hay entre los dos puntos y se le denomina como tensión o voltaje para medir la d.d.p se utiliza un instrumento llamado voltímetro siendo la unidad de medida en el sistema internacional de medida el voltio ahora imaginemos un campo eléctrico con diferentes cargas a b c y queremos transladar la carga de un columbio a hasta donde está la carga b para ello tendremos que ejercer una fuerza contra el campo mientras recorremos la distancia entre a y b por lo tanto estaremos efectuando un trabajo y la diferencia de potencial va -vb coincide físicamente con la energía necesaria para llevar una carga q desde el punto a al punto b se expresa mediante la siguiente fórmula julios unidad del sistema internacional de medida donde e energía en julios para llevar la carga de a a b q es la carga que se traslada va vb la diferencia de potencial entre a y b ejercicio 2 entre dos puntos cuya diferencia de potencial es de 220 v desplazamos una carga de 4 coulumbios calcula el trabajo realizado ejercicio 3 para trasladar una carga de dos coulumbios de un punto a otro se realiza un trabajo de 18 julios ¿cuál es la diferencia de potencial entre esos dos puntos 5 iniciatives solidàries

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ciencia y tecnologia 5 la corriente elÉctrica en la vida cotidiana conocemos dispositivos como las pilas baterias enchufes que son capaces de establecer la diferencia de potencial entre sus terminales señaldos como polos positivos y negativas y cuyo valor en voltios viene señalado en las etiquetas o en la parte exterior si estos dispositivos los conectamos a un material con cargas electricas libres en su interior estas si son negativas electrones se desplazaran hacia el polo positivo y si son positivas hacia el polo negativo es decir los dispositivos mantienen la diferencia de potencial necesaria para dispositivos que las cargas se desplacen constantemente proporcionando energía para ello a estos dispositivos se les conoce como generadores de corriente y pueden ser generadores de corriente continua como las pilas las baterías y la dínamos en la continua omo las corriente continua el movimiento de los electrones ocurre siempre en el mismo sentido generadores de corriente alterna o alternadores en la corriente alterna el movimiento de los electrones cambia de sentido un determinado número de veces por segundo es sentido importantísima puesto que es la que manejas todos los días ordenadores portáltiles bombillas secadores de pelo radio son algunos ejemplos de pelo son aparatos que para que funcionen es necesario aplicarles una diferencia de potencial que una viene señalada en en ell exterior de cada uno de ellos siedo los generadores de corriente contiua o alterna los que les proporciona la energía necesaria para la circulación de las es proporcionan cargas corriente eléctrica en su interior por tanto podemos definir la corriente eléctrica como el desplazamiento de cargas debido a la energía proporcianada por un generador que establece una diferencia de potencial ahora podríamos preguntarnos ¿todos los cuerpos disponen de esa capacidad para permitir el desplazamiento de cargas eléctricas en su interior pues bien existen unos cuerpos llamados conductores de la electricidad que permiten con facilidad el paso de la corriente a través de ellos por ejemplo cobre cu plata ag y metales en jemplo general en los metales algunos de los electrones que forman sus átomos pueden moverse con cierta libertad por la estructura que forma el material de manera que cuando establecemos una diferencia de potencial entre los extremos de un cable metálico existe e una circulación de cargas electrones a través de él así decimos que la corriente eléctrica en los metales se produce por el movimiento de electrones en su interior y por eso éstos son buenos conductores de la electricidad mientras que existen otros cuerpos llamados aislantes eléctricos que dificultan el paso de la corriente ejemplo madera plásticos goma los electrones están fijados fuertemente a los átomos y no pueden moverse o desplazarse 6 iniciatives solidàries

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ciencia y tecnologia 5.1 intensidad de la corriente elÉctrica puesto que la corriente eléctrica es el paso de cargas a través de un material podremos medir la cantidad de ellas que lo atraviesan y el tiempo que tardan en atravesarlo de esta forma se define una nueva magnitud que resulta de dividir la carga total que pasa a través de un conductor entre el tiempo que tarda en hacerlo es lo que llamamos intensidad de corriente la expresión matemática de esta relación es amperios unidad del sistema internacional de medida donde i la intensidad de la corriente q es la carga que se traslada t tiempo medido en segundos cuando la carga q se mide en culombios y el tiempo viene dado en segundos sg a la unidad en la que medimos la nueva magnitud intensidad de corriente la llamamos amperio que es la unidad de intensidad de corriente oficial es decir la intensidad de corriente que se produce cuando pasa una carga de un culombio en un segundo es un amperio ejercicio 4 calcula la intensidad de corriente que circula por un cable sabiendo que en tres segundos circula una carga de 6 culombios ejercicio 5 calcula la cantidad de carga que circula por un cable en 3 segundos si la intensidad de corriente que lo atraviesa es de 2 amperios 7 iniciatives solidàries

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ciencia y tecnologia ejercicio 6 calcula la cantidad de carga que circula por un cable en 6 segundos si la intensidad de corriente que lo atraviesa es de 9 amperios 5.2 la resistencia elÉctrica ya sabemos que si entre los extremos de un cable conductor se establece una diferencia de potencial mediante una pila una batería o un enchufe a la red eléctrica se producirá un desplazamiento de carga eléctrica que dará lugar al paso de intensidad de corriente a través del cable es lo que hemos llamado corriente eléctrica sin embargo no todos los materiales conductores permiten el paso de corriente con la misma intensidad en mayor o menor grado todos ellos presentan una cierta oposición a la corriente eléctrica se trata de la resistencia eléctrica que se define como la oposición por parte de un conductor al paso de corriente depende de la longitud del conductor de su sección y del propio material la unidad en la que medimos la resistencia se llama ohmio y representa la resistencia que opone un conductor por el que pasa una intensidad de corriente de un amperio cuando entre sus extremos existe la diferencia de potencial de un voltio debemos pensar que la resistencia de un circuito es la oposición al paso de la corriente por ello cuanto mayor sea la resistencia menor serà la intensidad de corriente que circula por el circuito 5.3 la ley de ohm en el siglo xiv el científico georg s ohm investigó la relación que existía entre la intensidad de corriente que atravesaba el circuito la resistencia de dicho circuito y la diferencia de potencial entre sus extremos concretamente descubrió que la intensidad de corriente que atraviesa un circuito es directamente proporcional a la diferencia de potencial establecida entre sus extremos es decir cuando aumenta la intensidad también aumenta la diferencia de potencial y cuando disminuye la intensidad también lo hace la diferencia de potencial a su vez esta intensidad de corriente es inversamente proporcional a la resistencia es decir cuando aumenta la intensidad disminuye la resistencia y cuando disminuye la intensidad aumenta la resistencia por tanto la fórmula de la ley de ohm es amperios unidad del sistema internacional de medida 8 iniciatives solidàries

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ciencia y tecnologia donde i la intensidad de la corriente v voltaje o la diferencia de potencial r resistencia ejercicio 7 para determinar el valor de una resistencia se le aplica entre sus extremos una diferencia de potencial de 17 v si la intensidad que circula es de 0 5 a ¿cuál es el valor de dicha resistencia ejercicio 8 una resistencia eléctrica de 20 se conecta a una tensión de 5 v a ¿qué intensidad circulará por la resistencia b ¿qué carga eléctrica fluye por ella en 5 minutos ejercicio 9 averigua la intensidad que circula en un circuito que tiene un generador de 10 v y una resistencia de 25 ejercicio 10 elige la respuesta correcta para la afirmación si la resistencia de un circuito aumenta a el fusible se funde b hay un cortocircuito c la intensidad de la corriente disminuye 9 iniciatives solidàries

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ciencia y tecnologia 6 los circuitos electricos si queremos que por un cable circule corriente necesitaremos colocar una pila que determine la diferencia de potencial entre los extremos del conductor y que por lo tanto proporcione la energía necesaria para el transporte de cargas es lo que denominamos generador de corriente que como ya sabemos puede ser una batería pila o un enchufe a la red eléctrica el cable opondrá un resistencia al paso de la corriente que atraviesa el cable no obstante cualquier aparato conectado al circuito como por ejemplo un bombilla una nevera o un secador de pelo presenta una resistencia mucha mayor ala del cable los circuitos eléctricos se dibujan mediante esquemas que utilizan unos símbolos universales para cada elemento del circuito circuito los circuitos se representan mediante esquemas y hay tres tipos 1 circuitos en serie en los circuitos en serie los elementos están uno a continuación del otro sólo hay un camino por el que circula la corriente eléctrica este tipo de conexión en serie es poco frecuente la misma intensidad de corriente pasa por cada una de las bombillas una despúes de otra de forma que si una de ellas se funde el paso de la corriente se interrumpe y el resto de bombillas se apaga la tensión o el voltaje se reparte entre los diferentes componentes las bombillas de un circuito en serie lucen menos que cada una por separado 2 circuitos en paralelo en los circuitos en paralelo la corriente que sale de la pila se reparte por varios caminos donde están las resistencias colocadas en paralelo casi todos los circuitos eléctricos que usamos en casa están en paralelo la la intensidad de corriente que pasa por cada una de las bombillas es diferente dependiendo de la resistencia de cada una de ellas en este circuito si se funde una de las bombillas las otras siguen funcionando pues la corriente sigue pasando a través de ellas 10 iniciatives solidàries

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ciencia y tecnologia el voltaje de cada componente es el mismo las bombillas lucen más que si estuvieran conectadas en serie 3 circuitos mixtos los circuitos mixtos son una mezcla de los circuitos en serie y en paralelo es decir nos encontramos con varios elementos agrupados de forma paralela y al mismo tiempo se agrupan con elementos en serie 6.1 asociaciÓn de resistencias en circuitos electricos como en un circuito nos vamos a encontrar a más de una resistencia se llama resistencia equivalente a la resistencia que tiene el mismo efecto que todas las resistencias juntas el calculo de esta resistencia será importante para la resolución de la problemas de circuitos hay que tener en cuenta que su calculo va a depender del tipo de circuito 1 circuitos en serie 2 circuitos en paralelo 3 circuitos mixtos primero reducimos las dos resistencias en paralelo a su resistencia equivalente y a continuación calculamos la resistencia equivalente de las dos que tenemos ahora conectadas en serie ejercicio 11 un circuito eléctrico tiene tres resistencias asociadas en paralelo de 2 3 y 2 respectivamente 1 calcula la resistencia equivalente 2 calcula la intensidad que circula en ese circuito si tiene una pila de 4,5 v ejercicio 12 calcula la intensidad que circula por el siguiente circuito 11 iniciatives solidàries

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ciencia y tecnologia ejercicio 13 el circuito de la figura adjunta tiene un generador de 18v y dos bombillas en paralelo cada una de 3 ohmios de resistencia calcula la intensidad que pasa por cada resistencia ejercicio 14 halla la resistencia equivalente del siguiente conjunto de resistencias averigua la intensidad que circula en el circuito dado que v=18 v ejercicio 15 el circuito de la figura adjunta tiene un generador de 12 v y dos bombillas de 2 calcula la intensidad de la corriente que pasa por cada resistencia de resistencia 7 la potencia elÉctrica conocemos en nuestro día a día un montón de aparatos que nos hacen la vida más fácil,como pueden ser los electrodomésticos o aquellos que nos introducen en las nuevas tecnologías ipods pc s ipads si cogemos por ejemplo a un ventilador a luz y uno manual con bateria ambos pueden ayudarnos a sobrellevar mejor el verano pero hay una diferencia fundamental entre ellos la potencia el ventilador manual tiene menor potencia que el ventilador a luz lo que quiere decir que transforma menos energía eléctrica en mecánica por segundo 12 iniciatives solidàries

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ciencia y tecnologia se denomina potencia electrica a la magnitud que mide la energía ele´ctrica consumida por unidad de tiempo matemáticamente se expresa así vatio w unidad del sistema internacional de medida donde p la potencia v voltaje o la diferencia de potencial i intensidad de la corriente ejercicio 16 la bombilla de un flexo lleva la siguiente descripción 60 w 220 v calcula la intensidad que circula por ella cuando se conecta a 220 v 8 la energÍa elÉctrica el consumo de energía electrica por ejemplo de una lavadora depende de la potencia que tenga y del tiempo que se mantenga en funcionamiento es evidente que no va a gastar lo mismo si la tenemos conectada un par de horas que si la conectamos sin parar durante 2 días a mayor potencia de los electrodomesticos y mas tiempo funciones más energía gasta la expresión matemática para el calculo de la energía es kw-h julios unidad del sistema internacional de medida donde p la potencia e energía en julios t tiempo en segundos aunque la unidad en el sistema internacional de medida de la energía es el julio en el caso de la energía eléctrica se utiliza más una unidad llamada kilovatio-hora 7.1 transformaciones de la energÍa electrica tenemos que saber que cuando encendemos aparatos eléctricos la energía eléctrica se transforma en otro tipo de energía por ejemplo al encender una bombilla se transforma la energía eléctrica en energía luminosa 13 iniciatives solidàries

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ciencia y tecnologia otro tipo de aparatos al enchufarse a la corriente electrica y ponerse en funcionamiento transforman la energía electrica en energía mecánica o de movimiento como por ejemplo la lavadora secadora taladradora ventilador una batidora al mismo tiempo seguro que os habéis dado cuenta que la mayoría de aparatos bombillas y electrodomésticos al engancharlos a la corriente electrica se calientan este calentamiento se debe a lo que se conoce como el efecto joule que ocurre siempre que por un cable circule una corriente el efecto joule consiste en la pérdida de energía eléctrica en energía calorífica debido a los choques de los electrones con los átomos del metal y entre ellos mismos mismos ejercicio 17 averigua el consumo de energía diario y mensual mes de 30 días en kw h de una casa en la que kw-h tenemos conectados los siguientes electrodomésticos a 10 bombillas de 60 w que funcionan cinco horas diarias b una televisión de 200 w que funciona tres horas diarias c la lavadora que consume 1500 w se enciende 1 vez al día con un ciclo de una hora ejercicio 17 ¿qué información proporciona una bombilla en la que pone 100w/220v calcula la energía que consume esta bombilla si funciona durante media hora 14 iniciatives solidàries

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ciencia y tecnologia ejercicio 18 un secador de pelo tiene una potencia de 750 w ¿cuánta energía consumirá una persona si tarda media hora en secarse el pelo expresa el resultado en julios y en kw-h ejercicio 19 calcula cuánto nos va a costar el funcionamiento de un día y de un mes de una estufa de 1500 w que la conectamos siempre durante 4 horas al día si el precio del kw-h es 12 cent ejercicio 20 completa los siguientes enunciados 1 2 3 4 5 6 los cuerpos con carga de distinto signo producen fuerza de entre ellos los cuerpos con carga de igual signo producen fuerza de entre ellos hay dos tipos diferentes de eléctrica la carga y la según la facilidad que tienen las cargas eléctricas de moverse a su través los materiales se clasifican en y los metales son buenos porque en su interior hay electrones libres que forman una electrónica la carga eléctrica es una cantidad de que posee un cuerpo y depende del número de que ha ganado o perdido la unidad del si es el la zona del espacio en el que se manifiestan las atractivas y repulsivas entre las cargas se denomina eléctrico cuando dos cuerpos se encuentran a diferente se dice que entre ellos hay una diferencia de potencial un voltaje o entre dos puntos a diferente potencial conectados mediante un se produce el paso de electrones desde el polo al hasta que los potenciales se igualan momento en el que se alcanza el equilibrio 7 8 9 15 iniciatives solidàries

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