fenómenos eléctricos de la materia. lección 1 y 2 de octavo básico

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UNIDAD 4 LECCIÓN

Curso Fecha Fenómenos eléctricos de la materia

1 Propiedades eléctricas de la materia

OBJETIVOS: Ø Comprender las propiedades

eléctricas de la materia, desde su origen en el átomo.

Ø Describir lo que ocurre en la electrización de objetos por frotamiento, contacto e inducción.

TEN EN MENTE ESTO:

Después de leer esta sección, deberías ser capaz de responder estas preguntas: ¿Qué es una carga eléctrica? ¿Cómo puede cargar eléctricamente a un objeto? ¿Cómo diferenciar los aisladores de los conductores? ¿ Qué son la electricidad estática y la descarga eléctrica? Tiempo: 4 horas 8º Básico

¿Qué es una carga eléctrica?

Casi en todas partes donde vayas, ves la electricidad funcionando. La electricidad empieza en nuestros coches y en las luces de nuestras casas. Permite que funcionen las tostadoras y los refrigeradores. Los relámpagos en el cielo se deben a la electricidad. Incluso puede poner tus pelos de punta. Para entender este increíble tipo de energía, necesitas aprender de átomos y de cargas. Toda la materia está formada por partículas muy pequeñas llamadas átomos. Los átomos están hechos de partículas aún más pequeñas. El centro, o núcleo, de cada átomo contiene protones y neutrones. Los protones tienen una carga positiva y los neutrones no tienen carga. Las partículas llamadas electrones se mueven alrededor del núcleo. Tienen una carga negativa.

TIP DE ESTUDIO Organizador de estudio Al estudiar esta sección, escribe un resumen sobre carga eléctrica. Utiliza el vocabulario y las palabras en cursiva, resaltadas en todo el texto.

¿COMPRENDISTE? 1. Nombra ¿Cuáles son las dos clases de partículas que poseen carga en los átomos?

Electrón Protón

Núcleo Neutrón

Los protones y los neutrones forman el centro del átomo, el núcleo. Los electrones se encuentran fuera del núcleo.

ECHA UN VISTAZO

LAS CARGAS EJERCEN FUERZAS La Carga es una propiedad física. Un objeto puede tener una carga positiva, una carga negativa o no poseer ninguna carga. Los objetos cargados ejercen una fuerza-‐un empujón o un tirón-‐sobre otros objetos cargados.

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2. Identifica ¿Qué tipo de partícula tiene una carga positiva? ¿Qué tipo tiene una carga negativa? En la figura, pon un signo más (+) junto a la partícula que tiene una carga positiva. Pon un signo menos (-‐) junto a la partícula que tiene una carga negativa.

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Propiedades eléctricas de la materia continuación LEY DE LAS CARGAS ELÉCTRICAS

¿COMPRENDISTE? 3. Explica ¿Qué dice la ley de cargas eléctricas sobre dos objetos cuyas cargas sean positivas?

La ley de las cargas eléctricas establece que los objetos con la misma carga se repelen. Eso significa que se alejan al empujar una contra la otra. Las cargas opuestas se atraen, es decir, tratan de juntarse al halarse entre ellas. Las pelotas de ping-‐pong en la figura de abajo muestran la ley de las cargas eléctricas. https://www.youtube.com/watch?v=8-‐UQmMyrJ-‐g

La ley de las cargas eléctricas

Los objetos con la misma carga se repelen entre sí. Cada objeto ejerce una fuerza sobre el otro objeto. Estas fuerzas empujan a los objetos y los mantienen separados.

Los objetos que tienen cargas opuestas se atraen entre sí. Cada objeto ejerce una fuerza sobre el otro objeto. Estas fuerzas halan a los objetos, tendiendo a justarlos.

ECHA UN VISTAZO 4. Explica ¿Cuál es la razón de la atracción entre las dos pelotas ilustradas en la figura inferior?

Pensamiento crítico 5. Infiere ¿Qué podría ocurrir si las dos pelotas de la figura no tuviesen carga?

LA FUERZA ENTRE PROTONES Y ELECTRONES Los protones tienen una carga positiva. Los electrones tienen una carga negativa. Debido a que los protones y los electrones tienen cargas opuestas, se sienten atraídos unos con otros. Esta atracción mantiene a los electrones en los átomos. LA FUERZA ELÉCTRICA Y EL CAMPO ELÉCTRICO

¿COMPRENDISTE? 6. Nombra ¿Cuáles son los dos postulados de Coulomb sobre el comportamiento de la fuerza eléctrica? _______________________________________

¿COMPRENDISTE? 7. Identifica ¿Cuál es el nombre de la región que está alrededor de todos los objetos cargados?

La fuerza que se ejerce entre objetos cargados es una fuerza eléctrica. El tamaño de la fuerza depende de dos cosas. La primera es la cantidad de carga en cada objeto. Cuanto mayor es la carga, mayor es la fuerza eléctrica. La segunda es la distancia entre las cargas. Mientras más cerca estén las cargas, mayor es la fuerza eléctrica. Estos son los dos postulados que planteó Charles Coulomb sobre la fuerza eléctrica. Los objetos cargados tienen un campo eléctrico a su alrededor. Un campo eléctrico es la región alrededor de un objeto cargado en el que se ejerce una fuerza eléctrica sobre otro objeto cargado. El campo eléctrico de un objeto cargado empuja o hala de otro objeto cargado. Ellos no necesitan tocarse entre sí. https://www.youtube.com/watch?v=5777EfALW2A

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¿CÓMO SE ELECTRIZAN LOS CUERPOS?

¿Cómo se cargan o electrizan los objetos? http://phet.colorado.edu/es/simulation/balloons Los objetos se cargan positivamente cuando pierden electrones. Se convierten en cuerpos con carga negativa si ganan electrones. Importante-‐los protones ¡no se mueven de su posición!. Hay tres maneras de cargar a un objeto: la fricción, la conducción y la inducción.

FROTAMIENTO

¿COMPRENDISTE? 8. Nombra ¿Cuáles son las tres maneras mediante las cuales se puede cargar a un objeto?

______________________ ______________________ ______________________

La carga por frotamiento ocurre cuando un objeto cede electrones a otro objeto. Si se frota una regla de plástico con una tela, los electrones se mueven desde la tela a la regla. La regla gana electrones y se carga negativamente. Al mismo tiempo, la tela pierde electrones y, por lo tanto, queda cargado positivamente.

CONDUCCIÓN O CONTACTO La carga por conducción ocurre cuando los electrones se mueven desde un objeto a otro por contacto directo. ¿Qué ocurre si tocas a un pedazo de metal sin carga con una varilla de vidrio cargada positivamente? Los Electrones del metal se moverán a la varilla de vidrio. El metal pierde electrones y quedará cargado positivamente.

INDUCCIÓN

ANTECEDENTES La energía es una característica de muchas sustancias y se asocia con el calor, la luz, la electricidad, el movimiento mecánico, el sonido, los núcleos, y la naturaleza de una sustancia química. La energía se transfiere de muchas maneras.

La carga por inducción ocurre cuando un objeto de metal descargado se carga sin tener un contacto directo con un objeto cargado. Supón que sostienes un globo cargado negativamente cerca de una placa metálica. Los electrones del metal son repelidos por el globo cargado negativamente. Este movimiento de los electrones causa (o induce) que una pequeña área de la placa metálica cercana al globo quede con carga positiva. Ver la figura siguiente. Las tres maneras de cargar a un objeto

Frotamiento Conducción Inducción

9. Compara ¿Cuál es la diferencia entre la carga por conducción y por inducción?

Movimiento de los electrones

La fricción de un globo contra tu cabello causa que los electrones se muevan desde tu cabello hacia el globo. Tu cabello y el globo quedarán con cargas opuestas y se atraerán entre ellos.

Cuando una regla de plástico cargada negativamente toca a una varilla metálica descargada, los electrones de la regla se mueven hacia la varilla. La varilla se cargará negativamente por conducción.

Un globo con carga negativa induce a una pequeña sección de una placa metálica que tenga una carga positiva mediante inducción. Los electrones del metal son repelidos y se alejan del globo.


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¿CÓMO SE ELECTRIZAN LOS CUERPOS? continuación

CONSERVACIÓN DE LA CARGA

¿COMPRENDISTE? 10. Explica ¿Qué es la conservación de la carga?

Cuando se carga un objeto, no se crea ni se destruye ninguna carga. Por lo tanto, decimos que la carga se conserva. Eso significa que cuando se carga un objeto el número de electrones y de protones permanecen igual. Los electrones simplemente pasan de un átomo a otro.

DETECCIÓN DE CARGA https://www.youtube.com/watch?v=mj3YduHNDmg

¿COMPRENDISTE? 11. Explica ¿Para qué puede servirte un electroscopio?

Puedes usar un dispositivo llamado electroscopio para ver si algo está cargado. Un electroscopio es un frasco de vidrio que tiene una varilla de metal en el interior. Dos hojas de metal están unidos a la parte inferior de la varilla. Cuando el electroscopio no esté cargado, las hojas cuelgan hacia abajo. Cuando el electroscopio se carga, las hojas se repelen entre sí, separándose.

ECHA UN VISTAZO

Cuando un electroscopio se carga, las hojas de metal tienen la misma carga y se repelen entre sí.

12. Identifica Rotula las dos hojas metálicas con el signo de la carga que quedarán si tocaras la parte superior del electroscopio con una regla cuya carga es negativa. La foto de arriba muestra a una regla con carga negativa

tocando la parte superior de un electroscopio. Los electrones se mueven desde la regla al electroscopio. Las hojas metálicas se cargan negativamente y se repelen entre sí. Si la regla se carga positivamente, los electrones se moverán desde el electroscopio hacia la regla. Las hojas quedan con carga positiva y se repelen entre sí. Un electroscopio cuyas hojas se separan te indican que el objeto con el cual tocaste al electroscopio estaba cargado. Sin embargo, no se sabe si la carga es positiva o negativa.

¿COMPRENDISTE? 13. Describe ¿Por qué los cables eléctricos están cubiertos con plástico?

¿CÓMO SE MUEVEN LAS CARGAS? ¿Has notado que los cables eléctricos están hechos de metal y plástico? El hombre ha construido cables eléctricos con diferentes materiales pues cada parte del cable tiene un fin diferente. Los cables utilizan alambre de metal en el interior para conducir cargas eléctricas. El plástico exterior impide que la electricidad se ponga en contacto con tus manos.

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CONDUCTORES La mayoría de los materiales de uso diario son conductores o aislantes basados en la facilidad que tienen las cargas para moverse a través de ellos. Un conductor eléctrico es un material en el que las cargas se pueden mover fácilmente. La mayoría de los metales son buenos conductores porque tienen electrones que tienen libertad para moverse. Usamos conductores para hacer cables. Por ejemplo, el cable de una lámpara tiene alambre y extremos metálicos. El cobre y el aluminio son buenos conductores.

Conductores

Pensamiento crítico

14. Explica ¿Cuál es la diferencia entre objetos aislantes y conductores

Aislador

Este cable para lámpara tiene terminales metálicos en el enchufe y alambre de cobre en el interior del cable. El cable está cubierto con plástico por lo que es seguro de manipular.

AISLADORES Un aislante eléctrico es un material en el que las cargas no pueden moverse fácilmente. Los aislantes no son buenos conductores de cargas eléctricas. Los átomos de un aislante se aferran a sus electrones. Por lo tanto, los electrones no fluyen libremente. El material aislante en un cable de una lámpara eléctrica no dejan pasar a las cargas para que no abandonen el alambre. Te protege de una descarga eléctrica. El plástico, el caucho, el vidrio, la madera y el aire son buenos aislantes. ¿COMPRENDISTE?

15. Nombra ¿Cuál de los siguientes es un aislador?: cobre, goma, aluminio o acero?

¿QUÉ ES LA ELECTRICIDAD ESTÁTICA? https://www.youtube.com/watch?v=VhWQ-r1LYXY En días secos, es posible que sufras una descarga eléctrica cuando abras una puerta, te pongas un suéter o toques a otra persona. Esta es la electricidad estática en acción. La electricidad estática es una carga eléctrica que se mantiene en estado estacionario (en reposo) sobre un objeto, causada por la pérdida o ganancia de electrones. Cuando algo es estático, no se mueve. Las cargas de la electricidad estática se quedan en el objeto. A veces las cargas se acumulan. Cuando esto sucede, las cargas pueden moverse en forma repentina a otro objeto, provocando una chispa. El frotamiento y la inducción crean electricidad estática. Por ejemplo, tu ropa a veces se pega cuando la sacas de la secadora. Esto se debe a que las ropas giran y se frotan unas contra otras en la secadora causando que las cargas negativas se muevan de unas ropas a otras. Cuando la secadora se detiene, la transferencia de carga también se detiene. Copyright © by Holt, Rinehart and Winston. All rights reserved.

Pensamiento crítico 16. Infiere ¿Qué modo de carga provoca la electricidad estática presente en las ropas de una secadora?

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DESCARGA ELÉCTRICA

¿COMPRENDISTE?

17. Define ¿Qué es descarga eléctrica?

Las cargas que acumulan electricidad estática, en algún momento abandonan el objeto cargado. La pérdida de electricidad estática, cuando las cargas abandonan a un objeto cargado, se denomina descarga eléctrica. A veces, la descarga eléctrica ocurre lentamente. Las Ropas pegadas debido a la posesión de electricidad estática se separarán, en algún momento. Sus cargas eléctricas se mueven a las moléculas de agua presentes en el aire. Otras veces, la descarga eléctrica ocurre rápidamente. Por ejemplo, cuando te pones zapatos con suela de goma y caminas por la alfombra, las cargas negativas se acumulan en tu cuerpo. Al tocar una perilla metálica de una puerta, las cargas negativas abandonan repentinamente tu cuerpo y pasan a la perilla de la puerta. Se siente una pequeña descarga y podrías ver una chispa. El rayo es una chispa gigante de electricidad estática. La foto de abajo muestra la manera mediante la cual se acumulan las cargas en las nubes durante una tormenta. https://www.youtube.com/watch?v=VfTcda-‐BE1E

¿Cómo se forman los rayos?

a Durante una tormenta eléctrica, gotas de agua, hielo y aire se mueven dentro de la nube de la tormenta y crean fricción. Debido a esto, y con frecuencia, las cargas negativas se acumulan en la parte inferior de la nube, mientras que las cargas positivas se acumulan en la parte superior.

c Diferentes partes de las nubes tienen distintas cargas. En realidad, la mayor parte de los rayos pasa dentro de la nube o entre nubes.

ECHA UN VISTAZO 18. Explica ¿Cómo se acumula la electricidad estática en las nubes?

b La carga negativa en la parte inferior de la nube puede inducir una carga positiva en el suelo. La gran diferencia de carga provoca una descarga eléctrica rápida, llamada rayo.


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RAYOS PELIGROSOS Los rayos generalmente golpean a los puntos más altos de un área cargada. Ese punto ofrece el camino más corto para que las cargas lleguen al suelo. Cualquier cosa que sobresalga en una zona determinada puede proporcionar un camino para el rayo. Los árboles y las personas en áreas abiertas tienen riesgos de ser golpeados por un rayo. Por lo tanto, es muy peligroso estar en la playa o en un campo de golf durante una tormenta eléctrica. Incluso, es peligroso mantenerse pie bajo un árbol durante una tormenta. Las cargas de un rayo que golpeen a un árbol pueden saltar a tu cuerpo. https://www.youtube.com/watch?v=AiZxhvEy2ug

¿COMPRENDISTE?

19. Describe ¿Por qué es peligroso permanecer en un área abierta durante una tormenta? ___________________________________

Los rayos golpean al pararrayos en lugar de la construcción, debido a que el pararrayos es el punto más alto del edificio.

PARARRAYOS

En una tormenta, un edificio alto puede ser alcanzado por un rayo, ya que es el punto más alto de la zona. Por lo tanto, la mayoría de los edificios altos tienen un pararrayos en el techo. Un pararrayos es una varilla metálica puntiaguda conectada a la tierra por un cable. Se dice que los objetos que están conectados a la tierra por un conductor, como un alambre, están conectados a tierra. Cualquier objeto que esté conectado a tierra ofrece un camino para que las cargas eléctricas se muevan al suelo. Cuando un rayo cae sobre un pararrayos, las cargas eléctricas se mueven con seguridad a la tierra a través del alambre de la varilla metálica. Al mover las cargas eléctricas a la tierra, el pararrayos previene el daño a los edificios. https://www.youtube.com/watch?v=ljjsJJMgSAA Copyright © by Holt, Rinehart and Winston. All rights reserved.

¿COMPRENDISTE? 20. Describe ¿Qué ocurre cuando un rayo golpea a la varilla metálica de un pararrayos?

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Lección 1 y 2 Revisión

VOCABULARIO Descarga eléctrica: La liberación de electricidad almacenada en una fuente Campo eléctrico: el espacio alrededor de un objeto cargado en el que otro objeto cargado experimenta una fuerza eléctrica Fuerza eléctrica: la fuerza de atracción o repulsión sobre una partícula cargada que se debe a un campo eléctrico Conductor eléctrico: un material en el cual las cargas se pueden mover libremente

Aislador eléctrico: un material en la cual no pueden moverse libremente las cargas Ley de cargas eléctricas: la ley que establece que las cargas iguales se repelen y cargas opuestas se atraen Electricidad estática: carga eléctrica en reposo; generalmente producido por la fricción o inducción

1. Identifica ¿Cuáles son las causas de la electricidad estática?

2. Usa Gráficos Estos globos tienen cargas positivas. ¿Qué ocurriría con ambos globos si se les transfirieran cargas negativas? ¿Cuál ley explica lo que pasa con los globos?

3. Enumera ¿Cuáles son los dos ejemplos de descarga eléctrica?

4. Analiza Procesos Cuando tocas la parte superior de un electroscopio con un objeto las hojas metálicas se separan. ¿Puedes saber si la carga es positiva o negativa? ¿Por qué?

5. Aplica Conceptos ¿Por qué debes tocar con un objeto cargado exactamente en la cabeza metálica y no en el tapón de goma de un electroscopio para que este dispositivo funcione correctamente?


6. Aplica Conceptos En los siguientes dibujos, cada esfera representa a un objeto, cuya carga total está indicada por el número de símbolos + o -‐, mientras que la letra “d” simboliza la distancia que lo separa de otro objeto. Ordena los pares de objetos cargados en orden decreciente de fuerza eléctrica repulsiva de acuerdo con los dos postulados de la ley de Coulomb. Justifica tu respuesta.

7. Probablemente te preguntes cómo se puede saber con qué signo quedará cargado cada material luego de ser frotado con otro, ya que las combinaciones posibles son infinitas. Con dicho propósito se han creado listas conocidas como series triboeléctricas (en griego tribos significa “rozamiento”), en las que se ordenan materiales según su afinidad relativa por captar electrones (ver el diagrama de la página 137 de tu libro guía). Si dos materiales se ponen en contacto mediante frotamiento, se transfieren electrones desde el ubicado en la zona superior hacia el situado en la zona inferior. Analiza: Revisa la lista de la página 137 y analiza con qué tipo de carga terminará cada material de los siguientes pares luego de ser frotados entre sí: Vidrio con aluminio: _________________________________ Papel con seda: _______________________________________ Plata con algodón: ____________________________________ 8. Aplica conceptos: Considera la fuerza eléctrica que existe entre un par de partículas cargadas que se encuentran separadas por una distancia determinada. Contesta las siguientes preguntas aplicando la ley de Coulomb. a. Si la carga de una de las partículas se duplica, ¿qué sucede con la fuerza eléctrica? __________________________________________________________________________________________________________________________ b. Si la carga de ambas partículas se duplica, ¿cómo cambia la fuerza eléctrica? __________________________________________________________________________________________________________________________ c. Si la distancia inicial entre ambas partículas se duplica, ¿cómo se modifica la fuerza eléctrica? __________________________________________________________________________________________________________________________

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fenómenos eléctricos de la materia. lección 1 y 2 de octavo básico

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