14. Electricidad

833501 _ 0609-0640.qxd 5/8/08 13:00 Pgina 609

GUA DE FSICA Y QUMICA 1. Bachillerato MATERIAL FOTOCOPIABLE SANTILLANA EDUCACIN, S. L.

14 Electricidad

610

Adquirir unos conocimientos bsicos sobre la historia de la electricidad y de los conocimientosque las personas hemos tenido sobre los fenmenos elctricos.

Saber calcular la fuerza de atraccin o de repulsin entre cargas elctricas.

Comprender cul es la relacin entre la intensidad del campo elctrico y la fuerza ejercida sobre una partcula cargada introducida en dicho campo.

Aprender a resolver problemas con circuitos elctricos teniendo en cuenta la ley de Ohm y la ley de la conservacin de la energa.

Ser conscientes de la importancia de la electricidad en nuestros das. Verdaderamentepodramos decir que sin la electricidad nuestro mundo sera muy diferente.

Saber cules son las magnitudes de las que depende el consumo energtico de un aparato elctrico.

OBJETIVOS

La electricidad en la Antigedad y en la Edad Media. La electricidad moderna.

La carga elctrica. La carga es una propiedad de las partculas. Electrizacin.

Fuerzas entre cargas elctricas: ley de Coulomb. Constantes y unidades.

Intercambio de cargas elctricas en la Tierra.

Aplicacin de la ley de Coulomb a cuerpos extensos.

Comparacin entre la fuerza electrosttica y la fuerza de gravedad.

Campo y potencial elctricos. El campo elctrico. Representacin de campos elctricos.

La energa potencial electrosttica. Potencial electrosttico.

La corriente elctrica y la ley de Ohm.

La intensidad de corriente. La ley de Ohm.

La resistencia elctrica. Resistividad. Conductores, semiconductores y aislantes.

Circuitos elctricos.

Transformaciones energticas en un circuito. Efecto Joule.

La pila voltaica. Generadores. Las pilas.

Generadores y fuerza electromotriz.

Ley de Ohm generalizada.

CONCEPTOS

CONTENIDOS

La ltima unidad del libro se dedica al estudio de los fenmenos elctricos. Dada su situacin, resultar ms fcil aplicar los conceptos que los alumnos han adquirido sobre la teora cintica de la materia o la conservacin de la energa. No debemos entender el estudio de la electricidad como algo alejado de estos dos aspectos fundamentales de la fsica.

PRESENTACIN

833501 _ 0609-0640.qxd 5/8/08 13:00 Pgina 610

GUA DE FSICA Y QUMICA 1. Bachillerato MATERIAL FOTOCOPIABLE SANTILLANA EDUCACIN, S. L.

PROGRAMACIN DE AULA14 14

611

1. Calcular la fuerza de atraccin o de repulsin entre cargas elctricas.

2. Dibujar las lneas de fuerza del campo elctrico creado por una o varias cargas.

3. Calcular la intensidad del campo elctrico o el potencial elctrico debidos a la presencia de una o varias cargas elctricas del mismo tipo o de tipos distintos.

4. Aplicar la teora cintica y la ley de la conservacin de la energa para explicar algunos de los fenmenos observados en los circuitos elctricos.

5. Resolver problemas con circuitos en los que aparecen varias resistencias y/o generadoresacoplados en serie o en paralelo.

6. Tomar medidas en circuitos elctricos con la ayuda de un polmetro.

7. Identificar algunos materiales buenos conductores de la corriente elctrica.

CRITERIOS DE EVALUACIN

1. Educacin para la salud

El manejo de aparatos elctricos debe ser llevado a cabo teniendo en cuenta una serie de normas, tal y como se cita en esta unidad. Los alumnos jvenes son valientes, pero hay que resaltar que no hay que confundir valenta con idiotez. Los circuitos elctricos son peligrosos (salvo aquelloscomo muchos de los manejados en el laboratorio en el que el generador es una simple pila de unos pocos voltios), por lo que debemos desconectar la corriente antes de realizar manipulaciones en un aparato o en las instalaciones.

Es importante no cometer imprudencias y evitar que otros las cometan, sealizando adecuadamente los peligros.

EDUCACIN EN VALORES

Resolver problemas numricos relacionados con las fuerzas elctricas, el campo elctrico o el potencial elctrico.

Analizar experiencias y obtener conclusiones a partir de los fenmenos observados durante el desarrollo de las mismas.

Elaborar esquemas de circuitos elctricos empleando la simbologa de manera correcta.

Resolver problemas sobre circuitos elctricos a partir de un esquema de los mismos.

Dibujar las lneas que describen los campos elctricos.

Utilizar esquemas a la hora de resolver problemas donde es necesario aplicar la ley de Coulomb.

Utilizar adecuadamente algunos aparatos de medida relacionados con la electricidad:ampermetro, voltmetro, hmetro y polmetro.

Fomentar hbitos de ahorro de la energa elctrica.

Valorar adecuadamente la importancia de los avances producidos en el campo de la electricidad.

Valorar el trabajo de todos los cientficos que han hecho posible que dispongamos en la actualidad de un conocimiento tan completo sobre los fenmenos elctricos.

Adoptar hbitos seguros a la hora de manipular aparatos elctricos.

PROCEDIMIENTOS,DESTREZAS Y HABILIDADES

ACTITUDES

833501 _ 0609-0640.qxd 5/8/08 13:00 Pgina 611

612 GUA DE FSICA Y QUMICA 1. Bachillerato MATERIAL FOTOCOPIABLE SANTILLANA EDUCACIN, S. L.

PROBLEMAS RESUELTOS

CARGAS, CAMPO Y POTENCIAL ELCTRICOS14

Planteamiento y resolucin

a) El potencial elctrico es un escalar y, como tal, su valor es aditivo. Si los signos de las dos cargas son iguales, el potencial elctrico que generan tiene tambin igual signo y es imposible que su suma se cancele. Si las cargastienen diferentes signos generan potenciales con diferentes signo, y al sumarse pueden generar puntos depotencial cero. El signo relativo de las cargas debe ser, por tanto, opuesto. Adems, como el valor absoluto de las cargas coincide, la simetra del sistema es un argumento para concluir que el punto buscado es el origen.

Para un punto entre las cargas, situado a distancia x (cm) de la carga positiva, el potencial es:

y es igual a cero si:

El punto entre las cargas opuestas de potencial cero est entre ellas y a 3 cm de la carga positiva (y de lanegativa). Coincide, por tanto, con el origen de coordenadas.

b) El campo elctrico es un vector y ha de sumarse vectorialmente. Si las cargas tienen diferente signo el campoelctrico generado por cada carga en un punto localizado entre ellas tiene igual sentido y su suma vectorial no se anula. Y a ambos lados el campo elctrico generado por la carga ms cercana tiene mdulo mayor que el generado por la carga, de igual valor absoluto, ms lejana y, aunque tengan sentidos opuestos, tampoco se pueden cancelar.

Si las cargas tienen igual signo, a ambos lados de las cargas el campo elctrico generado por cada carga tieneigual sentido y su suma vectorial no se anula. Un argumento de simetra ayuda a concluir que en este caso elcampo se anula entre las cargas iguales y a igual distancia de ellas: el origen.

En efecto, el campo en un punto entre las cargas, situado a distancia x (cm) de la carga de la izquierda es:

E i (i) i (i) = 0

El punto coincide, por tanto, con el origen de coordenadas.

1 1

62 2x xx x x=

=

( ) (6 ) = 3 cm2 2

+ +

9 102 10

69

6

2

( )

( )x=

+ 9 10

2 1096

2

( )

x+

+K

Q

x( )6 2= +K

Q

x 2

1 1

66

x xx x x=

= = 3 cm

V KQ

xK

Q

x x= +

=

+ +

+

69 10

2 109 10

296

9( ) ( 110

6

6

)

x

Dos cargas de 2 C se sitan en el eje horizontal a ambos lados del origen y a igual distancia de 3 cm.a) Cmo debe ser el signo relativo de las cargas para que haya un punto en el eje

con potencial elctrico cero? Cul es ese punto?

b) Cmo debe ser el signo relativo de las cargas para que haya un punto en el eje con campo elctrico nulo? Cul es ese punto?

PROBLEMA RESUELTO 1

Calcula la fuerza resultante que ejercen dos cargas situadas positivas de 1 C situadasen los puntos (1 , 1) y (3 , 2) sobre una cargade 3 C localizada en (3 , 1).

Sol.: 16,875 i+ 30 j .

Calcula:

a) La expresin del campo elctrico que genera una carga de 1 C situada

en el origen de coordenadas en un punto (x , 0) del eje horizontal positivo.

b) El potencial elctrico en ese punto.

Dos cargas negativas estn separadas 5 cm y el valor de una de ellas es 9 C. Cul es el valor de la otra carga si genera el equilibriode fuerzas sobre otra de 3 C situada entre las dos y a 2 cm de ella?

Sol.: 4 C.

3

2

1

ACTIVIDADES

833501 _ 0609-0640.qxd 5/8/08 13:00 Pgina 612

613 GUA DE FSICA Y QUMICA 1. Bachillerato MATERIAL FOTOCOPIABLE SANTILLANA EDUCACIN, S. L.

PROBLEMAS RESUELTOS

CIRCUITOS14

Planteamiento y resolucin

a) La resistencia equivalente al sistema es:

Requiv. = 1,56

b) y c) Como la intensidad de corriente que atraviesa la asociacin de resistencias es I = 0,5 A, se tiene que:

VC VA = I Requiv. = 0,5 A 1,56 = 0,78 V

Esta V es la que hay entre los extremos de R3, y la intensidad que pasa por ella es, por tanto:

La intensidad de corriente que pasa por la otra rama es la diferencia entre la intensidad total y la intensidad que atraviesa la tercera resistencia, 0,11 A.

Aunque la intensidad de corriente 0,11 A atraviesa las dos resistencias en serie de la primera rama, la diferenciade potencial en esa rama se reparte entre los extremos A y B de la primera resistencia y los extremos B y C de la segunda resistencia en la rama en la que estn las dos resistencias en ser