2 electromagnetismo
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CPI VIRXE DA CELAFísica y Química 3º ESO
UNIDAD 2 (4 DEL LIBRO)
ELECTRICIDAD y MAGNETISMO
Para empezar: ¿Por qué una brújula señala siempre al norte? ¿Que piensas que es responsable de la fuerza de
atracción de un imán?
Ing. L. Emilio Martinez Lugo. 3
Si el número de electronesnúmero de electrones de un átomo es igual al número de número de protonesprotones podemos decir que el átomo está eléctricamente átomo está eléctricamente neutro.neutro.
++
-
-Electrones.
Neutrones.
Orbitas electrónicas.
Núcleo.
Protones.
Magnetismo y átomos.
Ing. L. Emilio Martinez Lugo. 4
Si en el átomo hay un mayor númeromayor número de protonesprotones en el núcleo que electroneselectrones describiendo órbitas alrededor de este se dice que dicho átomo posee carga eléctrica positiva.átomo posee carga eléctrica positiva.
++-
Electrones.
Neutrones.
Núcleo.
Protones.
Orbita electrónica.
Magnetismo y átomos.
Ing. L. Emilio Martinez Lugo. 5
Si en el átomo hay un menor númeromenor número de protonesprotones en el núcleo que electroneselectrones describiendo órbitas alrededor de este se dice que dicho átomo posee carga eléctrica negativa.átomo posee carga eléctrica negativa.
++-
Electrones.
Neutrones.
Núcleo.
-
-
Orbita electrónica.
Protones.
Magnetismo y átomos
Campo magnético terrestre
La Tierra se comporta como un electroimán
Campo magnético de la Tierra
• Podemos generar un campo magnético fabricando de modo sencillo un electroimán: Un electroimán es una bobina de hilo conductor de la corriente eléctrica (generalmente cobre) , por el que se moverán electrones libremente, en cuyo interior se introduce un núcleo de hierro. La circulación de los electrones alrededor del hierro producida cuando conectamos ambos extremos del hilo a una pila generará un intenso campo magnético.
Campo magnético de la Tierra
• La Tierra posee un intenso campo magnético, esto hace pensar que su estructura interna sea muy similar a la de un electroimán, con un núcleo interno sólido rico en hierro, y un núcleo externo fundido, por el que se desplazan los electrones generando el campo magnético.
1 – PROPIEDADES ELÉCTRICAS DE LA MATERIA
Primeras ideasTales de Mileto (625 – 547 aC)Comprobó que al frotar un trozo de ámbar (elecktron en griego) con una tela éste adquiría la propiedad de atraer pequeñas plumas y trocitos de paja
William Gilbert S XVI– Padre del Magnetismo
• Médico inglés.• En 1600 publica su tratado “Sobre el magnetismo,
los cuerpos magnéticos y el gran imán que es la Tierra” que tuvo 2 siglos de vigencia.
• Estableció la falsedad de creencias mágicas sobre el magnetismo.
• Demostró que la Tierra se comporta como un imán gigantesco.
• Descubrió que podían hacerse imanes artifíciales.• Determinó que los imanes tienen polos que se
alinean con los polos terrestres.• Descubrió las reglas de la atracción y repulsión
entre los imanes.• Clasificó los materiales en eléctricos y
aneléctricos
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Charles du Fay (S XVIII)
Sugirió 2 tipos electricidad
Resinosa y vítrea
Benjamin Franklin (S XVIII)
Sugirió de forma arbitraria los términos positivo y negativo
Demostró que los rayos son descargas eléctricas
Inventó el pararrayos
Electrización
● Fenómeno por el cual un cuerpo adquiere propiedades eléctricas
Formas electrizaciónFrotamiento
Un cuerpo adquiere electricidad positiva y otro negativa
Contacto Inducción
Al poner un cuerpo en contacto con otro previamente electrizado
Proceso de carga de un objeto sin contacto directo.
Cuando se acerca un cuerpo electrizado a un cuerpo neutro, el cuerpo electrizado provoca el desplazamiento de los electrones libres del cuerpo neutro (En algunas zonas se carga positivamente y en otras negativamente)
Aparecen cargas eléctricas inducidas: el cuerpo electrizado, (inductor), induce una carga con signo contrario en el cuerpo neutro y por lo tanto lo atrae
Naturaleza magnética de la materia
• Las propiedades magnéticas tienen su origen en la configuración electrónica de los elementos que componen un imán.
• En cada par de electrones, un electrón tiene un giro cuántico sobre su eje en un sentido y el otro en el sentido contrario. Se producen dos polaridades opuestas que se anulan entre sí.
● En los imanes varios pares de electrones giran en el mismo sentido.
Pares de electrones mutuamente anulados
Pares de electrones que producen propiedades magnéticas
Algunas propiedades de la electricidad
Pier Van Musschen Broek (S XVIII)
Universidad Leyden Holanda
La electricidad se almacena
Botella de Leyden
https://youtu.be/k4vGAF8Njes
Algunas propiedades de la electricidadMichael Fararday (S XIX)
La electrización de un cuerpo metálico queda confinada en su superficie
https://youtu.be/cldP1zX_0-8
https://youtu.be/7RKh2JWXx30
¿Se puede electrizar un objeto metálico por frotamiento?
¿Se puede electrizar un objeto metálico por frotamiento?
..Se puede cargar un cuerpo mediante frotamiento o fricción. Cuando dos trozos de material se frotan uno contra otro, los electrones son arrancados de uno y adheridos al otro. Se obtiene una buena carga estática frotando un aislante duro contra otro blando o suave.
Si se utilizan buenos conductores es difícil obtener una carga detectable. La razón de esto es que las corrientes compensadoras circulan muy fácilmente, dentro y entre los materiales conductores.
El lápiz es de material aislante y al electrizarse concentra los electrones en el punto de frotamiento; la cucharilla, al ser metálica, conduce los electrones distribuyéndolos por todo el metal
Por ello, si tomamos un objeto aislante como un bolígrafo y lo frotamos contra un jersey, se electriza, siendo capaz de atraer pequeños trozos de papel. Sin embargo, una cucharilla metálica, que es conductor, también se electriza al frotarla, pero no se aprecia su carga porque los electrones se distribuyen por todo el metal, y si la tocamos pasan a nuestro cuerpo y de ahí a tierra, ya que el metal conduce los electrones. En este caso, los electrones se desplazan creando una corriente eléctrica o dinámica. Por su parte, cuando los electrones se mantienen en reposo en un objeto, se dice que la electricidad es estática, ya que no se desplazan a lo largo del cuerpo electrizado.
2 - Carga eléctrica
● Propiedad de las partículas subatómicas● Se manifiesta mediante fuerzas de atracción y repulsión
● Unidad en el SI culombio (C)
Carga eléctrica
● Elemental → electrón -qe /protón +qe
1C = 6,24 . 1018 cargas elementales
● Carga neta: diferencia entre electrones y protones de un cuerpo electrizado
Si es muy grande dar el valor en en culombios
Ley conservación de la carga
En un sistema aislado la carga eléctrica neta permanece constante
+ + + + - - - -
+ - + - + - + -
Interacción cargas eléctricas. Ley de Coulomb
● Fuerzas entre cargas eléctricas– Fuerzas atracción y repulsión:
● Directamente proporcionales al valor de las cargas● Inversamente proporcional al cuadrado de la distancia● Dependen del medio → máximo en vacío
Balanza de torsión:Instrumento diseñado por Coulomb para medir fuerzas eléctricas
https://youtu.be/o_zJpBkg9x0
https://youtu.be/phDDXM5Joyo
Ley Coulomb
Electrostática en nuestro entorno
Rama de la física que estudia los fenómenos provocados por cargas en reposo
NATURALEZA ELÉCTRICA DE LOS RAYOS Demostrado por Benjamin Franklin
2 – Desde la zona – de la nube sale una guia a 200km/s
3 – Desde las zonas más puntiagudas de la tierrapor inducción sale una guia +
4 – Si ambas guías se unen se produce la descarga de la nube → rayo
Observándose la brillante luz → relámpago
El calor generado produce la expansión del aire , que al mezclarse con el aire del entorno se enfría y contrae. Esta rápida expansión-contracción produce ondas sonoras → trueno
1 – El roce de cristales de hielo en las nubes de tipo cúmulonimbo origina diferentes carga eléctrica en la zona superior e inferior de la nube
Identifica en las imágenes los tipos de electrificación estudiados
Identifica en las imágenes los tipos de electrificación estudiados
2 – Inducción
3 – Inducción
1 – Frotamiento
Electrostática en nuestro entorno
PARARRAYOS De Franklin
Electrostática en nuestro entorno
Electrificación frotamiento
Magnetismo
Propiedad que presentan ciertos materiales denominados imanes de atraer determinados metales
Fuerza magnética máxima-→ polos magnéticos
● Interacción a distancia● Metales atraídos por imanes-→ Fe, Ni, Co y aleaciones
Los polos de un imán no se pueden separar
Fuerza magnética mínima-→ línea neutra
Interacciones
Imantación:Por frotamiento: un objeto de acero frotado con un imán adquiere propiedades magnéticas.
Por contacto: Una aguja es atraída por un imán. La aguja sostenida por éste puede atraer a otra y ésta última a más. Separada la primera del imán el efecto puede permanecer.
Por inducción: Si una barra de hierro o acero se coloca cerca de un imán sin hacer contacto con él, podrá atraer a alfileres, por ejemplo.
Por acción de una corriente eléctrica: Si arrollamos a una barra de acero un hilo de cobre por el que circula una corriente eléctrica, construimos un imán que puede resultar en determinadas condiciones muy potente.
Magnetismo CLASIFICACIÓN IMANES
● NATURALES→ magnetita
● ARTIFICIALES→ Por imantación de materiales FERROMAGNÉTICOS
Interacciones
● TEMPORALES→ imanes de hierro dulce por imantación
● PERMANENTES→ ACERO
https://youtu.be/VHhk8Atatp0https://youtu.be/VLgpwMTUE3E
http://www.superimanes.com
Imantación:Por frotamiento: un objeto de acero frotado con un imán adquiere propiedades magnéticas.
Por contacto: Una aguja es atraída por un imán. La aguja sostenida por éste puede atraer a otra y ésta última a más. Separada la primera del imán el efecto puede permanecer.
Por inducción: Si una barra de hierro o acero se coloca cerca de un imán sin hacer contacto con él, podrá atraer a alfileres, por ejemplo.
Por acción de una corriente eléctrica: Si arrollamos a una barra de acero un hilo de cobre por el que circula una corriente eléctrica, construimos un imán que puede resultar en determinadas condiciones muy potente.
Inicios Magnetismo
CLASIFICACIÓN IMANES
● ORÍGENES
● 1600 Gilbert sugiere causa fenómenos magnéticos → La Tierra se comporta como un gran imán natural
La brújula llega a Europa en el S XII procedente de China
Fuerzas magnéticas
1750 John Michell
FUERZAS POLOS DE UN IMÁN
● Son iguales en magnitud● Decrecen con el cuadrado de la distancia = fuerzas eléctricas
Diferencia fuerzas magnéticas y eléctricasEs posible aislar las cargas eléctricas / los polos magnéticos siempre por parejas
TIPOS MATERIALES MAGNÉTICOS● FERROMAGNÉTICOS → FUERTEMENTE ATRAÍDOS POR UN IMÁN / FÁCILMENTE IMANTABLES
(Fe, Ni, acero)
● PARAMAGNÉTICOS → DÉBILMENTE ATRAÍDOS POR UN IMÁN / CASI NO SE IMANTAN
(Pt, Al, St)
● DIAMAGNÉTICOS → REPELIDOS DÉBILMENTE POR UN IMÁN
(Hg, Ag, Au)
Electromagnetismo
Relaciona la electricidad con el magnetismo
Avances 1º mitad S XVIII● Hans Christian Oersted → Una corriente eléctrica
cambia la orientación de aguja imantada
● André-Marie Ampére → dos hilos por los que circula una corriente eléctrica se atraen o repelen como si fueran imanes
● Michael Faraday → explicó como los imanes podían producir corrientes eléctricas
Experiencia Oersted
Material no magnético
Material magnético
Inducción electromagnética → Faraday
Teoría electromagnetismo
Unificación de MaxwellElectricidad, magnetismo y luz
Aplicación inducción electromagnética
Inducción electromagnética → Faraday
Material no magnético
Material magnético
