COLEGIO NUEVO SAN LUIS GONZAGAEDUCACION DE CALIDAD PARA EL DESARROLLO INTEGRAL CON ENFASIS EN HUMANIDADES, CIENCIAS, MATEMATICAS, E INGLES, APLICADAS A LA INVESTIGACIN Y PROYECTADA A LA EDUCACIN SUPERIOR

TALLER PARA EL DESARROLLO DE COMPETENCIAS

Nunca consideres el estudio como una obligacin, sino como una oportunidad para penetrar en el bello y maravilloso mundo del saber

IDENTIFICACIN

AREA: C. NATURALES (FISICA) DIMENSION:_________________ GRADO:11 CICLO______

PERIODO ___II__ N DE HORAS POR PERIODO_________

ESTUDIANTE______________________________________________

VALOR: JUSTICIACOMPETENCIAS COMPETENCIAS COGNITIVAS:

Comprendo y argumento la teora de la electrosttica.

Analizo las caractersticas y propiedades de la electrodinmica aplicada a la naturaleza.

COMPETENCIAS PROCEDIMENTALES:

Realizo lecturas, elaboro e interpreto grficos y desarrollo laboratorios para alcanzar las competencias cognitivas determinadas.

Comparo las caractersticas de los tipos de circuitos existentes

COMPETENCIAS ACTITUDINALES:

Sigo las instrucciones dadas para el buen desarrollo de las clases: puntualidad, cumplimiento, buena actitud y relaciones interpersonales cordiales

ENSEANZAS SEGUNDO PERIODO

DIAGNOSTICO:

Defina los siguientes conceptos:

Carga elctrica

Electrn

Protn

Constante de coulomb

Tabla de mltiplos y submltiplos

Notacin cientfica

Potencial elctrico

Diferencia de potencial

ELECTROSTTICAParte del captulo de Electricidad, que estudia las cargas elctricas en equilibrio.

Naturaleza elctrica de la materia

Toda la materia est compuesta por tomos. Para los fines de nuestro estudio, consideramos slo dos elementos del tomo: Protones, que estn en el ncleo, y electrones, en sus cercanas.

tomo NEUTRO elctricamente: Nmero de electrones = Nmero de protones.

tomo CARGADO elctricamente: Nmero de electrones Nmero de protones.

ION POSITIVO (CARGA POSITIVA): tomo con deficiencia de electrones. (+)

ION NEGATIVO (CARGA NEGATIVA): tomo con exceso de electrones. ()

CARGA ELCTRICA (Q)

Valor cuantitativo del exceso o defecto de electrones y su distribucin.

IMPORTANTE: Toda carga elctrica en el universo es mltiplo de la carga del electrn.

e = carga del electrn

N = nmero entero

LEY DE CONSERVACIN DE LA CARGA ELCTRICA

Los electrones se GANAN o se PIERDEN, pero no desaparecen. Esto quiere decir que si un cuerpo pierde x electrones, otro u otros cuerpos han ganado x electrones.

ELECTRIZACIN DE LOS CUERPOS

Fenmeno por el cual un cuerpo adquiere cierta carga elctrica debido a que sus tomos ganan o pierden electrones.

A) Electrizacin por frotamiento.- Se logra al frotar un cuerpo con otro de diferente electronegatividad.

B) Electrizacin por contacto.- Se logra cuando un cuerpo, elctricamente neutro, es puesto en contacto fsico con otro que tiene cierta carga elctrica.

- - - - - - - - -- - - - - - - - - AB A B A B - -- + + + + + ++ + + AB A B A B + + + + + + + + + + + + - - -- - - - - - - - - + + + + + + AB A B A B+ + ++ + ++ + +

LEY CUALITATIVA DE LAS CARGAS ELCTRICAS ( ACCIONES ENTRE CARGAS)

Cargas de signos iguales se repelen, y cargas de signos diferentes se atraen

C) Electrizacin por induccin.- Se logra cuando un cuerpo, elctricamente neutro (inducido), es sometido al campo de accin elctrica de un cuerpo cargado (inductor). De esta manera el cuerpo se polariza; es decir, el primero acomoda la posicin de sus electrones en sus tomos, de acuerdo a la carga del segundo.

Si se conecta a Tierra, cuando est bajo el efecto de la induccin, luego se anula esta conexin, y finalmente se aleja del inductor, el cuerpo queda cargado.

ACTIVIDAD No 1

Responda y justifique:

1. Las esferas metlicas que se muestran en la figura se cargan con 1C cada una. La balanza se equilibra al situar el contrapeso a una distancia x del eje

Se pone una tercera esfera a una distancia 2d por debajo de a esfera A y cargada con -2C. Para equilibrarla balanza se debe A. agregar carga positiva a laesfera AB. mover la esfera B hacia abajoC. mover el contrapeso a la derechaD. mover el contrapeso a la izquierda

2.

Dos esferas (1 y 2) con cargas iguales se encuentran sobre una superficie lisa no conductora y estn atadas a un hilono conductor. La esfera 1 est fija ala superficie. Al cortarel hilo, la grfica de aceleracin contra x de la esfera 2 es

3. Se tienen dos barras A y B en contacto, apoyadas sobre soportes aislantes como se muestra en la figura. La barra A es metlica y la B es de vidrio. Ambas se ponen en contacto con una barra cargada C. Despus de un momento se retira la barra C. Posteriormente se acercan dos pndulos de esferas conductoras neutras, una en cada extremo de este montaje. La afirmacin que mejor describe la posicin que adoptarn los pndulos despus de retirar la barra C es:

A. el pndulo prximo a la barra A se aleja al igual que lo hace el otro pndulo de la barra B B. el pndulo prximo a la barra A se acerca al igual que lo hace el otro pndulo a la barra B C. el pndulo prximo a la barra A se acerca a ella y el pndulo prximo a la barra B se mantiene vertical D. el pndulo prximo a la barra A se mantiene vertical y el pndulo prximo a la barra B se acerca

4. Un camargrafo aficionado film el momento en el que se producan dos descargas elctricas entre tres esferas cargadas sujetas en el aire por hilos no conductores. La figura muestra un esquema aproximado de lo que sucedi, indicando la direccin de la descarga. De lo anterior es correcto afirmar que inmediatamente antes de la descarga, las esferas

A. 2 y 3 estaban cargadas positivamente B. 2 y 1 estaban cargadas positivamente C. 3 y 1 estaban cargadas positivamente D. estaban cargadas positivamente

LEY CUANTITATIVA DE LAS CARGASELECTRICAS(LEY DE COULOMB)

Las fuerzas de atraccin y repulsin entre dos cargas elctricas son directamente proporcionales al producto de dichas cargas e I.P. proporcionales al cuadrado de la distancia entre ellas.

Si las cargas o cantidades de electricidad son Q1 y Q2, la distancia es d, la fuerza electrosttica F entre dichas cargas es:

++ dQ1Q2F2F1

Donde Ke, es un factor de proporcionalidad que depende de las unidades y del medio.

Ke = ; 0 =8,85x10-12C2.m2/N (C= coulomb, unidad de carga);

Sistema CGS: Ke = 1 (ueq = unidad electrosttica de carga)

Sistema MKS: Ke = 8,98742x109 Nm2/C2 = 9x109

UNIDADES DE CARGA ELECTRICA

Carga fundamental = carga del electrn

1) En el sistema MKS, SISTEMA GIORGI O INTERNACIONAL, la unidad de carga es el coulomb o coulombio (C). (SI).1C = 6,24x1018 electrones.

El C, es la carga que colocada, en el vaco, a una distancia de 1 m, de otra igual, la repele con una fuerza de 9x109 N.

2) En el sistema CGS, SISTEMA ELECTROSTTICO (uee), es la unidad electrosttica de carga (ueq), franklin o statcoulomb (STC).

El ueq es aquella carga que colocada en el vaco, a un metro de otra igual, se repelen con una fuerza de una dina.

PRINCIPIO DE SUPERPOSICIN

La fuerza resultante sobre una carga Q1, debido a la accin de varias cargas

+ + + Q1 Q2 Q3Q4 Q2, Q3, , Qn; es la suma vectorial de dichas fuerzas.

EJEMPLO:

Dos cuerpos tienen cargas elctricas de 1C cada uno. Si estn a una distancia de 2m, en el vaco, calcular la fuerza electrosttica con la que se repelen.

Solucin

Q1 = 1C Q2 = 1C d = 2m

Ke = 9x109 N.m2/C2 F =?

F =

Otros conceptos.

Electrones libres.- Electrones que no estn ligados, o muy dbilmente ligados al tomo.

Clases de sustancias, por sus propiedades elctricas

Conductor: Sustancia con muchos electrones libres. Ejemplos: Todos los metales.

Aislador: Sustancia con muy pocos electrones libres. Ejemplos: Caucho, papel seco, azufre, plstico, madera seca, vidrio, porcelana, etc.

ACTIVIDAD NO 2

1. Dos cargas puntuales de 5 x 10-6 C estn separadas 0,01 m. Qu fuerza se ejerce sobre cada una de ellas?. Rp: 2.250 N ,en la lnea que une las cargas .

2. Supongamos dos esferas de 10 Kg y 10 C separadas una distancia de 1 metro. Determina la fuerza gravitatoria y la fuerza elctrica entre las esferas. Compara ambas fuerzas.Sol.: 667.10-9 N y 9.1011 N ; FE / FG = 135.1020

3. Dos esferas, c/u con una carga de 3C, estn separadas por 20 mm Cul es la fuerza de repulsin entre ellos?

4. Dos cargas elctricas se encuentran en el vaco. Una de ellas, de + 2 C, se encuentra en el punto (5,0), y la otra, de 6C, en el punto (5,0), donde las distancias estn expresadas en centmetros. Calcula la fuerza elctrica sobre una tercera carga de +3 C que se sita en el punto (4,0). Sol.: 1626.7 N

5. Dos cargas puntuales iguales de + 3 C se encuentran en el vaco en los puntos (3,0) y (0,3) respectivamente. Calcula la fuerza total sobre una carga de 2 C situada en el origen de coordenadas. Las distancias estn expresadas en centmetros.Sol.: 60i+60j N

6. Tres cargas puntuales iguales de 12 x 10 - 6 C estn colocadas en los vrtices de un tringulo equiltero de 10 cm. De lado. Calcular la fuerza que acta sobre cada carga. Rp : F = 224,7 N . En la direccin de la bisectriz de cada ngulo y hacia el exterior del tringulo.

7. Una carga Q1 = -2mC est situada en el punto A(-2,6) de un sistema de ejes. Otra carga Q2 = 1mC est en el punto B(-2,-4). Determinar el vector fuerza elctrica total que actuar sobre una tercera carga q = -0,5 mC situada en el origen de coordenadas.

8. Una carga de 1 C y otra de 2,5 C estn separadas 0,1 m. Hallar los lugares en que puede colocarse una tercera carga para que la fuerza resultante sobre ella sea nula. R/ : Slo existe un punto , situado en la lnea que une las cargas hacia el exterior del trazo que las une , a 0,172 m de la carga de 1 C .

CAMPO ELCTRICO

Es el espacio en las inmediaciones de una carga elctrica, en el cual se manifiestan las acciones elctricas de sta. El campo elctrico es representado mediante lneas de fuerza.

Las lneas de fuerza son las trayectorias que describen las cargas elctricas positivas o cargas de prueba, abandonadas en el campo.

El conjunto de lneas de fuerza forma el espectro electrosttico.

CARGAS INDIVIDUALES AISLADAS

PAREJAS DE CARGAS

INTENSIDAD DEL CAMPO ELCTRICO (E)

Es la fuerza que en un determinado punto, el campo ejerce sobre la carga elctrica unitaria y positiva. La intensidad del campo es una magnitud vectorial.

Ex = = Ke

Fx =

INTENSIDAD DE CAMPO PARA UN SISTEMA DE CARGAS

PRINCIPIO DE SUPERPOSICIN DE CAMPOS

En P: EP = E1 + E2 + E3

CAMPO CREADO POR UNA ESFERA CONDUCTORA CARGADA

Las cargas de un cuerpo electrizado se ubican en su superficie exterior, haciendo nulo el campo en su interior; por lo que el campo existe solamente desde su superficie hacia fuera. Si el cuerpo es una esfera, su campo se determina como si la carga total estuviera ubicada en el centro. De lo anterior deducimos que el campo existe para:

(R = radio de la esfera; d = distancia de un punto exterior al centro de la esfera).

UNIDADES DE CAMPO ELCTRICO:

Sistema CGS: Sistema MKS:

EJEMPLOS

1) Un cuerpo cargado elctricamente con 20 ueq, tiene un peso de 1 g. Cae con una aceleracin de 6 m/s2. Calcular la intensidad del campo elctrico en el cual cae.

Solucin

Pero:

F = W - Fe Fe = E.q

Por lo que; F = W E.q

En (1):

W E.q = ma E = En el sistema CGS:

W = 1x 880 dynm = 1 g;

a = 600cm/s2q = 20 ue;E = ?

En (2):

2) Calcular la intensidad del campo en el centro del cuadrado.

Q1 = 64 ueq Q2 = 128 ueq Q3 = 32 ueq Q4 = 96 ueq

Solucin

E0 =

Ex = (E1)x + (E2)x + (E3)x + (E4)x

= 0 + 4 +0+3 = 7 dyn/ueq

Ey = (E1)y + (E2)y +(E3)y + (E4)y

= -2 +0 + 1 + 0 = -1 dyn/ueq

En (1):

=

CAMPO ELCTRICO UNIFORME Y ESTACIONARIO

Un campo elctrico es UNIFORME y ESTACIONARIO si el valor de E es constante en el espacio y el tiempo. Se representa por medio de lneas de fuerza paralelas y a la misma distancia. Para los puntos cualesquiera A, B y C, del campo, se tiene: EA = EB = EC

ACTIVIDAD No 3

1) Una carga de +2C colocada en un campo elctrico experimenta una fuerza de 8x10-4 N. Cul es la magnitud de la intensidad del campo elctrico?

2) Se determina que la intensidad del campo elctrico en un punto en el espacio es de 5x105 N/C orientado hacia occidente. Cul es la magnitud y direccin de la fuerza sobre una carga de -4C colocada en ese punto?

3) Encuntrese la intensidad del campo elctrico a una distancia de 40mm a partir de una carga puntual de 5nC

4) Entre 2 placas horizontales hay un campo elctrico uniforme de 8x10-4 N/C. la placa superior esta cargada positivamente y la placa inferior est cargada negativamente. Cul es la magnitud y la direccin de la fuerza ejercida en un electrn que pasa a travs de estas placas?

5) A qu distancia de una carga puntual de 80nC se tendr una intensidad de campo igual a 5000N/C?

6) Determnese la intensidad del campo elctrico en el punto medio entre 2 cargas de +40nC y +80 nC. Las cargas estn separadas 70mm en aire.

7) Una carga de -20C se coloca horizontalmente a una distancia de 50mm a la derecha de una carga de 49C Cul es la intensidad de campo elctrico resultante, en un punto directamente por encima de la carga de -20C y a una distancia de 24mm?

POTENCIAL ELCTRICO (V)

El potencial elctrico (V), en un punto de un campo elctrico, est dado por el trabajo que tiene que realizar un agente externo, sobre la carga elctrica de prueba, para trasladarla, en equilibrio, desde el infinito hasta el punto considerado. Tambin es considerado como el trabajo que tiene que realizar el campo, para trasladar dicha carga, desde sus inmediaciones, hasta el punto considerado. El potencial elctrico es una magnitud escalar, positivo o negativa, para el campo de una carga positiva o negativa.

Definicin

Valor del potencial en el punto x

* El trabajo realizado por el campo, para colocar la carga en un punto P, de l, depende del potencial VP, tal que:

UNIDADES DE POTENCIAL

Sistema CGS:

V = ; uev = unidad electrosttica de potencial Sistema MKS:

V =; 1V =

DIFERENCIA DE POTENCIAL O TENSIN ELCTRICA

La diferencia de potencial entre dos puntos, en un campo elctrico, est dada por el trabajo que se tiene que realizar sobre la carga elctrica de prueba, para trasladarla, en equilibrio, entre dichos puntos.

VA VB =

Por consiguiente:

RELACIN ENTRE CAMPO Y POTENCIAL

Para dos puntos A y B de un campo elctrico uniforme, la diferencia de potencial entre los puntos A y B es igual al valor del campo multiplicado por la distancia entre las perpendiculares al campo, que pasan por dichos puntos. As:

(+)(+)(+)(+)(+)(+)(-)(-)(-)(-)(-)(-)ABEdVA VB = E.d

ACTIVIDAD No 4

1 Un equipo de sonido est conectado a una toma de electricidad de 110 v durante media hora.

(a) Qu significa fsicamente, toma de electricidad de 110 v?(b) Cul es la carga total que atraviesa el equipo si en cada segundo pasa una carga de 1 C.(c) Qu trabajo realiza el campo Elctrico durante este tiempo?

2 La intensidad del campo elctrico entre dos placas paralelas es de 2,5 x 102 N/C. Calcula la diferencia de potencial entre los puntos A y B.

3 Calcular el potencial y el campo elctrico en el punto A y en el punto B, si Q1 = 2 x 104 C y Q2 = 4 x 104 C

4 Calcular la diferencia de potencial entre los puntos A y B mostrados en la figura si Q = 5 x 105 C, rA = 4 cm y rB = 6 cm.

5 Determinar para la configuracin mostrada en la figura el punto o puntos para los cuales el potencial elctrico es nulo si q1 = 2 x 105 C y q2 = 4 x 105 C.

FECHA

COMPETENCIASJUICIO VALORATIVOFIRMA DEL DOCENTEFIRMA DEL ACUDIENTE-EDUCADOR

INTERPARGUMPROPOSI

Referencias Serway. Fsica. Editorial McGraw-Hill (1992)Tipler P. A. Fsica. Editorial Revert (1994).Alonso M. y Finn E. J. Fsica. Editorial Addison-Wesley Interamericana (1995).