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Módulo 12. Matemáticas y Representaciones del Sistema Natural Unidad I. Dinámica de fluidos SEMANA 2

Índice

Presentación

1. Electrostática

1.1. Cargas y campos eléctricos

1.2. Proporción directa e inversa en fenómenos físicos

1.3. Ley de Coulomb

1.4. Intensidad del campo eléctrico

2. Electrodinámica

2.1. Intensidad de corriente eléctrica

2.2. Diferencia de potencial eléctrico

2.3. Resistencia eléctrica

2.4. Ley de Ohm

2.5. Ley de Watt

2.6. Ley de Joule

3. Electromagnetismo

3.1. Imanes y campos magnéticos

3.2. Ley de Ampere

3.3. Ondas electromagnéticas

3.4. Inducción electromagnética (leyes de inducción de Faraday)

Referencias

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Presentación

Propósito

Comprender y resolver situaciones de la vida cotidiana donde se presenten

fenómenos vinculados con la electricidad, magnetismo y electromagnetismo,

mediante el conocimiento y el uso adecuado de sus conceptos, así como de los

modelos matemáticos que los describen.

Indicadores de desempeño

• Describe los conceptos: carga eléctrica, campo eléctrico, energía potencial

eléctrica, potencial eléctrico, intensidad de corriente eléctrica, voltaje,

resistencia, potencia, campo magnético, y leyes de Coulomb, Ohm, Ampere,

Watt, Joule y Faraday que explican el comportamiento de la electricidad y el

magnetismo, para representarlos sistemáticamente mediante la aplicación de

relaciones y funciones al observar y analizar la presencia de éstos en la vida

cotidiana.

• Reconoce las unidades de medición de los conceptos relacionados con la

electricidad y el magnetismo.

• Despeja variables relacionadas con los conceptos: carga eléctrica, campo

eléctrico, energía potencial eléctrica, potencial eléctrico, intensidad de

corriente eléctrica, voltaje, resistencia, potencia, campo magnético y leyes

de Coulomb, Ohm, Ampere, Watt, Joule y Faraday de manera analítica y

sistemática para apoyar la solución de problemas que reflejan situaciones

eléctricas, magnéticas y electromagnéticas del entorno.

• Relaciona las leyes electromagnéticas para comprender el funcionamiento de

los equipos eléctricos de su vida cotidiana.

• Identifica las leyes de la electricidad y el magnetismo por los conceptos que

intervienen en sus modelos matemáticos para aplicarlos en situaciones sobre

estas temáticas que se presentan en la vida cotidiana.

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• Diferencia ecuaciones matemáticas de primer y segundo grado utilizando los

conceptos de carga eléctrica, campo eléctrico, energía potencial eléctrica,

potencial eléctrico, intensidad de corriente eléctrica, voltaje, resistencia,

potencia, campo magnético, y leyes de Coulomb, Ohm, Ampere, Watt, Joule

y Faraday, de la electricidad y el magnetismo que se abordan en esta unidad,

para apoyar su comprensión.

• Comprende los modelos matemáticos (F = kq1q2/r2, E=F/q, Ep = kq1q2/r, V =

Ep/q, I = q/t, V = RI, P = W/t, P = VI, Q = VIt, B = kI/r) que representan conceptos

y leyes de la electricidad y el magnetismo, para aplicarlos en el estudio

de problemas o experimentos que se presentan en el entorno o en la vida

cotidiana.

• Utiliza de manera responsable instrumentos de medición correspondientes

a cada concepto de la electricidad y el magnetismo para determinar valores

numéricos en una situación específica.

• Aplica de manera sistemática los modelos matemáticos (F = kq1q2/r2, E =

F/q, Ep = kq1q2/r, V = Ep/q, I = q/t, V = RI, P = W/t, P = VI, Q = VIt, B = kI/r) que

representan los conceptos y leyes que rigen el comportamiento de las cargas

eléctricas en la solución de problemas prácticos relacionados con el entorno

inmediato y/o la vida cotidiana para obtener resultados cuantitativos.

• Utiliza de manera responsable los conceptos de carga eléctrica, campo

eléctrico, energía potencial eléctrica, potencial eléctrico, intensidad de

corriente eléctrica, voltaje, resistencia, potencia, campo magnético, y leyes

de Coulomb, Ohm, Ampere, Watt, Joule y Faraday, de la electricidad y el

magnetismo en la explicación de situaciones de la vida cotidiana, para

proponer líneas de acción que ayuden a mejorar su comunidad, estado, región,

país o mundo.

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1. Electrostática

¿Qué es la electricidad? Ésta es una pregunta más complicada de lo que parece. En realidad todos hemos tenido contacto con la electricidad y con los fenómenos eléctricos.

La electricidad es un fenómeno que se ha estudiado desde el siglo XVII. Los

primeros científicos se sentían atraídos por los fenómenos eléctricos y por la

posibilidad de aprovecharlos de alguna forma en el futuro. Les resultaba

interesante cómo diversos objetos podían atraerse o repelerse después de haber

sido frotados contra alguna tela o trozo de piel.

Empezaremos estudiando las cargas que se encuentran en reposo, las cuales son

objeto de estudio de la electrostática.

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1.1. Cargas y campos eléctricos

Benjamín Franklin, físico estadounidense que vivió en el siglo XVIII, se dio cuenta

de que las interacciones eléctricas eran de atracción o repulsión, y de que cuerpos

del mismo tipo (por ejemplo, globos), generan una fuerza de repulsión entre ellos

mientras que los cuerpos que se usaron para cargarlos (por ejemplo, cabello), se

comportaban diferente.

La carga eléctrica es la propiedad de los cuerpos que los hace atraer o repeler a otros cuerpos.

Franklin hizo cientos de experimentos con diferentes materiales, y en todos

los casos sólo identificó dos tipos de cargas eléctricas. A las cargas adquiridas

por frotar una barra de vidrio con lana las denominó cargas positivas (+) y a las

adquiridas por frotar una barra de plástico con lana las denominó cargas negativas

(-). Los cuerpos cargados eléctricamente obedecen a una regla simple:

Cargas del mismo signo se repelen y cargas del signo contrario se atraen.

Posteriormente, con el desarrollo de nuevos conocimientos científicos, se

descubrió que los átomos están compuestos por pequeñas partículas llamadas

protones, electrones y neutrones. Se encontró que los protones tienen carga

positiva, y los electrones tienen carga negativa. Los neutrones no tienen carga por

lo que las partículas con carga no los atraen ni los repelen.

En condiciones normales, los cuerpos no tienen carga, es decir, tienen el mismo

número de protones y electrones. Los protones de un cuerpo sólido no se

trasladan fácilmente a través de él. Tampoco pueden salir del cuerpo con facilidad.

Son los electrones que se pierden o se ganan, los responsables de la carga

eléctrica del cuerpo.

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Clasificación de los materiales

conductores aisladores semiconductores

Los materiales que

permiten el movimiento

de las cargas eléctricas

a través de ellos.

Ejemplo: los metales.

Los materiales que

retienen las cargas

eléctricas sin permitir su

desplazamiento hacia

otras partes del cuerpo.

Ejemplo: el caucho, los

plásticos, el vidrio, la

porcelana, la mica y el

papel.

Sus propiedades

eléctricas se distinguen

por encontrarse entre

los conductores y los

aisladores.

Ejemplos: el silicio, el

germanio.

Cuadro tomado de:http://fisica.cubaeduca.cu/medias/interactividades/F112electrizacion/co/modulo_contenido_4.html

Como se ha dicho, en condiciones normales un cuerpo no tiene carga eléctrica,

pues posee un número de electrones igual al número de protones. Entonces

¿cómo podrá dicho cuerpo adquirir una carga?

Cuando dos objetos diferentes se rozan entre sí, los electrones

de los átomos entran en contacto y la posibilidad de que

brinquen de un átomo a otro aumenta. Cuando esto sucede,

el átomo que recibe los electrones tiene un número mayor

de electrones respecto a los protones, y se dice que está

cargado negativamente. Por el contrario, el átomo que perdió

electrones tiene más protones respecto a los electrones, y se

dice que está cargado positivamente. Esta forma de cargar eléctricamente a los

cuerpos se le conoce como frotamiento.

Supongamos que acercamos un objeto cargado

eléctricamente a una esfera metálica, los electrones libres

serán atraídos o rechazados hacia un costado de la esfera. Esto

significa que del otro costado quedaron átomos de la esfera

metálica a los cuales les faltan electrones. Entonces se puede

decir que del lado de los electrones la cara es negativa y que

del lado opuesto de la esfera la carga es positiva. La carga en

cada costado de la esfera fue inducida por la presencia de un objeto cargado, es

decir, los costados de la esfera se cargaron por inducción.

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La interacción entre los cuerpos cargados se

realiza a través del campo eléctrico, el cual se

define como el medio material que rodea a los

cuerpos cargados y hace posible su interacción

con otros cuerpos cargados.

1.2. Proporción directa e inversa en fenómenos físicos

Proporcionalidad directa

Dos magnitudes son directamente proporcionales si al multiplicar o dividir una de

ellas por un número, la otra queda multiplicada o dividida por ese mismo número.

Al dividir cualquier valor de la segunda magnitud por su correspondiente valor

de la primera magnitud, se obtiene siempre el mismo valor (constante). A esta

constante se le llama razón de proporcionalidad directa.

Ejemplos:

• En un aeropuerto aterrizan tres aviones cada

20 minutos ¿Cuántos aviones aterrizan cada

60 minutos?

Información tomada de:https://matelucia.wordpress.com/2-

1-orden-de-fracciones-decimales-y-naturales/3-2-problemas-de-

proporcionalidad/

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• En una caja hay 200 caramelos de dos sabores; limón y naranja. Si por cada

caramelo de limón hay 3 de naranja. ¿Cuántos caramelos de naranja hay en la

caja?

Información tomada de: https://matelucia.wordpress.com/2-1-orden-de-fracciones-decimales-y-naturales/3-2-problemas-de-proporcionalidad/

Si representamos la proporción directa gráficamente:

IImagen tomada de:www.portaleducativo.net

Para practicar: Proporcionalidad directa e inversa

Completa las siguientes tablas:

Información tomada de: https://luisamariaarias.wordpress.com/matematicas/tema-11proporcionalidad-y-porcentaje/

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Proporcionalidad inversa

Debemos recordar que una regla de tres inversa se resuelve multiplicando los

datos que tenemos horizontales y dividiendo entre el dato que sobra. Revisa el

siguiente link:

Debemos recordar que una regla de tres inversa se resuelve multiplicando los

datos que tenemos horizontales y dividiendo entre el dato que sobra. Revisa el siguiente link:

http://es.slideshare.net/miguelpuerto/proporcionalidad-inversa-11820926

Ejemplos:

• En una granja hay 300 gallinas que se comen un camión de grano en 20 días.

Si se quedan con 100 gallinas menos ¿Cuánto tiempo les durará la misma

cantidad de grano?


• Si cuatro máquinas tardan 10 días en terminar una obra ¿Cuánto tardarán el

doble de máquinas? y ¿La mitad de las máquinas?


http://es.slideshare.net/miguelpuerto/proporcionalidad-inversa-11820926

javierbustos

Typewritten Text

javierbustos

Typewritten Text

Proporcionalidad = a más máquinas menos días

javierbustos

Typewritten Text

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Representando gráficamente:

Para practicar: Proporcionalidad directa e inversa

Completa las siguientes tablas y establece si hay proporcionalidad

directa o inversa o ninguna de las dos.

Ligas de interés

https://luisamariaarias.wordpress.com/matematicas/tema-

11proporcionalidad-y-porcentaje/

Notación científica

Hagamos una breve descripción de lo que es la notación científica, ya que la

utilizaremos en los siguientes temas.

https://luisamariaarias.wordpress.com/matematicas/tema-11proporcionalidad-y-porcentaje/

https://luisamariaarias.wordpress.com/matematicas/tema-11proporcionalidad-y-porcentaje/

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Como ya vimos la notación científica se utiliza para representar números muy

grandes o números muy pequeños de una forma abreviada, ¿cómo le hacemos para

sumar, restar, multiplicar o dividir? Las reglas son similares a las usadas en álgebra.

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Para practicar: Notación científica

1. Expresa en notación científica las siguientes cantidades

7,000,000 8,900 0.0078

2. Realiza las siguientes operaciones

5×103+2×103 (4×105)(7×102) (15×107)÷(3×105)

Prefijos

El Sistema Internacional de Unidades (SIU) con la idea de manejar cantidades muy

grandes o muy pequeñas en las diferentes áreas de trabajo, cuenta con una serie

de múltiplos y submúltiplos decimales de las unidades, con los correspondientes

nombres, símbolos, prefijos y reglas de utilización y escritura. Los prefijos para

potencias positivas serán abreviados con letras mayúsculas, mientras que los

prefijos potencias negativas serán abreviados con letras minúsculas o griegas.

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Un ejemplo de lo anterior es cuando nos referimos a los milímetros, esto es

precisamente un prefijo agregado a una unidad, que finalmente se convierte en un

solo término y de forma abreviada se escribe mm, donde la primera letra se refiere

al prefijo y la segunda se refiere a la unidad. Otro ejemplo es el término Gigabytes,

cuyo prefijo es Giga y la unidad son los bytes, escrito de forma abreviada Gb.

Para reemplazar los prefijos por potencias de 10, solo basta fijarnos en la potencia

correspondiente y reemplazarla, por ejemplo, 5 Tm (5 Terámetros), la potencia

equivalente a Tera es 1012 y los escribimos como sigue:

5 Tm = 5×1012 m

De manera contraría el número 1.3×10−6 Pa se escribe 1.3 Pa (1.3 microPascales), es

decir, se sustituye la potencia de 10 por el símbolo del prefijo que le corresponde.

1.3. Ley de Coulomb

Balanza de torsión

Imagen tomada de: http://catalogacionrua.unam.mx/enciclopedia/fisica/Text/49_tema_03_3.1.2.html

Charles Coulomb (1736-1806) fue

un físico francés que realizó una

serie de experimentos para tratar de

entender las características de las

fuerzas eléctricas. Con una balanza

de torsión colocó diferentes valores

de cargas eléctricas en esferas

metálicas, y mediante la torsión de

un material elástico midió la fuerza

entre las esferas cargadas cuando se

encontraban separadas una cierta

distancia.

Los resultados de estos experimentos fueron resumidos en un enunciado llamado

Ley de Coulomb, el cual establece:

La fuerza de atracción o repulsión entre dos cargas eléctricas es directamente proporcional al producto de ellas y es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.

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Escribiendo este enunciado en una ecuación matemática que permita calcular la

fuerza eléctrica entre dos cargas que están separadas a una cierta distancia se

tiene:

La unidad de la carga eléctrica en el SIU es el coulomb, que se abrevia (C), en

honor al físico Charles Coulomb. Dado que existen cargas positivas y negativas,

se deberá considerar que si las dos cargas tienen el mismo signo entonces habrá

entre ellas una fuerza de repulsión y si las dos cargas son de signos opuestos,

entonces la fuerza será de atracción.

Supongamos que tenemos un protón, cuya carga es de 1.6×10−19 C𝐶, a una distancia

de 1m de un electrón cuya carga es de −1.6×10−19 C𝐶. La fuerza eléctrica entre ellos

dos será:

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Esta fuerza que existe entre el protón y el electrón es de atracción ya que son

cargas de signo opuesto.

Para practicar: Ley de Coulomb

1. Dos pequeñas canicas, que tienen carga de +1 𝐶 C y −10 C 𝐶𝐶, están a una distancia

r 𝑟=0.5 m𝐶. ¿Cuál es la fuerza electrostática entre ellas?

2. ¿Cuál es la separación entre dos cargas de −4 C si la fuerza de repulsión entre

ellas es 200 N?

1.4. Intensidad del campo eléctrico

Anteriormente se revisó que los cuerpos cargados interaccionan mediante su

campo eléctrico, el cual produce una fuerza por unidad de carga.

La intensidad del campo eléctrico (𝐶 ) en un punto en el espacio es igual al cociente entre la fuerza que ejerce el campo sobre un cuerpo cargado y la carga del cuerpo.

En el sistema métrico, una unidad de intensidad del campo eléctrico es el newton

por coulomb (N/C).

Supongamos ahora que deseamos calcular la intensidad del campo E a una

distancia 𝐶 de una sola carga Q𝐶. La fuerza que ejerce 𝐶 sobre la carga de prueba 𝐶 en

ese punto es, a partir de la ley de Coulomb:

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Sustituyendo el valor de F en la ecuación 𝐶=𝐶𝐶 se obtiene,

si simplificamos se obtiene una nueva expresión para calcular la intensidad del

campo eléctrico en términos de una carga y una distancia:

Ejemplos:

1. Una carga de +2𝐶𝐶 C 𝐶𝐶 colocada en un punto P en un campo eléctrico experimenta

una fuerza de 8×10−4 N. ¿Cuál es la intensidad del campo eléctrico en ese punto?

2. ¿Cuál es la intensidad del campo eléctrico a una distancia de 2 m de una carga

de 12 C ?

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Para practicar: Intensidad del campo eléctrico

1. En un punto determinado, la intensidad del campo eléctrico es de 40 N/C . Una

carga desconocida recibe una fuerza de 5×10−5 𝐶. ¿Cuál es la magnitud de la carga?

2. Calcula la distancia a la que está de un punto P una carga de 3 C 𝐶𝐶 que

experimenta una intensidad de campo eléctrico de 1.3 𝐶𝐶.

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2. Electrodinámica

La electrodinámica se encarga de estudiar a las cargas eléctricas en movimiento.

2.1. Intensidad de corriente eléctrica

En el siglo XVIII cuando se hicieron los primeros

experimentos con electricidad, sólo se disponía de carga

eléctrica generada por frotamiento o por inducción. Se

logró (por primera vez, en 1800) tener un movimiento

constante de carga cuando el físico italiano Alessandro

Volta inventó la primera pila eléctrica.

Si suponemos que la corriente eléctrica es el flujo ordenado de carga (electrones)

entre dos puntos de un material conductor, una pregunta es ¿cuánta corriente pasa

por el conductor en cierto tiempo? Para responderla, se establece la intensidad de

corriente eléctrica, la cual se define a continuación.

Si suponemos que la corriente eléctrica es el flujo ordenado de carga (electrones)

entre dos puntos de un material conductor, una pregunta es ¿cuánta corriente pasa

por el conductor en cierto tiempo? Para responderla, se establece la intensidad de

corriente eléctrica, la cual se define a continuación.

La intensidad de corriente eléctrica I es la rapidez del flujo de carga Q que pasa por una sección transversal en un conductor eléctrico.

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Ejemplos:

1. ¿Cuál es la carga que pasa por una sección transversal de un conductor

eléctrico, en 5 s si se mantiene en él una corriente de 8 A?

Para practicar: Intensidad de corriente eléctrica

1. Calcula la corriente en amperes cuando 690 C de carga que pasan por un punto

dado en 2 min.

2. Si existe una corriente de 24 A durante 50 𝐶, ¿cuántos coulombs de carga han

pasado por el alambre?

2.2. Diferencia de potencial eléctrico

Para abordar este tema comencemos

con el concepto de trabajo, el cual es

muy intuitivo. Cuando una persona

mueve un objeto a una cierta

distancia podemos decir que efectúa

un trabajo.

Usando esta idea intuitiva en Física, el trabajo se define como el producto de la

fuerza necesaria para mover un objeto cierta distancia por dicha distancia (T=F.d).

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En electricidad muchos problemas prácticos son resueltos si se consideran los

cambios que una carga en movimiento experimenta en términos de la energía.

Por ejemplo, si se requiere una cierta cantidad de trabajo para mover una carga

en contra de ciertas fuerzas eléctricas, la carga tendrá un potencial o posibilidad

de aportar una cantidad equivalente de energía cuando sea liberada. Entonces la

energía potencial eléctrica se define como sigue:

Consideremos una carga positiva + que se encuentra en reposo en el punto A dentro de un campo eléctrico 𝐶. Una fuerza eléctrica 𝐶 actúa haciasobre la carga. Al trabajo realizado para mover la carga desde A hasta B el cual es igual al producto de la fuerza por la distancia, es a lo que llamaremos energía potencial eléctrica.

Las unidades en el SIU para la energía potencial eléctrica son los Joules (J).

Para calcular la energía potencial eléctrica en términos del campo eléctrico,

retomemos la expresión para calcular el valor de la intensidad del campo eléctrico 𝐶

de la cual si despejamos F tenemos , sustituyamos en la expresión

para la energía potencial

También podemos obtener otra expresión si ahora tomamos a F de la Ley de

Coulomb:

Consideremos d = r

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Ejemplos:

1. Una carga de 6 C se encuentra a 30 mm de otra carga de 16 𝐶 C 𝐶. ¿Cuál es la

energía potencial del sistema?

2. La intensidad del campo eléctrico entre dos placas paralelas separadas a 25 mm

es 800 N/C. ¿Cuál es la energía potencial generada por una carga de 2 C ?

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Para practicar: Diferencia de potencial eléctrico

1. ¿Cuál es la energía potencial de una carga de +6 𝐶𝐶 localizada a 50 mm de una

carga de +80 C ?

En el Tema 1 se estudió la intensidad de campo eléctrico como fuerza por unidad

de carga, la ventaja de un concepto de ese tipo es que permite asignar una

propiedad eléctrica al espacio. Si se conoce la intensidad del campo en cierto

punto, es posible predecir la fuerza sobre una carga situada en ese punto. De igual

forma es conveniente asignar otra propiedad al espacio que rodea una carga, y

que permita predecir la energía potencial eléctrica debida a otra carga situada en

cualquier punto. Esta propiedad del espacio se llama potencial y se define como

sigue:

El potencial V en un punto situado a una distancia r de una carga Q es igual al trabajo por unidad de carga realizado contra las fuerzas eléctricas para transportar una carga positiva +q desde el infinito hasta dicho punto.

En otras palabras, el potencial en determinado punto A, es igual a la energía

potencial por unidad de carga. Las unidades de potencial se expresan en joules por

coulomb, y se conocen como volt.

La diferencia de potencial entre dos puntos es el trabajo por unidad de carga

positiva que realizan fuerzas eléctricas para mover una pequeña carga de prueba

desde el punto de mayor potencial al punto de menor potencial. Otra forma

de expresar sería afirmar que la diferencia de potencial entre dos puntos es la

diferencia en los potenciales en esos puntos. Por ejemplo si el potencial en cierto

punto A es de 100 V y el potencial en otro punto B es de 40 V, la diferencia de

potencial es:

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2.3. Resistencia eléctrica

La resistencia (R) se define como la oposición a que fluya la carga eléctrica.

Aunque la mayoría de los metales son buenos conductores de electricidad. Todos

ofrecen cierta oposición a que el flujo

de carga eléctrica pase a través de ellos. La resistencia eléctrica es fija para gran

número de materiales específicos.

2.5. Ley de Watt

El paso de la corriente eléctrica implica forzosamente la liberación de la energía

potencial que se almacenó mediante el voltaje. La ley de Watt establece que

La potencia eléctrica es directamente proporcional al voltaje (V) de un circuito y a la corriente (I) que circule por él.

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La unidad para medir la potencia eléctrica es el Watt (W).

La expresión para la potencia eléctrica se puede expresar usando la Ley de Ohm

V = I• R. Al sustituir V tenemos:

Si usamos la Ley de Ohm pero ahora a 𝐶=𝐶𝐶 y lo sustituimos:

Un ventilador de una oficina pequeña tiene una etiqueta en la base que indica

120 V, 55 W. ¿Cuál es la corriente de operación de este ventilador y cuál es su

resistencia eléctrica?

Ve el siguiente video para que conozcas más sobre la ley de Watt: https://

www.youtube.com/watch?v=p_DxCbZBUIA

www.youtube.com/watch?v=p_DxCbZBUIA

javierbustos

Typewritten Text

Ejemplo

javierbustos

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2.6. Ley de Joule

La ley de la conservación de la energía afirma que la energía no puede crearse ni

destruirse, sólo se puede cambiar de una forma a otra.

Al circular una corriente eléctrica a través de un conductor el movimiento de los

electrones dentro del mismo produce choques con los átomos del conductor

cuando adquieren velocidad constante, lo que hace que parte de la energía

cinética de los electrones se convierta en calor, con un aumento en la temperatura

del conductor. Mientras más corriente fluya mayor será el aumento de la energía

térmica del conductor y por consiguiente mayor será el calor liberado. A este

fenómeno se le conoce como efecto joule.

El calor producido por la corriente eléctrica que fluye través de un conductor

es una medida del trabajo hecho por la corriente venciendo la resistencia del

conductor; la energía requerida para este trabajo es suministrada por una fuente,

mientras más calor produzca mayor será el trabajo hecho por la corriente y

por consiguiente mayor será la energía suministrada por la fuente; entonces,

determinando cuánto calor se produce se puede determinar cuánta energía

suministra la fuente y viceversa.

El calor generado por este efecto se enuncia en la ley de Joule que dice que:

Cuando la corriente eléctrica atraviesa un conductor, éste se calienta, emitiendo energía, de tal forma que el calor desprendido es directamente proporcional a la resistencia del conductor, al tiempo durante el que está circulando la corriente y al cuadrado de la corriente que lo atraviesa.

Este fenómeno tiene mucha utilidad en la vida cotidiana, a continuación se

describen algunas aplicaciones:

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Aplicaciones

ALUMBRADO ELÉCTRICO

Se utilizan para el alumbrado, lámparas, bombillas

o ampollas llamadas incandescencia.

APLICACIONES DOMÉSTICAS

Muchas aplicaciones prácticas del efecto Joule

intervienen en la construcción de los aparatos

electrodomésticos, tales como planchas,

hervidores, hornos, calentadores de ambiente y

de agua, secadores, rizadores.

Información tomada de:

http://es.slideshare.net/2871137663/ley-de-joule-diapositivas

Si te interesa construir una lámpara casera usando la ley de Joule, revisa el

siguiente video: https://www.youtube.com/watch?v=7PxzIhIlqtA

https://www.youtube.com/watch?v=7PxzIhIlqtA

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3. Electromagnetismo

En este tema estudiaremos las fuerzas magnéticas. Una fuerza magnética se

puede originar por la presencia de cargas eléctricas en movimiento, y una fuerza

eléctrica se puede generar a causa de un campo magnético en movimiento.

El funcionamiento de motores eléctricos, generadores, transformadores,

interruptores, televisores, radios entre otros dispositivos, depende de la relación

entre las fuerzas eléctricas y magnéticas.

3.1. Imanes y campos magnéticos

Los primeros fenómenos magnéticos observados se relacionaron con fragmentos

de piedra de imán o magnetita (óxido de hierro) encontrada cerca de la antigua

ciudad de Magnesia hace aproximadamente 2000 años. Se observó que estos

imanes naturales atraían pequeños trozos de hierro no magnetizados. Esta fuerza

de atracción se conoce como magnetismo y al objeto que ejerce una fuerza

magnética se le llama imán.

Todo imán está rodeado por un espacio, en el cual se manifiestan sus efectos

magnéticos. Dichas regiones se llaman campos magnéticos.

El magnetismo terrestre

La tierra se comporta como un imán gigantesco.

Esta circunstancia nos permite orientarnos

mediante una brújula en cualquier parte de la

tierra. La brújula tiene un imán en forma de aguja

que siempre gira para estar bien orientado hacia

el polo nosrte geográfico.

Los polos magnéticos de la Tierra están invertidos con respecto a sus polos

geográficos. El polo norte geográfico de la Tierra corresponde a su polo sur

magnético y viceversa. Mas exactamente, el polo sur magnético de la tierra

está algo desplazado con relación al norte geográfico, concretamente a

unos 1,600 kilómetros.

Información tomada de:

http://es.slideshare.net/ANDRRRUCO/electricidad-y-magnetismo-1

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Clases de imanes

Naturales

Son los que se

encuentran en la

naturaleza, como

algunas rocas. La

magnetita es una

de ellas.

Artificiales

Son los fabricados

por las personas,

normalmente

al frotarlos con

magneita o al

hacer pasar a

través de ellos la electricidad.

Información tomada de:http://es.slideshare.net/juan.moreno3/el-magnetismo-29690255

Los extremos de los imanes son llamados polos, los cuales son llamados polo sur y

polo norte ambos con distinta carga.

Imagen tomada de:

http://es.slideshare.net/sruizde/electromagnetismo-34710103

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3.2. Ley de Ampere

La Ley de Ampere relaciona un campo magnético estático con la causa que lo

produce, es decir, una corriente eléctrica estacionaria.

La circulación de la intensidad del campo magnético en un contorno cerrado es igual a la corriente que lo recorre en ese contorno.

Para más información, revisa los siguientes links:

https://www.youtube.com/watch?v=Cp4NVvb9ChM

https://www.youtube.com/watch?v=MV2Zsj5p1yw

3.3. Ondas electromagnéticas

Imagen tomada de:http://zeovida.net/orgonitas/

Son aquellas ondas que no necesitan un medio material

para propagarse. Incluyen, entre otras, la luz visible y las

ondas de radio, televisión y telefonía celular.

Todas se propagan en el vacío a una velocidad

constante, muy alta (300 0000 km/s), pero no infinita.

Gracias a ello podemos observar la luz emitida por una

estrella lejana hace tanto tiempo que quizás esa estrella

haya desaparecido ya. O podemos enterarnos de un

suceso que ocurre a miles de kilómetros prácticamente

en el instante de producirse.

Las ondas electromagnéticas (O.E.M) se propagan mediante una oscilación de

campos eléctricos y magnéticos. Los campos electromagnéticos al “excitar”

los electrones de nuestra retina, nos comunican con el exterior y permiten que

https://www.youtube.com/watch?v=Cp4NVvb9ChM

https://www.youtube.com/watch?v=MV2Zsj5p1yw

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nuestro cerebro “construya” el escenario del mundo en que estamos. Las O.E.M.

son también soporte de las telecomunicaciones y el funcionamiento complejo del

mundo actual.

3.4. Inducción electromagnética (leyes de inducción de Faraday)

La inducción electromagnética permite la producción de una corriente eléctrica

en un alambre conductor. Éste es el principio de operación básico de muchos

dispositivos eléctricos.

La corriente eléctrica inducida es equivalente a un voltaje inducido en los extremos

del alambre, es como si una fuente de voltaje estuviera conectada entre sus

extremos para producir la corriente. Así, podemos considerar que el movimiento

del imán no sólo induce la corriente, sino que también una diferencia de voltaje

en el alambre; mientras más rápido se mueva el imán, el voltaje (y la corriente)

inducido será mayor.

Cuando se introduce un imán en una bobina, las cargas en su interior se mueven

y producen una corriente eléctrica. Por otro lado, si el número de espiras en

la bobina crece, el voltaje que se induce aumenta proporcionalmente, pues el

número de cargas que se pone en movimiento también es mayor.

La relación entre estas variables fue descubierta por Michael Faraday y se conoce

como Ley de inducción de Faraday

El voltaje inducido en una bobina es proporcional al producto del número de espiras y a la razón de cambio del campo magnético dentro de dichas espiras.

Dentro de las aplicaciones de la ley de Faraday se encuentran:

Aplicaciones de la ley de Faraday

El número de aplicaciones de la ley de Fraday es infinito. Prácicamente toda la tecnología eléctrica se basa en ella. Aquí indicamos algunas de las aplicaciones más directas.

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Motor eléctrico

Relacionado con el generador está el motor eléctrico, en el cual lo que se hace es girar un electroimán (el rotor) en el interior del campo magnético creado por otros electroimanes (el estator), haciendo que por el rotor circule una corriente alterna se puede conseguir una rotación continuada.

Aplicaciones de la ley de Faraday

Al estudiar los efectos de inducción de una bobina (primario) se obtiene que en el caso ideal, el voltaje que resulta en el secundario es proporcional al voltaje del primario. De esta manera se puede elevar o reducir el voltaje a voluntad. El dispositivo formado por estas dos bobinas alrededor de un núcleo es un transformador.

Los transformadores son esenciales en la transmisión de la energía elécrica, porque al mismo tiempo que aumentan el voltaje, reducen la intensidad de la corriente. De esta forma se minimizan las pérdidas por efecto Joule en la distribución de energía eléctrica.

Información tomada de:http://es.slideshare.net/hermerG/ley-de-ampere-34542262

Si deseas realizar un experimento consulta el video siguiente:

https://www.youtube.com/watch?v=feBtqTwTbSk

https://www.youtube.com/watch?v=feBtqTwTbSk

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Otros videos de interés:

https://www.youtube.com/watch?v=Xvh6105mCHk

https://www.youtube.com/watch?v=Vx-7FQ3AA2c

Para practicar: Electromagnetismo

1. Escribe Verdadero o Falso en cada una de las siguientes afirmaciones.

2. Realiza una búsqueda en internet sobre el funcionamiento de los motores

eléctricos y los generadores eléctricos y enfatiza la relación entre estos y la

Ley de Faraday.

https://www.youtube.com/watch?v=Xvh6105mCHk

https://www.youtube.com/watch?v=Vx-7FQ3AA2c

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Referencias

Hewitt, P.G. (2007). Física conceptual. México: Pearson-Addison Wesley.

Lozano, R. & López, J. (2005). Física I. México: Nueva Imagen.

Pérez Montiel, H. (2007). Física general. México: Patria Cultural.

Tippens, P. E. (2007). Física, conceptos y aplicaciones. México: Graw.Hill.

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