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EXPERIMENTOS DE FISICA

Física preuniversitaria

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ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS INTRODUCCIÓN

La est est ática de los l os fluidos flui dos esuna part par t e de la mecánica que es fluid flu idos os en en reposo; r eposo;muchos la llama ll aman n Hidros Hidr ostt ática a pesar pesar qu mino mino signi ig nififica ca “Es “Est ática áti ca del Agua Agu a”. Ese térm t érmin ino o se emplea empl ea e para design designar ar la est est ática de los l os fluidos. flui dos. Losfluid fl uidos os son son sust sust anciasque pueden p ueden flui f luir, r,por consigu consiguient ient no incluye i ncluye tanto t anto los líquidos líqui dos como los l os gases gases.. En la l a est est ática d dos se presume que el fluido y los demás objetos pertinen como el recipiente que lo contiene están en reposo. Sin em fluido flu idos s que existen existen en la naturalez natur aleza a poseen poseen movimient movi miento o en debido al roce interno o viscos viscosidad; idad; est est o dificult di ficulta a el el estu estudio dio dos,mot motivo ivo por p or el cual nosotros nosotro s est est udiaremos udi aremos a los fluidos flui dos decir, aquellos en los cuales cuales no existe ningún nin gún t ipo ip o de d e visc

PRESIÓN (P) Es una magnitud tensorial, cuyo módulo mide la distribución de una fuerza sobr sobre e la superf superficie icie en la la cual actúa. Sign up to vote on this title P=

F  Useful A

 Not useful

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Unidad Unidad de Presión Presión en el S.I S.I..

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Newton N = metro2 m2

−

Pascal (Pa) = Pascal

Otras Otra s unidades -


atm tmó ósfera bar dina dina /ce /centím tímetro tro2 kg /m 2 mm de H2O a 20 °C mm de Hg a 0 °C, etc

En esta posición el mercurio descend detuvo det uvo a una alt altura ura de 76 cm cm encima vel del mercurio del recipiente.

Torricelli orr icelli concluyó que q ue la pres pr esión ión atmosféric t uar sobr sobre ee ell recipient e e equi quililibraba braba a la colu colu 76 cm de Hg,con la l a cual la pres presió ión n atmosféri atmosféri Patm = 76 cm Hg = 1 atmós atmó sfera

al nivel de

Ilustración

Equivalencias 1 atmó at mós sfera fera = 101 325 Pas Pascal 1 bar b ar = 100 000 Pascal ascal 1 Pascal = 10 dina/cm2 1 Pas Pascal cal = 0,102 176 mm de H2O a 20 °C 1 Pasc Pascal al = 0,007 0,007 501 501 mm mm de d e Hg a 0 °C

PRESIÓN ATMOSFÉRICA LaTierra ierr a est est á rodeada rod eada por una capa de aire (at (atmósmósfera) que por t ener peso, peso, presiona a todos tod os los objet os de la Tierra, Tierra,est est a distrib distr ibución ución de fuerza f uerzas s toma el nombre nomb re de presión presión atmosférica. Si la l a Tierra ier ra fuese perfectament perf ectament e esfér esférica, ica,el valor de la presión atmosférica fér ica en la sup supererficie, sería la misma para t odo odos s los puntt os; pun os; pero est est o Tierra no es así, puesto que nuestro planeta tiene montañas y depres depresio iones. nes.

Haga Ud. el mismo experimento que Torricelli; pero con otro líquido “X”) obtendrá entonces una altura h, con lo cual la presión atmosfér Patm = h cm de X. X.

PROPIEDADES DE LOS LÍQUIDO 1.-

En un líquido, si bien tiene volumen const const ante,carece carece de forma definid defi nida ay ta la forma del recipi recipiente ente que lo con

2.-

 Los líquidos líquido s t ransmit rans pres pr esion iones esen Sign up to vote on miten thisen title direcc di reccion iones es y con la l a misma misma int ens Useful Not useful

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PRINCIPIO DE P ASCAL PASCAL

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Estática de los Fluidos

PRENSA PRENSA HIDRÁULICA HIDRÁULIC A

Unidad Unidad de Densida Densidad d en el S.I S.I..

Es aquel dis di spositivo positi vo o máquina máqui na que est est á c constit onstit uido b bás ásicame icament nte e por dos d os cili cilindr ndros os de diferentes di ferentesdiámetros met ros conectados conectado s ent entre re sí, sí, de manera que ambos amb os contienen un líquido. El objetivo de esta máquina es obtener fuerzas grandes utilizando fuerzas pequeñas. Tener en cuenta cuent a que est est á máquina máquin a est est á basada basada en el Pri Princincipio de Pascal. Esta máquina hidráulica funciona como un u n disposit dispositivo ivo “Mult “Mul t ipli ip lica cador dor de Fuerza Fuerzas s”. Son ejemplos directos de este dispositivo: Los sillones ll ones de los dentistas dent istas y barberos barb eros,,los frenos freno s hidr hi dráuáulicos, etc.

3 Otras unidades: UTM/ UTM/ m , s slug/ lug/ pie

kg/m

Densidades Densidades más Comunes: Comunes: Susta ustanc ncia ia

Densida nsidad d (kg/m3)

Agua

1 000

Mercurio

13 600

Hielo

Densi

920

Oro

19 300

Acero

7 800

Plat a

10 500

Hierro

7 800

2. 2.- PES PESO ESP ESPEC ECÍF ÍFIC ICO O ( γ )

Es la magnitud escalar cuyo valo como el pes p eso o qu que e posee posee un cuerp unidad de volumen. γ =

Fórmula de la Fuerza F2

F A2 I H G A1 J K

= F1

Peso Volumen

Unidad Unida d de Peso Peso Es Específico pecífico en el S.I. A1: área del émbolo émbo lo (1) A2: área del émbolo émbo lo (2)

Otras Unidades: kg /m 3; g /cm3; lb /pi lb /pi PRESIÓN HIDROSTÁTICA

Fórmula de los Desplazamientos

e2

=

F A1 I H A J K

e1G

e1: dist dist ancia émbo émbolo lo (1)




Es la presión presión que ejerce un líquid l íquido o sobr  Useful  Not useful cuerpo sumergido. Esta presión existe acción acción de la gravedad sob sobre re el líqui líq uido do

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Jorge Mendoza D

232

La presión presión hidrostát hid rostática ica se caracteri caracteriza za por actuar actua r en todas tod as direccionesy por ser perpendicular a la superficie del cuerpo sumergido.

EMPUJE

Aplicaciones

Es la resultant result ante e de todas to das las fuerza fu erzas s que qu e un l aplica a un cuerpo sumergido. umergi do.

Lossubmarinos submari nos están están dise diseñados ñados para soportar cierta presión hidrostática máxima, esto conlleva a no poder su- mergirse másde la altura alt ura máxima máxima pre- vista. ¿Qué ¿Qué pasaría si el submarino submarino se sumerge sumerge a mayor profundidad? profun didad?

Toda persona sumergida en agua siente ciertos zumbidos zumbi dos en los oídos, debido a la presión hidrostática. A mayor profundidad, profundi dad, mayor presión. presión.

LEY FUNDAMENTAL DE LA HIDROSTÁTICA “La diferencia de presiones hidrostáticas entre dos puntos punt os pertenec pert enecient ientes es a un mismo mismo líquido, líqui do, que se encuentran a diferentes di ferentes profundi profu ndidades dades,, es igual igu al al peso peso especí específico fico del d el líquido líqui do por p or la l a diferencia de profund prof undidad” idad”.. Esto signifi ign ifica ca que ttodos odos los puntos punt os pertenecientes a un mismo líquido líqu ido que se se encuent encuentran ran a la misma misma profundidad, profun didad, soportan opor tan igual presión presión hidrostática. hidrostática.

PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES

“Si “Si un cuerpo est est á sumergido umergi do parc p arcial ial o to en un líquido, líqui do, la fuerza de empuje empuj e que el el líq aplica es es igual igu al al peso peso del volumen vol umen del líquid l íquid plazado”.


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Estática de los Fluidos 3.-

2.-

El empuje emp uje actúa siempre en el centro centr o d de e gravedad del volumen sumergido.

En el caso caso que q ue un cuerpo est est é s tal o parcialmente en varios lí miscib miscibles les,, el empuje empuj e se se obt obtiene iene s empujes empuj esparcialesque ejerce ej erce cada cada líquidos. Etotal = E1 + E2 + E3 Etotal = γ 1V1 + γ 2V2 + γ

Arquímedes Nació en Siracusa, antigua colonia griega en el año 287 A.J.C., fue uno de los grandes Físicos y Matemáticos que halla tenido la humanidad. Su más grande descubrimiento fue llamado “Principio de Arquímedes” con el cual determinó que todo cuerpo sólido sumer gido parcial o totalmente en un líquido sufre la acción de una fuer za resultante llamada empuje. Destinó métodos para determinar el centro centro de gravedad de los cuerpos. Descubrió la ley de las palancas, fue el primero en construir un sistema de poleas para mover cuerpos de grandes pesos utilizando fuerzas pequeñas. up to vote on this title Realizó diseños y construcciones ingeniosas de guerra Sign para defender su ciudad en épocas de conflictos bélicos.  Useful  Not useful Su vida se apagó mediante un asesinato a los 75 años por un soldado enemigo con una espada cuando solucionaba un proble-

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HIDRODINÁMICA Teorema de Torricelli

Este teorema se refiere al proceso de salida de los líquidos por pequeños orifi recipientes de paredes delgadas. “La velocidad de salida de un líquido por un pequeño orificio practicado en la pared d

un recipiente, es igual a la velocidad que hubiera adquirido al caer libremente en el vacío, superficie libre del líquido hasta el nivel del orificio”.

En fórmula: v

2 gh

=

La demostración del teorema ya se hizo en teoría, lo que haremos ahora es una verificación experimental del mismo. Para ello emplearemos un recipiente como el de figura 10. Colocamos agua hasta un nivel H. Al practicar orificios a niveles distintos h1 , h2 , h3 , verificaremos que la parábola descripta por el líquido llega a distancias e 1 1, e 2 2, e 3 3, que verifican v

Figura 9

2 gh

=

Para ello deduciremos un alcance cualquiera e i i desde una altura hi . El alcance será: ei vi :

=

velocidad de salida del líquido

vi . t t :

tiempo de caída

Figura 10

Como el líquido cae desde una altura (H-hi ) ) con M.R.U.V. (eje vertical) el tiempo de caída será t =

2. ( H − hiSign ) up to vote on this title

g  Useful

 Not useful

Este tiempo de caída es el mismo que tarda en recorrer e (eje horizontal), entonces

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Partimos del tubo dibujado en la figura 11, en el interior del cual tenemos un flujo d v 1 1 en P y v 2 2 en Q . Sean A1 y A2 las áreas transversales de los tubos perpendiculares a las líneas de corriente en los puntos P y Q respectivamente. En el intervalo de tiempo ∆t un elemento de fluído recorre la distancia v. ∆t . Por lo tanto, la masa ∆m1 del fluido que cruza A1 en ∆t es Figura 11 ∆m1 =

ρ 1 . A1 . v1 . ∆t

o el flujo de masa ∆m1 / /∆ t es ρ 1 1.A . A1 .v .v 1 1. Podemos hacer que ∆t sea tan pequeño que ni A apreciablemente en la distancia que recorre el fluido. Si ∆t → → 0 , y

flujo de masa en P = ρ 1. A1 . v1

flujo de masa en Q = ρ 2

Como no hay fuentes ni sumideros de flujo, el mismo debe ser igual en P que en Q suponemos el fluido incompresible ρ 1 1= ρ2 = ρ 2 A1 . v1

=

A2 . v2

o

A. v = cons consta tant ntee

A esta ecuación la llamamos ecuación de continuidad. Discuta en base a esta ecuación porque con una manguera oprimimos el extremo de la misma.

Ecuación de Bernoulli

La ecuación de Bernoulli que fuera explicada en teoría nos dice que la diferencia de  con mo hidrodinámica entre dos puntos de una masa líquida (noSign viscosa e incompresible) up to vote on this title estacionario es igual al peso específico del líquido por la diferencia entre ambos pun Not useful  Useful dealtura

Otra manera de expresar lo mismo (demostrada en teoría) es:

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p2 ρ g

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v2 2 2 g

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h = cons consta tant ntee

igualamos ambas ecuaciones p1 ρ g

+

v12 2 g

=

p2 ρ g

+

v2 2 2 g

Por la ecuación de continuidad sabemos que v2>v1, luego p2
Tensión superficial Alguna vez todos hemos visto un mosquito o una araña caminando sobre la superficie de agua en equilibrio. O hemos inflado pompas de jabón pudiendo observar cierta resistencia que ofrece a la ruptura, en ambos casos estamos en presencia de verdaderas bandas elásticas. De esta forma, si dispusiéramos de un instrumento como el de la figura 13 comprobaríamos que las fuerzas sobre AB son proporcionales a l o sea, F 1 l 1

=

F 2 l 2

= ....... =

F l

=

constante Figura 13

a esta constante la llamamos tensión superficial. En símbolos T =

F l




A continuación detallaremos algunos fenómenos que mostraremos en el laboratorio  Useful  Not useful justificados por la existencia de tensión superficial. a) Al introducir una brocha en un líquido sus cerdas se unen.

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CALOR TERMOMETRÍA TEMPERATURA

Es una magnit ud escalar escalar que mide mid e el grado de agitac agit ación ión un cuerpo.

Termómetro

Es aquel instrument instr umentoo que sirve para indica indi carr la temperatura temp eratura de Este aparato está basado basado en el fenómeno f enómeno de d e la dilatación dil atación q el calor calor en la sust sust ancia encerrada encerrada en en un t ubo de vidrio vid rio (mer hol, hol, gas, gas, etc). et c).



Sign up to onmoléculas this title Las moléculas de agua se mueven mueven rápida rá pidamente, mente, lue- voteLas de agua se mueve go su temperatura será será alt a. su temperatura Useful Not usefulserá baja.



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ESCALAS TERMOMÉTRICAS

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Jorge Mendoza D

Escala Celsius elsius(Cen (Centígrad tígrada) a) Para construir constru ir est est a escala escala se se tom t oman an dos do s puntos fijos: Uno que es el punto de fusión del hielo a una atmósfera y el otro, el punto de ebullición del agua a una atmósfera. A estos punt pun tos se se le atribu atribuyen yen las temperat t emperaturas urasde 0 °C y 100 °C, respect respectivamen ivamentte.Enseguida nseguida se divi di vide de el interva int ervalo lo entre ent re los dos puntos punt os en en pequeños int intervalos ervalos de 1 °C(1 grado centígr centígrado). ado). La graduación del termómetro podrá también bi én extender ext endersse por debajo deb ajo de d e 0 °C y por po r encim cima de de 100 °C.

B)


Escala Fah Fahre ren nheit Para construir esta escala se toma dos puntos to s fijos: fij os:Uno que esel punt pun t o de fus f usión ión de una mezcla de NaCl, NH4Cl y el hielo fundente; y el otro, la temperatura normal del cuerpo humano, hum ano, a las cuales se se atribu atri buyen yen las tempetemp eraturas de 0 °F y 100 °F, respectivamente. En esta escala, el termómetro marca 32 grados Fahrenheit ahrenh eit (32 °F) en la la fusión fusión del d el hiel h ieloo y 212 °F en la ebullición ebull ición del agua; int in t ervalo que cont iene 180 part p artes es iguales ig uales o grados gr ados“F”.

C)

Escala Kelvin lvin

Se sabe sabe que la temperatura temperatu ra no tiene t iene un superior, uperi or,pero si uno inferi i nferior. or.Métodos Métodos m nos de la la Fís Física ica de bajas bajastemperatur emperaturas as seguido bajar la temperatura de un c máximo máxim o a la l a vecindad vecind ad de de -273 °C; pero ha consegui conseguido do llegar llegar hast hasta ella, ni baja La t emperat emp eratur uraa de -273 °C se denom den om Absolut Absolu t o y un gran g ran Fís Físico ico del d el siglo sigl o XIX do Kelvin, propus propu so la l a const const rucción de u cala cala termomét term ométrica rica cuyo cero fuese el c soluto y cuyos intervalos de 1 grado igual ig uales es a las de la l a escala escala Celsiu Celsius. s.A esta se le da el nombre de escala Kelvin o Absoluta. Relación elación ent e ntre re “C” y “K”:

K = 273 273 + C

K

C

Relación elación ent entre re “C” “C” y “F”: “F”:

0 °C

273 K

C F − 32 = 100 100 180 180 C F− 32 = 5 9

-273 °C

0K


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Determinación Determinación de Alt Altas as Temperat Temperaturas uras

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Calor

DILA TACIÓN DILAT

Concepto

Ilustración

Es aquel aquel fenómeno fenóm eno fís f ísico ico que q ue consiste en el cambio de dimensiones que experimenta un cuerpo cuando cuando aumenta aument a o disminuye la temperatura. Esto es debido a lo siguiente: cuando la temperatura aumenta, las moléculas de un cuerpo se mueven con mayor intens int ensidad idad y t ratarán ratarán de ocupar el mayor volumen vol umen pos p osibl ible, e, el cuerpo cederá cederá y se dilatará. di latará. El est est udiante udi ante deberá tener en cuenta que todo to do cuerpo al dilat di latars arsee lo hace h ace en sus t res dimensiones; dimensiones; sin embargo, a veces puede interesarnos la variación de su su longi lo ngitt ud solamente, solament e,como el caso caso de los lo s alambres; o quizás la variación de una superficie, (caso de una pizarra).

DILATACIÓN SUPERFICIAL

Es el el aumento aument o superficial superfi cial que experimen po al ser ser calentado. Sf = So b1+ β ⋅ ∆Tg

Ilustración

Sf :superficie final uperfi cie inicial inicial So : superficie variación de tempera temp eratt ura ∆T = Tf – To : variación coeficient e de dilatac dilat ación ión superficia superf icia β : coeficiente Ilustración Temperatura T 1

T2 > T1

Temperatura T 2

En el presente capítulo estudiaremos las tres clases de dil d ilatacion ataciones es.. DILATACIÓN LINEAL


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EXPE XPER RIENCI NCIA: A: DILA DI LAT TAC ACIIÓN DE LOS SÓLIDOS OBJETIVO

Demostrar que los sólidos se dilatan por e de un incremento en su temperatura. MATERIAL A EMPLEARSE

OBSERVACIÓN Los coeficientes de dilatación dependen del t ipo ip o de d e material, materi al, además además: γ = 3 α β = 2α

− Un soporte. anilloo metálico m etálico.. − Un anill − Una bola de acero cuyo diámetro sea ig

diámetro interior del anillo. − Un mechero.

Coeficientes de dilatación lineal de sólidos

NÚMERO DE ALUMNOS: Dos

α (°C−1)

PROCEDIMIENTO:

Plomo

29×10 6

1.-

Coloca olo carr el anill anilloo en la la posición mostrada mostrada

Zinc

26×10 6

Aluminio

23×10 6

2.-

Introd Int roducir ucir la l a bola de ace acero ro con ayuda cuerda, (fig. b).

Lat ón

18×10 6

Cobre

17×10 6

3.-

Extraer xt raer la bola bol a y calent calentarlo arlo en el mech

Acero

11×10 6

4.-

Tratar de introdu int roducir cir nuevamente al a ayuda de la cuerda.

Sustancia

Vidrio (común)

−

−

−

−

−

−

9×10 6 −

Vidrio (pirex)

3,2×10

6

Diamante

0,9×10

6

−

−

fig. a

g. b Sign up to vote on thisfititle

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CALORIMETRÍA

Concepto Es una parte part e de la l a física física que qu e se se encarga de realiza reali zarr las mediciones referentes al calor.

CALOR Es una magnit magni t ud escalar escalar que mide mi de el “paso “paso de d e energía” (energía en tránsito) de un cuerpo a otro, exclusivamente por diferencia de temperatura.

Equivalencias

Unidad Unidad de Cal Calor or en el S.I S.I.: .:

1 kcal kcal = 1 000 cal 1 B.T B.T.U. .U. = 252 252 cal

Joule (J)

PROPAGACIÓN DEL CALOR

Unidades UnidadesTradicional radicionales es del Cal Calor: or: defi ne así así a la cantidad canti dad Caloría alorí a – gramo (cal).- Se define de calor calor que se le debe sumi suministr nistrar ar a un gramo g ramo de agua para que aument e su su temperat t emperatura ura en 1 °C °C (14, (14,55 °C a 15,5 15,5 °C). agua Tf = 15,5 ° C To = 14,5 ° C

defi ne así así a la cant cantid idad ad de caKilocaloría (kc (k cal).- Se define lor

le debe sumi suministr nistr

1 kg de agua para

La transmisión de calor se efectúa me mecanismos.

A)

Conducción ión.- Esla transferenci transferenciaa de

vésde un cuerpo sin trans t ranspor portte de m se debe a que que la energía cinética cinéti ca de lasdel extremo extremo cali calient ente, e,transmi ransmitt a las moléculas vecinas y así suce Algunos Algun os cuerpos buenos condu cen bien el calor, en tanto t anto que ot malos conductores o aislantes lo mal (los metales son buenos cond  madera, eloncarbón Sign up to vote this titley el azufre Useful  Not useful conductores). A y ! ¡ A

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CALOR ESPECÍFICO (Ce)

Las masas de agua del fondo son las primeras pri meras en en calentarse calent arse; ; ahoracomosudensidaddismi- nuye, estas se desplazan hacia arriba arri ba y su lugar es reemplaza- reemplaza- do por otra ot ra masa fría, este este proceso ceso se se repite repit e por ciclos.

c)

Es aquell aquellaa magnitud magnit ud esca escalar lar que q ue indica in dica la ca de calor que debe suministrarse a la “Unid masa” de una sustancia para que su tempe se incremente increment e en un u n grado, g rado, (escogid (escogido). o). El calor específico, es una característica de material. El sistema de calefacción de las casas se realizan utilizando el sistema de convección.

temp eratt ura Radi adiación.- Todo cuerpo cuya tempera sea mayor al cero absoluto, emite radiación t érmica que viene vi ene ser ser infrarroja, semejantes a las ondas luminosas; se propagan en línea recta y con una velocidad en el vacío de 300 000 000 km/s km/ s (también (tamb ién se propagan en cuerpos po s t ransparentes ransparent es).). Cuando uand o incid in ciden en sob sobre re un cuerpo opaco, estas absorben la energía t ranspo ransport rtada ada y se se transforma en calor calor::

Ce =

Q m∆T

Pero la fórmula fórm ula que más m ás se empleará empl eará es: Q = Ce m ∆T

Q = calor entre entrega gado do o ca calor perdido perdido Ce = calor calor especí específico fico del cuerpo cuerpo ∆T = Tf – To : variación variación de tempera temp eratt ura m = mas masa de del cue cuerpo

Unidad Unidad de Cal Calor or Específi Específicco en el S.I.: .I.: Joule kg ° C

Unidades UnidadesTradicional radicionales es: : La Tierra Tierra recibe el calor del Sol Sol por ra- diación, diaci ón, pero sólo sólo la l a porción expues- expues- ta al Sol.

La persona absorbe el calor de la fogat a, en en su mayor parte part e por ra- diación.

CAP ACIDAD TÉRMICA CAPACIDAD OCALORÍF CAL ORÍFICA ICA(C) CALORÍFICA

cal cal kcal , , g ° C kg ° C

cal 1B.T.U. Equivalencias: 1kcal = 1cal =  Sign up to vote on this kg ° C g °title C lb °F  Useful  Not useful

Tabla de calores específicos:

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EQUILIBRIO TÉRMICO

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Si tomamos t omamos dos cuerpo cuerposs a diferentes diferent est emperatu emper atu-ras y los colocamos en un ambiente aislado, se obs observa que uno de ellos ello sse cali calient enta, a,mient mi entras rasque que el otro ot ro se enfr enfría ía,,hast hast a que al final fi nal los lo s dos cuerpos quedan a la misma temp tempera erattura,llama ll amada da tempet emperatura de equilibrio. equilib rio. El mecanismo mecanismo de d e trans t ransferencia ferencia de calor podr p odráá entenderse tenderse del modo m odo siguiente: iguient e: El cuerpo cuerp o a temperatura temp eratura más alta tiene t iene mayor energía de vibración vi bración en sus partículas part ículas atómicas atóm icas,, cuando se coloca en contacto con el cuerpo más frío que tiene una energía de agitac agit ación ión menor; menor ; las partículas part ículas del cuerpo cali caliente ente entregan ent regan energía a las del cuerpo frío, que pasan a tener mayor agitación, produciendo un aumento de tempera t emperatu tura ra de este este cuerpo y un desce descenso nso en la del cuerpo cali caliente. ente. Se produj pro dujoo una trans t ransferencia ferencia de energía y des d espués pués un paso paso de de calor calor del cuerpo cuerp o caliente calient e hacia el el cuerpo cuerp o frío. f río. Cuando las l asdos dos temperatu emperaturas ras seigualan, igualan, las moléculas molécul asde los cuerpos tienen, en promedio, la misma energía de agitac agit ación ión.. Pueden existir en cada cuerpo, cuerpo, indiviindi vidualmente, partículas con energía de agitación diversa; versa;pero pero en pro p romed medio, io, la energía energ ía esla mis mi sma para los dos cuerpos.



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TRANSFERENCIA DE ENERGÍA

TEMPERATURA D

Las moléculas de mayor temperatura, empuj empujarán arán a las l as demenor tempe- t emperatura y harán que éstas se muevan más rápido, sin embargo para esto, las moléculas (80 °C) perderán energía y bajarán la l a rapidez de su su movimiento. movimi ento.

Finalmente inal mente todo el s movimiento prome medio), es decir ha Equilibro Térmico.

CALORÍMETRO

Es aquel recipiente térmicamente aisla utiliza para determinar el calor espec sólido óli do o líquido líqui do cualquiera; cualqu iera; para ello se guiente procedimiento: A)

El cuerpo cuerpo cuyo cuyo calor calor espec específico ífico se se des des lienta hasta una temperatura superior a metro y el líquido que contiene.

B)

El cuerpo cuerpo as así cale calenta ntado do se se sume sumerge rge en e contiene el calorímetro, de manera que calorímetro se calient calient an mientras mient rasque el c gido gid o se enfr enfría. ía.Al final fi nal todo t odo el sist sist ema que temperatura, llamada Temperatura de Eq desprecia desprecia las pérdidas de ca calor lor con el m se puede decir entonces que el calor p cuerpo caliente es igual al calor ga calorímetro calorímetro y líquido l íquido contenido en él.

Ilustración Supongamos:

Qgana ganado do = Qper perdido dido


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CAMBIO DE EST ADO DE UNA SUSTANCIA ESTADO SUSTANCIA

Si a un cuerpo cuerp o que qu e est est á a una determin det erminada ada temperatura en est est ado sóli sólido do se le calient calientaa progreprogr esivamente, ivament e,se puede pu ede obs ob servar que, q ue,al llegar l legar a una u na presión presión y temperatura t emperatura determin det erminada ada,, se convierte gradualmente en un líquido. Si se continúa calentando ese líquido, llega un momento en que se convierte conviert e gradualmente gradualment e en vapor. vapor.

Todo cambi cambioo de d e est estado se realiza realiza a una temp t emp ra y pres pr esión ión constante y depende de d e cada cada s Así tenemos que el hielo se convierte en líq 0 °C y 1 atmósfera atm ósfera de presión, presión, y el agua se c en vapor vapor a 100 °Cy 1 atmó at mósfera sfera de presión. p resión. P cuerpo cuerpo estos valo valores resson diferent di ferentes es..Cuando po cambia de estado, adquiere otras propie que le l e son son inherentes inh erentes a su nuevo nuevo est estado.

Se llama llam a cambio de estado, al fenómeno fenóme no que consiste en el paso de un estado cualquiera a otro, por adición o sustracción de calor.

En el as aspecto pect o macrosc macroscópic ópico podemos pode mos dis t res est est ados de la materia: mat eria: El El sólido, el líq el gaseoso.

Ilustración

Recientemente ecientement e se se est est udió udi ó un cuarto est est ado denominad mi nadoo “Plasma”. El plas pl asma ma es un gas cuyos consticonst ituyentes están cargados eléctricamente o ioniza ion izados. dos.Su comport comp ortamiento amiento depende mucho mu cho de la pres pr esencia encia de fuerzas fu erzas eléctri eléct ricas cas y magnéti magn éticas cas.. Como la mayor parte de la materia del Universo existe en forma for ma de plas pl asma, ma,varios investigador investi gadores esen el campo de la Física Moderna se han dedicado a

Existen dos tipos ti pos de calor calor latente: latent e:

A)

Calor alor Laten Latente te de de Fus Fusió ión n ((L L ) f

Es la cantidad de calor que sele debe Sign up to vote on this title nistrar o quitar a la unidad de masa d Useful Not useful  sustancia, queestá en condiciones de biar bi ar de est est ado, para que qu e pase pase del estad do al líqui l íquido do o vicevers viceversa. a.Así, Así,el plomo pl omo

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Calor

1g 1 atm

B)

+ 80 cal =

Calor alor latente latente de Vaporiz aporizac ació ión n ((L Lv )

Es la cant cantid idad ad de calor que q ue se se le debe adicioadici onar o quit q uitar ar a la unidad de d e masa masa de una sussustancia, que está en condiciones de cambiar de estado, para que pase del estado líquido al estado gaseoso o viceversa. Así tenemos que qu e si el agua ag ua está a 100 °C y 1 atmó at mósfera sfera de presión, entonces para que pase a vapor de agua un gramo de est este líquido líqui do se neces necesititaa adi adi-cionarle una u na cantidad cantid ad de 540 calorías calorías.

1g 1 atm

- 80 cal =

Para una un a masa“m” “m”:

t

Q = m ⋅ Lv

En el caso de agua:

t

Lv = 540 cal/ cal/gg ó Lv = 970 B.T.U. / lb

vapor vapor de d e agua 100 °C °C

vapor vapo r de d e agua 100 °C °C


 1g 1 atm

+ 540 cal =

1g 1 atm

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GASES COMPOR TAMIENTO DE LOS GASES COMPORT

GASES

Son aquellas sustancias que se caracterizan porque sus m mantienen mant ienen en desorden, dotadas dot adas de alta alt a energ energía ía y separada des” des” distancias distanci as,, la atrac atr acción ción int in t ermolecul ermo lecular ar es casi casi nul n ula. a.

CARACTERÍSTICA CARACTERÍSTICASS DE LOS GASES

Los gases se caracterizan por no poseer volumen ni forma da, es decir, que qu e a diferencia di ferencia de los l os sól sólid idos os y los lo s líqui líq uido dos s, ocu volumen del recipiente que los contiene. Existen t res parámet parámetros ros que definen defi nen las carac caractt eríst eríst icas est est os son son::

A)

Volumen.- Es el espacio que ocupa; un gas ocupa to men del recipiente que lo contiene.

B)

Temperatu atura.- a.- Mide el grado de d e agitac agit ación ión molec mol ular  ecular

Sign up tomide voteeon title los lo s gases gases la temper t emperatur atura a se se mid enthis base bas e a la temperat t emperat Useful Not useful  los t a (K), (K), en tal t al sent sentid ido o si t enemos lo s datos en °C, habr t irlo irl o a K. K.

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Sustanc tancia de de Trab Trabajo ajo

F)

Es aquel elemento que se utiliza primero como medio de trans t ransport port e del calor calor que luego interviene en la transformación de calor en trabajo. Generalmente se utiliza un gas.

C)


Proc roceso Term ermodinám odinámic ico o

Es el el recorrid o o la suce suces sión inint ini nt da de d e varios vari os est est ados. Es el pas p aso o de d e un tancia de traba t raba un estado inicial otro final, con el de transformar e que lleva, en en mecánica.

Fase Son las diferentes formas que puede tomar un cuerpo sin cambi cambiar ar su su est est ructura ruct ura química. Algunos autores afirman que una fase es la mínima expresión expresión..

i = inicial i nicial ; f = f

G)

Ciclo

Es la sucesión de varios procesos t dinámicos

Cuando en un recipiente se vierten agua y aceite, para luego agitarlos, se observa la mezcla de estos. Existen entonces tres fases, en este caso fase aceite, fase intermedio (inter-f (i nter-fase ase),), fase fase agua.

D)

Losparámetros parámet ros dependen dependen de las condiciones condici ones del del problema p roblema

H)

Es la energía energía disipada por el movimie movi mie lasmoléculas mol éculasen un determ d eterminado inado cuerp se debe a que los l os choq choques ues ent entre re ell perfectamente elásticos y además ex zamient zamient o entre entr e ello ellos s.

Estado El est est ado de un cuerpo cuerp o es el conjunt conju nto o de propr opiedades que posee en un momento dado, los posibles estados de un cuerpo caen dent ro de d e tres tr es grupos grup os generales generales:: sólido, óli do, líquido líqui do y gaseoso. El cambio de estado es un fenómeno de carácter estrict estr ictament amente e molecular molecul ar,, ya que qu e un esestado difiere de otro sólo por las circunstancias de agregación agr egación de las l asmoléculas mol éculas.. Un cuerpo puede presentarse en un estado, pero en

Energía rgía in intern terna a (U (U)

I)

Gas ideal

cumpl Se denom d enomin ina avote así, así,on a los lothis s gases gas es que cum pl Sign up to title t amente ament e con las leyesant antes es mencionad mencio nad  Useful  Not useful En realidad estas leyes son “aproxima válidas” váli das” para gas gases es reales (O2, N2, aire, Sin embargo, si si l

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TERMODINÁMICA

CALORES ESPECÍFICOS PARA PARA G

Concepto Es una part e de la l a física física que qu e se se encarga de estudiar estud iar las relaciones existentes entre el calor y el trabajo, especia especialment lmente e el calor calor que produce pr oduce un cuerpo cuerpo para realizar realizar trabajo. t rabajo.

1 RA LEY DE LA TERMODINÁMICA “En “En un proceso proceso determi d eterminado, nado, el calor calor entregado entr egado a un sist sist ema,esigual ig ual al trabajo t rabajo que qu e realiza el el gas g as más la variación de energía energ ía interna” int erna”. No se se puede hallar hall ar la energía interna int erna en un mom omento, ment o, est est o es impo im pos sible; ib le; pero per o si se se puede pued e hallar la diferenc dif erencia ia de energíasinternas int ernasde un momento a otro.

A diferencia de los sólidos y los líquidos calor específico permanece casi consta gases gasesel valor del calor específico específico depend d epend se caliente el gas: a presión constante, const const ante o haciendo variar ambos par

El calor calo r específi específico co de un un g gas as que qu e se se ca sión constante es mayor que el de un g do a volumen volum en const const ante y la relación relación tre ambos es la siguiente: CP − CV = R

CP = calor específico específico a pres pr esión ión const const ant CV = calor específico específico a volumen cons

Ilustración

R= 1,99 Q1, 2 = W1, 2 + ∆U1, 2

Es decir:

PROCESOS TERMODINÁMIC

A) A) PROC PROCES ESO O ISOB ISOBÁR ÁRIC ICO O

∆U = Q − W

Donde: Q

1, 2

= calor calor ent regado desde desde el es est ado (1) (1) has hast a el est est ado (2)

cal cal cal cal ≅2 molbKg molbKg

Es aquel proceso termodinámico permanece constante la presión ( Sign up to vote on this title

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Cálc álculodelaVaria Variac cióndelaEnergía Energía Interna Interna( ∆U ): ):

capitulo11-Calor

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Jorge Mendoza D

Ley de Boyle – Mariot Mar iottte

“El volumen de un gas es inversamente pro nal a su su presión presión cuando su temperatura temperat ura perm constante”. Pi Vi = Pf Vf

∆U = Q − W

Ley de Charles: “El volumen de un gas es directamente proporcional a su temperatura absoluta absolut a cuando su presión presión perma- perma- nece constant constan t e”. Vi Vf Ti , T (escala Kelvin) = f Ti Tf

Gráfi rá fic co (P (Presión resión – Volumen)

P

i

Gráfi ráfic cosRelac elacionados ionadosal Trabaj rabajo o

P

f

Expansión

Compresión V

i

C)

B) PROC PROCES ESO O ISOT ISOTÉR ÉRMI MICO CO

V

f

PROCES CESO ISOCÓRICO

Es aquel proceso termodinámico en e al incrementar increment ar una cant cantidad idad de d e calor, calor, men p permanec ermanece e const const ante (V ( V = cte).

Es aquel aquel proces pro ceso o termodi t ermodinámico námico en el cual cual la la t emperatura permanec p ermanece e const const ante.

Cálc álculo de Tra Trabaj bajo o (W): (W):

Puesto que no existe desplazamiento, el t  realizadoSign porup eltogas esonnulo. vote this title

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Cálc álculo de Tra Trabaj bajo o (W):

L

F V I O

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Cál ulodelaVaria Varia ióndelaEnergía EnergíaI

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Gases Pi Pf = Ti Tf

Ti , Tf (escala Kelvin)

Gráfico (Presión – Volumen)

C)

Una máquina térmica es un disp permite transformar la energía ca energía mecánica. El rendimiento quina qui na térmica térm ica no puede pu ede ser ser nun

P

f

P

i

RENDIMIENTO O EFICIENCIA ( NOTA En todo t odo proces p roceso o termodi t ermodinámico námico se se cump cumple: le: ∆U = CV mb ∆Tg

ECUACIONES GENERALES P ARA PARA GASE GA SE S IDEALES IDEALES GASES Tener prese p resent nte e que qu e las sig sigui uient entes es expresiones son son válidas sólo para gases ideales; pero si un gas real no est est á demas demasiado frío f río ni demasiado demasiado comprimi compr imido do puede ser descrito con buen grado de aproximación por p or el modelo de un gas ideal. De Debemos bemos anoanotar que para los gases contenidos en el aire (por ejemplo el nit ni t rógeno y oxígeno),est est ascondiciones condicio nes se cumplen a la tempera temp eratt ura ambiente. ambient e. PV = nR nRT T

Pi Vi PV = f f Ti Tf

V : volume lumen n P : pre presión ión n número de moles molescontenidosen lama mas sa de un gas gas

El rendimiento de una máquina de Ca calculars calcularse e teórica teóri cament mente e por medio medi o de l fórmula: η =

T1 − T2 T1

η =

Q1 − Q

Donde: T2 y T1, son las l as t emperatu emper aturas ras Kelvin elvi n de l y de la fuente fu ente caliente, calient e,respecti respectivame vame Q2 y Q1, representan representan el calor calor de la fuente fu ente fuente fuent e caliente, calient e, respecti respectiva vament mente. e.

Notas Not as import impor t antes ant es de la segunda segunda ley modinámica: − No puede existir existir un sistema sistema ttermodi ermodi

una sola fuent e;es decir, no puede pu ede h tema como en el esquema  A ya que Sign up to vote on this title ma transfor transformaría maría todo to do el calor calor Q1 Useful  Not useful  de la fuente calient caliente e en en trabajo. t rabajo. − La representación del funcionamie máquina máqui na térmi t érmi la qu e muest

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ELECTRICIDAD TEORÍA E LECTRÓNICA LECTRÓNICA ELECTRÓNICA ELECTRÓNIC A

En esta sección sección se analizará las cuali cualidades dades del elect el ectrón rón,, par t omará como mues m uestt ra una got a de agua, para as así obtener obt ener u ción simple simpl e y sencilla. sencilla. Supongamos upo ngamos que us u sted posee un súper microsc m icroscopi opioo capaz t ar las imágenes tanto como vues vu estt ra imaginac imagin ación ión desee desee..

La gota inicial ini cial sedividió dividi ó en partículas.

Una gota de agua (H 2 O).


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Una partícula part ícula se partículas part ículas más

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Dentro del d el núcleo se se encuentr encuentraa el el prot pr otón ón (es) (es) y los neutrones.

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Sistema Adicional statCoulomb (stC)

Equivalencia

+ +

=0

OBSERVACIONES

2.-


Jorge Mendoza D

Electr lectrón ón : carga rga nega negativ tivaa Protón rotón : ca carga rga positiv positivaa Neut rón : sin carga

1.-


En el átomo el número total de electrones que giran alrededor del núcleo es exactamente igual al número de cargas positivas posit ivas contenidas cont enidas en en el núcleo n úcleo (est (est ado neutro del d el cuerpo). cuerpo). Los números de protones, neutrones y electrones electro nes dependen del átomo áto mo del cuerpo en refere r eferencia. ncia.

1 C = 3×109 stC

CUANTIFICACIÓN CUANTIFICACIÓN DEL ELECTRÓN Y PR MASA

Elect rón

9,02×10 31 kg

−

Prot ón

1,66×10 27 kg

+

−

−

CARGA ELÉCTRICA ( q )

1,6 1,6×10 19 −

1,6 1,6×10 19 −

Como se verá verá el electr electrón ón y prot pr otón ón tienen t ienen la carga carga pero de signo contrario; cont rario; además además::

ELECTRICIDAD Es el efecto que produce los electrones al trasladarse darse de un punto punt o a otro. La palabra electricidad proviene del término elektron (en griego electrón) que significa ámbar.

CARG

q = ne Donde: onde: q = ca carga del del cue cuerpo rpo e = carga carga del electrón electr ón n = número núm ero entero entero

Ejemplo.- El siguiente cuerpo muestra la p

cia de cuatro electrones electr ones y un prot pro t ón; determ det erm número núm ero “n” “ n”.

Es una propiedad propi edad fundament fun damental al del cuerpo, cuerp o, la cual mide mid e el exces excesoo o defecto de electrones electr ones.. La carga fundamental, es la carga del electrón.


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Electricidad

INTRODUCCIÓN A LA ELECTROSTÁTICA

Concepto oncepto de Electr Electros osttática át ica

dos de sus órbitas e incorporarse material que capta a los electro carga carga negativa, negati va,mientras mient rasel mat de electrones electro nes adquirirá adquir irá carga carga pos

Es una parte de la electricidad que se encarga de est est udiar ud iar las l as carg cargas as eléctri eléct ricas cas en repos repo so. Conductor (buen conductor de la electricidad)

Es aquel cuerpo en el cual las cargas eléctricas se mueven sin encontrar encont rar mayor resist resist encia; ejemplo: ejempl o: Los metales met ales,, el cuerpo cuer po humano, hum ano, etc. Aislador o dieléctrico (mal conductor de la electricidad)

Algunos materiales que producen electricidad estática fácil- mente son: elel vidri vi drio, o, elel ámbar, ám bar, la bakelita, bakelit a, ceras, ceras, franela, fran ela, seda, seda, ra- yón, etc., así tenemos: si se frota PVC con lanilla, la varilla gana electrones y se carga negativa- mente, mientras que la lanilla adquierecargaposit positiva. iva.

Es aqu aquel el cuerpo cuer po en el cual cu al las carg cargas as eléctri eléct ricas cas encuentran gran g ran resist resist encia para poder movers m overse. e.

REPRESENTACIÓN:

ESTADOS ESTADOS ELÉCTRICOS DE UN CUERPO Después de ser frotados, ambos quedancargados.

Un cuerpo en su su estad estadoo natu- nat u- ral tiene t iene elel mismo número número de electrones que protones proto nes en en el núcleo.

NOTA

LaTierra ier ra es considerada consider ada como un un g t ial de electrones electr ones,, por t ener una inmen dad de electrones. elect rones.

±

B)

Sign this title Poup r Ind Intodvote uccon ión ión



Not useful CUseful cuerpo uando un cargado negat

ductor) duct or) se acerca acerca a un cuerpo cuerp o “con “con electrones libres del del conductor condu ctor s

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Por Polariz larizac ació ión n

¿Cómo funciona el electroscopio?

Cuando un cuerpo cargado positivamente por ejemplo (inductor) se acerca a un extremo de un cuerpo “aislador”, se produce un reordenamiento reordenamient o de d e las cargas cargas en dicho di cho aislador ya que se produce pro duce en él, un movim m ovimient ientoo pequeño (menor que el diámetro atómico) por parte p arte de los electr electrones ones..

El electroscopio funciona cumpliendo la cu de fuerzas de atracción y repulsión entre cu cargados eléctricament eléctr icamentee así así como como la l a cond en los metales. En el ejemplo ejempl o se tomará una barra carga vamente,para hacer hacer funcion fu ncionar ar un electrosc elect rosc puede ejecutarlo ejecut arlo por p or “cont “contacto” acto” o “indu “i nducció cció A)

sitivament it ivamentee se se acerca acercaa la bola bola de metal carla), carla),se producirá producirá una inducción ind ucción elect en el electroscopio. Los electrones electr ones serán serán atraídos por la b ladándose éstas a la bola de metal que las cargas positivas en las hojas, rechazá entre entre si, si, por lo lo cual cual éstas se abrirán. Al alejar la barra del electr electros oscopio, copio, los electrones ubicados en la bola se trasladarán a las hojas quedando neutro dichas hojas, motivo por el cual éstas se cerrarán.

CONSERVACIÓN CONSERVACIÓN DE LA L A CARGA C ARGA En la electrización de un cuerpo, las cargas eléctricas no se crean ni se dest dest ruyen, ruyen, tan sólo sufren sufr en un int in t ercambio ercambi o de ést ést as, as, en otras ot ras palabras palabr as la carga tot al se ha conservado.

B) ANTES

EL ELECTROSCOPIO

DESPUÉS

Por in inducción ión.- Cuando la barra carga

Por co contac tacto. to.- Cuando la barra carga

sitivament it ivamente toca to caonathis la bola bo la de metal, met al, Sign up toevote title trones del electroscopio  Useful  Not useful pasan a la creando creando en él una deficiencia de elec quedando cargado positivamente;

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Electricidad

¿Cómo determina determinarr el signo de una carga arga eléctrica empleando el electroscopio? Para ello en primer lugar hay que tener un electroscopio cargado cuyo signo se conoce. Supongamos pon gamos que emplea empl eamos mos el electros electro scopio cargacargado posit positivame ivamente. nte. a)

Las hojas hoj asse abr abren en más m ás Si las lashoja hojas sse a ale leja jan n.- Las debido al incremento de la fuerza electrostática y ésta debido al aumento de cargas positivas para lo cual los electrones del electroscopio han debido escapar a la barra producto de una atracción de cargas eléctricas cas (ca (cargas rgas de signo cont con t rario) lo l o cual signifisignif ica que la barra tendrá tendr á carga carga positiva. posit iva.

Electroscopio cargado positivamente.

b)

Si las hojas se abren más, la barra o cuerpo tendrá el mismo mi smo signo. signo.

Si las las hojas hojas se ac acercan ercan

Electroscopio cargado positivamente.

Al conectar el electr loselectronesdeé ránadichoaparaton cargas posit positivas. ivas.

Electroscopio lectroscopio cargadonegativamente. negat ivamente.

Al conectar el electr los electronesdel hacia Tierra hasta q pio logre logr e ser ser des

PODER DE LAS PUNTAS

Una superficie puntual tiene área muy si está cargada, la densidad decarga e up to vote thispunt titlet a,t anto haceSign máxima en dicha dioncha pun ant o as gasahíUseful acumuladas tienden a escapa  Not useful menos con gran fuerza, f uerza,generando él ll to eléctrico” capaz de apagar una vela.

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CARGA - CAMPO ELÉCTRICO LEYES DE LA ELECTROSTÁTICA

1RA LEY (LEY CUALITATIVA) “Cargas del mismo signo se repelen y cargas de signos diferent di ferentes esse at atraen” raen”..

R= F1, 2

Observar bservar que la fuerza actúa a lo l o largo de la línea imaginaria imaginari a que une las cargas.

2

DA

+

F1, 3 + F1, 4

CAMPO ELÉCTRICO

LEY (LEY CUANTITATIVA)

“La fuerza de atracción o repulsión qué existe entre dos cuerpos cuerpos carga cargados dos es es direc dir ectt amente amente proporciona proporcional l a la carga de cada cada cuerpo e inversament inversamente e proporcio- proporcio- nal al cuadrado cuadr ado de la dis di stancia que que las separa”.

Se le llama ll ama también ley de Coul Coulomb. omb. F=

Es aquella región de espacio que rodea a un ga eléctrica y que está conformada por la m en estado disperso. Este campo funcio f unciona na como un trans tr ansmisor misor m t e el cual una carga carga intera int eracciona cciona con otra ot ra qu a su su alrededor. alred edor.

KQ1Q2 d2


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INTENSIDAD DEL CAMPO ELÉCTRICO ( E) Es aquella magnitud vectorial que nos indica cual es la fuerza que apl aplica ica el el campo en un u n punt pu ntoo sobre la unidad uni dad de carga. Se le represent representaa mediante mediante un vector vector que tiene t iene la misma dirección y sent sentido ido que la fuerz fu erzaa electrostáti electrostática ca.. E=

F q

E=

KQ d2

Representación del campo eléctrico de una carga carga puntual positiva. positi va.

Representación del de una carga puntua

Unidades Unida des de E en el S.I. .I. Newton Coulomb

Otras Unidades:

dina statCoulomb

OBSERVACIÓN Si se prese pr esent ntan an varias vari as cargas cargas y se desea calcular calcul ar el campo eléctrico eléct rico en un punt p untoo “P”; “P”; se se apl aplica ica el principio principi o de superposición. superposición.

LÍNEAS DE FUERZA Son líneas imaginari imagi narias as creadas por po r Mig M iguel uel Faraday y se se utili uti liza za para represe represent ntar ar un campo eléctrico. eléct rico. Sus características son:

CAMPO ELÉCTRICO EN UNA  CONDUCTORA Sign up to vote on this title A)

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En una esfe esfera ra conductora conductora maciz maciz “equilibrio electrostático”, el exce

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Jorge Mendoza D

En una es esfera conductora maciza maciza o hueca en “equilibrio” “equilibri o”, el campo campo eléctr eléctrico ico en el el interior int erior de esfera es cero, como no hay campo eléctrico, tampoco habrá líneas de fuerza en el espacio in estas estas emp empez ezará aránn a partir part ir de la superficie superfi cie externa y serán serán perpendicul perp endicular ar a dicha sup superfi erficie. cie.

Las líneas de fu perpendicula ficies fi ciesdel conduc viera una comp com las cargas se m sobre ell ella, a, lo cua de ser pues el c encuentra encuentra en e electrostático.

Si “E” fuese diferente de cero en el interior de la esfera, los electrones libres estarían en movimiento, lo cual contradice la condición del estado de reposo de las car- gaseléctricas eléctri cas..

C)



Para cualqui cualquier er punto punt o que se se encue encuentr ntree fuera de la es esfera, fera, la intensidad intensidad de campo campo eléctrico es de una un a carga carga eléctrica eléctr ica sit situada uada en el centro centr o de d e la esfera. esfera. En el punt p untoo “P”: “P”: E=

KQ d2

nkliin Benjamin enjamin Fra Frankl Nació en Boston, Estados Unidos, en 1706. En ese tiempo (siglo XVIII) era escaso el conocimiento sobre la electricidad. Fue entonces que Franklin, un periodista y autodidacta que había leído los escritos de los grandes científicos entre ellos los de Isaac Newton, empezó a interesarse interesarse por dicho tema recién a los 40 años de edad,


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Electricidad

POTENCIAL ELÉCTRICO

CONCEPTO DE POTENCIAL ELÉCTRICO El potencial eléctrico en un punto de un campo eléct eléct rico se define como el t rabajo que se debe rearealizar para transportar la unidad de carga desde el infinit infi nito o hasta hasta dicho punto pun to del campo campo eléctrico. El pot potencia enciall eléctrico eléctri co es una magnitud magnit ud esca escalar. lar.

Equivalencia 1 st st v = 300 v

DIFERENCIA DE POTENCIAL

Es el trabajo que se debe realizar para carga de prueba desde un punto hasta tro de un campo eléctrico. Los dos pu dentro del mismo campo.

VB − VA

VP

=

W∞P q

=

WAB q

La fuerza fuer za F = Eq esconservat conservat cual el trabajo no n o depende depende ,

VP : potencial potencial en el punto p unto “P” “P” W∞P: t rabajo realizado realizado para p ara llevar “q” desde desde el infi in fi-nit o hast hast a “P” q : carga carga de prueba pr ueba Desarrol Desarrolland lando o la expresió expresión n y asumi asumiendo endo que q ue la carcarga “Q” es punt pu ntual, ual, se se tiene t iene :

VP

=

KQ d

CASOS PARTICULARES DEL T QUE HAY QUE REALIZAR PAR LADAR UNA CARGA. A)

Al tra t ras sladar ladar la l a ca carga q(+) desde desde  Sign up to vote on this title campo eléctrico ayuda a dicho tr Useful  Not useful embargo la fuerza de repulsión e

q(+) también ayudan, luego el tr positivo posit ivo W(+). W(+).

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Jorge Mendoza D

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W(−)

C)


−

igual a la carga, multiplicada por la dife de potencial potencial entre ent re ambas superf superficies icies El trabaj t rabajo o realizado por el campo para t tar una carga, no depende dependede la traye t raye siga.

Al llevar llevar la carga carga q(+) desde desde “A”has “A”hasta ta “B” “B”, el camp campo o eléctrico eléctr ico se se opon opone e al al movimient movi miento, o,además entre Q(-) y q(+) existe una fuerza de atracción que se opone al movimiento, luego el trabajo será negativo: W(-). W(−)

LaBatería Batería comoFuente FuentedeDifer Diferenc encia ia dePoten Poten Batería.-

Dispositivo generalmente químic transforma la energía de reacciones quími energía eléctrica eléctri ca..

D)

Al lle llevar la la carga rga q(−) desde “A” hasta “B”, el campo eléctrico se opone al movimiento, pero entre ent re Q( Q(−) y q(−) exist exist e una fuerza fuer za de repulsión que ayuda al movimiento, luego el trabajo será positivo: W(+).

Comúnmente omúnm ente el sign signoo de los terminales termina les no aparecemarcada en una pero se se acostumbra acostumbra a pintar pint ar de rojo el t erminal positivo. positi vo.

W(+)

POTENCIAL ELÉCTRICO DE UNA ES  CONDUCTORA Sign up to vote on this title  A)

Useful

 Not useful

El potenc potencia iall en en cua cualqui lquie er punto punto dentr dentr esfera y en su superficie tiene un mism

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CAP ACIT ANCIA CAPACIT ACITANCIA

Equivalencias

INTRODUCCIÓN De lo estudiado hasta el momento es fácil entender que un conductor aislado aislado tendrá un potencial V, siempre y cuando se le proporcione una carga Q. Ahora, si consideramos un conductor aislado con un potencial V1, bajo determinada carga electrostática Q1, al llevarle a un potencial V2, llegará rápidamente a un segundo estado de equilibrio caracterizado por una carga Q2, de manera que: Q1 Q2 = V1 V2 Análogament Análog amente, e,para es est ados de equili equi libr brio io sucesivos,la relación de la l a carga carga al pot po t encial se manmant iene siempre siempre constante: Q1 Q2 = V1 V2

=

Q3 V3

= ...

...= C

1 f = 9×1011 stf 1 µ f = 10−6 f 1 µµ f = 10−12 f

CONDENSADORES ELÉCTRICOS

Son aquellos dispositivos constituido conductores conduct ores pero de cargas cargas con signo separados una pequeña distancia, de que entre entr e ello ellos s se origina origi na un campo campo es prác pr áctt icamente icament e constante. constant e.Est os disp utili ut iliz zan fundamentalmente para obten capacidad capacidad así así como para almacenar en trica: Pueden ser de diversas formas; p dricas, dr icas, etc. et c. Loscondensa cond ensado dores res se dividen divi den en dos d os g pos po s: fijo fi jos s y vari variables. ables.

A est est a relación constante constant e “C” que caract caract eriza al conduct condu ctor or en cuest cuest ión, ió n,se le llama capacidad capacidad del d el conductor. conduct or. Su valor depende depend e del tip t ipo o de material así como de la forma geométrica del conductor.

CAPACIDAD ELÉCTRICA Llamada también tamb ién “capacit “capacitancia” ancia”, es una m magni agnitt ud




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 Not useful

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capitulo11-Calor

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Conde ondens nsado adores resCilíndr ilíndric icos os 2πεoL Ln b b / ag

C)

Asociació ociación n de de Conden ondenssadores adoresenPara

Dos o más condensa cond ensado dores res es est án en p cuando están conectados a una mism rencia de potencial.

qE = q1 + q2 + q3

C)

Conde ondens nsadore adoress Esféricos féricos

F R2 I C = 4πεoR1G H R2 − R1J K

ASOCIACIÓN DE CONDENSADORES

VE = V1 = V2 = V3

CE = C1 + C2 + C3

CONDENSADORES CON DIELÉCTRI

Como recordará record ará Ud. Ud.dieléct di eléctri rico co esuna mal co t or de d e la elect electri ricidad. cidad. Faraday descub descubri rió ó qu do el espacio espacio entre ent re los dos conductores conduct ores de u densador se ve ocupado parcial o totalmen un dieléctrico, di eléctrico, la capacidad capacidad aumenta. aument a.

Con el fin de obtener condensadores con capacidades mayores mayores o menores menor es,,que qu e nos permit permi t an almacenar mayor o menor cantidad de carga se suelen agrupar éstos en conjuntos llamados baterías de conden condensa sado dores, res,los lo s que qu e más se se usan son son la asociación en serie serie y en paralelo.

A)

Asociación ociación de Condens ondensadores adoresen Serie Dos o más condensadores están en serie, cuando cuando la plac pl aca a posit positiva iva de un condensador, condensador, se encuent encuentra ra intera int eractu ctuando ando con la l a placa negativa del otro y así sucesivamente.

Entre los casos más comunes tenemos: 

up to vote onsethis title un condensado 1°Caso .- Sign Supongamos que conecta

pacidad C pila pil a que carga a una dif erencia erencia de p o a una Useful useful  lo Not V o , obteniendo una carga Q o = C o V o en las placas pl acas.. Si la conecta a continuación y se inserta un dieléctrico en e del condensador, rellenando todo el espacio entre las p

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ELECTRODINÁMICA

Electrodin lectro dinámica ámica es una part e de la electricidad electr icidad que qu e se se encarga de est est udiar ud iar las l as cargas eléctri eléct ricas cas en movimiento.

INTENSIDAD DE CORRIENTE ELÉC

Es la cant cantid idad ad d de e carga (∆Q) que atravi at ravi ción del hilo conductor en la unidad unidad de

CORRIENTE ELÉCTRICA ELÉCTRICA i =

Es el movimiento o flujo libre de electrones a través de un conductor, conduct or, debido debi do a la presencia presencia de un campo campo eléctrico eléctri co que a su su vez es origin ori ginado ado por una diferencia de potencial.

∆Q ∆t

Unidad de Intens Int ensidad idad de Corri Corriente ente e

NATURALEZA DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA

Amperio (A) =

Coulomb segundo

TIPOS DE CORRIENTE ELÉCTRIC

A)

En un conductor metálico, los electrones se mueven en forma desordenada, no tienen ninguna dirección rección y sent sentido ido definid defin ido, o, sin embargo emb argo en promeprom edio el número nú mero de d e electrones electron es que se desplaza desplazan n en un sent sentid ido o es igual igu al al número de d e electrones electron es que se despl desplaz azan an en senti sentido do contrario, contr ario, con lo cual el movimiento neto es nulo, con ello concluimos que el flujo flu jo neto n eto de d e elect elect rones es es cero. cero.

Corrie rrien nte Contínu tínua

Se realiza reali za cuand cuando o las l ascargas eléct plazan en un solo sentido, debid camp campo o eléctrico eléctr ico permanece const su diferencia di ferencia de potencial pot encial es invari plo: pl o: en la pil p ila, a, en la batería, b atería, etc.




B)

Useful

 Not useful

Corrie rrien nte Altern lterna a

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308

SENTIDO DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA

A)


Sentid tido Re Real En un conduct cond uctor or sólido, sóli do, los lo s electron elect rones esse desdesplazan del polo negativo (potencial menor) al polo positivo (potencial mayor) oponiéndose al al campo eléctrico E.

RESISTENCIA ELÉCTRICA ( R)

Es la medida medi da de la opos opo sición ició n qu que e present presenta au po al paso paso de d e la corriente corrient e eléct eléct rica a través

Se le representa representa mediant m ediantee un segment segmentoo de línea lín ea quebrada.

En los l os buenos conduct conductores ores,, las cargas eléctri eléctri cas encuentran encuentran sición a su paso. Luego Luego la l a resistencia resistencia del cuerpo será será baj a.

B)

Sentid entido oC Co onven nvenccional ional Para esto asumiremos que quienes se mueven en un conductor sólido son las cargas positivas. En un conductor sólido, las cargas positivas se desplazan del polo positivo (potencial mayor) al al polo po lo negati n egativo vo (potencial (pot encial menor). En el mismo senti sentido do que q ue el campo campo eléctrico. eléctri co.

En los l os malos conductores conductor eslas cargas eléctr eléctricas icas encuentran encuentran gran op paso.Luego Luego la l a resistencia resistencia del d el cuerpo será alta. alt a.

LEYES FUNDAMENTALES: RESISTE ELÉCTRICA

A)

Leyes de Paulle aullet t

1°

Laresistencia resistencia eléctrica eléctri ca ofrecida ofr ecida por u tor to r esdirectamente proporcional propo rcional a su lo Rα L

2°

La resistenci resistencia a eléctri eléct rica ca ofrecid of recida a a un co tor es inversamente proporcional al á  la secc sSign ección ión recta dicho di cho conduct or. up to vote de on this titleconductor.



NOTA

Rα

Useful

1 A

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B)

Ley de Ohm

eléctri eléct rica: ca: Si son lámparas lámp aras se trans t rans energía luminosa y calórica; si so en energía mecánica; si son apar telefónicos en energía sonora, etc

“En “En un una a corr corrient iente e eléct eléct rica ri ca,,la diferencia di ferencia de potencial es directamente proporcional a la int ensidad ensidad de corrient cor riente e eléctrica eléctr ica””.

W = Vq

V1 V2 V3 = = = cte. i1 i2 i3

V R= i

V2 También: W = Vit = i Rt = t R 2

V (Volt (Voltio) io) i ( Amperio) R (Ohmio)

W (Joule) V( Vol Voltt io) io ) i ( Amperio) R ( Ohmio)

B)

Es la rapidez rapid ez con con la cual se realiza

OBSERVACIÓN Existen algunos materiales que no obedecen a la leyes l eyes de OHM, a ést ést os se se les llama ll ama materi mat eriales ales no óhm ó hmicos, icos,en ellos ell os“R” “R” no es constant constante; e;evidenevid entemente en estos, la gráfica (V - i) no será la línea recta. En nuestro curso supondremos que t odos od os los cuerp cuerpos os son son óhmicos; óhm icos; a no ser que se diga lo contrario. Experimentalmente se demuestra que la resistencia de un material varía con la temperatura, así: Rf = Ro (1 + α∆T) Rf : resis resistencia tencia final Ro : resis resistencia tencia inicial α : coeficiente coeficiente de variac variación ión t érmica de la rere-

Potenc otencia ia Elé Elécctrica trica (P) (P)

P=

También:

C)

W t

P = Vi = i2 R=

V2 R

P (W

Efec fecto de Jo Joule

Toda od a corrient corr iente ee eléct léctri rica ca que qu e a att rav sistencia eléctr eléctrica ica origina origi na en ella u dimiento dimi ento de d e calor calor que es directa  al cuad porcional a on la this resistencia, Sign up to vote title intens int ensidad idad de corriente y al al tiemp t iemp  Useful  Not useful la corriente. Q(

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RE = R1 + R2 + R3 iE = i1 = i2 = i 3 VE = V1 + V2 + V3

B) En la l a figura fi gura derecha, derecha, la unidad de carga sale de la fuente (pila), alimentada ali mentada de una gran energía ( ε ε ), luego empieza empi eza a moverse moverse y al pasar por la resistencia resistencia R, sufre un des d esgaste gaste de energía, de manera que para recuperar nuevas energías, energías, tendrá que pasar nuevamente por la fuente.

En Parale alelo

La diferencia di ferencia de potencial pot encial en cada cada una resistencias es la misma.

Regla de signos

E)

Circ ircuito Eléc léctrico trico Es el recorrido o conjunto de recorridos cerrados que siguen las cargas eléctricas formando una o varias corrientes corrient es.. Los circuit circuit os pueden estar estar constit uidos uid os por generadores, resistencias, condensadores, bobi bo binas nas,, etc. El circuit cir cuito o más simpl im ple e que puep uede existir existir est est á formado por una fuente fuent e y una resistencia.

1 1 1 1 = + + RE R1 R2 R3 iE = i1 + i2 + i3 VE = V1 = V2 = V3

EXPE XPER RIENCI NCIA: A: CIRC RCUI UITO TO SIMPL OBJETIVO Sign up to vote on this title ASOCIACIÓN DE RESISTENCIAS Asociar dos o más resistencias, significa reempla-



Useful



 Not useful

Cono onocer cer experiment experim entalment almente e el el circuit circui t o má ple pl e (cons (constt ituid it uido o por una u na pila y una resisten resisten

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Electricidad 2.-

Tomar la pila y colocar el casquillo del foco sobre el polo posit positivo ivo de la pila pil a y el el otro ot ro extremo tr emo sobre sobre el otro ot ro polo pol o (fig. b).

PREGUNTAS 1.-

¿Se encendió el foquito? Si-No ¿P

2.-

Si Ud. t uvies uvi ese e un foco f oco para p ara 6 vol pilas usaría? ¿Por qué?

3.-

Según lo l o vis vi sto ¿Cuál es el el prin p rincipio cipio t erna de mano?

4.-

Fabricar un lint l interna erna de mano.

EXPE XPERI RIENC ENCIIA: AS ASOCI OCIAC ACIIÓN DE DE RE RES SISTENCIAS TENCIAS EN S SE ERIE RIE OBJETIVO Observar Observar las l as caract caracterís erístt icas de un u n sistema de d e resistenci ist encias as asoci asociadas adas en seri serie. e.

MATERIAL MATERIAL A EMPLEARSE − − − −

Seis foquitos iguales. Tres baterías pequeñas de 6 volt vol t ios io s o más. más. Un conductor conduct or (alambre), (alambre), L = 2 m aprox. Tres tableros.

NÚMERO DE ALUMNOS: Tres PROCEDIMIENTO 1.-

Realizar eali zar tres t res mont mon t ajes (a,b, c) c) como como se mues mues-tra tr a a cont continuac inuación. ión.


  PREGUNTAS Useful

Not useful

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312

6.-

Si se extrae el foquito (6). ¿Existirá corriente eléct rica ri ca en el caso caso (c)? Si-No i- No ¿P ¿Por qué? qu é?

7.-

Si tuviesen amperímetro y voltímetro, medir la intens int ensid idad ad y el voltaje volt aje en en cada cada foquit foqui t o con ayuda del señor Profes rof esor, or, para luego lu ego apoyánap oyán-

dos do se en la ley de d e Ohm Ohm;; calcular la l a res eléctrica eléctri ca en cada cada foquito. foqui to. 8.-

Si pudiese conseguir dos foquitos d tes a los ya adquiridos y reemplazar (1) y (2). ¿Cuál de d e los lo s t res foqui foq uitt os (1, llará más? ¿Por qué?

EXPERI EXPERIENCI ENCIA: A: ASOCIAC ASOCIACIIÓN DE DE RE RES SISTENCI STENCIAS AS EN P PARALE ARALEL LO OBJETIVO Observar Observar las caracterís característt icas de un sistema de d e resistencias asociadas en paralelo.

MATERIAL MATERIAL A EMPLEARSE − − − −

Seis foquitos iguales. Tres baterías peq pequeñas ueñas de 6 volt vol t ios io s o más. más. Un conductor conduct or (alambre), (alambre), L = 2 m aprox. Tres tableros.

NÚMERO DE ALUMNOS: Tres

PREGUNTAS 1.-

¿En qué qu é cas caso o bril br illan lan con mayor int in t ensi foqu fo quititos? os? En a, b ó c ¿Por qué? qu é?

2.-

En el caso (a). ¿Cuál de los foquitos bri mayor intensidad?

3.-

En el caso caso (b). (b ). ¿Cuál de d e los lo s foquit foqu itos os bri mayor int i ntens ensid idad? ad? ¿A qué se conclu

4.-

Si se extrae el foquito (1) en el caso (a) pasa? pasa? Expliq xpl ique. ue. 

PROCEDIMIENTO 1.-

Realizar tres t res mo mont ntajes ajes como se muestra muestra acontinuación.

2.-

Cerrar los lo s interrupt int errupt ores (ac (acos ostt úmbres úmbr ese e a propr otegerse con un material aislante) en a, b, y c. Anotar Anot ar sus obs ob servaciones ervacion es..

3.-

Extraer xt raer el foqui foq uitto (1).Anotar Anot ar su su obs ob servaciones ervacion es..


5.-

Not useful Si se Useful extrae el foquito (4) en el caso (b) pasa? pasa? Expliq xpl ique. ue.

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Electricidad

CIRCUITOS CIRCUITOS ELÉCTRICOS ELÉCTRICOS

TRANSFORMACIONES DE UN CIRCUITO A OTRO

TIPOS DE CIRCUITOS ELÉCT

A) A veces vecesesneces necesario reemplaza r eemplazarr un circuito circuit o por p or ot o t ro que qu e tenga t enga los l os mismos efectos, así así tenemos: t enemos:

A)

Circuitos ircuitosEléctric léctricos osSimples imples

Es aquel recorri r ecorrido do cerrado cerr ado por p or el c plaz pl aza a la carga carga eléctrica eléctr ica formando form ando u rriente.

Trans ransformac formación ión Delta-E Delta-Es strella (∆ - Y)

Si tomamos t omamos dos puntos punt os del circuit o: A : potenc potencia iall meno menorr B : pote potenc ncia iall ma mayo yorr x=

RR 1 2 R1 + R2 + R3

z=

RR 1 3 R1 + R2 + R3

VB − VA + Σε − i ΣR = 0

En nues n uestt ro caso caso (ver fig f igura) ura) se se tendr ten drá: á: y=

R2R3 R1 + R2 + R3

VB − VA + ε1 − ε 2 − i bR1 + R2g

B) B)

Transformac formación ión Estrella-Delta trella-Delta (Y - ∆)

Circu ircuitos itos Comple plejos jos

Es aquel aquel conjunt conjun t o de d e recorridos recorrid os p  Sign up to vote on this title les se se desplaza la carga eléctri eléct rica, ca,

Useful Not useful es.. do por vari va rias as corrientes corrient

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LEYES QUE RIGEN UN CIRCUITO COMPLEJO: LEYES DE KIRCHOFF

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1ra Ley: Teorema Teorema de los los Nudos “La suma de las corriente que llegan a un nudo es igual igual a la la suma de corrientes corri entes que sal salen en de él” él”.. Est e teorema teo rema provi pr oviene ene de la Ley Ley de la conservación de la carga eléctrica y del hecho de que la carga eléctrica no se acumula en los nudos.

B)

Sirve ir ve para medir medi r la diferencia dif erencia de pot tre dos puntos, para ello se conecta en lelo con una u na resistencia; resistencia;el voltímetro volt ímetro ne en su interior otra resistencia; ésta ser la máxima posible, para que la co sea prácticamente la misma en la resistenci istencia a que se se desea medir.

n

∑ ii

Voltím tímetro tro

= 0

i =1

i1 + i2 = i3

2 da Ley: (Teorema (Teorema de las la s Mall Mallas) as) “La suma algebraica de las f.e.m. en una malla cualquiera esigual a la suma alge al gebraica braica de los productos iR de la mis mi sma mall m alla” a”. Este teorema es consecuencia de la conservación de la energía. n

∑ Vi

= 0

⇒

Σε = ΣiR

C)

Galv alvanó anómetro tro

Sirve para medir intensidades de cor pequeñas. Es un aparato muy sensibl su uso se conecta en serie con la resistencia.

i=1

Regla de signos

Puente de Wheat stone SignWheats up to vote on this title 

Useful

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

Un método métod o precis p reciso o para p ara medir resistencia resistencia e zando zando el puente puent e de Wheatst heatst one. La int

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MAGNETISMO INTRODUCCIÓN

Desde hace miles de años, se observó que cierta piedra (m t enía la propiedad prop iedad de atraer pequeños trozos de hierro; hierro ; el e sus propi pro piedades edades tomó tom ó el nombr nom bree de MAGNE MAGNET TISMO ISMO,,nom viene de la l a ant antigu iguaa ciudad: Magnesia Magnesia (Asia (Asia Menor) en d daban estas piedras pied ras.. Fue así así que durant du rantee muchos mucho s años, años, el est est udio ud io de d e los fenóm néticos se limitó al análisis de las interacciones entre el im metal et ales es (MAGNE (MAGNET TOSTÁT OSTÁTICA). ICA). Ilustraciones




Useful



 Not useful

A inicios ini cios de nuest nuest ra era, era, los chinos descubri descubrieron eron que q ue el imá i má utilizado como instrumento de orientación, ya que al ser co

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MAGNETISMO

INSEPARABILIDAD DE LOS POLOS

Es una parte de la física que estudia las propiedades referentes al imán

De lo visto hasta el momento se puede afirm un imán imán tiene ti ene como mínim m ínimoo dos dos polos polo s (N (N y S imán imán es es divid di vidido ido en dos d os partes part es tendremos tendremos do nes, cada uno con dos polos (N y S), si una partes part es la volvemos a dividir, divid ir, tendremos nuev t e otro ot ross dos dos imanes imanes,,cada uno con dos do spolo po lo así sucesivamente si seguimos dividiendo, de manera que nunca nun ca conseguiremos obtener un imá im án de un solo polo (monomagnético).

capitulo11-Calor

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IMÁN

Es aquel aquel cuerpo que q ue goza de dos propiedades prop iedades funfun damentales, una de ellas consiste en atraer al hierro, mientras mient rasque la l a segund segundaa consiste consiste en orientars orient arsee aproximadamente aproximadament e en la dirección Nort e – Sur Sur geográfico (cuando se encuentra libremente suspendido di do o apoyado en el cent centro ro de gravedad).

Polos de un Imán Imán Es el nomb no mbre re dado a aquellas aquel las zonas dond do ndee la atracción ejercida ej ercida sobre sobre el fierro f ierro se manifies manifi estt a con con mam ayor intensidad. Todo imán puede tener varios polos pero como mínimo tiene dos, a los que se le denomina: Polo Norte Nort e (al extremo dirigido hacia el Norte geográ g eográfico) fico) y Polo (al extremo dirigidirig iolo Sur (al do hacia h acia el el Sur Sur geogr g eográfico). áfico). Las Las limadu li maduras ras de hierro hi erro indican donde están los polos de un imán.



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CLASES CLA SES DE IMÁN IMÁN

A)

Imán Natur tural

Cuando debido al ordenamiento mol gozan gozan de d e propiedades prop iedades magnét magnéticas icas.. imán natural

B) En un imán imá n recto

Imán Imán Arti rtific ficial ial

Cuando es necesario alguna causa e para que un cuerpo se ve veaa obligado obli gado a rir propiedades prop iedades magnéticas magnét icas..  Sign up to vote on this title

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Magnetismo

PÉRDIDAS DE LAS PROPIEDADES MAGNÉTICAS DE UN IMÁN

Todo imán im án puede perder p erder sus propi pro piedades edades magnética ti cass debido fundamentalmente f undamentalmente a dos motivos mot ivos.. A)

B)

Ley Cuant Cuantititat ativa iva (Ley (Ley de Coulomb) Coulomb)

La fuerza magnética de atracción o rep existe entre ent re dos carg cargas asmagnéti magn éticas cas,,es propor pro porcional cional al produ p roducto cto de sus sus cargas cargas e inversamente proporcional al cuadrad tancia que las separa”.

Si se golpea repetidamente provocando vibraciones que dan lugar lu gar a un cierto ciert o desorden molecular. Si se calienta calient a hast hast a alcanzar alcanzar una temperat tem peratura ura adecuada denominada “ Temperatura de Curie”, el nombre en honor a Pierre Curie, quien qu ien des d escubr cubrió ió este efecto; efect o;así así tenemos tenem os que, para par a el hier h ierro ro es 750 °C, para el níquel níq uel 350 °C, para para el cobalt cob altoo 1 100 °C. OBSERVACIONES

En adelante se supondrá la existencia de polos magnéticos magnét icos separados separados (cargas magnét magnéticas icas)) este modelo servirá para visualizar con facilidad el estudio del magnetismo. Sin embargo, embargo, es es necesario necesario aclarar aclarar que q ue una un a carga magnética magnéti ca no exist exist e. q* N

q* S

cargamagnética de Polo Norte

carga magnética de Polo Sur

Unidad de q* en el S.I. S.I. Ampere⋅metro = A-m LEYES DE LA MAGNETOSTÁTICA

F=

Kq1* q2* d2

Unidades Unidades en el S.I. F

q1* , q * 2

d

N

A⋅ m

m

CAMPOMAGNÉTICO

Es el espacio espacio que qu e rodea rod ea a una carga ma cual se manifiesta mediante fuerzas m hacia trozos de hierros u otras cargas m B

=

F q*


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Líneas íneas de fuerza fuerza

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Son líneas l íneas imagi im aginari narias ascreadas por po r Michael Mi chael Faraday Faraday que sirven para representar representar al campo magnéti m agnético. co. El conjunto de todas las líneas de fuerza que se generaen un imá im án natural o artifi art ificia ciall toma t oma el nombre de espect espectro ro magnético. magnét ico. a d u r m a l i m

Cada partícula de limaduras se convierte en una pequeña aguja imantada al estar estar cerca cerca de un imán; dichas di chas agujasseorientan a una direc di rección ción bien bi en definida.

Caracter aracterísticas ísticas de las Línea Líneassde fuerza fuer za A) B) C) D)

Las líneas de fuerzas salen del polo Norte del imán, imán, y ent entran ran por p or el polo pol o Sur. Laslíneas lín easde fuerza fuerza son cerr cerrada adas s, es esdecir no tienen nen principio ni fin. fi n. Laslíneas de fuerza fu erza nunca nunca secruzan. cruzan. En un punto punt o cualquiera de una ffuerz uerza a la l a direc di rec- - ción del vector campo magnético séra el de la tangente tan gente a dicho punto.

La orientación orient ación permanente p ermanente de la barra sólo sepuede expli explicar car si se la Tierra como un enorme iimán mán (P) depolos: pol os: − Polo Sur magnético (P.S.M.) Nort e magnético magnét ico (P.N.M.) (P.N.M.) − Polo Norte

Declina Declinacción Magnética Magnética ( δ ) Es el el ángulo ángu lo que forma for ma la direcc dir ección ión Norte-S Nort e-S nético y la dirección Norte-Sur geográfico.




useful  Useful  Not (i) Inclinación Magnética Magnética

Es el el ángulo ángu lo que forma for ma la direcc dir ección ión Norte-S Nort e-S nética con con el plano p lano horizontal.

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ELECTROMAGNETIS ELECTROMAGN ETIS MO

Electrom lect romagnet agnetismo, ismo,esuna rama de la l a física física que est est udia udia las int in t eraccio eracciones nes entre ent re los camp campos os eléct ricos y mágnet mágneticos icos..

EXPERIMENTO DE OERSTED “ Toda corriente corri ente eléctrica eléctr ica o carga carga eléct eléct rica en movimiento mient o crea a su su alrededor un camp campoo magnético” magnét ico”. Hasta inicios del siglos XVII nadie sospechaba la relación que existía entre entr e los fenóm fenómenos enos magnétimagnét icos y eléctrico eléctr icoss, fue fu e entonces ento nces que que en 1 820 el físico danés Hans Hans Cri Crisst iam Oersted Oersted (1 777 – 1 851) quien qui en ya se se pregun pr eguntt aba:¿Qué pasaría pasaría si se genera corri cor rienent e eléctrica eléct rica en prese p resencia ncia de d e imanes im anes??.Con ayuda de la pila pi la inventada invent ada por Volt Volta, a,mont mon t ó sobre una mesa: mesa: una pila, pil a,un alambre y una aguja de brújula. brúj ula.

Oersted, colocó la aguja de una brújula cerca de un alambre por donde no circulaba corriente, como era de esperar la aguja se orientó en la dirección Norte – Sur.

Regla de la Mano Mano Derecha Derecha

Este método sirve para determinar la orien de la l a aguja magnética magnét ica cuando cuando cercano cercano a ell una corriente.

Para esto es recomendable seguir los sigu pasos:

Se coloca la mano derecha (palma) en un superior uperi or al conductor conduct or y paralelo al plano de ja j a magnética; siendo el sent sentid idoo de la l a corr corr la muñeca muñ ecahacia los dedos;al extender el ded gar,el giro gir o que efectúa tiene ti ene el el mis mi smo sentid el giro de d e la aguja magnética y la posición d gar aproximadame aproximadamente nte coincide con el polo p olo de la aguja magnética. magnét ica.

Posteriormente, cuando este descubrimien divulgado; los demás científicos sededicar Sign up to vote on this title gran parte p arte al est est udio udi o de d e est est e fenómeno, as Useful Not usefulAmpere, J.B.  Marie Michael Faraday, André Savart, avart , et et c.

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Magnetismo do de corriente, el giro que hacen los dedos al tomar el conductor conductor tie ti ene el el mis mi smo se sentido nt ido que las líneas de inducc inducció ión. n.

En el punto punt o “P”: “P”:

(cent (centro ro de la e B=

C)

µ oiR2

B=

3/ 2

2dR2 + x2 i

SOLENOIDE

Es aquel conju con junt ntoo de espi espiras ras enro él circula circul a corriente corrient e eléctrica eléctri ca,, ést éste g interior del solenoide un campo constante, mientras que en el ex campo es pequeño. Si el número de espiras es grande encuentran encuent ran apretadas apret adasentre ent re sí, sí,el ca mogéneo mog éneo en todos to dos los puntos, punt os,s longitud longi tud seamucho mayor que el d las espiras. Una aplicación directa noide es el ELECTROIMÁN.

¿Cómo se calcula B?

Mediante la ley de Ampere: µ oi

B=

En el punt

2πr

µo = permea permeabilidad

magnéti magnética caen el vacío. vacío.

Unidades Unidades en el S.I. B

Tesla (T)

i

Ampere (A)

r

µ o

met ro (m) 4π×10−7 T⋅m/A

B) CIRCUL AR Toda corriente eléctrica circular, genera un campo magnético en determinado espacio. Nosot Nosotros ros nos ocuparemos de analizar el campo magnético en la l a línea recta perpendicular

Cálc álculo del Campo Campo Magnét Magnético icoen el i un Solenoi Solenoide de Sign up to vote onBthis = title µ oni



Useful



;

n=

 Not useful

N : núme número de vue vueltas ltas B : campo campo magné magnético tico (co (cons nstan tante) te)

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OBSERVACIONES Cuando se tiene un campo magnético uniforme y perpendi perp endicular cular al papel, se se puede repres repr esenent ar de la sigu siguient ientee manera. manera.

B , Apunta hacia el lector

¿Cómo se determina el sentido de la f magnética?

B, entra hacia la hoja de papel

FUERZA DE UN CAMPO MAGNÉTICO A) A) SOBR SOBRE E UNA UNA CA CARG RGA A MÓV MÓVIL IL De lo estudiado estudi ado hast hast a el momento, mom ento, es es fácil fácil recordar que una carga en movimiento movimi ento genera un campo magnético (Experimento de Oersted), si dicha carga entra a otro campo magnéti magnético co (B) se se produce prod uce una intera int eracción cción de campos magnéticos, las cuales originan una fuerza magnética en dicha carga, cuyo valor dependerá de la magnitud de la carga, del campo campo magnético magnét ico B y de la velocidad que posee; la dirección de la fuerza será perpendicular cular al plano pl ano que contiene B y v .

El sentido de la fuerza magnética se determina aplicando la regla de la mano izquie i zquierda. rda.

También ambi én se se puede puede utili uti li de la mano derecha. derecha. E válido váli do para cargas pos de tener cargas negat negativas ivas de la fuerz f uerzaa magnética magnéti ca es al determinado por este m

OBSERVACIONES

Si una u na carga positi po sitiva va “q” es lanzada en el ca con velocidad v , perpendicul perp endicular ar a B, se verif que la fuerza magnét magnética ica est est á siemp siempre re perpe cular a la velocidad, y entonces hará variar la dirección dirección de d e v ,haciendo haciend o que que la carga carga des un movimient movi mientoo circular uniforme, uniform e,donde la za magnét magn ética ica viene viene a ser ser la fuerza fuerza centrípet centr ípet

F = qvB qvBsen θ Sign up to vote on this title

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mv useful RNot = Bq

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Magnetismo

F 2 × 10−7i1i2 = L d F unid ad de longitu longi tudd = fuerza por unidad L

Unidades Unidades en el S.I. F

Newt on

i

Ampere

L

B

met ro

Tesla

¿Cómo se determina el sentido de la fuerza magnética? t

Regla de la mano izquierda izqui erda

OBSERVACIÓN

Si se coloca una espira dentro de un magnético, magnéti co,y por ella ell a circul circulaa corriente corri ente se notará que entre AD y BC circula corriente pero en sentidos contrarios origina que se produzcan fuerzas op como cons con secuencia ecuencia un par de fuerza f uerza estas harán que dicha espira gire. t

Regla egla de la mano derecha d erecha


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Campo magnéti m agnético co + Corriente eléctrica


U| V |W

Movimiento (energía mecánica)

3

Para que el movimiento de rotación prosiga, las fuerzas magnética rán cambiar de sentido. Así, en el tramo “x” inicialmente (fig. 1) la magnética estaba dirigida hacia arriba, después de girar 180°(fig. 3 fuerza deberá deberá dirigi di rigirs rsee hacia abajo. abaj o. Para que esto esto suceda suceda seinvierte invi erte la dirección d irección de la corriente corrient e en en la como el conmutador cambia de polaridad polari dad cada 180°de 180°de giro).

Explicación

4

1

Situación it uación parecida parecida a la l a figura fi gura “2”

INDUCCIÓN ELECTROMAG ELECTR E LECTROMAGNÉTI OMAGNÉTI ELECTROMAGNÉTI  NÉTI Sobre la espira en posición horizonta hori zontall se genera genera un par de fuerzas magnéti- magnéti - cascuyo torque torq ue hacegirar gira r dicha di cha espir espiraa respecto respecto al eje de rotación. rotación .


Useful  Not useful Es aquel aquelfenómeno físico físico que q ue consist consist e en pr una corriente eléctrica por medio de un c magnético variable.

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Magnetismo

Causa: Disminución del campo magnético Consecuencia: Oposició Oposición, n, o sea sea atracción atracció n (polos (polo s diferentes)

la espira cerca cerca al imán i mán actuará como polo Norte.

B) LEY DE LENZ

C)

FLUJO MA MAGNÉTICO (φ)

“La corrient corrientee que se se induce en un circuito tieti ene senti sentido do tal t al que se opone opo ne a la causa causa que lo produce”.

Es una medid med idaa del número núm ero de de líne po magnético magnéti co que atravies atr aviesan an un á

Si el Campo B es Perpendic erpendicular ular a φ = BA

el campo magnético. magnét ico. Causa: Aumento en el Consecuencia: Oposición, o sea rechazo (polos iguales) luego la cara de la espira espira cerca cerca al imán actuará como polo Norte. Nort e.

 φ = En General Genera Sign up tol vote on thisBAcos title α

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D) LEY LEY DE DE FAR FARAD ADA AY: FUE FUERZ RZA A ELECTROMOTRIZ INDUCIDA (ε)

capitulo11-Calor

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Jorge Mendoza D

Donde:

imax =

Cuando el flujo fl ujo magnético (φ) encerrado encerrado por p or un circui ci rcuitt o varía,se indu in duce ce una f.e.m. f.e.m. (ε) en el circuito, circuit o,propor pro porcional cional a la rapidez rapid ez del camb cambio io del flujo fl ujo y al número de d e es espiras pir as.. ε = −N

εmax = NBAω

NBAω R

∆φ ∆t

Explicación: 1

N : núme número de espiras piras ∆t : inte interv rvaalo de tiempo tiempo ε = fuerza fuerza electromotriz electromotriz inducida i nducida ∆φ = φf − φi

Unidades Unidadesen el S.I. ε

voltio ltio (v)

∆φ

Weber ber (W (Wb)

∆t

N

segund gundoo (s (s) Adim dimensiso isonal nal

GENERADORES ELÉCTRICOS Son aquellos aquell os disposit dispositivos ivos que trans t ransform forman an la energía mecánica en energía eléctrica.

θ = 0°

ε = εmaxsen 0° = 0 Sign tosvote i =up imax en 0°on=this 0 title

 2

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Magnetismo 3

θ = 180 180°

ε = εmaxsen18 n180° = 0

i = imaxsen 180° = 0

En este instant in stantee escuando “i” cambia de sentido sentido y “ ε ε ” ” cambia de polaridad.

Como omo es de sup suponer, oner, los lo s cicl ciclos os se se suced suced otro, y como quiera que la corriente in alterna de sentido, la corriente genera nombre nom bre de corriente corri ente alterna, alt erna,a es este tip t ip dor, muchos la llama ll amann alternador. alt ernador.

B)

GENE GENERA RADO DOR R DE DE CORR CORRIE IENT NTE EC

4

Est e tipo tipo de generador es un mo te contínua cont ínua operado a la inversa también es posible afirmar que el de corriente corrient e contínua essimilar imi lar al d te alterna alt erna para para lo cual cual tan t an sólo sólo hay car o conmutar conmut ar la corr corrient iente, e,para e dos conmutadores, (formado p semianillos) emianil los) de modo que en la es duce un cambi cambioo de senti sentido do de d e la c ducida, los extremos de la espira p semianillo emianil lo al ot o t ro.Así Así se se consig consigue ue o salida de voltaje constante y la c salida siempre en el mis mi smo senti

Como se verá, el caso

ε = εmaxsen270 en 270° = − εmax essimilar simil ar al 3, pero el el θ = 270 270° sent sentido ido de “i” ha cam- i = imaxsen 270 270° = − imax biado.



Si t abulamos: θ

0°


90°

180°

270°

360°

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en el interior int erior del d el núcleo de hierro, hi erro, est est o se se transmit irá, irá,a la bobi bo bina na secund secundaria, aria,ahora como dich d ichoo campo magnético es variable se inducirá en la bobina secundaria una corriente corri ente (también (tamb ién alterna) alter na) y se se producirá du cirá una u na f.e.m. f.e.m. (ε2); se cumplirá entonces:

capitulo11-Calor

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ε1 ε2

=

n1 n2

n1 : número de es espiras en el el primario prim ario n2 : número de espiras espiras en el sec secundario undario

Mic Michael Faraday raday Nació en Inglaterra en el año 1 791, empezó a dedicarse a la investigación científica cuando traba jaba en el laboratorio de un químico, lo cual le dió la oportunidad de realizar grandes descubrimientos en química, posteriormente posteriormen te trabajó en el laboratorio del Royal Institution de Londres en el cual llegó a ser Director. Contemporáneo a él, Hans Cristiam Oersterd había descubierto que una corriente eléctrica origina un campo magnético en sus inmediaciones. En 1 823 Oersted y Faraday se conocieron y desde entonces tuvieron vinculación científica. En 1 821 Faraday dió sus su s primeros pasos en el cam po del electromagnetismo, era posible el caso inverso al descubrimiento de Oersterd. En 1 831, observó que al mover un imán cerca de una bobina fija, se inducía una corriente eléctrica en


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Capítu

OSCILA OSCILACIONES Y ONDAS MECÁNICAS MECÁNICAS MOVIMIENTO OSCILA TORIO OSCILATORIO

Es aquel movimiento en el cual el cuerpo se mueve hacía lado respecto a una posición de equilibrio, o decir efectú miento mient o de vaivén. vaivén.

MOVIMIENTO ARMÓNICO SIMPLE (M.A.S

Es aquel movimiento oscilatorio que se repite en interva de t iempo iemp o y además además se reali realiza za en una t rayecto rayectoria ria con línea recta. Ilustración


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Se muestra un un resorte sin

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CONCEPTOS IMPORTANTES

FD = Kx

FD : fuerz fuerzaa deforma deformadora dora K : consta onstante nte propio propio del del res resorte (N/m) x : elong longaación ión (defo deforma rmacción) ión)

B)

A)

Período eríodo de Oscilación ilación:: ( T = t 1 +

Oscilac ilación ión S Sim imp ple .- Es el movimiento que reali realiza za un cuerpo al al ir de una pos po sición extreext rema hast hast a la otra ot ra (ABC (ABCD).

B)

miento que realiza un cuerpo en ir de una posición ext extrema rema a la otra ot ra y luego regresar regresar a la primera mer a (ABCDC (ABCDCBA). BA).

C)

m T = 2π K

Oscilación ilación Do Doble ble o Comple ompleta ta .- Es el movimo viC)

Período (T) (T).- Es el tiempo que emplea un

D) Frec recuencia (f) .- Es el número de oscil oscilacioaciones complet comp letas asque realiza un cuerpo en cada cada unidad de t iempo (f(f = 1/ 1/ T). T).

E)

F)

Amplitu litud d (A).- Es la distancia distanci a exist exist ente ent e entre tr e la posición posición de equilibrio y cualquiera cualquiera de l icio xt

2π 2 2 A −x T

D) Acelera leracción ión (a): (a): 4π 2 a = ± bxg T2

Elon longació ación n (x). (x).- - Es la dis di st ancia existente existent e entre entr e la posición de equilibri equili brioo y el cuerpo en un instante instant e cualquiera. cualquiera.

Veloc locidad idad (v): (v): v=

cuerpo en realizar una os oscilación cilación complet comp leta. a.

T : período m : mas masa del del bloqu bloqu K : consta onstante nte de

ASOCIACIÓN DE RESORTES  Sign up to vote on this title

A)

Useful useful ortes Resorte es s en Serie erNot ie.- .- Un sistema de re

est est á en en serie serie cuando la l a deformac deform ación ión t e equi equivalente valente es igual igual a la suma de las

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Oscilaciones y Ondas Mecánicas

1 1 1 1 = + + KE K1 K2 K3

B)

Resorte esortessenParalelo aralelo.- .- Un Un sistem sistemaa de resorresortes está en paralelo cuando ellos tienen la misma deformación.

T = 2π

KE = K1 + K2 + K3

L g

T : período períod o L : longit lon git ud de la cuerda g : aceleración aceleración de la l a gravedad

PÉNDULO SIMPLE El péndulo simple es aquel dispositivo que está const const ituído it uído por p or una un a mas masa de pequeñas dimens dim ensioiones, nes, suspendida de un u n hilo h ilo inextens inext ensib ible le y de d e peso peso despreciable. Cuando la masa se desvía hacia un lado de su posición de equilibrio y se abandona, oscil oscilaa alrededor de d e es esa posición con un u n movimienmovi miento oscilat oscilatori orioo y periódico, perió dico, cuya t rayector rayectoria ia es cas casi una línea recta si si el ángulo θ entre la posición ext rema y la posición de equilibr equil ibrio io no sobrepasa sobrepasa los


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MOVIMIENTO ONDULA TORIO ONDULATORIO

CONCEPTO CONCEPTO DE DE ONDA

B)

Ondas ndas Trans ransvers versale ales s .- Son aquellas

cualeslas partículas part ículasdel medio medio vibran vi bran p dicularmente a la dirección de las onda ejemplo ejempl o las ondas de una cuerda.

Una onda es aquella perturbación en los medios elásticos o deformables. Es transportadora de energía; pero es incapaz de desplazar una masa en forma for ma cont ínua. Tod Todaa onda ond a al prop pr opagars agarsee da lugar lug ar a vibrac vibr acion iones es.. Es importante notar que el medio mismo no se mueve en conjunt conjun t o en la direc dir ección ción en que avanza el movimient movi mient o ondul on dulaat orio. ori o. Las Las diversas diversas partes part es del medio oscilan únicamente en trayectorias limitadas.

dirección de las ondas

La onda producida en la cuerda viaja verti verticalmente, calmente,mientras que c cula de la cuerda cuerda vibra horizontalmente horizontal mente (perpe (perpendicular ndicular a la direcc onda). El agua del océano océano esperturbado por el viento, por tal motivo moti vo se se originan ondas en el mar (olas).

En est est e capít capítulo ulo limit lim itare aremos mos nuest nuest ra at at ención a ondas en medios deformables o elásticos (ondas mecánicas). CLASES CLA SES DE ONDAS ONDAS

A)

Ond

L gitud gitudin inale ale

ELEMENTOS DE UNA ONDA

A)

Ciclo.- Se le llama tambi t ambién én fase y vien

el movimiento ordenado por una onda prendida entre dos puntos consecuti  Sign upsemejante. to vote on this title posición 

B)

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Período (T) (T).- Es el t iempo trans t ranscurri curri rante la reali realiza zación ción de un ciclo.

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Oscilaciones y Ondas Mecánicas

ONDAS VIAJERAS ERAS UNIDIMENSI UNIDIMENSI ONDAS VIAJ

Daremos a conocer la ecuación de unidimensional.

A) E)

Cuando uando la onda onda se se pro propag pagaa d da a derecha. derecha.

Veloc elocid idad ad de una una onda onda (v).- (v).- Es la rapidez con la cual cual una onda se se propaga en un medio homogéneo. Una onda onda se prop pr opaga aga en línea recta y con velocidad constante. v=

F)

λ T

T: período

Crestas tas.- Son los los punt puntos os más másaltos altos de lasondas ondas..

G) Valles.- Son los punt puntos os más bajo bajoss de las ondas. ondas.

y = Asen bKx − ωt g

H) Amplitu litud d (A (A). ).- - Es la altura alt ura de una una crest crest a o la profundid prof undidaad de un va valle.

T = períod p eríod t = tie t iempo mpo

A = Amp mplitu litud d

B)

K=

2π = # de onda λ

ω=

2π = frecuenciaangular T

Cuando uando la onda onda se se pro propag pagaa de a izquierda. Sign up to vote on this title



tg = Asen + ωuseful bKxNot yUseful

OBSERVACIÓN Las ondas se pueden clasificar también como

VELOCIDAD DE UNA ONDA TRAN

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ONDAS MECÁNICAS CONOCIDAS

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Jorge Mendoza D

LAS LA S ON ONDAS DE DEL SO SONIDO

Son ondas longitudinales que se originan por el movimiento movimi ento de un cuerpo. cuerpo. Todo cuerpo que se mueve produce sonido. En nuestra vida diaria, el soni sonido do se propaga pro paga a t ravés ravés del aire (en el vacío no se propaga, es decir no hay sonido). oni do). El El sonido oni do t iene tres t res cualidades: cualidades:

A)


Inte Inten nsidad. ad.- Es la cualid cualidad ad por la que percip ercibimos un sonido FUERTE o DÉBIL. El sonido emitido por un radiorrec radiorreceptor eptor puede p uede tener tener demasiada intensidad y ser molesto, por lo que reducimos el volumen, lo cual significa que disminuimos la intensidad del sonido emitido. emiti do. A mayor mayor amplit ud mayor mayor sonido.

El sonido agudo es debido debido a una fre- f recuencia cuencia alta. alt a.

C)

El sonido grave se debe a cuencia cuencia baja. baj a.

Timbre .- Es la cualidad que nos perm

tinguir una misma nota emitida por de les instrumentos. Un violín y una tro pueden emitir una misma nota (un t ono), pero sus sus timb ti mbres res serán diferent

Dos personas personas pueden pueden entonar ent onar la l a misma mi sma canción, pero sus tim timbres bres s rán diferentes.

2. 2.- LAS OND ONDAS EN EN EL EL AGU AGUA A

Son ondas ond as t ransvers ransversales ales que se originan orig inan al bar una masa masa de agua por intermedio int ermedio de menos un cuerpo.

Los parlantes de un equipo de sonido vibran con mayor amplitud; luego su intensidad será grande.

B)

Un radio transis tran sistor tor emite emite un sonido cu- yas ondas tienen amplitud pequeña; luego su intens int ensidad idad será será muy pobre. p obre.

Tono.- Es la cualidad que nos hace percibir como agudo o como grave y depende de la frecuencia de la onda. Dos notas not asmusicalesdis dist inintas se diferencian en el tono.

Las ondas en en el agua ocurren generalmente generalment e en grupos y no aislad puede observarse al arrojar un cuerpo a un depósito. Una serie com crestas crestas de ondas onda s se se mueven mueven a partir part ir del punto pun to en que el cuerpo se s separa la misma mi sma distancia distancia ( λ λ ).


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ÓPTICA

Es una part p arte e de la l a física física que qu e se se encarga de est est udiar ud iar la l a luz, za, sus fuentes de producción, su propagación y los fenóm experimenta.

Óptica geométrica.- Estudia el comportamiento de los hac

sos en los instrument instr umentos os ópticos. ópt icos.(En este capítulo capítu lo est est udiaremos udi aremos

Óptic Ópti ca fís fí sica.- Se le llama ll ama también ópt óptica ica ondulator ondu latoria, ia, y s

estu estudi diar ar ciertos cierto s fenómenos de la óptica, ópt ica, teniendo teni endo en cuent leza ondulatoria.

NA TURALEZA DE LA LUZ NATURALEZA

Desde tiempo Des t iempos s muy remotos remot os,,la naturalez natur aleza a de la luz lu z fue uno des enigmas para el hombre; hoy en día se conocen varia respecto.


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Jorge Mendoza D

Teoría ría On Ondulato latori ria a

Explicación

Se fund fundamenta amenta en que qu e la luz est est á formada form ada por ondas.

En 1 900 se descubr descubrió ió un fenómeno fenó meno un cuerpo cargado de electricidad es nado,preferent pref erentement emente e con con luz lu z ult ul t ravio desprenden desprend en de él, él ,cargaseléctri eléct ricas casneg (electrones), a este fenómeno se le “Efecto fotoeléctrico” y sólo se puede car, si se admite que la luz no está fo por ond ondas as,, sino por corpúsculo corpúsculos s.

B.1) Teoría Mecánic Mecánica.a.- Enunciada por Cristiam Huygens, en el siglo XVII; apoyado un siglo después por Thomas Young y luego por Augustin Fresnel. “La luz es está formada formada por ondas ondas similar imilare esa las lasondas del del sonido, oni do, es es decir decir ondas ondas longit longitudi udinal nales es”. Sabemos que las ondas longitudinales son ondas mecánicas, y éstas siempre se propagan en un medio elástico, pero también se sabe que qu e la luz se prop pr opaga aga en el vacío vacío (y en el vacío vacío no hay ningún nin gún m medio). edio).

Conclusión: contradicción. Apareció Apareció entonces ent oncesla teoría electromagnéti electrom agnética ca..

En cierto modo un retorno a la corpusc corp uscul ular ar,, es así así que qu e P Planck lanck form fo rmul ul ría de los l os C Cuamt uamtons. ons.

D) Teoría ría Actual tual

En la l a act actualid ualidad ad se se consid considera era que luz lu z ti turaleza Dual, es decir que en alguno menos se comporta como corpúsculo otros como onda electromagnética. En realidad la investigación sobre la n leza de la luz no ha terminado. term inado.

PROPAGACIÓN PROPAGACIÓN Y VELOCIDAD DE L

En cierta época se supuso la existencia de un cuerpo elástico en los espacios transparentes; también se supuso que el vacío estaba conformado por éter (medio elástico).

B.2) Teoría Electromagnética.lectromagnética.- Formulada por James ames Maxwell Maxwell y comprobada comp robada experimentalexperim entalmente por Heinrich Hertz, en el siglo XIX. “Las ondas electromagnéticas experimentan

En un medio homogéneo, la luz se propag nea rect rect a y con velocidad constante constant e que en cío es igual a: v = (2,997 92 ± 0,000 03)× aproximadamente: 300 000 km/s.


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FOTOMETRÍA

Es la parte de la óptica que estudia las medidas prácticas de la luz.

Cuerpos Luminosos Son aquellos aquell os que ttienen ienen luz lu z propi pro pia. a.

Cuerpos Iluminados Ilumina dos Son aquellos que no tienen luz propia, pero refle jan la luz proveniente proveni ente de otros ot ros cuerpos. cuerpos.

CuerposTransparentes Transparent es

ω =

I=

A d2 ϕ ω

Unidad Unidad en el S.I S.I.. I S.I.

Candela (c (cd) ó bujía

ϕ

Lumen

Son aquellos aquell os que dejan d ejan pas p asar ar la luz l uz a travé tr avés s de su su masa masa y permit e ver los objetos obj etos que hay detrás det rás de él.

Iluminación (E)

Cuerpos Opacos

Se define como el flujo fluj o luminos lum inoso o irra irr a foco que incide i ncide sobre una unidad uni dad de á

Son aquellos que no dejan pasar la luz.

Cuerpos uerpos Traslucidos Son aquellos que dejan pasar la luz, pero no permiten mit en ver los objetos objet os que hay detrás detr ás..

E=

φ

A

Flujo Luminos uminoso o ( ϕ ) Es la medida de la energía que en forma de luz emite emit e un foco en cada cada unidad unid ad de tiempo, ti empo, la unidad unid ad se denomina “lumen” que se define como el flujo luminoso irradiado por una lámpara de luz verde de potencia igual a: 1/685 Watts. ϕ=

Energ nergííalumin osa osa

Leyesde la Ilumina Iluminacción Sign up to vote on this title

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1° La iluminación es inversamente pro Useful Not useful cuadrado de la distancia de la supe

2° La iluminación il uminación

directamente pro

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Caso Par Partiticcular: ular : si

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El fot ómetro ómet ro más con conocid ocido o es el el de “BUN “BUN está constituido por un regla graduada, dos y una pantalla pant alla móvil. móvil . Para determinar determin ar la int de uno un o de d e los focos,se mancha con aceite aceit e la lla para luego moverlo ya sea hacia atrás o adelante, hasta conseguir que la mancha s invis invi sible, ib le,en ese ese moment o se verá verá a la pant si nunca hubiese estado manchado, esto s que las iluminaciones son iguales.

α = 0° 0°

I d2

Unidad en el S.I. .I.

S.I.

E

I

Lux

cd

d m

Fotómetro Es todo aquel dispositivo que permite conocer la intens int ensid idad ad luminos lumin osa a de un foco fo co comparando comparando la iluilu minación que ocasiona con la iluminación provocada por otro foco de intensidad conocida.

I1 I = 22 2 d1 d2

REFLEXIÓN DE LA LUZ

Es aquel aquel fenómeno que consist consist e en el cambio de direcc dir ección ión que experimenta experiment a un rayo rayo de luz lu z (en un mismo medio) al incidir incidi r sobr sobre e una superfi uper ficie cie que le impide impi de cont continu inuar ar propagándos pro pagándose e cambi cambiando ando de dirección para contin continuar uar su su propagac p ropagación ión en el medio en el cual se se encont encontraba raba inicialmente. inicialment e.

B)

Difu ifusa (irre (irreg gular) lar)

Es cuando cuando la superficie superfi cie pres pr esenta enta irregu i rregu des o porosidades, en este caso, al em yos incidentes paralelos entre sí, esto bian de dirección obteniéndose rayos entre sí jados yavote no on son paralelos Signque up to this title

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CLASES CLA SES DE REFLEXIÓN REFLEXIÓN

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Normal.- Es aquella línea recta imagina-

Objeto.- Es aquel cuerpo, cuerpo ,a partir part ir del

ria perpendicular perpendi cular a la superf superficie icie en el punt o de incidencia. incidencia.

los lo s rayos lumi lu minosos nosos que qu e inciden incid en en el es siempre está en la zona real, la distanc será siempre positiva.

ángu lo forforD) Angul ngulo o de de Inc Inciden idenccia (i).- (i).- Esel ángulo mado entre ent re el el rayo incidente incident e y la normal.

E)


Angu ngulo de Reflex eflexió ión n (r).- (r).- Es el ángulo ángu lo forfor mado entre ent re el rayo rayo reflejado y la normal. nor mal.

Imagen.- Es la figura geométrica geomét rica obteni obt eni

te la intersección de los rayos reflejado longación de éstos, llamándose en el p real real y en el el segun segundo do virt vir t ual.

IMAGEN DE UN PUNTO EN UN PLANO

∧

∧

r

i

Para obtener la l a imagen de un pun puntt o, zar dos rayos incidentes y ver donde se rayos reflejados o sus prolongaciones.

LEYES DE LA REFLEXIÓN REGULAR

1° El rayo incidente, la normal y el rayo reflejado se encuent encuentran ran en un mis mi smo pla plano, no, el el cual cual esper- pendicular a la l a superficie superficie reflectan reflectante. te.

Método Mét odo práctico práctico

2° El valor del ángulo de incidencia incidencia es igual al valor del ángulo de refl reflex exión. ión. ∧

∧

i =r


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IMAGEN DE UNA FIGURA EN UN

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ESPEJO ESFÉRICO Es aquel cas casquete qu ete de d e esfera esfera cuya sup superf erf na o externa ext erna es reflectant refl ectante. e. Si la l a sup superf erficie icie t ant ante e es la int in t erna, el espej espejo o es cóncavo, si la superficie reflectante es la externa el es convexo.

ESPEJOS ANGULARES Es est est e tip t ipo o de d e espej espejos, os,el númer n úmero o de d e imágenes im ágenes depende del ángulo diedro que forman los espejos planos. t

Si:

180°

α

Número entero = Número

El número de imágenes “n” se calculará así: n=

t

Si:

180°

α

360 360 −1 α

Número o no entero entero = Númer

El número n úmero de imágene im ágenes s dependerá de la po pos sición del objeto.

Cóncavo

Convexo

ELEMENTOS DE UN ESPEJO ESFÉRI

A)

Centro entro de Curvatur urvaturaa (C).- (C).- Es el el cen la esfera esfera que orig or igin ina a al espej espejo. o.

B)

Radio adio de de Cu Curvatu rvatura ra (R). (R).- - Es el el radio r adio esfera esfera que da origen ori gen al espej espejo. o.

Ejemplo:

C)

Vérti rtice (V) (V).- Es el el cent centro ro geométr g eométr espejo.

D) EjeSign Prin rin cipal ipal ( l ).- Es la rect aque que pa up to vote on this title el vértice vérti ce y el centr centro o de curvatura. curvatu ra.  Useful  Not useful

E)

Foco Prin Princcipal ipal (F). (F).- - Es aaquel quel pun

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Óptica

Concavo

Convexo

CONSTRUCCIÓN DE IMÁGENES: MÉTODO GRÁFICO Para la obt ención de d e la imagen de un objeto obj eto situado sit uado frente f rente a un espejo espejo esférico esférico se empl emplea ean nb t res rayos, rayos,de llos os cuales, cuales, resul resultt an iind ndispensa ispensabl bles es sólo ól o dos d os de ellos; ell os; para est est o se traza t raza::

1° Un rayo rayo paralelo al eje princip pr incipal al que incide in cide en el espejo, espejo, se se refleja pasando pasando por p or el foco f oco pr 2° Un rayo rayo luminoso lumi noso que pasa pasa por el foco prin p rincipal cipal que qu e incide y se se refleja paralelamente paralelamente al ej 3° Un rayo rayo lumin lu minos oso o que q ue pasa pasa por el cent centro ro de d e curvatura el cual incide incid e y se se refleja sigu siguiend iend trayectoria.

EN UN ESPEJO CÓNCAVO Caso General

Caso A

Cuando el objet ob jeto o se encuent encuentre re m centro de curvatura, la imagen e vertida verti da y de menor tamaño que


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Caso D


Cuando el objeto está en el foco no se forma imagen porque los rayos no se cortan.

Caso E

Cuando el objeto está entre el foco espejo, la imagen es virtual derec más grande. grand e.

EN UN ESPEJO CÓNVEXO

Los espejos convexos producen imágenes v les, derechas y más pe ñas que el objet ob jeto. o.

Caso General

CONSTRUCCIÓN DE IMÁGENES: MÉTODO ANALÍTICO

A) Ecuación uación de Desc Descartes artes(focos (focos conjug Sign up to vote on this title

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+

q

=

f

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REFRACCIÓN DE LA LUZ

Es aquel fenómeno luminoso que consiste en el cambio de dirección que experimenta la luz al atravesar la superficie de separación de dos medios de diferente diferent e densid densidad. ad. Este fenómeno se explica de manera satisfactoria utiliza uti lizando ndo la l a teoría ondulatoria. ondulator ia.

ÍNDICE DE REFRACCIÓN DE U SUSTANCIA (n)

Es aquel valor valo r que qu e se se define defi ne como el coc velocidad de la luz en el vacío (o aire) dad de la luz en en un medio. m edio.

nmedio =

c v

Ejemplos:

OBSERVACIONES

t

En el agua: v = 225 000 km/s km/ s

− Si un rayo rayo de d e luz pasa pasa de un medio, medio,a otro otro más

dens den so,el rayo rayo refractado refract ado se acerca acerca a la normal. normal.

300000 ⇒ nagua = 225000

nagua = t

En el vacío: v = 300 000 km/s km/ s nvacío =

300 000 300000 ⇒ nvacío = 300000 300 000

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 Densidad Densidad II > Densidad Densidad I

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El índice índ ice de refracción nunca n unca puede s que la unidad, el mínimo valor que

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nI sen i = nII sen r

ANGULO LÍMITE (L) Cuando u un n rayo lumino lum inos so pas p asa a de un medio m edio dend enso a otro menos denso, el rayo refractado se aleja de la normal, de modo que si si el ángulo ángul o de incidenincid encia aument aumenta, a, hast hast a que llega un momento moment o en que q ue ángulo de refracción mida 90°y el rayo luminoso sale al ras de la l a sup superf erfici icie e de separación separación,, el ángulo ángu lo de incidencia que corresponde a esa refracción se llama ángulo ángulo límite. Densid Densidad ad (2) > Densidad (1)

L = arcs rcsen

n1 n2

Densid Densidad ad (2) > Densidad (1)

¿Por qué en días calientes se ve la calle co si estuviese mojada?

Est o es a consecuencia consecuencia de la reflexión refl exión t ot En la l a figura figu ra (a), (a), la luz del cielo llega l lega directam di rectam los lo s ojos oj os del obs ob servador (rayo I);pero la lu al suelo como la del rayo II, pasa de capas superiores más frías hacia las capas más ca (la densidad el aire air e calient calient e es mayor que qu e la dad del aire frío o menos meno s cali caliente); ente); el rayo lu so se va alejando de la normal hasta que menta reflexión total, de este modo la luz p a los ojos del observador como si viniera punto pun to bajo de d e la calle, calle, en dirección a la líne t eada como como en las figu fi guras ras a y b.


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B)

Dive iverge rgentes tes.- Cuando los borde

anchos que la parte central, se car hacer que los rayos paralelos al e que llegan a la lente se separen de manera que sus sus prolon pro lon-gaciones gaciones se se corten en un sólo punto.

PRISMA ÓPTICO Es aquella sustancia sustancia transparente limi l imitt ada por dos d os superficies uper ficies planasque se cort cort an formando form ando un ángulo diedro denominado ángulo del prisma (A); todo rayo luminoso que atraviesa un prisma, experiment a cierta desviación desviación que qu e result result a s ser er mínima cuando los ángulos de entrada y salida sean iguales.

φ = desviación desviación φ = d1 + d2

LENTES

Una lente lent e es t oda sus sustt ancia ancia trans t ransparente parente limi l imitt ada por dos superficies de las cuales por lo menos una de ellas el las debe ser ser esféri esférica. ca.

ELEMENTOS DE UNA LENTE  Sign up to vote on this title A) Centro Óptico tico (C o ).- Es el el cent  Useful  Not useful

co de la lente.

B)

C tros de C

aturas (C (C ,, C

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Jorge Mendoza D

384

F)

Distan istanccia fo focal (f). (f).- - Esla dis di st ancia de

principal pri ncipal a la lente, est est e valor valor se de na con con la l a ecuación ecuación del d el fabrica fabri cant nte e qu teriormente estudiaremos.

OBSERVACIONES Foco objeto (Fo).- Es el foco ubicado en el espacio espacio que contiene conti ene a all objet ob jeto. o. Foco imagen (Fi).- Es el foco ubicado en el espacio espacio que no contiene cont iene al al objet ob jeto. o. pu nto o en el cual conFoco principal (F).( F).- Es el punt curren los rayos refractados o las prolongaciones de los refractados que provienen de los rayos rayos incidentes incident es paralelos al al eje princip pr incipal al y que provienen del objeto, el foco principal puede est est ar ubicado en el foco fo co imagen o en el foco objeto.

− En las lentes, a diferencia de los espejo

zona en en qu que e est est á el el objet ob jeto o se llama ll ama z t ual, en en donde don de cualq cualquier uier dis di st ancia ancia tiene ti ene no negati n egativo; vo; la zona zona detrás det rás de la lent ma zona zona real y allí cualquier distancia t signo ign o pos p osititivo; ivo; la distancia objeto, obj eto, es es la t ancia ancia del obj o bjeto eto a la lente y a pesar pesar qu encuentra encuent ra en la zona zona virt vir t ual,siempre iemp re s con signo positivo. − En los l os espej espejos os,, la distanci d istancia a focal es la m del radio radi o de d e curvatura, curvat ura, en las l aslent es, es,es nunca nun ca sucede. sucede.

CONSTRUCCIÓN DE IMÁGENES: MÉTODO GRÁFICO Para la determi det erminación nación de d e la imagen de d e un objet ob jeto, o, se emplean empl ean básicament básicamente e 3 rayos rayos lumi lu minosos nosos,, de lo sólo ól o son ind i ndispensa ispensabl bles es 2 de ello el los s; est est os son son::

1° 2° 3°

Un rayo paralelo al eje pri p rincipal ncipal que q ue luego de atravesar atravesar la lente lent e y refractarse refractarse pasa pasa por el foco p Un ray r ayo o lumi l uminoso noso que pas p asa a por el cent centro ro ópt ó ptico ico y que q ue no se desvía desvía.. Un rayo luminoso dirigido hacia el foco no principal y que luego de atravesar la lente y refracta  propaga paralelo al eje principal. Sign up to vote on this title

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EN UNA LENTE CONVERGENTE

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Óptica

Caso A

Cuando el objeto está muy lejos, la imagen es real, casi puntual invertida y en F.

Caso B

Cuando el objeto está más all ble bl e de la l a distancia foca fo cal,l, la image invertid invert ida a y más más pequeña.

Caso C

Cuando el obj o bjeto eto est est á en 2F, la imagen, im agen, es real, invert inver t ida, id a,del mismo m ismo tamaño t amaño y en 2F.

Caso D

Cuando uand o el obj o bjet eto o está entre ent re F gen es real, invertida, de mayo y más lejos de 2F.


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Caso E

Cuando el objeto está en el foco principal, no se forma imagen, porque los ra-

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Caso F

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Cuando el objeto obj eto est est á ent entre re F la imagen es virt vir t ual, derecha y

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Jorge Mendoza D

386

EN UNA LENTE DIVERGENTE

Las lentes divergentes producen pro ducen imágenes vir derechas derechas y de menor que el el objeto. obj eto.

Caso General

CONSTRUCCIÓN DE IMÁGENES DE UNA LENTE: MÉTODO ANALÍTICO

B)

Ecuació ación nd del el Fabr Fabric icante ante 1 F n − nM I F 1 1 I = G G R − R J f H nM J K H 1 2 K

n = índice índi ce de refracción refracción de d e la lente lent e nM = índice índi ce de refracción refracción del d el medio R1 = radio radi o de d e la super superfificie cie más cerca cercana na al ob R2 = radio r adio de d e la super superfificie cie menos cercana cercana

C) f = dis distanc tancia ia foc focal ; O = tama tamaño ño ob obje jeto to I = tama tamaño ño image imagen n ; q = dis dista tanc ncia ia image imagen n p = dis d istancia tancia objeto objet o

Ecuació ación n de de Ne Newton wton 2 Sign up tof vote = on x ⋅this x title

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x1 = dis di stancia del objeto obj eto al foco objeto

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