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- 1. Nombres y Apellidosdel Estudiante: Grado: SEXTO Periodo: PRIMERO Docente: Duración: 18 HORAS Área: CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL Asignatura: FISICA DBA: 1. Comprende cómo los cuerpos pueden ser cargados eléctricamente asociando esta carga a efectos de atracción y repulsión. INDICADORES DE COMPETENCIA: Identifica si los cuerpos tienen cargas iguales o contrarias a partir de los efectos de atracción o repulsión que se producen. v EJES TEMÁTICOS: 1. LA ELECTRICIDAD 1.1 Definición 1.2 Clases de electricidad 1.3 Historia de la electricidad 1.4 Fuerzas entre cargas eléctricas 1.5 Detección de la carga eléctrica 1.6 Conservación de la carga eléctrica 1.7 Conductores aislantes eléctricos 1.8 Electrización de los objetos MOMENTO DE REFLEXIÓN “Hay una fuerza motriz más poderosa que el vapor, la electricidad y la energía atómica: la voluntad” Albert Einstein ORIENTACIONES Las orientaciones y metodología a seguir para el desarrollo de la guía son: 1. L eer la guíadetenidamente 2. Explicación por parte del docente sobre el tema a desarrollar en cada clase, lo cual permitirá al estudiante afianzar preconceptos y entender mejor el tema. 3. Los estudiantes se organizan en binas para hacer la lectura del tema a trabajar, fomentando así la comprensión de lectura y a la vez facilitar el desarrollo de las actividades de apropiación. 4. Para la evaluación de esta guía se tiene en cuenta la participación, responsabilidad, puntualidad y sana convivencia. 4. Desarrollo de las actividades de apropiación y socialización, revisión del glosario, sustentación de compromisos y evaluaciones escritas. EXPLORACIÓN Observa la siguiente imagen y comenta con tus compañeros Responde: 1. Mencione las escenas que te parecen que tiene un riesgo eléctrico y explique por qué? 2. Escribe cómo se podría evitar cada riesgo? 3. Si estás mojado por qué no se debe tener contacto con la electricidad? 4. ¿Por qué el agua es un buen conductor de electricidad? 5. Ahora intenta explicar las razones de las siguientes precauciones: a) No coloques cuerdas eléctricas debajo de los tapetes. b) Es mejor no tocar electrodomésticos o alambres cuando hay rayos durante las tormentas. c) Es mejor no utilizar el teléfono cuando hay rayos durante las tormentas. En casa puedes entrar al siguiente link y realizar el juego de Peligrosocultos: http://www.edenorchicos.com.ar/edenorchicos/jsp/paginas/peligros.jsp CONCEPTUALIZACIÓN
- 2. 1. ELECTRICIDAD 1.1.DEFINICIÓN La electricidades un conjunto de fenómenos producidos por el movimiento y la interacción entre cargas eléctricas positivas y negativas de los cuerpos. Es también la rama de la Física que estudia este tipo de fenómenos eléctricos. Comúnmente se habla de electricidad para referirse a la corriente eléctrica. Procede del latín electrum y a su vez del griego ήλεκτρον (élektron, ‘ámbar’). Desde los inicios de la humanidad, los fenómenos eléctricos han sido objeto de investigación. Por ejemplo el rayo ha sido uno de los fenómenos que más han llamado la atención de los investigadores. Los fenómenos eléctricos se explican a partir del comportamiento de las cargas eléctricas. 1.2 CLASES DE ELECTRICIDAD Existen varias clases de electricidad como electricidad Inducida, electricidad Generada, electricidad Natural (rayos), electricidad almacenada (baterías), electricidad estática, electricidad alterna y electricidad continua. Veamos algunas: ELECTRICIDAD ESTATICA: es un fenómeno que surge en un cuerpo que posee cargas eléctricas en reposo. Normalmente los cuerpos son neutros (mismo número de cargas positivas y negativas), pero cuando se electrizan pueden adquirir una carga eléctrica positiva o negativa. Una de las formas de conseguir electricidad estática es a través del frotamiento. Por ejemplo: al frotar un bolígrafo con un trapo, los electrones son arrancados del trapo y pasan al bolígrafo quedando cargado negativamente. Si acercamos luego el bolígrafo cargado a un trocito de papel, los electrones del extremo del papel más próximos al bolígrafo son repelidos al lado contrario, con lo que dicho extremo queda cargado positivamente. El proceso por el que un cuerpo adquiere una carga se llama inducción electrostática. Los cuerpos con carga eléctrica del mismo tipo se repelen y los de distinto tipo se atraen. Algunos ejemplos de materiales con tendencia a perder electrones son el algodón, el vidrio y la lana. Algunos materiales con tendencia a captar electrones son los metales como la plata, el oro y el cobre. Funciones: La electricidad estática crea un campo eléctrico alrededor del objeto cargado. Si la carga estática se produce entre dos elementos con poca separación, tenemos un capacitor, o capacitancia, las cuales se usan para construir aparatos electrónicos de diverso tipo. ELECTRICIDAD DINÁMICA: es la producida por una fuente permanente de electricidad que provoca la circulación permanente de electrones a través de un conductor. Estas fuentes permanentes de electricidad pueden ser químicas o electromecánicas. Un ejemplo de electricidad dinámica es la que existe en un circuito eléctrico que utiliza como fuente de electricidad una pila o una dínamo. 1.1 LA CARGA ELECTRICA La carga eléctrica es una propiedad de la materia que permite cuantificar la pérdida o ganancia de electrones. La carga eléctrica puede clasificarse como carga eléctrica positiva (protones) y carga eléctrica negativa (electrones). Aunque son idénticas en valor absoluto. Robert Millikan, en 1909 pudo medir el valor de dicha carga, simbolizado con la letra e, estableciendo que: e = 1.602 · 10-19 culombios. Para denominar la carga se utiliza la letra Q y para su unidad la C. Ejemplo: Q = 5 C. Los fenómenos eléctricos se atribuyen a la separación de las cargas eléctricas del átomo y su movimiento. Por esta razón el concepto de carga eléctrica es la base para definir los fenómenos eléctricos. Has experimentado que al pasar el brazo cerca de la pantalla del televisor inmediatamente después de apagarlo, el vello de los brazos es atraído por la pantalla por efecto de electrización, en este tema nos ocuparemos de estudiar fenómenos que se explican por el comportamiento de las cargas eléctricas. 1.1.1 Propiedades de la carga eléctrica 1. Dado que la materia se compone de protones y electrones, y su carga es e, podemos deducir que la carga eléctrica es una magnitud cuantizada, o lo que es lo mismo, la carga eléctrica de cualquier cuerpo es siempre un múltiplo del valor de e.
- 3. 2. En cualquiercaso, la carga eléctrica de un cuerpo se dice que es: • Negativa, cuando tiene más electrones que protones. • Positiva, cuando tiene menos electrones que protones. • Neutra, cuando tiene igual número de electrones que de protones. 3. En cualquier fenómeno físico, la carga del sistema que estemos estudiando es idéntica antes y después de que ocurra el fenómeno físico, aunque se encuentre distribuida de otra forma. Esto constituye lo que se conoce como el principio de conservación de la carga: La carga ni se crea ni se destruye ya que su valor permanece constante. 4. Las cargas pueden circular libremente por la superficie de determinados cuerpos. Aquellos que permiten dicho movimiento reciben el nombre conductores y aquellos que no lo permiten se denominan aislantes. 5. La fuerza de atracción o repulsión entre dos cargas, tal y como establece la ley de Coulomb, depende del inverso del cuadrado de la distancia que los separa. 1.3 HISTORIA DE LA ELECTRICIDAD Cuando TALES DE MILETO (siglo VI a.C.) frotó una barra de ámbar con lana, provoco sin saberlo, que se produjera transferencia de carga eléctrica y que los cuerpos utilizados se electrizaran. En el siglo XVI, el inglés WILLIAM GILBERT (1544-1603) denominó eléctricos a los materiales como el vidrio que, después de ser frotados con otros materiales, adquierían la propiedad de atraer pequeños objetos, a este fenómeno lo llamó electricidad. El nombre proviene de la palabra griega elektron que significa ámbar. A partir de varios experimentos con otros cuerpos se descubrió que hay muchas sustancias en la naturaleza que presentan las mismas propiedades del ámbar. En el siglo XVIII, el científico francés CHARLES FRANCOIS DU FAY (1698-1739) publicó el resultado de sus experiencias sobre la electrización de los cuerpos. Según este científico, existen dos tipos de electricidad: la generada cuando se frota con seda una barra de vidrio, a la que llamó vítrea, y la generada al frotar con piel o lana una barra de ebonita, a la que se denominó resinosa. Diez años más tarde, el estadounidense BENJAMIN FRANKLIN (1706-1790), sin conocer los resultados del trabajo de DU FAY, llamo positiva a la carga de la barra de vidrio y negativa a la carga de ebonitafrotada. Cuando un cuerpo se electriza, adquiere la propiedad de ejercer fuerza a distancia sobre otros cuerpos. Esta fuerza se denomina fuerza eléctrica. Cuando dos cuerpos cargados eléctricamente interactúan, la fuerza ejercida depende del tipo de carga eléctrica de cada uno de ellos. Cuando los objetos tienen carga de un mismo signo se repelen y cuando los objetos tienen carga de diferente signo se atraen. 1.4 FUERZAS ENTRE CARGAS ELÉCTRICAS Dos esferas cargadas positivamente se repelen. Esta repulsión se debe a las fuerzas que actúan entre esferas y se representan mediante flechas, que son segmentos de recta dirigidas que se llaman vectores; de la misma manera dos esferas cargadas negativamente ejercen entre si fuerzas de repulsión. En cambio, dos esferas cargadas, una de ellas negativamente y la otra positivamente ejercen entre si fuerzas de atracción. La naturaleza atómica de la materia explica el comportamiento eléctrico de la materia. Demócrito, en la antigua Grecia (460- 370 a.C.), propuso que la materia estaba compuesta de partículas indivisibles a las que llamó átomos. El modelo atómico actual presenta al átomo compuesto por un núcleo con protones de carga positiva (+) y por neutrones con carga neutra. Alrededor del núcleo giran los electrones con carga negativa (-). El átomo es eléctricamente neutro, lo que significa que tiene el mismo número de electrones que de protones.
- 4. Cuando se tomauna barra de plástico y un trozo de lana inicialmente neutros, y se frotan, se genera electrización por frotamiento, en este caso la barra de plástico adquiere carga negativa, lo cual significa que la barra gana electrones y la lana cede los electrones. Al frotar una barra de vidrio con un trozo de seda, inicialmente neutros, se produce transferencia de carga eléctrica; la barra de vidrio cede electrones a la seda y, en consecuencia, la barra queda cargada positivamente mientras la seda queda cargada negativamente. Es importante notar que en el proceso de electrización de los objetos se produce únicamente transferencia de electrones. Los cuerpos que quedan con mayor número de electrones que de protones adquieren carga eléctrica negativa, en tanto, que los objetos que quedan con menor número de electrones que de protones adquieren carga eléctrica positiva. 1.5 DETECCIÓN DE LA CARGA ELÉCTRICA El electroscopio es un instrumento que nos permite detectar si un cuerpo está cargado eléctricamente. Las láminas del electroscopio se separan cuando se acerca un cuerpo cargado negativamente o positivamente. Por esta razón el electroscopio permite detectar si un cuerpo está cargado eléctricamente sin embargo, no permite identificar el signo de la carga eléctrica del objeto que se acerca. 1.6 CONSERVACIÓN DE LA CARGA ELÉCTRICA Cuando se produce el fenómeno de electrización de los cuerpos, es decir cuando un cuerpo gana o pierda electrones, las cargas ni se crean ni se destruyen; simplemente se desplazan de un cuerpo hacia el otro. El número total de cargas positivas y de cargas negativas siempre será el mismo, es decir, la carga eléctrica siempre se conserva. No pueden crearse cargas eléctricas de la nada. En los cambios químicos, por ejemplo la ley de la conservación de la carga nos indica que si un átomo pierde electrones convirtiéndose en un ion positivo, entonces otro átomo o molécula gana electrones convirtiéndose en un ion negativo, entonces otro átomo o molécula pierde electrones. 1.7 CONDUCTORES Y AISLANTES ELÉCTRICOS 1.7.1 Conductores eléctricos: Se define un conductor eléctrico a aquel material que en el momento en el cual se pone en contacto con un cuerpo cargado eléctricamente, trasmite la electricidad a todos los puntos de su superficie. Los conductores eléctricos son elementos que contienen electrones libres en su interior por lo que facilitan el desplazamiento de las cargas en el material. Los mejores conductores eléctricos son los metales como el aluminio, el hierro, el cobre, la plata y el oro, entre otros y sus aleaciones, aunque existen materiales no metales que tienen la propiedad de conducción de la electricidad, un ejemplo de esto es el grafito y la soluciones salinas. Si se coloca una varilla metálica sobre un corcho y cerca de uno de sus extremos se coloca una esfera cargada negativamente, mientras en el otro extremo de la varilla se hace contacto con una barra cargada negativamente, se observa que la esfera es repelida por la varilla, esto muestra que a través de la varilla se produce desplazamiento de las cargas. El comportamiento eléctrico de los metales se explica por la teoría atómica que ilustra el libre desplazamiento de los electrones a lo largo de estos materiales. 1.7.2 Aislante eléctrico es un material con escasa capacidad de conducción de la electricidad, utilizado para separar conductores eléctricos evitando un corto circuito y para mantener alejadas del usuario determinadas partes de los sistemas eléctricos que de tocarse accidentalmente cuando se encuentran en tensión pueden producir unadescarga.
- 5. Si en lugarde la varilla metálica se utiliza una de plástica, al hacer contacto con una barra cargada negativamente, no se observa ningún efecto sobre la pequeña esfera cargada. Esto sugiere que en materiales como el plástico o el vidrio, los electrones no se pueden desplazar libremente. A materiales como estos se les llama aislantes, no conductores o dieléctricos. 1.8 ELECTRIZACIÓN DE LOS OBJETOS Los objetos se pueden electrizar de tres maneras: por frotamiento, por contacto y por inducción. 1.8.1 Electrización por frotamiento: Un cuerpo aislante se carga cuando su superficie se frota con otra, Ejemplo: una barra de vidrio se carga positivamente cuando se frota con seda. En este caso hay transferencia de electrones de tal manera que el objeto, adquiere carga positiva, la barra, queda con déficit de electrones, mientras que la seda, queda con exceso de electrones y, en consecuencia, adquiere carga negativa. 1.8.2 Carga por contacto: Cuando se pone en contacto un cuerpo cargado eléctricamente con un cuerpo neutro, se produce electrización por contacto. El cuerpo, inicialmente neutro, adquiere carga del mismo signo que la del objeto cargado. Ejemplo: cuando se toca una pequeña esfera metálica con una barra cargada positivamente, la esfera adquiere carga positiva. 1.8.3 Carga por inducción: Se produce cuando a un objeto sin carga se acerca, sin hacer contacto directo, un cuerpo cargado eléctricamente. Esto provoca una redistribución de cargas eléctricas en el cuerpo inicialmente neutro, el cual adquiere una carga de signo contrario de la carga que posee el cuerpo inicialmente cargado. Se puede cargar un electroscopio por inducción de la siguiente manera: Primero se acerca una barra con carga negativa al electroscopio sin tocarlo, entonces las laminillas del electroscopio se separan, puesto que en la esfera del electroscopio se acumulan cargas positivas y en las laminillas se acumula carga negativa. Luego se tocan las laminillas del electroscopio con el dedo durante un instante para que las cargas eléctricas negativas de las laminillas se retiren, Finalmente, se retira el dedo y las láminas vuelven a separarse debido a que las cargas de la esfera del electroscopio se redistribuyen, así el electroscopio queda cargado positivamente. ACTIVIDADES DE APROPIACIÓN ACTIVIDAD N° 1 1. Lee detenidamente la guía y selecciona las palabras desconocidas 2. Realiza un cuadro sinóptico sobre el origen de la electricidad 3. Escribe algunos peligros de la electricidad 4. ¿Por qué es más seguro quedarse dentro de un carro cuando hay rayos durante una tormenta? 5. Escriba algunas precauciones que debemos tener con la electricidad 6. Dibuje algunos símbolos de advertencia de peligro de electricidad o riesgo eléctrico ACTIVIDAD N° 2 1. Defina: a) carga eléctrica? b) descarga eléctrica c) choque eléctrico d) electrocución 2. ¿Cuáles son las propiedades de la carga eléctrica? 3. Dibuje un electroscopio, coloque sus partes y escriba para qué sirve? 4. ¿Cómo actúan las fuerzas entre las cargas eléctricas? ACTIVIDAD N° 3 1. Explica en qué consiste La ley de conservación de la carga eléctrica? 2. Establezca diferencia entre: a. Electrización por frotamiento, carga por contacto y carga porinducción 3. observa las siguientes imágenes y explíquelas Imagen 1 Imagen 2 Imagen 3
- 6. 4. Escribe falsoo verdadero junto a cada afirmación. Justifica tu respuesta. a) Las cargas de diferente signo se repelen. ( ) b) Los plásticos son ejemplos de materiales conductores. ( ) c) La carga eléctrica siempre se conserva. ( ) d) Dos esferas cargadas positivamente se atraen. ( ) e) La carga eléctrica es una propiedad de la materia que permite cuantificar la pérdida o ganancia de electrones. ( ) f) Al frotar una barra de vidrio con seda la barra quedacargada negativamente. ( ) ACTIVIDAD N° 4 Experimenta 1. Toma dos globos inflados y frótalos con lana. Acércalos de tal manera que las partes frotadas de cada globo queden cerca. .a) Escribe qué ocurre? b) Por qué se repelen? 2. Toma una barra de vidrio y frótela con seda. a) ¿Qué ocurre? b) ¿Cómo queda la barra cargada? c) ¿qué carga eléctrica adquiere la seda? 3. Toma una barra de plástico y frótela con lana. b) ¿Cómo queda la barra cargada? c) ¿qué carga eléctrica adquiere la lana? SOCIALIZACIÓN Para verificar la aprehensión del tema trabajado en clase y actividades de apropiación desarrolladas se tiene en cuenta la siguiente metodología: 1. Se hace la socialización del taller por grupos de trabajo y a la vez se van haciendo las aclaraciones y correcciones respectivas. 2. Puesta en común con la participación de todos los grupos de trabajo. 3. Correcciones finales y aclaración de dudas por parte del profesor. 4. Se recoge el cuaderno para revisar y calificar el trabajo realizado (talleres, lecturas comprensivas, diccionario, consultas). 5. Se hace evaluación escrita COMPROMISO 1. Investiga la biografía y experimentos de : a. Benjamín Franklin b. André Marie Ampere c. Michael Faraday d. Thomas Alva Edison e. Charles Coulomb f. William Gilbert g. Hans Christian Oersted 2. Escribe un ensayo sobre la importancia de la electricidad en la vida de las personas. 3. Busca en el periódico una noticia relacionada con electricidad, léala y escriba 3 conclusiones de estanoticia.