Semana 3

SEMANA 3

Carga Eléctrica.

La electricidad en la naturaleza.

La carga eléctrica es una de las propiedades básicas de la materia. Aunque la comprensión extensa de sus manifestaciones se resistió durante siglos al escrutinio de la ciencia, ya hacia el año 600 a. C. los filósofos griegos describieron con detalle el experimento por el cual una barra de ámbar frotado atrae pequeños pedacitos de paja u otro material ligero (electrización por frotamiento).

Cargas eléctricas

En física, la carga eléctrica es una propiedad intrínseca de algunas partículas subatómicas (pérdida o ganancia de electrones) que se manifiesta mediante atracciones y repulsiones que determinan las interacciones electromagnéticas entre ellas. La materia cargada eléctricamente es influida por los campos electromagnéticos siendo, a su vez, generadora de ellos. La interacción entre carga y campo eléctrico origina una de las cuatro interacciones fundamentales: la interacción electromagnética.

Los fenómenos eléctricos, indivisiblemente unidos a los magnéticos, están presentes en todas partes, ya sea en las tormentas, la radiación solar o el cerebro humano. Modernamente, sus propiedades se aprovechan en múltiples campos de actividad, y la electricidad se ha convertido en una forma esencial de consumo y transporte de energía.

Conservación de la Energía.

Todo objeto cuyo número de electrones sea distinto al de protones tiene carga eléctrica. Si tiene más electrones que protones la carga es negativa. Si tiene menos electrones que protones, la carga es positiva.
Los electrones no se crean ni se destruyen, sino que simplemente se transfieren de un material a otro. Cuando un cuerpo es electrizado por otro, la cantidad de electricidad que recibe uno de los cuerpos es igual a la que cede el otro. La carga se conserva. En todo proceso, ya sea en gran escala o en el nivel atómico y nuclear, se aplica el concepto de conservación de la carga. Jamás se ha observado caso alguno de creación o destrucción de carga neta. La conservación de la carga es una de las piedras angulares de la física, a la par con la conservación de la energía de la cantidad de movimiento.
Todo objeto con carga eléctrica tiene un exceso o una deficiencia de cierto número entero de electrones: los electrones no se pueden dividir en fracciones. Esto significa que la carga del objeto es un múltiplo entero de la carga del electrón. El objeto no puede poseer una carga igual a 1.5 o a 1000.5 electrones, por ejemplo. Todos los objetos cargados que se han observado hasta ahora tienen una carga que es un múltiplo entero de la carga de un solo electrón.

Electrización y Detección.

Cuando a un cuerpo se le dota de propiedades eléctricas, es decir, adquiere cargas eléctricas, se dice que ha sido electrizado.

La electrización es uno de los fenómenos que estudia la electrostática.

A.- Electrización por contacto
Se puede cargar un cuerpo con sólo tocarlo con otro previamente cargado. En este caso, ambos quedan con el mismo tipo de carga, es decir, si toco un cuerpo neutro con otro con carga positiva, el primero también queda con carga positiva.

B.- Electrización por frotamiento
Al frotar dos cuerpos eléctricamente neutros (número de electrones = número de protones), ambos se cargan, uno con carga positiva y el otro con carga negativa.
Si frotas una barra de vidrio con un paño de seda, hay un traspaso de electrones del vidrio a la seda.
Si frotas un lápiz de pasta con un paño de lana, hay un traspaso de electrones del paño a al lápiz.

C.- Electrización por inducción
Un cuerpo cargado eléctricamente puede atraer a otro cuerpo que está neutro. Cuando acercamos un cuerpo electrizado a un cuerpo neutro, se establece una interacción eléctrica entre las cargas del primero y el cuerpo neutro.
Como resultado de esta relación, la redistribución inicial se ve alterada: las cargas con signo opuesto a la carga del cuerpo electrizado se acercan a éste.
En este proceso de redistribución de cargas, la carga neta inicial no ha variado en el cuerpo neutro, pero en algunas zonas está cargado positivamente y en otras negativamente
Decimos entonces que aparecen cargas eléctricas inducidas. Entonces el cuerpo electrizado induce una carga con signo contrario en el cuerpo neutro y por lo tanto lo atrae.

En términos de movimiento de electrones, cuando...
A.- Un objeto con carga positiva se conecta a tierra:
Existe un flujo de electrones de tierra hasta la carga, carga neutra.
B.- Una esfera con carga negativa se pone en contacto con una neutra:
Existe un flujo de electrones de la carga hacia tierra.
C.- Una barra con carga positiva se acerca a una placa metálica neutra y aislada:
Se atraen los cuerpos. 

SEMANA3 SESIÓN 7	Física 2 UNIDAD 5: FENÓMENOS ELECTROMAGNÉTICOS (40 h)
contenido temático	5.1 Carga eléctrica.

Aprendizajes esperados del grupo	Conceptuales Reconoce a la carga eléctrica como una propiedad de la materia, asociada a los protones y electrones, que determina otro tipo de interacción fundamental diferente a la gravitacional. Procedimentales ·       Elaboración de resúmenes de la indagación bibliográfica. ·       Realización de experimentos con diversos materiales. ·       Presentación en equipo Actitudinales Cooperación, responsabilidad respeto y tolerancia, contribuirá al trabajo en un ambiente de confianza. HOLA MANAGUS JEEEEEEEEEEEE
Materiales generales	Computo: -          PC, Conexión a internet De proyección: -          Cañón Proyector Programas: -           Moodle, Google docs, core electronico, Excel, Word. Didáctico: -          Presentación de la información indagada del tema. De laboratorio: Varillas de vidrio, ebonita, piel de conejo, latas vacías, platos de unicel, corcho, papel, electroscopio, globos.
Desarrollo del proceso	FASE DE APERTURA El Profesor  presenta las preguntas iniciales: Preguntas ¿Qué es la carga eléctrica? ¿Qué tipos de cargas eléctricas existen? Si una sustancia ha ganado electrones tendrá carga eléctrica: Si una sustancia ha perdido electrones tendrá carga eléctrica: La unidad de carga en el sistema Internacional es:_______ y se define: ¿Qué le ocurre a dos cuerpos electrizados al acercarse? Equipo 4 6 1 3 5 2 Respuesta Es una propiedad de la materia que se traduce o que provoca que los cuerpos se atraigan o se repelan entre si. La carga eléctrica puede ser positiva o negativa, decimos carga neutra, cuando hay igualdad de cargas positivas y negativas. Negativa, porque los electrones contienen carga negativa. Al ganar más electrones, se carga negativamente. Positiva: pierden electrones. Es el Columbio, y se define como la carga que atraviesa, por segundo, la sección de un conductor por el que cricula una corriente constante de 1 amperio de intensidad • Objetos cargados con cargas del mismo signo se repelen. • Cuando están cargados con cargas de distinto signo, se atraen. • Un cuerpo cargado, sea cual sea el signo de la carga, siempre atrae a un cuerpo neutro, como consecuencia de producir una redistribución de las cargas del mismo. (A este proceso en el cual aparecen cargas eléctricas en un cuerpo ante la aproximación de otro ya cargado, se le llama electrización por inducción). Los alumnos en equipo, discuten y escriben sus respuestas en el cuadro, utilizando el procesador de palabras: -          Se realiza una discusión en el grupo, mediada por el Profesor para consensar las respuestas. FASE DE DESARROLLO -          Los alumnos desarrollan las actividades de acuerdo a las indicaciones del Profesor: Ø  Solicitar el material requerido para realizar las actividades siguientes: No olvidar foto del experimento  Carga eléctrica de varillas por frotamiento  Varillas de diferentes materiales frotadas con tela se acercan a trozos de algún material liviano tal como corcho, papel o semillas de grama. Se observa como dichos materiales son atraídos por las varillas debido a la carga eléctrica presente. Carga eléctrica de un globo o esfera de unicel por frotamiento  Se frota con un paño un globo inflado y se puede observar que atrae pequeños trozos de un material liviano. También se puede observar que se adhiere a una superficie, como por ejemplo el pizarrón.  Electrización de un electroscopio por inducción  Un electroscopio se puede cargar eléctricamente por medio del acercamiento de una varilla cargada previamente por frotamiento, sin necesidad de que exista contacto entre el electroscopio y la varilla cargada. Observaciones: Carga eléctrica de varillas por frotamiento Carga eléctrica de un globo o esfera de unicel por frotamiento Hubo una atracción Electrización de un electroscopio por inducción Con la regla el unicel logramos observar movimiento (atracción) Regla de plástico Repulsión. Vaso o cuerpo de unicel Atracción. Conclusiones: Todos tienen una carga eléctrica, pero dependiendo de la carga de cada cuerpo es porque existe una atracción o una repulsión. FASE DE CIERRE     Al final de las presentaciones, se lleva a cabo una discusión extensa, en la clase, de lo  que se aprendió y aclaración de dudas por parte del Profesor.                     Actividad Extra clase: Los alumnos llevaran la información  a su casa y los que tengan computadora e internet, indagaran los temas de la siguiente sesión, de acuerdo al cronograma.  Se les sugiere que abran una carpeta  nombrada Física 2;  en la cual almacenaran su información, se les solicitara que los equipos formados, se comuniquen vía e-mail u otro  programa para comentar y analizar los resultados, para presentarla al Profesor en la siguiente clase en USB.                Los alumnos que tengan PC y Programas elaboraran su informe, empleando el                   programa  Word, para registrar los resultados.
Evaluación	Informe en Power Point de la actividad.     Contenido:     Resumen de la Actividad.
Referencias	1 Programa de Estudios, Física I a IV, CCH, UNAM, México, 1993. Bueche F. J., Fundamentos de Física, McGraw Hill, México, 1991. Hecht, E., Fundamentos de Física, Thomson Learning, México, 2001. Hewitt, P. Física conceptual, Pearson, México, 1999. Zitzewitz, P. W., Neft, R. F. y Davis, M. Física 2. Principios y problemas, McGraw Hill, México, 2002.

 

SEMANA3 SESIÓN 8	Física UNIDAD 5: FENÓMENOS ELECTROMAGNÉTICOS
contenido temático	5.2 Conservación de la carga. 5.3 Formas de electrización y detección.

Aprendizajes esperados del grupo	Conceptuales Emplea el modelo atómico y el principio de conservación de la carga para explicar un              cuerpo eléctricamente neutro y eléctricamente cargado. Explica las diferentes formas en que un cuerpo puede electrizarse: frotamiento, contacto e inducción, considerando la transferencia de electrones. Procedimentales ·       Manejo de los generadores de Vander Graff y de Wimshurt. ·       Presentación en equipo Actitudinales Cooperación, responsabilidad respeto y tolerancia, contribuirá al trabajo en un ambiente de confianza.
Materiales generales	Computo: -          PC, Conexión a internet De proyección: -          Cañón Proyector Programas: -           Moodle, Google docs, correo electronico, Excel, Word, Power Point. Didáctico: Presentación en Power Point; examen diagnóstico, programa del curso., -          De laboratorio: Generador de Van der Graff  y  generador de Wimshurt, electroscopio. Varillas de vidrio, ebonita, piel de conejo, papel aluminio.
Desarrollo del proceso	FASE DE APERTURA El Profesor  hace las preguntas siguientes: -          Los alumnos en equipo, discuten y escriben sus respuestas en el cuadro, utilizando el procesador de palabras: Preguntas ¿En qué consiste el principio de la conservación de la carga? ¿Cuáles son las formas de electrizar los materiales? ¿En qué consiste la electrización por contacto? ¿En qué consiste la electrización por frotamiento? ¿En qué consiste la electrización por inducción? ¿Cómo se determina la carga eléctrica de los materiales? Equipo 3 1 6 5 2 4 Respuesta Establece que no hay destrucción ni creación neta de carga eléctrica, y afirma que en todo proceso electromagnético la carga total de un sistema aislado se conserva. Los cuerpos se electrizan al perder o ganar electrones. Si un cuerpo posee carga positiva, esto no significa exceso de protones, pues no tiene facilidad de movimiento como los electrones. Por lo tanto, debemos entender que la carga de un cuerpo es positiva si pierde electrones y negativa cuando los gana. Los cuerpos se electrizan por: frotamiento, contacto e inducción Se caracteriza porque es permanente y se produce tras un reparto de carga eléctrica que se efectúa en una proporción que depende de la geometría de los cuerpos y de su composición. Al frotar dos cuerpos eléctricamente neutros (número de electrones = número de protones), ambos se cargan, uno con carga positiva y el otro con carga negativa.  Al quedar cargados eléctricamente ambos cuerpos, ejercen una influencia eléctrica en una zona determinada que depende de la cantidad de carga ganada o perdida, dicha zona se llama campo eléctrico. Esta forma de electrización se presenta cuando un cuerpo se carga eléctricamente al acercarse a otro ya electrizado. Por ejemplo una barra de plástico cargada al acercarse a un trozo de papel en estado neutro o descargado. A medida que la barra se aproxima, rechaza los electrones del papel hasta el lado más alejado del átomo. Así pues, la capa superficial del papel más próxima a la barra cargada, tiene el lado positivo de los átomos, mientras la superficie más alejada tiene el lado negativo. Se puede determinar empleando un instrumento como es el  electroscopio. Es un instrumento que se utiliza para saber si un cuerpo está electrizado y el signo de su carga Cuando un electroscopio se carga con un signo conocido, puede determinarse el tipo de carga eléctrica de un objeto aproximándolo a la esfera. Si las laminillas se separan significa que el objeto está cargado con el mismo tipo de carga que el electroscopio. De lo contrario, si se juntan, el objeto y el electroscopio tienen signos opuestos. -          Se realiza una discusión en el grupo, mediada por el Profesor para consensar las respuestas. FASE DE DESARROLLO -          Los alumnos desarrollan las actividades de acuerdo a las indicaciones del Profesor: No olvidar foto del experimento Ø  Solicitar el material requerido para realizar las actividades siguientes: 1.- Carga eléctrica de un electroscopio por contacto Varillas de diferentes materiales previamente cargadas por frotamiento le transmiten carga por contacto al electroscopio, la cual se detecta por la separación de las láminas del mismo. 2.- Carga eléctrica de peces de papel  Peces de papel dentro de un recipiente son atraídos por una superficie tensa previamente cargada por frotamiento. Se cargan entonces eléctricamente por contacto, luego son repelidos y se descargan al contactar a la parte metálica inferior. 3.- Determinación de la carga eléctrica producida por el generador de Wimshurt  Por medio del electroscopio y utilizando varillas patrones: ebonita (-) y vidrio (+), se puede determinar el signo de la carga eléctrica en cada una de las esferas terminales del generador. 4.- Determinación de la carga eléctrica producida por el generador de Van der Graff  Por medio del electroscopio y utilizando varillas patrones: ebonita (-) y vidrio (+), se puede determinar el signo de la carga eléctrica de la esfera grande y la esfera pequeña de este generador. 5.- Volcán electrostático  Trozos de aluminio son puestos en contacto con la esfera mayor del generador de Van der Graff, la cual los carga y luego los repele. 6.- Platos voladores  Discos de aluminio se colocan sobre la esfera mayor del generador de Van der Graff, la cual los carga y luego los repele. 7.- Modelo del Generador de Whimshurt  El generador de Wimshurt es un dispositivo cuyo funcionamiento se basa en la electrización por frotamiento, contacto e inducción. Se dispone de un modelo por medio del cual se puede explicar de manera didáctica el funcionamiento de este generador. 8.- Descargas eléctricas  Por medio del uso de generadores electrostáticos tales como el generador de Whimsurt o generador de Van der Graff se pueden observar descargas eléctricas, a través del aire, entre las esferas cargadas eléctricamente con distintos signos en dichos generadores. Actividad Observaciones Conclusiones:    Los alumnos registran sus observaciones y en equipo realizan y presentan sus conclusiones.           FASE DE CIERRE     Al final de las presentaciones, se lleva a cabo una discusión extensa, en la clase, de lo  que se aprendió y aclaración de dudas por parte del Profesor.                     Actividad Extra clase: Los alumnos llevaran la información  a su casa y los que tengan computadora e internet, indagaran los temas de la siguiente sesión, de acuerdo al cronograma.  Se les sugiere que abran una carpeta  nombrada Física 2;  en la cual almacenaran su información, se les solicitara que los equipos formados, se comuniquen vía e-mail u otro  programa para comentar y analizar los resultados, para presentarla al Profesor en la siguiente clase en USB.                Los alumnos que tengan PC y Programas elaboraran su informe, empleando el                   programa  Word, para registrar los resultados.
Evaluación	Informe en Power Point de la actividad.     Contenido:     Resumen de la Actividad.

Recapitulación 3

Resumen del  martes y  jueves

Equipo	1	2	3	4	5	6
Resumen	El día martes el profesor revisó las indagaciones. Realizamos una práctica con un electroscopio, una tela de conejo, unicel, varas de cristal y plástico. Cada una de las varas debíamos frotarlas con la piel del conejo estas adquirían cierta carga, después las acercábamos al electroscopio y depende de la carga, este se movía. El día jueves trabajamos con el aparato de wimshurt y vandergraffs, y vimos que producían una carga.	El día martes, comenzamos a realizar las practicas de fenómenos electromagnéticos, utilizamos piel de conejo y varas de plástico, y cristal, unicel, los cuales frotamos en la piel de conejo para ver cual producía una carga electica viéndolo en el electroscopio. El jueves vimos las formas de electrización, utilizando los aparatos de Wimshurt y Vandergraffs, algunos compañeros ayudaron para ver si se producía estática.	El día martes realizamos una práctica con ayuda de piel de conejo, varas de plástico y cristal, además de bolitas de unicel, en donde observamos fenómenos electromagnéticos, pues frotamos los materiales con la piel de conejo y vimos si se producía una carga eléctrica de los materiales utilizando el electroscopio.  El día jueves utilizamos aparatos  para ver las formas de electrización los cuales eran Winmshurt y Vandergraffs. Y vimos cuales producían cargas eléctricas.	El día martes se revisaron las indagaciones sobre los temas Conservación de la carga, carga eléctrica y formas de electrolización y detección. Se realizo la practica en donde con piel de conejo se frotaron varios materiales para medir su carga eléctrica con el electroscopio. El día jueves se realizo la práctica con los aparatos de wimshurt y vandergraffs los cuales nos mostraron la electricidad que producían y la estatica.	El martes se revisaron las indagaciones de fenómenos electricoss, para después hacer la practica que consistía en frotar distintos objetos de diferentes materiales con piel conejo para medir su carga eléctrica con elelectroscopio.  El jueves hicimos una practica donde usamos dos aparatos para medir las cargas eléctricas, el de wimshurt y el de vandergraffs	El dia martes reviso las indagaciones realizamos el experimento de fenómenos electronicos. El jueves vimos como se transmiten las cargas electricas  con los aparatos de wimshurt y vandergraffs utilizado piel de conejo y otros materiales.