INSTITUTO NACIONAL Departamento de Biología ......2019/06/08 · 3 contacto con la esfera del...
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1 INSTITUTO NACIONAL Departamento de Biología Coordinación 8° básico 2019 Guía de Actividades N°4 Ciencias Naturales – Eje Física “Electricidad” Nombre: ................................................................................................. Curso: ....................... Fecha: .............................. UNIDAD: Electricidad OBJETIVOS DE APRENDIZAJE: 1. Analizar las fuerzas eléctricas, considerando: Los tipos de electricidad. Los métodos de electrización (fricción, contacto e inducción). La planificación, conducción y evaluación de experimentos para evidenciar las interacciones eléctricas. La evaluación de los riesgos en la vida cotidiana y las posibles soluciones. 2. Investigar, explicar y evaluar las tecnologías que permiten la generación de energía eléctrica, como ocurre en pilas o baterías, en paneles fotovoltaicos y en generadores (eólicos, hidroeléctricos o nucleares, entre otros). 3. Analizar un circuito eléctrico domiciliario y comparar experimentalmente los circuitos eléctricos en serie y en paralelo, en relación con la: Energía eléctrica. Diferencia de potencial. Intensidad de corriente. Potencia eléctrica. Resistencia eléctrica. Eficiencia energética. ENERGÍA ELÉCTRICA. Comenzaremos definiendo el concepto de Energía, el que entendemos como la capacidad para que un cuerpo realice un trabajo y se produzcan cambios. Para entender ahora la electricidad como un fenómeno físico, pensemos que esos cambios están relacionados con la presencia y flujo electrones. Recordemos un poco las características de esta partícula subatómica, completando el cuadro. La electricidad la vamos a clasificar en dos tipos: Electricidad estática y electricidad dinámica, ambos tipos las describiremos más adelante. CARGAS ELECTRICAS. Este concepto lo presentaremos como una propiedad física que puede ser adquirida por un cuerpo, relacionado a la cantidad de electrones que puede poseer. Si volvemos a recordar las unidades anteriores, son los electrones aquellas partículas que pueden movilizarse del átomo o entre átomos, por tanto, son estos los que nos permitirán categorizar las cargas de un cuerpo, algo parecido a lo trabajado con el concepto de los iones. 1.- Completa las oraciones usando los términos Exceso y Deficiencia. a.- Un cuerpo queda cargado negativamente cuando tiene ______________________ de electrones. b.- Un cuerpo queda cargado positivamente cuando tiene ______________________ de electrones. Ahora bien, cuando un objeto o cuerpo queda cargado, ya sea positiva o negativamente, este puede interactuar con otros objetos, cada uno manifestando fuerza electroestática. Esta interacción entre cargas puede ser de dos tipos, de repulsión o de atracción. 2.- Identifica la interacción entre cargas. 3.- Analiza el siguiente caso: Tenemos 4 objetos. A se atrae con B, pero este último repele a C. D tiene carga positiva y a su vez se atrae con C. a.- ¿Cuál es la carga de A, B, C y D? A B C D b.- ¿Qué interacción tendrían A y C? _________________ c.- ¿Qué tipo de carga atrae B? _____________________ d.- ¿Qué tipo de carga repele D? ____________________ 4.- Utilizando tu libro de Ciencias en la página 292, encontraras formas de sintetizar o resumir información de manera gráfica, las cuales te permitirán estudiar. Repasa el organizador gráfico llamado “Diagrama de Venn”, y construye uno Electrón Símbolo Ubicación Carga Obj. 1 Interacción Obj. 2
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INSTITUTONACIONALDepartamentodeBiologíaCoordinación8°básico2019
GuíadeActividadesN°4CienciasNaturales–EjeFísica
“Electricidad”Nombre:.................................................................................................Curso:.......................Fecha:..............................UNIDAD:ElectricidadOBJETIVOSDE APRENDIZAJE: 1.Analizar las fuerzas eléctricas, considerando: Los tipos de electricidad. Losmétodos deelectrización(fricción,contactoeinducción).Laplanificación,conducciónyevaluacióndeexperimentosparaevidenciarlasinteraccioneseléctricas.Laevaluacióndelosriesgosenlavidacotidianaylasposiblessoluciones.2. Investigar, explicar y evaluar las tecnologías que permiten la generación de energía eléctrica, comoocurre en pilas obaterías,enpanelesfotovoltaicosyengeneradores(eólicos,hidroeléctricosonucleares,entreotros).3.Analizaruncircuitoeléctricodomiciliarioycompararexperimentalmenteloscircuitoseléctricosenserieyenparalelo,enrelaciónconla:Energíaeléctrica.Diferenciadepotencial.Intensidaddecorriente.Potenciaeléctrica.Resistenciaeléctrica.Eficienciaenergética.ENERGÍAELÉCTRICA.
ComenzaremosdefiniendoelconceptodeEnergía,elqueentendemoscomolacapacidadparaqueuncuerporealiceuntrabajoyseproduzcancambios.Paraentenderahora la electricidad como un fenómeno físico, pensemos que esos cambios estánrelacionadosconlapresenciayflujoelectrones.Recordemosunpocolascaracterísticasdeestapartículasubatómica,completandoelcuadro. La electricidad la vamos a clasificar en dos tipos: Electricidad estática yelectricidaddinámica,ambostiposlasdescribiremosmásadelante.CARGASELECTRICAS.
Esteconceptolopresentaremoscomounapropiedadfísicaquepuedeseradquiridaporuncuerpo,relacionadoalacantidaddeelectronesquepuedeposeer.
Sivolvemosarecordarlasunidadesanteriores,sonloselectronesaquellaspartículasquepuedenmovilizarsedelátomooentreátomos,portanto,sonestoslosquenospermitiráncategorizarlascargasdeuncuerpo,algoparecidoalotrabajadoconelconceptodelosiones.1.-CompletalasoracionesusandolostérminosExcesoyDeficiencia.a.-Uncuerpoquedacargadonegativamentecuandotiene______________________deelectrones.b.-Uncuerpoquedacargadopositivamentecuandotiene______________________deelectrones. Ahorabien,cuandounobjetoocuerpoquedacargado,yaseapositivaonegativamente,estepuede interactuarconotrosobjetos,cadaunomanifestandofuerzaelectroestática.Estainteracciónentrecargaspuedeserdedostipos,derepulsiónodeatracción.
2.-Identificalainteracciónentrecargas.
3.- Analiza el siguiente caso: Tenemos 4 objetos. A seatraeconB,peroesteúltimorepeleaC.D tienecargapositivayasuvezseatraeconC.a.-¿CuáleslacargadeA,B,CyD?A B C D
b.- ¿Qué interacción tendrían A y C?_________________c.-¿QuétipodecargaatraeB?_____________________d.- ¿Qué tipo de carga repele D?____________________
4.-Utilizandotu librodeCienciasen lapágina292,encontraras formasdesintetizaroresumir informacióndemaneragráfica, lascuales tepermitiránestudiar.Repasaelorganizadorgráfico llamado“DiagramadeVenn”,yconstruyeuno
Electrón
Símbolo
Ubicación
Carga
Obj.1 Interacción Obj.2
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utilizando los conceptos de carga eléctrica y sus interacciones. En la siguiente página dispones del espacio paraconstruirlo.
REPULSIÓNATRACCIÓN
ELECTRICIDADESTÁTICAYELECTRIZACIÓN. Cuando lascargaseléctricassequedanenuncuerpoynofluyen,hablamosdeelectricidadestática,esdecir, lascargassequedanenreposoyseacumulanlascargasenunobjeto. Para que un objeto quede cargado es necesario que pase por el proceso de electrización, es decir, quedar conexcesodeelectronesodeficiencia.Veamos3tiposdeelectrización.
Métododeelectrización
Características Representación
Frotaciónofricción
Doscuerposneutrosquealfrotarsesetraspasanelectrones.Quedandounoconcarganegativay
otroconcargapositiva.
ContactoUnobjetoconcarganeutraentraencontactocon
unoqueyatieneunacarga.Comoresultado,ambosquedanequilibradosyconcarga.
Inducción
Uncuerponeutro,selerealizaunapolarizacióndecargasalacercarunobjetoconcarga.Cuandoelobjetoestocadoporunconductorquetienecontactoconlatierra,loselectronesfluyenatravésdeél.Quedandoelcuerpoconcarga.
5.- Conun compañero, usandouna regla de plástico, pásala por encimade un chaleco y luego acércala al pelo de tucompañero.a.-¿Quéobservan?_____________________________________________________________________________________b.-¿Cómoexplicaríanelfenómenoobservado?¿Quétiposdeelectrizaciónreconocen?
6.-Analizaelsiguientecaso.Unelectroscopioesuninstrumentoquedetectacargaselectrostáticas.Consisteenunaesferametálicaunidaatravésdeunconductoradosláminasdecobre,lasqueseencuentranenunabotelladevidrioparaprotegerlas.Ungrupodeestudiantes frotó una varilla de vidrio con un paño de seda y la puso en
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contacto con la esfera del electroscopio. En la imagen, se representan los resultados obtenidos a partir delprocedimiento.Lasláminasdecobreserepelen.Apartirdelcasoanterior,utilizandotulibrodeCienciasenlapágina294y295,encontrarasotraformadesintetizaroresumirinformacióndemaneragráfica.Utilizala“VdeGowin”,yconstruyeunaanalizandolasituaciónplanteada.B.-¿Quétengoquesaber?C.-¿Quévoyahacerycómo?D.-¿Quéobtuve?
A.-¿Quéquieroconocer?ELECTRICIDADDINÁMICA. Eneste tipodeelectricidadexistemovimientode la cargaeléctricaenuncuerpo.Poresto, tambiénes llamadacorrienteeléctrica.Estacorrientecorrespondealmovimientodeelectronesporunconductoreléctrico,estepuedeserporejemplo,unalambre,elcualtienecomocaracterística,quepermitelalibrecirculacióndeloselectrones,comoocurrenconmaterialesmetálicos, los cuales sonbuenos conductoresdeelectricidad,debidoaque los átomosque los formanestánenlazadosdeslocalizadamente,mediantenubeselectrónicas.Lacorrienteeléctricaestádadapordiferenciadecargas,estosignifica,queloselectronessemuevendesdedondehaymáscargasnegativashaciadondehaymenos.7.-Esquematizael flujodeelectronesenunconductor.Seleccionaunposibleelementoquepuedaserunconductoryjustificatuelección.
VARIABLESDELCIRCUITO,LEYDEOHMYLEYDEJOULE. Vamos a revisar algunas variables involucradas en el flujo de electrones o corriente eléctrica y también comopodemoscalcularlas.Notaqueunacosaeselsímbolodelavariableyporotrolado,launidaddemedida.
Variable Símbolo Unidaddemedida Definición Calculo
Voltaje V V(volt)
Cantidaddeenergíaquedebeentregarlafuentedepoderparagenerarelmovimientode1unidad
decarga.
V=IxR;V=!!
Intensidad I A(ampere)Cantidaddecargaqueatraviesaunaseccióntransversaldeunconductor
enuntiempodeterminado.I=!!;I=!
!
Resistencia R Ω(Ohm)Oposiciónodificultadparael
movimientodelacorrienteeléctrica. R=!!
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Potencia P w(Watt)Cantidaddeenergíaeléctricaquesetransformaporunelementoenun
tiempodeterminado.P=IxV
Energíaeléctrica E kWh(kilowattporhora)Formadeenergíadadaporladiferenciadepotencial,loquegeneraelflujodeelectrones.
E=Pxt
Algunas consideraciones respecto a la Resistencia. Existen materiales que poseen una gran resistencia, y sedenominanaislantes,yaquecasinoconducenlaelectricidad.Porotraparte,losmaterialesquetienenbajaresistencia,sellamanconductores.También la resistenciaestádadaporel grosordel conductor,dondeuncablegruesootorgamenosresistenciaqueunodelgadoylalongitud,dondeuncablelargodamásresistenciaqueunocorto.Contodo,cadamaterialposeeasuvezunadificultadparaelflujodeelectrones,estosedenominaResistividad;mientrasmenosresistividadtenga,mejorconductoreselmaterial.LeydeOhm.Relaciónentreladiferenciadepotencial(V),intensidaddecorriente(I)yresistencia(R),quepermiteformarlasiguienteexpresiónmatemática:
𝑹 =𝑽𝑰 𝑰 =
𝑽𝑹 𝑽 = 𝑹 𝒙 𝑰
8.-Calcule.Noolvideusarlossímbolosparalavariableysuunidadrespectivaa.-Intensidad.Unconductoreléctricoesatravesadopor1,2Cen3s¿Cuálessuintensidaddecorriente?(Recordar que según la tabla I=Q/T, dondeQes cantidad carga y semideenC (Coulomb) y t es tiempo y semideen s(segundos),yaldividirlasunidadesCcons,elresultanteesA(ampere)unidaddeIntensidaddecorriente)
b.-Simedimoslaintensidadanterior,yconocemosqueunafuentedepoderentrega1,5V,¿Cuálseríalaresistencia?
c.-Enuncircuitotenemosunaresistenciade9Ωyunvoltajede4V,¿cuálsería la intensidaddecorriente?y¿cuántacantidaddecargasetransportaen2s?
d.-Enuncircuitohayunaintensidaddecorrientede10Ayunaresistenciade5Ω,¿cuálseríaelvoltaje?
e.- Usando el voltaje anterior, si cambiamos de material, y este tiene un resistencia de 6 Ω, ¿cuál sería la nuevaintensidaddecorriente?
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9.-Análisisdedatos.Lasiguientetabla incluyealgunosaparatoscomunesdeusoenunacasa,supotenciayeltiempopromediodeusodiario.Respondalaspreguntas.
Aparato Potencia(W) Tiempodeusodiario(h)
Consumoenergético(kWh)
Costodelconsumo($)
1lavadora 2000 0,2
1refrigerador 250 10
1televisor 250 4
1computador 200 2
1microondas 800 0,1 Segúnlatabladedatos,determine:a.-Elconsumodeenergíaeléctricapromediopordía,expresadaenkWh.RecuerdahacerlaconversióndeWakW.b.-ElvalordelconsumodiariodecadaaparatosielcostodelkWhesde$80.c.-Elahorromensualalutilizarampolletaseficientes,enlugardeampolletasincandescentesde60Wcadauna.
Leyde Joule.El flujo de electrones por un conductor enundeterminado tiempo genera que los átomosque formanelmaterialaumentensuenergíacinética,yportanto,aumentalatemperaturadeeste.CIRCUITOSELECTRICOS.
Corresponde a un conjunto de dispositivos por donde puede circular corriente eléctrica. Veremos dos tipos decircuito:enserieyparalelo.Enelprimercaso,loscircuitosenserie,correspondenasecuenciaslinealesderesistencias,essolouncaminoelquesiguelacorriente.Enestetipodecircuitoshaymayorresistenciaalpasodecorriente.Paracalcularlaresistenciatotaloequivalentesumamoselvalordecadauna:
𝑹𝒆𝒒 = 𝑹𝟏 + 𝑹𝟐 + … 𝑹𝒏
Enelsegundocaso,enloscircuitosenparalelo,lacorrienteeléctricatienemásdeuncaminoaseguir,ysisellegaadesconectarunconductor,lacorrientesiguefluyendoporlasotrasvíasparalelas.Paracalcularlaresistenciaequivalenteharemoslosiguiente:
𝑹𝒆𝒒 = 𝟏
𝟏𝑹𝟏
+ 𝟏𝑹𝟐+ 𝟏𝑹𝒏
EnloscircuitoslaResistenciayamencionadaanteriormentepuedeserpresentadaasí: En el caso de la intensidad de corriente en los circuitos paralelos haremos lo siguiente, cada una se calculaindependientementeusandolaLeydeOhm.
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𝑰𝟏 = 𝑽𝑹𝟏
𝑰𝟐 = 𝑽𝑹𝟐
𝑰𝒏 = 𝑽𝑹𝒏
LuegoparacalcularlaIntensidaddecorrientetotal,súmannos:
𝑰𝟏 + 𝑰𝟐10.-A partir de los siguientes circuitosA y B, responde las preguntas planteadas a continuación. Para los cálculos noolvidarusarsímbolosyunidadesdemedida.
a.-¿Quérepresentancadaunodelossiguientessímboloseléctricos?
Símbolo Nombre
b.- ¿Qué tipo de circuito es A? ________________________ c.- ¿Qué tipo de circuito es B?________________________d.-Sicadaampolletatieneunaresistenciade300Ω,¿cuáleslaresistenciaequivalenteencadacircuito?CircuitoA.
CircuitoB.
e.-Siamboscircuitos recibenunvoltajede150V,¿cuáles lacorrienteeléctricaencadaunosicumplencon la leydeOhm?
IMANESYELECTROMAGNETISMO.
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Elmagnetismocorrespondeaunfenómenonaturalqueserelacionaalageneracióndeunafuerzaadistancia,yaseadeatracciónorepulsión.Haydeterminadostiposdematerialesquesoncapacesdegenerarestasfuerzas,comoelFeoel Ni. Esta propiedad está dada por las características de los electrones, los cuales giran (número cuántico de spin) ygenerancamposmagnéticosasualrededorylageneracióndepolos. Elmagnetismoy laelectricidadestánestrechamente relacionados,enciencias físicas,estoseagrupaenlaramadelelectromagnetismo.Encontrarás más información observando el video en YouTube: ¿Cómo funcionan los imanes? -CuriosaMente45oescaneandoelcódigoQR.
