Page 1

Physical Physical

Sciences


Conoce tú revista… La revista “Physical Sciences” tiene como objetivo exponer y desarrollar temáticas relacionadas con el área de física, de una manera interactiva, clara y concisa. Estas temáticas se trabajaran de la siguiente manera: 1). Conceptualización

Los contenidos se exponen de forma estructurada, clara y sencilla, mediante el uso de lenguaje riguroso. A través de los siguientes medios:  

Recuadro conceptual se destacan las ideas fundamentales de los temas. Líneas informativas se plantea con claridad la temática a través de procedimientos y conceptos.

2). Resolución de Problemas

En esta sección se exponen y explican estrategias para la resolución de problemas asociados a los contenidos del tema. Estos se plantean de una manera dinámica y de la misma manera se realiza su desarrollo.

3). Actividades Propuestas Contiene procedimientos de resolución de problemas, los cuales son desarrollados, tomando como base la información brindada en la conceptualización.

4).Física en Contexto Incluye notas al margen (Sabias que, Ten en cuenta, En la red) y vínculos a páginas web que enriquecen los contenidos trabajados.


1

Carga Eléctrica

Ten en cuenta… La unidad utilizada para representar el porcentaje el valor de las cargas eléctricas es Coulomb. Este nombre es en honor al físico francés Charles Coulomb

Sabias que….

La brújula, tal y como la conocemos, se origino gracias al conocimientos de las cargas eléctricas. En los diámetros horizontales y verticales de la brújula se insertaron cargas eléctricas, que imitaran los polos magnéticos de la tierra, así esta al apuntar, indicaría correctamente los puntos cardinales.

La carga eléctrica es una propiedad intrínseca de algunas partículas subatómicas que se manifiesta mediante atracciones y repulsiones que determinan las interacciones electromagnéticas entre ellas.

Los cuerpos están compuestos por cientos, millones y billones de átomos. El átomo contiene las cargas elementales que definen u originan la carga eléctrica de un cuerpo. Estas cargas elementales son:  Electrón: (e-) Es una carga negativa cuyo valor y masa son: Valor (e-): Coulomb Masa (e-): Kg  Protón (e+): Es una carga positiva cuyo valor y masa son: Valor (e+): Coulomb Masa (e+): Kg  Neutrón: Es una partícula que no tiene carga eléctrica y su interacción solamente es gravitacional. La carga eléctrica se origina cuando un cuerpo tiene un exceso de carga. La carga que presenta un cuerpo puede ser positiva, negativa o neutra:  Carga eléctrica negativa: Una carga es negativa cuando esta posee un exceso de electrones.  Carga eléctrica positiva: Una carga es positiva cuando esta posee un déficit de electrones.  Carga eléctrica neutra: Una carga es neutra cuando esta posee la misma cantidad de protones y electrones (el cuerpo no está cargado). Las cargas eléctricas no son engendradas, ni creadas en los cuerpos, son adquiridas. Estas adquisiciones se dan por las siguientes formas de electrización: 

Frotamiento: Al frotar dos cuerpos uno con el otro, ambos se electrizan uno positiva y el otro negativamente, las cargas no se crean ni se destruyen, sino que solamente se trasladan de un cuerpo a otro o de un lugar a otro en el interior de un cuerpo dado. Contacto: Se puede cargar un cuerpo con sólo tocarlo con otro previamente cargado. En este caso, ambos quedan con el mismo tipo de carga, es decir, si toco un cuerpo neutro con otro con carga positiva, el primero también queda con carga positiva, pero si toco un cuerpo cargado positivamente con otro con carga negativa, ambos cuerpos quedarían neutros (transferencia de electrones). Inducción: Un cuerpo cargado eléctricamente puede atraer a otro cuerpo que está neutro. Cuando acercamos un cuerpo electrizado a un cuerpo neutro, se establece una interacción eléctrica entre las cargas del primero y el cuerpo neutro.

Ten en cuenta….. Las cargas presentan tres leyes relacionadas con los fenómenos de atracción y repulsión: 1- ‘‘Cargas eléctricas de distinto signo se atraen’’ 2-‘‘Cargas eléctricas de igual signo se repelen’’ 3-‘‘Cargas eléctricas neutras son atraídas por cargas distintas a ella’’

Ejemplo # 1 

Observa las interacciones presentes entre las siguientes cargas:

+ Atracción

_ _

+

+ Repulsión


1

Carga Eléctrica

Cuantificación de la Carga

Sabias que….

La ecuación utilizada para hallar el número de electrones transferidos de un cuerpo hacia otro es:

Los físico y científicos han utilizado la formula de la cuantificación de la carga, para medir el flujo de electrones durante una tormenta.

n = Número de electrones qneta = Carga total del objeto qe- = Carga del electrón (e-)

n=

C

Ejemplo #2 

Resuelve el siguiente problema:

Al caminar sobre una alfombre, adquieres una carga de adquiriste?

Coulomb. ¿Cuántos electrones y masa

1- Hallar la cuantificación de la carga (Numero de electrones adquiridos)

n=

=

n=

=

(qe-) = (qneta) =

El número de electrones adquiridos fue 2- Hallar la masa adquirida Para hallar la masa adquirida por un cuerpo con exceso de electrones, se multiplica el número de electrones adquiridos por la masa de un electrón. (M) adquirida = (

)(

)=

Actividades propuestas 1- De acuerdo al problema planteado, elige la respuesta correcta:  La figura representa a un electroscopio de láminas metálicas, cargado positivamente. Tocando con el dedo la esfera A, se observa que sus láminas: a). Se cierran, pues el electroscopio recibe electrones b). Se cierran, pues el electroscopio cede electrones c). Se abren aun mas, pues el electroscopio recibe electrones d). Se abren aun más, pues el electroscopio cede electrones e). Permanecen inalteradas, pues intercambian electrones con el dedo 2- Resuelve el siguiente problema:  Una varilla de vidrio que ha sido frotada con cera adquiere una carga de Coulomb ¿Cuál es la carga eléctrica sobre la cera? ¿Cuántos electrones fueron transferido de la cera a la varilla de vidrio?


2

Fuerza Eléctrica

La fuerza eléctrica, es la fuerza electromagnética ejercida entre dos cargas de igual o diferente signo.

Sabias que…

Para determinar la fuerza eléctrica ejercida entre dos cargas, se utiliza la ley de Coulomb. La ley de Coulomb establece que la fuerza eléctrica es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellas. La ley de Coulomb matemáticamente se expresa de la siguiente manera:

En el pasado se consideraba a la fuerza eléctrica y magnética como fuerzas distintas, pero James Clark Maxwell las unificó en 1864 en la llamada ecuación de Maxwell.

Fe = K N.

K=

/

(El valor de la constante es inmutable)

Ejemplo #3

Resuelve el siguiente problema:

Determina la fuerza que actúa sobre las cargas q1 ( Coulomb) y q2 ( encuentran en reposo y en el vacio de una distancia de 5 cm

+

Coulomb) que se

-

5 cm

(q1) =

(q2) =

1- La distancia ( ) a tomar, para hallar la fuerza eléctrica entre dos cargas, debe estar siempre expresada en metros. 5 cm = 0.05 m 2- Remplazamos valores en la ecuación y procedemos a resolverla: Fe = K

=

N.

= 9N

/

La fuerza es una magnitud vectorial, esto significa que la fuerza eléctrica se puede representar a través de vectores. En física, un vector es una herramienta geométrica utilizada para representar una magnitud física definida por su módulo (o longitud), su dirección (u orientación) y su sentido (que distingue el origen del extremo). Un vector se representa de la siguiente manera: A

AB

B

Actividades Propuestas 

Determina la fuerza eléctrica entre (q1) y (92) e indícala a través de vectores.

(q1)=

Coulomb

+

100 m

-

(q2)=

Coulomb


3

Campo Eléctrico

El campo eléctrico es una región del espacio afectada por un cuerpo que está cargado eléctricamente.

Matemáticamente, la definición anterior se expresa de la siguiente manera: Ten en cuenta…

E=

Las ecuaciones utilizadas para hallar el campo eléctrico, se utilizan según la situación planteada en el problema y los datos brindados por el mismo.

Sabias que…. Los cuerpos que posen una carga eléctrica neutra o un peso concreto definido no presentan un campo eléctrico debido a que estos cuerpos se encuentran eléctricamente en un estado de tranquilidad o reposo.

E= Ejemplo #4 El campo eléctrico, también puede definirse como un campo vectorial y un vector ubicado en cualquier punto del campo, representa la dirección de la fuerza que experimenta un cuerpo en dicho punto. 

Representa el vector campo eléctrico resultante.

-

+

(q2)

(q1)

La grafica anterior es una representación de un campo eléctrico a través de vectores. Las líneas (verde y rosada) representan la fuerza de atracción (verde) hacia la carga negativa y la fuerza de repulsión (rosada) hacia la carga positiva. Estas líneas las desplazamos en sentido contrario (líneas azules) y trazamos una recta a través de las flechas (línea naranja), la cual representa, en qué sentido se moverá la carga.

Ten en cuenta… Los vectores de las cargas positivas siempre se grafican al sentido contrario de las cargas y los vectores de las cargas negativas se grafican en dirección a la carga.

Ejemplo #5 

Resuelve el siguiente problema:

Se sitúan dos cargas de Coulomb y en los vértices de la base de un triangulo equilátero de 70 cm de lado como se indica en la figura. Calcular, el campo eléctrico en el vértice A 70 cm = 0.7 m

Para resolver la ecuación, tomamos la distancia en metros

1- Elegimos entre las dos formulas, cual es la indicada para resolver el problema

E1 =

=

E2 =

=

= =

70 cm = 0.7 m


4

Potencial Eléctrico

El potencial eléctrico en un punto es el trabajo que debe realizar un campo electrostático para mover una carga positiva (q+) desde el punto de referencia, dividido por unidad de carga de prueba. Dicho de otra forma, es el trabajo que debe realizar una fuerza externa para traer una carga unitaria q desde la referencia hasta el punto considerado en contra de la fuerza eléctrica. Dos cargas en la misma posición tienen dos veces más energía potencial que una sola; tres cargas tendrán el triple de energía potencial; un grupo de diez cargas tendrán diez veces más energía potencial, y así sucesivamente. En vez de ocuparnos de la energía potencial total de un grupo de cargas, es conveniente, cuando se trabaja con electricidad, considerar la energía potencial eléctrica por unidad de carga. La energía potencial eléctrica por unidad de carga es el cociente de la energía potencial eléctrica total entre la cantidad de carga. En cualquier punto la energía potencial por unidad de carga es la misma, cualquiera que sea la cantidad de carga. Por ejemplo, un objeto con diez unidades de carga que se encuentra en un punto específico tiene diez veces más energía que un objeto con una sola unidad de carga, pero como también tiene diez veces más carga, la energía potencial por unidad de carga es la misma. El concepto de energía potencial por unidad de carga recibe un nombre especial: Potencial eléctrico.

Ten en cuenta… En términos técnicos pero a la vez sencillos, la definición de potencial eléctrico es igual al trabajo realizado por la fuerza eléctrica, cuando una unidad de carga se desplaza de un punto a a un punto b, dentro de un campo eléctrico.

Sabias que… La unidad del Sistema Internacional que mide el potencial eléctrico es el volt (voltaje), este nombre es en honor del físico italiano Alessandro Volta (1745-1827). El símbolo del volt es V.

Actividades propuestas  De acuerdo a la información proporcionada anteriormente, selecciona la respuesta correcta. 1- En términos físicos ¿Qué es potencial eléctrico? a). En términos físicos, el potencial eléctrico es igual al trabajo realizado por la fuerza eléctrica, cuando una unidad de carga se desplaza de un punto a a un punto b, dentro de un campo eléctrico. b). En un punto, el potencial eléctrico es el trabajo que debe realizar un campo electrostático para mover una carga positiva (q+) c). Es el concepto de energía potencial por unidad de carga eléctrica.  Investiga ¿En cuales aspectos de la vida cotidiana, está presente el potencial eléctrico?


5

Superficies Equipotenciales

Una superficie equipotencial es el lugar geométrico de los puntos de un campo escalar o eléctrico, en los cuales el "potencial de campo" o valor numérico de la función que representa el campo, es constante.

Ejemplo #1 

Analiza el siguiente gráfico:

Ten en cuenta… Las superficies o campos equipotenciales son aquellas en las que el potencial toma un valor constante.

Sabias que… En la actualidad, miles de páginas web dedicadas a la divulgación y estudio de las ciencias físicas, poseen simuladores para diseñar superficies equipotenciales en 2D y 3D.

En la red…. Si quieres obtener más información sobre este tema, puedes ingresar a la siguiente página web www.fislab.net, perteneciente al físico y químico Tavi Casellas.

Las superficies equipotenciales están regidas por el siguiente postulado: “Cuando una carga se mueve sobre una superficie equipotencial la fuerza electrostática no realiza trabajo, puesto que el potencial eléctrico es nulo.” Además del postulado que rige a las superficies equipotenciales, para que el trabajo realizado por una fuerza sea nulo, ésta debe ser perpendicular al desplazamiento, por lo que el campo eléctrico (paralelo a la fuerza) es siempre perpendicular a las superficies equipotenciales. En la figura anterior (a) se observa que en el desplazamiento sobre la superficie equipotencial desde el punto A hasta el B el campo eléctrico es perpendicular al desplazamiento. Tomando como base la información y los razonamientos anteriores, las propiedades de las superficies equipotenciales se pueden resumir en: 1- Las líneas de campo eléctrico son, en cada punto, perpendiculares a las superficies equipotenciales y se dirigen hacia donde el potencial disminuye. 2- El trabajo para desplazar una carga entre dos puntos de una misma superficie equipotencial es nulo. 3- Dos superficies equipotenciales no se pueden cortar.

Actividades Propuestas

Investiga e interpreta: a) ¿Qué relación hay entre las superficies equipotenciales y los potenciales eléctricos? b) A través de las superficies equipotenciales ¿Qué cuerpos o magnitudes podemos graficar?


“Physical Sciences” Dirección Editorial Autoria

Maira Camila Daza Romero Contenidos Generales: Natalia Lucia López de Oro Kelly Daniela Arengas Rojas Sandra Milena Oñate Mieles Julieth Carolina Cañizares Paba Secciones Especiales: Maira Camila Daza Romero Kelly Daniela Arengas Rojas

Jefe de Edición

Maira Camila Daza Romero

Asistente de Diseño

Kelly Daniela Arengas Rojas

Diagramación y Graficas

Maira Camila Daza Romero Kelly Daniela Arengas Rojas Natalia Lucia López de Oro

Fotografía

Diseño de Carátula Maira Camila Daza Romero Maira Camila Daza Romero

Fuentes

Retoque Digital

http://www.fotofrontera.com http://www.fisicodidactico.com/

Maira Camila Daza Romero Kelly Daniel Arengas Rojas

http://tuspreguntas.misrespuestas.com http://www.kalipedia.com http://www.fisicapractica.com http://www.alipso.com http://willingtoncarmona.jimdo.com/ http://www.mitecnologico.com

http://www.befunky.com http://www.picartia.com

Physical Sciences  

En esta revista se tratan los principales temas relacionados con la electrostatica.

Read more
Read more
Similar to
Popular now
Just for you