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Módulo 12. Matemáticas y Representaciones del Sistema Natural Unidad I. Dinámica Dinámica de fuidos fuidos 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) 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, 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, Coulomb, Ohm, Ampere, Watt, Joule Joule y Faraday que explican el comportamiento comport amiento de la electricidad electri cidad 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, eléctrica, potencial eléctrico, eléctrico, intensidad de corriente eléctrica, voltaje, resistencia, potencia, campo magnético y leyes de Coulomb, Coulomb , Ohm, Ampere, Watt, Joule y Faraday Faraday de manera analítica y sistemática para apoyar la solución de problemas que reejan situaciones

eléctricas, magnéticas y electromagnéticas electromagnéticas del entorno. •

Relaciona las leyes electromagnéticas electromagnéticas para comprender el funcionamiento de los equipos eléctricos de su vida cotidiana.

•

Identica las leyes de la electricidad electricida d 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, 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/r 2, 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 instrumentos de medición correspondientes correspondientes a cada concepto de la electricidad y el magnetismo para determinar valores numéricos en una situación específca.

•

Aplica de manera sistemática los modelos matemáticos (F = kq1q2/r 2, 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 represent an 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, eléctrica, voltaje, resistencia, resistencia, potencia, campo magnético, y leyes 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

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

primeros cientícos 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 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 identicó dos tipos de cargas eléctricas. A las cargas adquiridas

por frotar una barra de vidrio con lana las denominó cargas positivas (+) y a las l as 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 cientícos, se

descubrió que los átomos están compuestos por pequeñas partículas llamadas protones, electrones y neutrones. neutrones. Se encontró que los l os 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. electrones. Los protones de un cuerpo sólido no se trasladan fácilmente a través de él. Tampoco 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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Clasifcación de los materiales Conductores

Los materiales que permiten el movimiento de las cargas eléctricas a través de ellos.

Aisladores

Semiconductores

Los materiales que retienen las cargas eléctricas sin permitir su desplazamiento hacia otras partes del cuerpo.

Sus propiedades eléctricas se distinguen por encontrarse entre los conductores y los aisladores.

Ejemplo: el caucho, los plásticos, el vidrio, la porcelana, la mica y el papel.

Ejemplos: el silicio, el germanio.

Ejemplo: los metales.

Cuadro tomado de: http://sica.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 signica 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 dene 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/21-orden-de-fracciones-decimalesy-naturales/3-2-problemas-deproporcionalidad/

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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-defracciones-decimales-y-naturales/3-2-problemas-de-proporcionalidad/

Si representamos la proporción directa grácamente:

Imagen tomada de: www.portaleducativo.net

Para practicar: Proporcionalidad directa e inversa Completa las siguientes tablas:

Información tomada de: https://luisamariaarias.wordpress.co /luisamariaarias.wordpress.com/ m/ 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/miguelpuer /es.slideshare.net/miguelpuerto/proporcionalidad-inver to/proporcionalidad-inversa-11820926 sa-11820926 Ejemplos: •

En una granja hay 300 gallinas que se comen un camión de grano en 20 días. Si se quedan con 100 gallinas galli nas menos ¿Cuánto tiempo les durará la misma cantidad de grano?

Información Informac ión tomada de: https: https:/ //matelu /matelucia.wordpres cia.wordpress.com/2-1-orde s.com/2-1-orden-de-fr n-de-fracciones acciones-decimales-y-naturales/3-2-problemas-de-proporcionalidad/

•

Si cuatro máquinas tardan 10 días en terminar una obra ¿Cuánto tardarán el  doble de máquinas? y ¿La mitad de las máquinas?

Información tomada de: https://matelucia.w /matelucia.wordpress.com/2-1 ordpress.com/2-1-orden-de-fracciones-decimales-orden-de-fracciones-decimales-yynaturales/3-2-problemas-de-proporcionalidad/

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Representando grácamente:

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/tema11proporcionalidad-y-porcentaje/

Notación científca

Hagamos una breve descripción de lo que es la notación cientíca, ya que la

utilizaremos en los siguientes temas.

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Como ya vimos la notación cientíca 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 científca

1. Expresa en notación cientíca las siguientes cantidades

7,000,000

8,900

0.0078

(4×105)(7×102)

(15×107)÷(3×105)

2. Realiza las siguientes operaciones

5×103+2×103

Prefjos

El Sistema Internacional de Unidades (SIU) con la l a 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 l as unidades, con los correspondientes nombres, símbolos, prejos y reglas de utilización y escritura. Los prejos para

potencias positivas serán abreviados con letras mayúsculas, mientras que los prejos 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 prejo agregado a una unidad, que nalmente se convierte en un solo término y de forma abreviada se escribe mm, donde la primera letra se reere al prejo y la segunda se reere a la unidad. Otro ejemplo es el término Gigabytes, cuyo prejo es Giga y la unidad son los bytes, escrito de forma abreviada Gb . Para reemplazar los prejos por potencias de 10, solo basta jarnos en la potencia

correspondiente y reemplazarla, reemplazarla, por ejemplo, 5 Tm (5 Terámetros), la potencia equivalente a Tera es 10 12 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 Pa (1.3 microPascales), microPascales), es decir, se sustituye la potencia de 10 por el símbolo del prejo que le corresponde.

1.3. Ley de Coulomb Charles Coulomb (1736-1806) fue Balanza de torsión 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 Imagen tomada de: http:/ http://catal /catalogacionr ogacionrua.unam. ua.unam.mx/ mx/ enciclopedia/sica/Text/49_tema_03_3.1.2.html  entre las esferas cargadas cuando se encontraban separadas una cierta distancia.

Los resultados de estos experimentos fueron resumidos en un enunciado l lamado 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. Coulomb. Dado que existen cargas positivas 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 C ,      a una distancia de 1m de un electrón cuya carga es de −1.6×10−19 C  . 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  y −10 r =0.5 m . ¿Cuál es la fuerza electrostática entre ellas?

2. ¿Cuál es la separación entre dos cargas de −4

C si

C ,

está están n a una una dist distan anci cia a

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 ( ) 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).  a una Supongamos ahora que deseamos calcular la intensidad del campo E  a dist distan anci cia a de una una sola sola carg carga a Q . La fuer fuerza za que que ejer ejerce ce sobr obre la carga arga de pru prueba  en

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

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Sustituyendo el valor de F en la ecuación

= se obtiene,

si simplicamos 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 +2

colo coloca cada da en un punt punto o P  en un campo eléctrico experimenta una fuerza de 8×10−4  N . ¿Cuál es la intensidad del campo eléctrico en ese punto? C 

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, determinado, la intensidad del campo eléctrico eléctrico es de 40 N  /C   . Una

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

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

experimenta experimenta una intensidad de campo eléctrico de 1.3

C   que

.

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2. Ele Electr ctrodi odinám námica ica 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 experimentos con electricidad, sólo se disponía de carga eléctrica generada por frotamiento 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 ujo 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 dene a continuación.

Si suponemos que la corriente eléctrica es el ujo 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 i ntensidad de corriente eléctrica, la cual se dene a continuación.

La intensidad de corriente eléctrica  I es la rapidez del ujo 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 50s  ,

¿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 defne 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 dene como sigue:

Consideremos una carga positiva positiva + que se encuentra en reposo en el punto A dentro de un campo eléctrico . Una fuerza eléctrica actúa sobre 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 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  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  . ¿Cuál

es la

energía potencial del sistema?

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

es 8000 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 NC  localizada  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 dene como sigue:

El potencial V   en un punto situado a una distancia r  de  de una carga Q  es  es igual al trabajo por unidad de carga realizado contra las fuerzas eléctricas para transportar una carga positiva + q  desde  desde el innito 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 armar que la diferencia de potencial entre dos puntos es la diferencia en los potenciales en esos puntos. Por ejemplo si el potencial en cierto  y el potencial en otro punto B es de 40 V  , la diferencia de punto A es de 100 V   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. 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:

 y lo sustituimos: Si usamos la Ley de Ohm pero ahora a I=VR  y

Ejemplo:

Un ventilador de una ofcina 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 p ara que conozcas más sobre sob re la ley de Watt: Watt: https:/ http s:// www.youtube.com/watch?v=p_DxCbZBUIA

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2.6. Ley de Joule La ley de la conservación de la energía arma 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 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 uya 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 uye 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 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, electrodoméstic os, tales como planchas, hervidores, hornos, calentadores de ambiente y de agua, secadores, rizadores. Información tomada de: http://es.slideshare.net/2871137 /es.slideshare.net/2871137663/ley-de-joule-diapositivas 663/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

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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 maniestan 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 geográco.

Los polos magnéticos de la Tierra están invertidos con respecto a sus polos geográcos. El polo norte geográco de la Tierra corresponde a su polo sur

magnético y viceversa. viceversa. Mas exactame exactamente, nte, el polo sur magnético de la tierra está algo desplazado con relación al norte geográco, concretamente a

unos 1,600 kilómetros. Información tomada de: http://es.slideshare.net/ANDRRR /es.slideshare.net/ANDRRRUCO/electricidad-y-magnetismo UCO/electricidad-y-magnetismo-1 -1

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Clases de imanes Naturales

Artifciales

Son los que se encuentran en la naturaleza, como algunas rocas. La magnetita es una de ellas.

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 /es.slideshare.net/juan.moreno3/el-magnetismo-29690255 -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.sl http:/ /es.slidesha ideshare.net/sr re.net/sruizde/e uizde/electromag lectromagnetismo netismo-34710103 -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 youtube.com/watch?v=MV2Zs j5p1yw

3.3. Ondas electromagnéticas Son aquellas ondas que no necesitan un medio material para propagarse. 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 muy alta (300 000 km/s), pero no in inita. Gracias a ello podemos observar la luz emitida por una

estrella lejana hace tanto tiempo que quizás esa estrella haya desaparecido desaparecido ya. O podemos enterarnos de un suceso que ocurre a miles de kilómetros prácticamente en el instante de producirse.

Imagen tomada de: http://zeovid http:/ /zeovida.net/orgo a.net/orgonitas/ nitas/

Las ondas electromagnéticas (O.E.M) se propagan mediante una oscilación de campos eléctricos y magnéticos. Los campos electromagnéticos electromagnéticos al “excitar” los electrones de nuestra retina, nos comunican con el exterior y permiten que

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nuestro cerebro “construya” “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 u na 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 Faraday El número de aplicaciones de la ley de Fraday es innito. 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 Faraday Al estudiar los efectos de inducción de una bobina ( primario   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 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/watc https:/ /www.youtube.com/watch?v=feBtqT h?v=feBtqTwTbSk wTbSk

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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 Falso en cada una de las siguientes armaciones. armaciones .

sobre el funcionamiento de los motores 2. Realiza una búsqueda en internet sobre eléctricos y los generadores eléctricos y enfatiza la relación entre estos y la Ley de Faraday.

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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 conceptos y aplicaciones  aplicaciones . México: Graw.Hill.

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