COLEGIO NUEVO SAN LUIS GONZAGA “EDUCACION DE CALIDAD PARA EL DESARROLLO INTEGRAL CON ENFASIS EN HUMANIDADES, CIENCIAS, MATEMATICAS, E INGLES, APLICADAS A LA INVESTIGACIÓN Y PROYECTADA A LA EDUCACIÓN SUPERIOR” TALLER PARA EL DESARROLLO DE COMPETENCIAS
“Nunca consideres el estudio como una obligación, sino como una oportunidad para penetrar en el bello y maravilloso mundo del saber” IDENTIFICACIÓN AREA: C. NATURALES (FISICA) DIMENSION:____________ DIMENSION:_________________ _____ GRADO:11 CICLO______ PERIODO ___II__ N DE HORAS POR PERIODO_________ ESTUDIANTE_____________________________ ESTUDIANTE_______________ ___________________________ _________________ ____ VALOR: !USTICIA
COMPETENCIAS COMPETENCIAS COGNITIVAS: COGNITIVAS : Comprendo y argumento la teoría de la electrostática. Analizo las características y propiedades de la electrodinámica aplicada a la naturaleza. COMPETENCIAS PROCEDIMENTALES: ealizo lecturas, elaboro e interpreto grá!icos grá!icos y desarrollo laboratorios laboratorios para alcanzar las competencias cognitivas determinadas. Comparo las características de de los tipos de circuitos e"istentes COMPETENCIAS ACTITUDINALES: #igo las instrucciones dadas para el buen desarrollo de las clases: puntualidad, cumplimiento, buena actitud y relaciones interpersonales cordiales
$N#$%AN&A# #$'(N)* +$*)*
)A'N*#-C*: )e!ina los siguientes conceptos:
Carga elctrica
$lectrón
+rotón
Constante de coulomb
-abla de m/ltiplos y subm/ltiplos
Notación cientí!ica
+otencial elctrico
)i!erencia de potencial
ELECTROST"TICA +arte del capítulo de $lectricidad, 0ue estudia las cargas elctricas en e0uilibrio. N#$%&#'# '*+$&+# - '# #$&# -oda la materia está compuesta por átomos. +ara los !ines de nuestro estudio, consideramos sólo dos elementos del átomo: +rotones, 0ue están en el n/cleo, y electrones, en sus cercanías. 1tomo N$(-* elctricamente: N/mero de electrones 2 N/mero de protones. 1tomo CA'A)* elctricamente: N/mero de electrones 3 N/mero de protones. *N +*#-4* 5CA'A +*#-4A6: 1tomo con de!iciencia de electrones. 576 ∠ N deproton Nºdeelectrones
*N N$'A-4* 5CA'A N$'A-4A6: 1tomo con e"ceso de electrones. 586 ∠ Nºdeelectro Nºdeprotones
CARGA EL/CTRICA (0) 4alor cuantitativo del e"ceso o de!ecto de electrones y su distribución. 9+*-AN-$: -oda carga elctrica en el universo es m/ltiplo de la carga del electrón.
Carga deuncuerpo C arg adelelectr ón
Q e
= Nºente
= N
e 2 carga del electrón
N 2 n/mero entero LEY DE CONSERVACIÓN DE LA CARGA EL/CTRICA os electrones se 'ANAN o se +$)$N, pero no desaparecen. $sto 0uiere decir 0ue si un cuerpo pierde “"” electrones, otro u otros cuerpos ;an ganado “"” electrones. ELECTRIZACIÓN DE LOS CUERPOS
- - - - - - -
A
B
- - -
+ + +
A
A
B
-
- - -
B
- - -
-
+ + + + + +
- - -
-
-
A
-
B
+ + +
+ + +
-
-
B
+ + +
A
+ + +
-
+ + +
-
+ + +
A
+ + +
B
+ + +
+ + +
-
A
B
A
B
A
B
LEY CUALITATIVA DE LAS CARGAS EL/CTRICAS ( ACCIONES ENTRE CARGAS) ”Cargas de signos iguales se repelen, y cargas de signos di!erentes se atraen”
C) Electrización por inducción.•
#e logra cuando un cuerpo, elctricamente neutro 5inducido6, es sometido al campo de acción elctrica de un cuerpo cargado 5inductor6. )e esta manera el cuerpo se polariza> es decir, el primero acomoda la posición de sus electrones en sus átomos, de acuerdo a la carga del segundo.
•
#i se conecta a -ierra, cuando está ba?o el e!ecto de la inducción, luego se anula esta cone"ión, y !inalmente se ale?a del inductor, el cuerpo 0ueda cargado.
ACTIVIDAD N 1 esponda y ?usti!i0ue: @. as es!eras metálicas 0ue se muestran en la !igura se cargan con @C cada una. a balanza se e0uilibra al situar el contrapeso a una distancia " del e?e
#e pone una tercera es!era a una distancia d por deba?o de a es!era A y cargada con =C. +ara e0uilibrarla balanza se debe
A. agregar carga positiva a la es!era A B. mover la es!era B ;acia aba?o C. mover el contrapeso a la derec;a ). mover el contrapeso a la iz0uierda
. )os es!eras 5@ y 6 con cargas iguales se encuentran sobre una super!icie lisa no conductora y están atadas a un ;ilo no conductor. a es!era @ está !i?a a la super!icie. Al cortar el ;ilo, la grá!ica de aceleración contra " de la es!era es
. #e tienen dos barras A y B en contacto, apoyadas sobre soportes aislantes como se muestra en la !igura. a barra A es metálica y la B es de vidrio. Ambas se ponen en contacto con una barra cargada C. )espus de un momento se retira la barra C. +osteriormente se acercan dos pndulos de es!eras conductoras neutras, una en cada e"tremo de este monta?e. a a!irmación 0ue me?or describe la posición 0ue adoptarán los pndulos despus de retirar la barra C es: A. el pndulo pró"imo a la barra A se ale?a al igual 0ue lo ;ace el otro pndulo de la barra B B. el pndulo pró"imo a la barra A se acerca al igual 0ue lo ;ace el otro pndulo a la barra B C. el pndulo pró"imo a la barra A se acerca a ella y el pndulo pró"imo a la barra B se mantiene vertical ). el pndulo pró"imo a la barra A se mantiene vertical y el pndulo pró"imo a la barra B se acerca D. (n camarógra!o a!icionado !ilmó el momento en el 0ue se producían dos descargas elctricas entre tres es!eras cargadas su?etas en el aire por ;ilos no conductores. a !igura muestra un es0uema apro"imado de lo 0ue sucedió, indicando la dirección de la descarga. )e lo anterior es correcto a!irmar 0ue inmediatamente antes de la descarga, las es!eras
A. y estaban cargadas positivamente B. y @ estaban cargadas positivamente C. y @ estaban cargadas positivamente ). estaban cargadas positivamente
LEY CUANTITATIVA DE LAS CARGASELECTRICAS (LEY DE COULOM2) “as !uerzas de atracción y repulsión entre dos cargas elctricas son directamente proporcionales al producto de dic;as cargas e .+. proporcionales al cuadrado de la distancia entre ellas”. #i las cargas o cantidades de electricidad son E@ y E, la distancia es “d”, la !uerza electrostática < entre dic;as cargas es: Q1 F1
Q2
+
F2
+ d
F 1 = F 2 = F
F = K e
Q1.Q2 d 2
)onde Fe, es un !actor de proporcionalidad 0ue depende de las unidades y del medio. 1
Fe 2
4π ∈o
>
ƐG 2H,HI"@G=@C.m JN dina.cm
5C2 coulomb, unidad de carga6>
2
ueq 2
#istema C'#: Fe 2 @
5ue0 2 unidad electrostática de carga6
N 2 .m 2 2
#istema 9F#:
Fe 2 H,KHLD"@GK Nm JC 2 K"@GK
C
UNIDADES DE CARGA ELECTRICA Carga !undamental 2 carga del electrón 1) $n el sistema 9F#, ##-$9A '*' * N-$NAC*NA, la unidad de carga es el coulomb o coulombio 5C6. 5#6.@C 2 M,D"@G@H electrones. $l C, es la carga 0ue colocada, en el vacío, a una distancia de @ m, de otra igual, la repele con una !uerza de K"@GK N. 3) $n el sistema C'#, ##-$9A $$C-*#-1-C* 5uee6, es la unidad electrostática de carga 5ue06, !ranlin o statcoulomb 5#-C6. $l ue0 es a0uella carga 0ue colocada en el vacío, a un metro de otra igual, se 1C = 3.109 ueq
repelen con una !uerza de una dina. PRINCIPIO DE SUPERPOSICIÓN a !uerza resultante sobre una carga “E@”, debido a la acción de varias cargas E, E, O, En> es la suma vectorial de dic;as !uerzas. ur
F 1,2
u r
F 1,3 Q1
+
+
Q2
u r
F 1,4
─
Q4
+
Q3
R = F 1 + F 2 + F 3
$P$9+*: )os cuerpos tienen cargas elctricas de @C cada uno. #i están a una distancia de m, en el vacío, calcular la !uerza electrostática con la 0ue se repelen. #olución E@ 2 @C
E 2 @C
d 2 m
Fe 2 K"@GK N.mJC F = K e
F
=
Q1 .Q2
< 2Q
9.109
2
d
N .m 2 1C .1C . C 2 (2m) 2
<2 9
2,25.10 N
Otros conceptos…….
$lectrones libres.= $lectrones 0ue no están ligados, o muy dbilmente ligados al átomo. Clases de sustancias, por sus propiedades elctricas Conductor: #ustancia con muc;os electrones libres. $?emplos: -odos los metales. Aislador: #ustancia con muy pocos electrones libres. $?emplos: Cauc;o, papel seco, azu!re, plástico, madera seca, vidrio, porcelana, etc.
ACTIVIDAD NO 3 @. )os cargas puntuales de I " @G =M C están separadas G,G@ m. REu !uerza se e?erce sobre cada una de ellasQ. p: .IG N ,en la línea 0ue une las cargas . . #upongamos dos es!eras de @G Fg y @G C separadas una distancia de @ metro. )etermina la !uerza gravitatoria y la !uerza elctrica entre las es!eras. Compara ambas !uerzas. #ol.: MSML.@G=K N y K.@G@@ N > <$ J <' 2 @SI.@GG . )os es!eras, cJu con una carga de μ C, están separadas por G mm RCuál es la !uerza de repulsión entre ellosQ D. )os cargas elctricas se encuentran en el vacío. (na de ellas, de 7 TC, se encuentra en el punto 5UI,G6, y la otra, de 8 MTC, en el punto 5I,G6, donde las distancias están e"presadas en centímetros. Calcula la !uerza elctrica sobre una tercera carga de 7 TC 0ue se sit/a en el punto 5D,G6. #ol.: @MM.L N I. )os cargas puntuales iguales de 7 TC se encuentran en el vacío en los puntos 5,G6 y 5G,6 respectivamente. Calcula la !uerza total sobre una carga de 8 TC situada en el origen de coordenadas. as distancias están e"presadas
en centímetros. #ol.: MGi7MG? N M. -res cargas puntuales iguales de @ " @G = M C están colocadas en los vrtices de un triángulo e0uilátero de @G cm. )e lado. Calcular la !uerza 0ue act/a sobre cada carga. p : < 2 D,L N . $n la dirección de la bisectriz de cada ángulo y ;acia el e"terior del triángulo. L. (na carga E@ 2 =mC está situada en el punto A5=,M6 de un sistema de e?es. *tra carga E 2 @mC está en el punto B5=,=D6. )eterminar el vector !uerza elctrica total 0ue actuará sobre una tercera carga 0 2 =G,I mC situada en el origen de coordenadas. H. (na carga de @ µC y otra de 8,I µC están separadas G,@ m. Vallar los lugares en 0ue puede colocarse una tercera carga para 0ue la !uerza resultante sobre ella sea nula. J : #ólo e"iste un punto , situado en la línea 0ue une las cargas ;acia el e"terior del trazo 0ue las une , a G,@L m de la carga de @ µ C .
CAMPO EL/CTRICO $s el espacio en las inmediaciones de una carga elctrica, en el cual se mani!iestan las acciones elctricas de sta. $l campo elctrico es representado mediante líneas de !uerza. as líneas de !uerza son las trayectorias 0ue describen las cargas elctricas positivas o cargas de prueba, abandonadas en el campo. $l con?unto de líneas de !uerza !orma el espectro electrostático. CA'A# N)4)(A$# A#A)A#
+
+A$PA# )$ CA'A#
-
-
+
+
+
INTENSIDAD DEL CAMPO EL/CTRICO (E) $s la !uerza 0ue en un determinado punto, el campo e?erce sobre la carga elctrica unitaria y positiva. a intensidad del campo es una magnitud vectorial.
E x
=
K e
F x
K e
Q.q d x2
Q
d x2 q
q
$" 2
E x = K e
Q.q
2 Fe
Q d x2
<" 2
INTENSIDAD DE CAMPO PARA UN SISTEMA DE CARGAS +NC+* )$ #(+$+*#CWN )$ CA9+*#
d x2
$n +:
E ( P ) =
$+ 2 $@ 7 $ 7 $
( ∑ E x ) 2 + ( ∑ E y ) 2
CAMPO CREADO POR UNA ESFERA CONDUCTORA CARGADA
as cargas de un cuerpo electrizado se ubican en su super!icie e"terior, ;aciendo nulo el campo en su interior> por lo 0ue el campo e"iste solamente desde su super!icie ;acia !uera. #i el cuerpo es una es!era, su campo se determina como si la carga total estuviera ubicada en el centro. )e lo anterior deducimos 0ue el campo e"iste para: d ≥ R
5 2 radio de la es!era> d 2 distancia de un punto e"terior al centro de la es!era6. (N)A)$# )$ CA9+* $XC-C*: E =
#istema C'#:
F q
⇒
dina
E =
ueq
F q
⇒
N C
#istema 9F#:
$P$9+*# @6 (n cuerpo cargado elctricamente con G ue0, tiene un peso de @ g. Cae con una aceleración de M mJs. Calcular la intensidad del campo elctrico en el cual cae.
#olución a=
∑ F ⇒ m
∑ F = ma → (1)
$n el sistema C'#: Z 2 @" HHG dyn
+ero: Y< 2 Z =
a 2 MGGcmJs
E =
$n 5@6: q
=
Z 8 $.0 2 ma
$2
q
980dyn − 1g.600cm / s 2 20ueq
980dyn − 600 dyn
→ ( 2)
W − ma
0 2 G ue> $ 2 Q
$n 56:
+or lo 0ue> Y< 2 Z 8 $.0
W − ma
m 2 @ g>
20ueq
19dyn / ueq → (2)
6 Calcular la intensidad del campo en el centro del cuadrado.
E@ 2 MD ue0
E 2 @H ue0
E 2 ue0
ED 2 KM ue0
S'%+45
( ∑ E x ) 2 + ( ∑ E y ) 2
E 0 2
→ (1)
Y$" 2 5$@6" 7 5$6" 7 5$6" 7 5$D6"
E 1
E 2
=
K .Q1 (d 1 )
=
2
K .Q1 (d 2 )
E 3
=
E 4
=
2
K .Q3 (d 3 ) 2
K .Q4 (d 4 )
2
=
1.64
=
32 =
1.128
2dyn / ueq
Y$y 2 5$@6y 7 5$6y 75$6y 7 5$D6y =
32
=
1.32 32
=
1.96 32
2 G 7 D 7G7 2 L dynJue0
4dyn / ueq
2 = 7G 7 @ 7 G 2 =@ dynJue0 = 1dyn / ueq
=
E 0 =
( 7)
2
2
+ ( − 1) =
50
$n 5@6:
3dyn / ueq
5 2dyn / ueq
2
CAMPO EL/CTRICO UNIFORME Y ESTACIONARIO (n campo elctrico es (N<*9$ y $#-AC*NA* si el valor de “$” es constante en el espacio y el tiempo. #e representa por medio de líneas de !uerza paralelas y a la misma distancia. +ara los puntos cuales0uiera A, B y C, del campo, se tiene: $A 2 $B 2 $C ACTIVIDAD N 6 @6 (na carga de 7 μ C colocada en un campo elctrico e"perimenta una !uerza de H"@G=D N. RCuál es la magnitud de la intensidad del campo elctricoQ 6 #e determina 0ue la intensidad del campo elctrico en un punto en el espacio es de I"@GI NJC orientado ;acia occidente. RCuál es la magnitud y dirección de la !uerza sobre una carga de =D μ C colocada en ese puntoQ 6 $ncuntrese la intensidad del campo elctrico a una distancia de DGmm a partir de una carga puntual de InC D6 $ntre placas ;orizontales ;ay un campo elctrico uni!orme de H"@G=D NJC. la placa superior esta cargada positivamente y la placa in!erior está cargada negativamente. RCuál es la magnitud y la dirección de la !uerza e?ercida en un electrón 0ue pasa a travs de estas placasQ I6 RA 0u distancia de una carga puntual de HGnC se tendrá una intensidad de campo igual a IGGGNJCQ M6 )etermínese la intensidad del campo elctrico en el punto medio entre cargas de 7DGnC y 7HG nC. as cargas están separadas LGmm en aire.
L6 (na carga de =G
μ
C se coloca ;orizontalmente a una distancia de IGmm
a la derec;a de una carga de DK μ C RCuál es la intensidad de campo elctrico resultante, en un punto directamente por encima de la carga de =G μ C y a una distancia de DmmQ POTENCIAL EL/CTRICO (V) $l potencial elctrico 546, en un punto de un campo elctrico, está dado por el traba?o 0ue tiene 0ue realizar un agente e"terno, sobre la carga elctrica de prueba, para trasladarla, en e0uilibrio, desde el in!inito ;asta el punto considerado. -ambin es considerado como el traba?o 0ue tiene 0ue realizar el campo, para trasladar dic;a carga, desde sus inmediaciones, ;asta el punto considerado. $l potencial elctrico es una magnitud escalar, positivo o negativa, para el campo de una carga positiva o negativa.
V x
=
W ∞
→ x
q
→ )e!inición
V x
=
K .q d x → 4alor
del potencial en el punto “"”
[ $l traba?o realizado por el campo, para colocar la carga en un punto +, de l, depende del potencial 4+, tal 0ue: W P C
=
q.V P
UNIDADES DE POTENCIAL
Sistema CGS: W q
⇒ V =
ergio ueq
= uev = statvoltio
42
> uev 2 unidad electrostática de potencial
Sistema MKS: joule
42
C
1 J
= voltio(V )
1uev = 300 voltio
>
@4 2
C
=
10 7 erg
C
=
1 300
uev
DIFERENCIA DE POTENCIAL O TENSIÓN EL/CTRICA a di!erencia de potencial entre dos puntos, en un campo elctrico, está dada por el traba?o 0ue se tiene 0ue realizar sobre la carga elctrica de prueba, para trasladarla, en e0uilibrio, entre dic;os puntos.
W !
⇒
W xy
q
q
= ∆V
4A 8 4B 2 W !C → = (V! − V )q → (tra"ajo hecho por el campo)
W E → ! = (V! − V )q → (tra"ajo hecho por el agente externo)
+or consiguiente:
W !C → = −W ! E →
E!AC"#$ E$%E CAM&' ( &'%E$C"A! +ara dos puntos A y B de un campo elctrico uni!orme, la di!erencia de potencial entre los puntos A y B es igual al valor del campo multiplicado por la distancia entre las perpendiculares al campo, 0ue pasan por dic;os puntos. Así: (+
(!
(+
(!
B
(+
(!
(+
(!
(+
(!
A
(+
(! " d
ACTIVIDAD N 7
4A 8 4B 2 $.d
@\ (n e0uipo de sonido está conectado a una toma de electricidad de @@G v durante media ;ora. 5a6 REu signi!ica !ísicamente, toma de electricidad de @@G vQ 5b6 RCuál es la carga total 0ue atraviesa el e0uipo si en cada segundo pasa una carga de @ C. 5c6 REu traba?o realiza el campo $lctrico durante este tiempoQ \ a intensidad del campo elctrico entre dos placas paralelas es de ,I " @G NJC. Calcula la di!erencia de potencial entre los puntos A y B.
\ Calcular el potencial y el campo elctrico en el punto A y en el punto B, si E@ 2 " @G 8D C y E 2 8 D " @G 8D C
D\ Calcular la di!erencia de potencial entre los puntos A y B mostrados en la !igura si E 2 I " @G 8I C, rA 2 D cm y r B 2 M cm.
I\ )eterminar para la con!iguración mostrada en la !igura el punto o puntos para los cuales el potencial elctrico es nulo si 0 @ 2 " @G 8I C y 0 2 8 D " @G 8I C.
COMPETENCIAS
!UICIO VALORATIVO
FECHA
FIRMA DEL FIRMA DEL DOCENTE
INTERP
ARGUM
PROPOSI
Referencias
Serway. Física. Editorial McGraw-Hill (1992) Tipler P. A.
Física.
Editorial Revert (199!).
Alo"#o M. y $i"" E. %.
Física.
Editorial Addi#o"-&e#ley '"teraerica"a (199).
ACUDIENTE8 EDUCADOR
