Manual Estrada 6 NATU CAP 7 PAG 260 a 269

Manual

Estrada PRIMERO EN LA ESCUELA

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l a e r s u t a N s a i c n Cie

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BLOQUE: EL MUNDO FÍSICO

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CONTENIDOS: • LA CARACTERÍSTICA ELÉCTRICA DE LA MATERIA. • LA CORRIENTE ELÉCTRICA. • CIRCUITOS ELÉCTRICOS. • CONEXIÓN EN SERIE Y EN PARALELO. • MATERIALES CONDUCTORES Y AISLANTES DE LA ELECTRICIDAD. • ELECTRICIDAD Y SEGURIDAD. • GENERACIÓN DE ELECTRICIDAD.

LA ELECTRICIDAD

Cada vez que encendemos la luz o la computadora, usamos el aire acondicionado, tostamos pan, planchamos o ponemos en marcha un automóvil, la electricidad dice “presente”.

La electricidad se pone en juego en muchas de las actividades que llevamos a cabo en nuestra vida cotidiana. Con el avance de la tecnología, los científicos y los ingenieros han desarrollado diversas maneras de crearla y de aprovecharla al máximo para mejorar la calidad de vida de las personas.

¿QUÉ SABEMOS HASTA AHORA? 1.

Mencionen cinco situaciones cotidianas, distintas de las que se muestran en la imagen, en las que hagan uso de la electricidad.

2. ¿Hay alguna relación entre el rayo y los cables de la torre? ¿Cuál?

3. Investiguen qué aparatos o dispositivos generan electricidad.

4. ¿Qué cuidados deben tener cuando utilizan la electricidad?

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CIENCIAS

NATURALES LAS CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS DE LA MATERIA Cuando se frota un globo inflado contra un trozo de lana, aparece una fuerza que hace que el globo y la lana se atraigan.

Estas fuerzas de naturaleza eléctrica, que hacen que estos cuerpos se atraigan, reciben el nombre de electricidad estática. ¿Por qué ocurre este fenómeno? Todos los materiales están constituidos por pequeñas partículas llamadas átomos. Estos son tan pequeños que no se pueden ver ni con microscopios, pero los científicos coinciden en que los átomos tienen una zona central, el núcleo, con carga eléctrica positiva y núcleo una zona externa denominada nube de electrones, con carga eléctrica negativa.

La cantidad total de cargas positivas y negativas es la misma, por eso los átomos son neutros eléctricamente. nube de electrones Cuando se frota el globo, la lana Los átomos presentan cargas positivas y negativas en igual “arranca” electrones de la superficie cantidad. del globo, que queda con carga positiva. La lana queda con carga negativa. Al quedar con cargas de signo contrario, se atraen. Lo mismo ocurre al frotar un peine, este queda cargado eléctricamente. Al acercarlo a unos papelitos, produce un reacomodamiento de sus cargas, y los papelitos también quedan cargados eléctricamente, con cargas opuestas a las del peine. Este fenómeno, por el cual un objeto genera cargas en el otro, se denomina inducción. ¿Por qué el electricista usa esos zapatos?

núcleos

peine

tela

electrones

papelitos

inducción en los papelitos

Luego de ser frotado, el peine queda cargado eléctricamente. Al acercarlo a pedacitos de papel, se produce un fenómeno de inducción.

Capítulo 7 • La electricidad

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electrones núcleos

En los metales, como el cobre, los núcleos positivos se encuentran formando una red, y los electrones se desplazan entre ellos. Esto facilita la corriente eléctrica.

LA CORRIENTE ELÉCTRICA Algunos electrodomésticos, como un televisor o una licuadora, no funcionan si no se los enchufa. Otros, como los teléfonos celulares, o algunas computadoras, precisan una batería.

También algunos dispositivos, como las radios, necesitan pilas para funcionar correctamente. ¿Cómo se explica esto?

Los metales, como el hierro, el cobre, el oro o el aluminio, contienen partículas de carga eléctrica negativa denominadas electrones, que se encuentran sueltos dentro de la estructura del metal. Si a una zona de un metal se le acercan cargas negativas provenientes de otro dispositivo (el enchufe, una pila o una batería), los electrones del metal son repelidos o rechazados y cambian de lugar. Al moverse, rechazan y empujan eléctricamente a otros electrones vecinos, lo que genera una circulación de electrones que se denomina corriente eléctrica.

Materiales conductores Si entre una pila y una lamparita se interpone un cable que contiene hilos de cobre, al ponerlos en contacto con la lamparita, esta se enciende. Esto ocurre porque los electrones que salen de la pila circulan a lo largo del cobre. Se dice que el cobre es un material conductor de la electricidad.

Si en el circuito anterior se sustituye un tramo de cable por una mina delgada de grafito, la lamparita se enciende, pero brilla menos que antes, porque circula menos corriente eléctrica en todo el circuito. El grafito, si bien es un material conductor, lo hace con menos intensidad que el cobre, ya que dificulta el movimiento de los electrones, que forman la corriente eléctrica.

El agua de la canilla, el agua mineral y el agua de mar también son conductores, debido a que contienen sales disueltas que permiten la circulación de electrones. Esto no ocurre con el agua pura o agua destilada, ya que no Los cables por los que pasa corriente eléctrica tiene sales disueltas, es decir, es solo agua. tienen metal en su interior.

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Materiales aislantes Algunos materiales, como el papel, la madera, la goma o el cor- plástico corcho cho, dificultan el flujo de electrones e impiden que la electricidad circule. Se los llama materiales aislantes de la electricidad.

Los aislantes permiten evitar accidentes que pueden llegar a ser mortales si una persona recibe una descarga eléctrica. El cuerpo humano contiene en gran parte agua con sales, y por eso funciona como un conductor: si tocamos un material cargado eléctricamente, las cargas pueden pasar a nuestro cuerpo. Por eso los cables de luz se recubren de plástico, que es un material aislante. porcelana Los aislantes también se utilizan para fabricar las carcasas o superficies de los electrodomésticos. ¿Cuál es la razón? Si la carcasa de una heladera fuera de metal, y un cable de su interior estuviese pelado y la tocase, las cargas del cable pasarían a través de ella al suelo. Si una persona descalza tocase la heladera, su cuerpo —lleno de Los materiales que impiden el paso de la agua y sales— actuaría como un conductor eléctrico y podría su- corriente son utilizados como aislantes. frir graves daños. Por este motivo, muchos aparatos eléctricos que no tienen una carcasa de plástico deben estar conectados al suelo por medio de un cable conductor que se llama cable a tierra, que permite que las cargas que llegan al aparato se desplacen al suelo.

Los electricistas utilizan zapatos de goma o de cuero como medida de seguridad cuando trabajan. Cuando se trabaja con materiales que conducen electricidad, otra medida de seguridad es pararse sobre una base de madera, que también es un aislante eléctrico.

1.

Investiguen por qué los enchufes actuales tienen tres patas y no dos, como tenían hace unos años.

2. ¿En qué se diferencia un material conductor de uno aislante? Den dos ejemplos de cada uno.

3. Investiguen acerca de los materiales de los que están hechos los objetos de la siguiente tabla.

Complétenla según sean conductores o aislantes de la electricidad.

Material

¿Conduce la electricidad?

Clavo Trozo de azufre Goma de borrar Anillo de acero Clip de oficina Mina de lápiz

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LOS CIRCUITOS ELÉCTRICOS

interruptor cerrado

interruptor abierto

Los interruptores son llaves que permiten o impiden el paso de corriente.

En este caso, un clip metálico sirve de interruptor de un circuito pequeño.

Si están en una ciudad y miran hacia el cielo, podrán ver cables gruesos que atraviesan las calles y avenidas. Estos cables son los que llevan electricidad desde las centrales eléctricas, donde se produce la electricidad, hasta los domicilios, las fábricas, las empresas y otros edificios. A través de ellos, viajan millones de electrones, cuyo flujo permite que funcionen los electrodomésticos, las máquinas, etcétera.

Todos los dispositivos que aprovechan la electricidad contienen circuitos eléctricos. En ellos se puede controlar el movimiento de las cargas y, donde se necesite, es posible extraer una parte de su energía y transformarla en luz, calor, energía de movimiento u otras formas de energía.

Un circuito eléctrico es un camino que, cuando está cerrado, permite que los electrones circulen sin dificultad. Está constituido por una fuente, un conductor y una resistencia. La fuente es un dispositivo que produce electricidad, por ejemplo, una batería. El conductor es, en general, un cable que contiene en su interior hilos de metal. La resistencia eléctrica puede ser una lámpara, un motor, un calentador o un parlante, entre otros. fuente resistencia

conductor

La electricidad se transforma en energía mecánica en el motor de un ventilador, en calor en una estufa eléctrica y en luz en un velador.

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La fuente, el conductor y la resistencia son los componentes de todo circuito eléctrico.

Cuando un circuito está abierto, deja de funcionar. Los interruptores son llaves que pueden abrir o cerrar un circuito. Se los usa para permitir o impedir el paso de la energía eléctrica a través de los cables. Cuando la electricidad llega a la resistencia, en estos aparatos es transformada en otras formas de energía: en calor en las estufas, en luz en las lamparitas o en energía mecánica en los motores.

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Conexión en serie y en paralelo Según cómo se conecten, los circuitos eléctricos se pueden clasificar en circuitos en serie o en circuitos en paralelo. fuente En los circuitos en serie, la corriente circula por un único camino posible. Es decir, que la corriente es la misma a lo largo de lamparita 1 lamparita 2 todo el circuito. Así, por ejemplo, las luces navideñas presentan una conexión en serie. En ellas se observa que la electricidad que sale de la fuente generadora llega a la primera lamparita y de allí pasa por las otras. El inconveniente que presentan este tipo de conexiones es que si una de las lamparitas se quema o se quita, la Las luces navideñas, al igual que una son ejemplos de conexiones en electricidad no llega a las otras, porque el circuito se interrumpe. linterna, serie.

Por lo tanto, toda la guía de luces queda apagada.

En circuitos en paralelo, la corriente tiene dos o más caminos posibles, ya que cada resistencia suele estar conectada directamente a la fuente de energía. La ventaja de este tipo de circuitos es que si se quema una lamparita, las demás siguen encendidas, porque la electricidad les llega directamente. Esto se debe a que, como muestra la imagen, cuando la corriente llega al punto 1, puede seguir dos caminos diferentes hasta llegar al punto 2. Si se anula uno de los caminos, la corriente puede seguir por el otro, y cada lamparita 1. En la instalación eléctrica puede encenderse o apagarse de manera independiente. de una casa, la intensidad La instalación eléctrica de los domicilios es un ejemplo de codel brillo de las lamparitas nexión en paralelo. Si se quema la lamparita de una habitación, va disminuyendo a medida las del resto de la casa siguen encendidas con la misma intensidad que pasamos de un cuarto a y brillo. Además, si la conexión dentro de nuestras casas fuese en otro. ¿Qué tipo de conexión serie, el brillo de las lamparitas no sería el mismo, ya que irían dishabrá hecho el electricista? minuyendo en intensidad a medida que la corriente circula. ¿Por qué?

2. Comparen una conexión en serie y una en paralelo. Tenfuente lamparita 1

gan en cuenta sus ventajas y desventajas.

3. Investiguen cómo funciona una estufa eléctrica y qué

lamparita 2

tipo de conexión tiene el circuito.

Las instalaciones eléctricas en los hogares son conexiones en paralelo.

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LA PRODUCCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA La energía eléctrica se ha convertido en un recurso imprescindible para nuestra vida cotidiana, y en la actualidad existen diversas formas de producirla. La electricidad se fabrica en centrales térmicas, centrales hidroeléctricas, eólicas y nucleares, entre otras.

Las centrales térmicas

En la Argentina, la central térmica Martín Miguel de Güemes (provincia de Salta) utiliza carbón como combustible.

En las centrales térmicas, se produce electricidad a partir de quemar un combustible fósil o que provenga de este, como el fuel oil o el carbón. En estas centrales se aprovecha la energía química contenida en los combustibles. El proceso se inicia cuando se introduce el combustible dentro de una caldera rodeada de tubos por los que circula agua a temperatura ambiente. Cuando el combustible se empieza a quemar, el calor que libera calienta el agua que rodea la caldera y finalmente, se transforma en vapor. Este vapor tiene tanta fuerza que hace girar las paletas de una turbina que está conectada a un generador, que transforma la energía contenida en la turbina en energía eléctrica. El problema de estas centrales es la liberación de gases al ambiente y el uso de recursos naturales que se están acabando.

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Puente_Salto_Grande.jpg Autor: Lenilucho. Este archivo se encuentra bajo la licencia Creative Commons Atribución 3.0, no adaptada

Las centrales hidroeléctricas En las centrales hidroeléctricas, se aprovecha la energía hidráulica (energía generada por el movimiento del agua) y la fuerza asociada a la altura en que se encuentra el agua. Estas centrales se sitúan sobre el lecho de ríos caudalosos. Primero, se construye una represa que cambia el nivel del terreno y permite que el agua esté a distinta altura a un lado y al otro del edificio donde se instala la central. El agua que está a mayor altura es contenida por compuertas que, cuando se abren, dejan que el agua pase hacia el otro lado y mueva grandes paletas que están conectadas a un generador. El generador produce energía eléctrica. La construcción La central hidroeléctrica de Salto Grande de las centrales hidroeléctricas generan grandes modificaciones (provincia de Entre Ríos) se encuentra en el paisaje y afectan seriamente a los ecosistemas naturales; sin sobre el río Uruguay, en la frontera entre embargo, no liberan sustancias contaminantes en el ambiente. la Argentina y Uruguay.

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Las centrales nucleares Energía de los seres vivos En muchos países se están desarrollando técnicas para aprovechar la energía de plantas y desechos de otros seres vivos en la fabricación de combustibles.

Por ejemplo, en unos aparatos denominados biodisgestores, se colocan restos orgánicos que, por la acción de unos microorganismos, se descomponen.

Así se obtiene el biogás, que es utilizado para la iluminación de casas, entre otros usos.

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:IMPSA_Wind_0604b.jpg Autor: Awelti. Este archivo se encuentra bajo la licencia Creative Commons Atribución 3.0, no adaptada.

En las centrales nucleares, se utiliza como combustible materiales como el uranio o el plutonio, ubicados dentro de un reactor. Al romperse, los átomos de plutonio y de uranio liberan gran cantidad de energía llamada energía nuclear, que se utiliza para calentar agua y así obtener vapor. Como sucede en las centrales térmicas, el vapor mueve las paletas de una turbina que está conectada a un generador de electricidad.

En una central nuclear, se produce más cantidad de energía eléctrica que en los otros tipos de centrales, pero los riesgos de accidentes nucleares por la fuga de material radioactivo En la Argentina, las centrales nucleares son muy serios y peligrosos para Atucha I y II se encuentran en la la vida de los seres vivos. provincia de Buenos Aires.

Las centrales eólicas

Las centrales eólicas aprovechan la energía eólica o del viento para mover las paletas de una turbina de viento, que se colocan lejos del paso de las aves para evitar que queden atrapadas en su interior. La turbina está conectada a un generador que produce electricidad.

Estas centrales se deben construir en zonas donde los vien- El parque eólico Arenal se encuentra en cercanías de la ciudad de Comodoro tos sean constantes y fuertes. No son contaminantes del am- las Rivadavia, provincia del Chubut. biente y no utilizan combustibles.

1.

Consulten sitios de Internet, y respondan.

a. ¿Dónde están ubicadas las centrales de Embalse Río

2. Armen grupos de 4 chicos y discutan acerca del tipo de central eléctrica más conveniente que genere

Tercero y Yaciretá Apipé?

energía para una población. Consideren los riesgos

b. ¿De qué manera producen energía eléctrica? c. ¿En nuestro país hay centrales eólicas? ¿En qué zonas

para el ambiente, el costo de producción y la canti-

creen que se las podría instalar?

d. ¿Cómo funciona una central solar?

dad de electricidad que producen.

• Elaboren afiches publicitando la central elegida.

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TA L L E R D E

CIENCIAS ¿LAS LUCES NAVIDEÑAS DEBEN CONECTARSE EN SERIE O EN PARALELO? Las conexiones en los circuitos eléctricos pueden ser en serie o en paralelo. Ambos circuitos tienen ventajas y desventajas. Pero ¿qué pasará con la intensidad de la luz en cada una de estas conexiones? ¿Y si se quema una lamparita?

HIPÓTESIS

_____________________________________________________________________

_________________________________________________________________________

MATERIALES

2 m de cable de cobre • Dos lamparitas de linterna • Dos portalamparitas • Dos interruptores • Un portapilas • Dos pilas de 1,5 volts • Una pinza • Un cortacable • Cinta adhesiva o aisladora.

PROCEDIMIENTO 1.

Armen un circuito en serie como muestra la figura. Para ello, del portapilas debe salir un cable que se una al interruptor. Otro cable debe conectarse al otro extremo libre del portapilas para cerrar el circuito, como se ve en la figura 1. interruptores pilas

pilas

lamparitas

figura 2

6. Observen la intensidad de la luz. Anoten sus

lamparitas conductor

interruptores

figura 1

las lamparitas. Tengan en cuenta que el último cable libre debe unirse a la batería para así cerrar el circuito.

3. Observen la intensidad de la luz, y anoten sus observaciones.

4. Desconecten una de las lamparitas y observen lo que ocurre. Anoten sus observaciones.

5. Desarmen el circuito y vuelvan a conectar las lamparitas, pero ahora en paralelo. Para ello observen la figura 2.

observaciones.

7. Quiten una lamparita. Anoten lo que ocurre.

2. Conecten

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1. ¿Se comprobó su hipótesis? ¿Por qué?

2. Investiguen qué otros dispositivos eléctricos presentan circuitos en serie y cuáles en paralelo.

3. Si a la batería inicial se le agregase otra, ¿qué pasaría con el brillo de las lamparitas? Compruébenlo.

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ACTIVIDADES DE INTEGRACIÓN 1.

Completen las siguientes oraciones con los

términos que correspondan.

a. Un circuito eléctrico es ________________ que cuando está ________________ permite que los ________________ circulen sin dificultad.

b. Las centrales nucleares utilizan materiales

c. Una central eólica aprovecha la fuerza contenida en el agua para fabricar electricidad.

d. El agua destilada es un material aislante de la electricidad.

4. En la figura A, se pueden observar diferen-

________________ como fuente de energía. tes materiales de uso cotidiano. En la figura B, se observa un circuito casero formado por una Estos se colocan dentro de un dispositivo llapila y una lamparita. Indiquen para cada imagen mado ________________ . En estas centrales, de la figura A si, al interponerlas en el circuito, la la energía de los átomos se transforma en lamparita se encenderá. ________________ .

A c. La corriente eléctrica es ________________ que se desplaza a lo largo de un ________________.

3. Unan con flechas los conceptos de la columna de la izquierda con los que aparecen en la columna de la derecha.

ELEMENTO

DEFINICIÓN

Corcho

Se lo usa en las instalaciones en el hogar.

Circuito en serie

Material aislante.

Central térmica

Material conductor.

Resistencia

Aprovecha la energía proveniente de la quema de combustibles fósiles.

Cobre

Se lo usa en las luces navideñas.

Circuito en paralelo

Parte de un circuito básico.

Electrones «tomos

Partículas neutras que constituyen la materia.

Partícula con carga eléctrica negativa.

2. Indiquen si las oraciones son correctas (C) o incorrectas (I). Corrijan las incorrectas.

a. En los circuitos en serie, la electricidad circula por varios caminos alternativos.

b. Los átomos tienen partículas positivas y negativas en igual cantidad.

B

¿Qué sé ahora que antes no sabía?

Vuelvan a leer las respuestas a las actividades de la página del comienzo del capítulo. Ahora que leyeron más información sobre la electricidad, ¿cambiarían algunas de las respuestas que dieron al principio? ¿Qué conceptos aprendieron que antes no sabían? ¿Aprendieron algún procedimiento nuevo? ¿Cuál? ¿Qué recomendaciones le darían a una amiga o a un amigo respecto del manejo seguro de artefactos eléctricos?

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