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Lea con atención lo siguiente: !
Anteriormente se les encomendó una serie de actividades pasadas, debido
a esta contingencia, les solicitare que me envíen evidencias de estas
mismas (Ya sean por escaneo, fotografía con su móvil [si es foto debe
ser en buena definición para así revisarlas] o en dado caso, poder
desarrollarlas en los documentos, entiéndase por responder en el mismo)
y así poderlas registrar, de manera semanal se les enviara un resumen de
su desempeño durante este nuevo 3er trimestre, tendrán un plazo máximo
de 5 días a 1 semana para completar las dichas actividades de esta
semana, si llegan a tener dudas, pueden apoyarse de sus enlaces de
interés o motor de búsqueda de confianza (ej: Google). Si continúan con
sus respectivas dudas, pueden solicitarme un apoyo, para programar una
sesión de video llamada vía internet, se les anexara un correo, para que
puedan enviar evidencias de sus trabajos y apuntes.
Pasemos al tema en cuestión… (Nota: copie los siguientes apuntes que se
le mostraran en esta presentación, es recomendable tener en modo
“presentación de diapositivas” para una experiencia interactiva).
CLASE DE CIENCIAS II: FISICA
UNIDAD 3:
INTERACCIONES ELÉCTRICAS Y
ONDAS ELECTROMAGNETICAS
Maestro: Ing. Luis Manuel Delgadillo Bolado
Correo: [email protected]: Este archivo será actualizado constantemente.
Hasta 1820 los fenómenos eléctricos y los fenómenos magnéticos estaban considerados como independientes.
Como en otros grandes descubrimientos de la historia, una casualidad ayudó a Hans Christian Oersted a
descubrir que ambos estaban relacionados, al observar que la orientación de la aguja de una brújula variaba al
pasar corriente a través de un conductor próximo a ella.
Los estudios de Oersted concluyeron que la electricidad y el magnetismo eran manifestaciones de un mismo
fenómeno: las fuerzas magnéticas proceden de las fuerzas originadas entre cargas eléctricas en movimiento. Este
fue el origen de lo que hoy conocemos como electromagnetismo, la base del funcionamiento de todos los motores
eléctricos y generadores eléctricos.
LA CORRIENTE ELECTRICA Y EL MAGNETISMO (PAG 160-163)
Historia del magnetismo
El magnetismo es un fenómeno físico por el que los objetos ejercen fuerzas de atracción o repulsión sobre
otros materiales. El único imán natural conocido es un mineral llamado magnetita, sin embargo, todos los
materiales son influidos, en mayor o menor forma. En algunos de ellos es más fácil detectar estas propiedades
magnéticas, como por ejemplo el níquel (Ni), el hierro (Fe) o el cobalto (Co).
Los fenómenos magnéticos fueron conocidos por primera vez por los antiguos griegos, aunque durante siglos
se creyó que las magnetitas contenían ciertas propiedades curativas.
Hoy en día, los imanes son utilizados por la ciencia médica para, por ejemplo, medir la actividad cerebral a
través de la magnetoencefalografía (MEG), o como terapia de choque para volver a iniciar corazones.
Mineral de magnetita.
¿Qué es un imán?
Los imanes también se clasifican en permanentes o temporales, según el material con el que se fabriquen o
la intensidad de campo magnético al que son sometidos.
Los imanes presentan dos zonas donde las acciones se manifiestan con mayor fuerza, situadas en los
extremos y denominadas polos magnéticos: norte y sur.
Los imanes son los materiales que presentan las
propiedades del magnetismo y pueden ser naturales,
como la magnetita, o artificiales.
Enlace de interés: https://www.fundacionendesa.org/es/recursos/a201908-que-es-el-electromagnetismo
La electricidad y el magnetismo están estrechamente relacionados y son temas de gran importancia en la física.
Usamos electricidad para suministrar energía a las computadoras y para hacer que los motores funcionen. El
magnetismo hace que un compás o brújula apunte hacia el norte, y hace que nuestras notas queden pegadas al
refrigerador. Sin radiación electromagnética viviríamos en la obscuridad ¡pues la luz es una de sus muchas
manifestaciones!.
Enlace de interés:
https://www.windows2universe.org/physical_science/magnetism/sw_e_and_m.ht
ml&lang=sp
Líneas de campo magnético alrededor de dos imanes de barra.
El espectro electromagnético cubre una región de longitudes de onda que varían en 22 órdenes de magnitud, y
que va desde los rayos gamma hasta las ondas de radio.
• Únicamente una pequeña parte de él es visible al ojo humano.
La radiación que contribuye de un modo importante al balance energético de la Tierra está formada por ondas
electromagnéticas con longitudes de onda entre los aproximadamente 100 nm y los 100 µm. El espectro que se
estudia en relación con la atmósfera se extiende de la radiación de onda corta (UV) a la región de las
microondas.
CARACTERISTICAS DEL ESPECTRO ELECTROMAGNETICO…
Se denomina espectro electromagnético a la distribución energética del conjunto de las ondas
electromagnéticas. Referido a un objeto se denomina espectro electromagnético o simplemente espectro a la
radiación electromagnética que emite (espectro de emisión) o absorbe (espectro de absorción) una sustancia.
Dicha radiación sirve para identificar la sustancia de manera análoga a una huella dactilar. Los espectros
se pueden contemplar mediante espectroscopios que, además de permitir observar el espectro, permiten realizar
medidas sobre el mismo, como son la longitud de onda, la frecuencia y la intensidad de la radiación. La longitud
de una onda es el período espacial de la misma, es decir, la distancia que hay de pulso a pulso .
Definición de electricidad:
La electricidad (del griego ήλεκτρον élektron, cuyo significado es ‘ámbar’) es el conjunto
de fenómenos físicos relacionados con la presencia y flujo de cargas eléctricas.
Forma de energía que produce efectos luminosos, mecánicos, caloríficos, químicos, etc., y
que se debe a la separación o movimiento de los electrones que forman los átomos.
¿Qué es la electricidad?
La electricidad es un flujo de electrones (e-) a través de un medio que sea capaz de
permitir su circulación.
¿Dónde se encuentra?
Se manifiesta en una gran variedad de fenómenos como los rayos, la electricidad estática.
¿Dónde se usa?
Tiene un sinnúmero de aplicaciones, por ejemplo: transporte, climatización, iluminación.
CORRIENTE ELÉCTRICA, VOLTAJE Y TRANSFORMADORES (PAG 161-164)
¿Qué son los electrones (e-)? Y ¿Cuales son sus características?
Se conoce como electrón a la partícula elemental más ligera que constituye a los Átomos y que
presenta la mínima carga posible de electricidad negativa. Se trata de una partícula subatómica
que rodea al Núcleo del átomo, que está compuesto por Protones y Neutrones.
Un electrón es un tipo de partícula subatómica que presenta carga eléctrica negativa, y que
se encuentra orbitando activamente el núcleo atómico (compuesto por protones y neutrones), que
presenta a su vez una carga positiva.
El tamaño de un electrón es 1836 veces más pequeño que los protones (aportan el 0,06% de la
masa total de un átomo), y al no tener subestructuras ni divisiones, se lo considera una partícula
fundamental de la materia.
Fuente:
https://concepto.de/electron/#ixzz5yaihICYx
TIPOS DE CORRIENTE ELECTRICA (PAG 163)
Existen dos tipos de corrientes eléctricas más comunes son: corriente directa (CD) o continua y corriente
alterna (CA). La corriente directa circula siempre en un solo sentido, es decir, del polo negativo al positivo
de la fuente de fuerza electromotriz (FEM) que la suministra. Esa corriente mantiene siempre fija su
polaridad, como es el caso de las pilas, baterías y dinamos.
Gráfico de una corriente directa (C.D.)
o continua (C.C.).Gráfico de la sinusoide que posee una corriente
alterna (C.A.).
¿Qué es la corriente electricidad?
La corriente eléctrica es el flujo de carga eléctrica que recorre un material. Se debe al movimiento
de las cargas (normalmente electrones) en el interior del mismo.
¿Qué es lo que produce la corriente eléctrica?
La causa que origina la corriente eléctrica es la diferencia de potencial. Las cargas "caen" del potencial
más alto al más bajo. Las únicas partículas que pueden desplazarse a lo largo de los conductores, debido
a su pequeño tamaño, son los electrones, que como se sabe, son cargas de signo negativo.
La corriente alterna se diferencia de la directa en que cambia su sentido de circulación periódicamente y,
por tanto, su polaridad. Esto ocurre tantas veces como frecuencia en hertz (Hz) tenga esa corriente . A la
corriente directa (C.D.) también se le llama "corriente continua" (C.C.).
La corriente alterna es el tipo de corriente más empleado en la industria y es también la que consumimos
en nuestros hogares. La corriente alterna de uso doméstico e industrial cambia su polaridad o sentido de
circulación 50 ó 60 veces por segundo, según el país de que se trate. Esto se conoce como frecuencia de
la corriente alterna.
CONCEPTOS BÁSICOS DE ELECTRICIDAD:
Voltaje o Tensión: es la energía que debemos suministrar al circuito para
provocar el movimiento de electrones a través de él. Se expresa en voltios
(V).
Intensidad de corriente: cantidad de carga (electrones) que atraviesan una
sección de conductor por unidad de tiempo. Se expresa en amperios (A).
Resistencia eléctrica: es la oposición que presenta un material a ser
atravesado por la electricidad. Se expresa en Ohmios (Ω).
Por convenio se supone por tradición que el flujo de corriente es debido al
movimiento de las cargas positivas (del polo + al polo -), aunque en realidad
es debido al movimiento de los electrones.
Ley de Ohm: existe una relación entre las tres magnitudes fundamentales
de un circuito eléctrico. (Se muestra mas adelante).
Potencia: es la energía o trabajo consumido o producido en un determinadotiempo. Se mide en vatios (W). Su fórmula es:P=VxI
IMPEDANCIA: Es lo mismo que la resistencia. La diferencia es que la primera se refiere a
corriente continua, y la segunda para corriente alterna (Z).
INDUCTANCIA: Fenómeno producido en las bobinas, las cuales presentan mayor impedancia
cuanto mayor sea la frecuencia de la corriente aplicada. Su unidad es el Henry (H).
CONDUCTANCIA: Magnitud que expresa la facilidad de paso de una corriente eléctrica en un
circuito, es la inversa de la resistencia. Su unidad es el Siemens (Y).
Capacitancia
Fenómeno producido en los condensadores, los cuales presentan menor impedancia cuanto
mayor sea la frecuencia de la corriente aplicada.
La capacitancia siempre es una cantidad positiva y puesto que la diferencia de potencial
aumenta a medida que la carga almacenada se incrementa, la proporción Q / V es constante
para un capacitor dado.
En consecuencia la capacitancia de un dispositivo es una medida de su capacidad para
almacenar carga y energía potencial eléctrica. La unidad de capacitancia del SI es el Faradio
(F).
LEY DE OHM
NEMOTECNICA
A continuación se muestra un ejemplo de como se despeja la formula, en estas se involucran los
que son las magnitudes involucradas en un circuito eléctrico básico
Enlace de interés:
https://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Ohm
Dependiendo de la magnitud a calcular, se va tapando
la letra quedando como tal un calculo a realizar (mas
adelante se explica), tome en cuenta la unidad de
medida, magnitud y unidad de medida no son lo
mismo.
REPASANDO EL SIGUIENTE PROCEDIMIENTO PARA CALCULAR LAS
SIGUIENTES MAGNITUDES, PASO A PASO USANDO LA LEY DE OHM
1.- Identifique la siguiente magnitud a calcular, en este caso
es la corriente I (se identifica con esa letra I).
(Lea y observe con atención con atención que le
solicitan calcular).
2.-Al aplicar la ley de ohm, por lo general siempre habrá dos
constantes y una variable a calcular, en este caso, corriente
( I ) .
3.-Recuerde lo siguiente: usando este triangulo, tape una
de las Magnitudes ( o letra) a calcular:
¿Cual se calculará? I (intensidad o corriente).
4.-Recuerde que este mismo nos indica la operación a realizar
y con cuales constantes. La operación a realizar es una:
división.
5.- quedando así: I = V / R ; A y sustituyendo…
6.-I = 1.5 V = .15 A (Amperes, unidad de medida de I)
10Ω
1.- Se realiza el mismo procedimiento.
Identificar lo que nos están pidiendo
2.-Usar el triangulo de la ley de ohm (nemotécnica).
3.- Se tapa la letra o magnitud que nos piden.
Haciendo el acomodo que vemos enseguida, nos
queda así…
4.- R = V / I ; Ω y sustituyendo…
5.-R = 110 V = 27.5Ω (OHMS, unidad de medida de R)
4A
1.- Se realiza el mismo procedimiento.
Identificar lo que nos están pidiendo, en este ultimo
ejemplo es calcular V (voltaje).
2.-Se realiza el mismo procedimiento, usando la ley de
Ohm, calcular V.
3.- Se tapa la letra o magnitud que nos piden.
Haciendo el acomodo que vemos enseguida, nos
queda así…
4.- V = R * I ; Volts y sustituyendo…
5.- V = 3 * 14.2 = 42.6 V (VOLTS, unidad de medida de V)
EN ESTE EJEMPLO, DETERMINE LAS SIGUIENTES
MAGNITUDES FALTANTES USANDO LA LEY DE OHM.
I=?
34Ω328V
3.55A
6V
R=?
V=?
200A
30Ω
¿Qué partes se componen en la electricidad?
Dividir las partes de la electricidad es un tema complejo puesto que sus
aplicaciones están presentes en un sinnúmero de escenarios, desde la
computadora, el transporte, las instalaciones residenciales y canalizaciones, la
electrónica, procesos industriales, la medicina, etc.
Algunas estudios de la electricidad se centran en:
Magnetismo: la corriente eléctrica genera un campo electromagnético que se
puede orientar de tal forma que genere una corriente eléctrica.
Potencial: El campo eléctrico puede generar un voltaje que permite crear un
trabajo
Corriente eléctrica: es el flujo de electrones en movimiento en un material
conductor.
Carga eléctrica: son partículas atómicas que tienen una naturaleza de estar
cargada eléctricamente y poder emplearse bajo campos eléctricos y
magnéticos.
¿Qué es un transformador?
Es un elemento eléctrico que permite aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente
alterna, manteniendo la potencia. La potencia que ingresa al equipo, en el caso de un transformador ideal
(esto es, sin pérdidas), es igual a la que se obtiene a la salida. Las máquinas reales presentan un pequeño
porcentaje de pérdidas, dependiendo de su diseño y tamaño, entre otros factores.
¿Cómo funciona?
El transformador es un dispositivo que convierte la energía eléctrica alterna de un cierto nivel de tensión,
en energía alterna de otro nivel de tensión, basándose en el fenómeno de la inducción electromagnética.
¿Cómo esta constituido?
Está constituido por dos bobinas de material conductor, devanadas sobre un núcleo cerrado de material
ferromagnético, pero aisladas entre sí eléctricamente. La única conexión entre las bobinas la constituye el
flujo magnético común que se establece en el núcleo. El núcleo, generalmente, es fabricado bien sea de
hierro o de láminas apiladas de acero eléctrico, aleación apropiada para optimizar el flujo magnético. Las
bobinas o devanados se denominan primario y secundario según correspondan a la entrada o salida del
sistema en cuestión, respectivamente. También existen transformadores con más devanados; en este caso,
puede existir un devanado "terciario", de menor tensión que el secundario.
TRANSFORMADORES (PAG 162)
SÍMBOLO
CONSTRUCCIÓN INTERNA
DE UN TRANSFORMADOR
TRANSFORMADOR
FÍSICO
ACTIVIDAD- (A#): LA ELECTRICIDAD Y SUS DEFINICIONES BÁSICAS
1.-Usando la ley de ohm, calcule los valores faltantes en estos circuitos
No olvide el desarrollo completo.
V=?
R=?
2.-Con las definiciones vistas anteriormente y las magnitudes que estas se involucran, conteste lo
siguiente:
1) ¿Usted ya tenia o había visto anteriormente algo relacionado con la electricidad?
2) ¿Cree que la humanidad pueda sobrevivir sin la electricidad? ¿Describa la razón de su
respuesta?
3) ¿En que se parecen la resistencia la impedancia? Y ¿ que los diferencia?
4) Defina en sus palabras lo siguiente:
a) Átomo
b) Electrón
c) Electricidad
d) Aislante
e) Conductor
INDUCCION ELECTROMAGNETICA (PAG 163)
La inducción electromagnética es la producción de corrientes eléctricas por campos magnéticos
variables con el tiempo.
A este fenómeno que origina la producción de una fuerza electromotriz (f.e.m. o voltaje) en un medio o cuerpo
expuesto a un campo magnético variable, o bien en un medio móvil respecto a un campo magnético estático. Es
así que, cuando dicho cuerpo es un conductor, se produce una corriente inducida.
Bobina: Es un alambre
enrollado
ImanAmperímetro
Una vez que Hans Christian Oersted puso de manifiesto que una corriente podía producir un campo magnético,
muchos físicos empezaron a plantearse si ocurriría lo contrario: que un campo magnético fuese capaz de crear
una corriente. Vamos a describir los experimentos que llevaron a cabo Michael Faraday en Inglaterra y
Joseph Henry en E.U. y que ponen de manifiesto el fenómeno de la inducción.
Experimento de Faraday
En uno de sus experimentos, en 1831, Faraday enrolló un cable conectado a una pila alrededor de un anillo de
hierro y enrolló un segundo cable en el otro lado del anillo, un cable sin pila. La idea era simple: si una corriente
eléctrica generaba un campo magnético, tal vez un campo magnético generaría una corriente eléctrica.
Toroide
Pila
Amperímetro
Lo extraño era que no era la existencia de un campo magnético lo que inducía una corriente en el circuito sin pila:
era la variación del campo magnético la que generaba corriente. Además, y esto era también curioso, cuando se
encendía el circuito, la corriente en el segundo circuito iba en un sentido, pero al apagarlo, la corriente iba en
sentido contrario. En ambos casos se detectaba corriente durante un tiempo muy corto: el que duraba la transición
apagado-encendido y viceversa. Eran los cambios, y no la mera existencia de campo magnético, los que causaban
la aparición de corriente.
Enlace: http://elfisicoloco.blogspot.com/2013/02/induccion-electromagnetica.html
“ONDAS,¿DE QUE?” (PAG 164)
¿Qué es una onda?
En física, una onda (del latín unda) consiste en la propagación de una perturbación de alguna propiedad del
espacio, por ejemplo, densidad, presión, campo eléctrico o campo magnético, implicando un transporte de
energía sin transporte de materia. El espacio perturbado puede contener materia (aire, agua, etc.) o no
(vacío).
Elementos de una onda
•Cresta: Es el punto de máxima elongación o máxima amplitud de la onda; es decir, el punto de la onda más
separado de su posición de reposo.
•Periodo ( T): Es el tiempo que tarda la onda en describir una oscilación completa.
•Amplitud ( A ): Es la distancia vertical entre una cresta y el punto medio de la onda. Nótese que pueden existir
ondas cuya amplitud sea variable, es decir, crezca o decrezca con el paso del tiempo.
•Frecuencia ( F ): Es el número de veces que es repetida dicha vibración por unidad de tiempo. En otras
palabras, es una simple repetición de valores por un período determinado.
•Fase (Φ): La fase indica la situación instantánea en el ciclo, de una magnitud que varía cíclicamente, siendo
la fracción del periodo transcurrido desde el instante correspondiente al estado tomado como referencia.
•Valle: Es el punto más bajo de una onda.
•Longitud de onda ( λ ): Es la distancia que hay entre el mismo punto de dos ondulaciones consecutivas, o la
distancia entre dos crestas consecutivas.
•Nodo: Es el punto donde la onda cruza la línea de equilibrio.
•Elongación ( ): Es la distancia que hay, en forma perpendicular, entre un punto de la onda y la línea de
equilibrio.
•Ciclo: Es una oscilación, o el recorrido desde el nodo que inicia la trayectoria de la cresta hasta el nodo
que termina la trayectoria del valle o viceversa.
•Velocidad de propagación ( ): Es la velocidad a la que se propaga el movimiento ondulatorio. Su valor es
el cociente de la longitud de onda y su período.
Partes que conforman a una onda
Clasificación de las ondas
Ondas mecánicas: las ondas mecánicas necesitan un medio material elástico (sólido, líquido o gaseoso)
para propagarse.
Ondas electromagnéticas: las ondas electromagnéticas se propagan por el espacio sin necesidad de un
medio material, pudiendo por lo tanto propagarse en el vacío.
Ondas gravitacionales: las ondas gravitacionales son perturbaciones que alteran la geometría misma del
espacio-tiempo y aunque es común representarlas viajando en el vacío, técnicamente no podemos afirmar
que se desplacen por ningún espacio, sino que en sí mismas son alteraciones del espacio-tiempo.
Enlace: http://elfisicoloco.blogspot.com/2013/02/clasificacion-de-las-ondas.html
GENERACION DE ONDAS ELECTROMAGNETICAS (PAG 165)
¿Cómo se generan las ondas electromagnéticas?
Las ecuaciones de Maxwell muestran que se genera una
onda electromagnética cuando cargas eléctricas son
aceleradas. Si las cargas eléctricas se mueven con
velocidad constante no se genera una onda, aún cuando
existe un campo eléctrico y un campo magnético.
¿Qué es una onda?
Conjunto de partículas que, en la propagación del
movimiento vibratorio dentro de un medio o cuerpo
elástico, se encuentran en fases distintas intermedias
entre dos fases iguales.
"onda luminosa; onda sonora"
¿Qué es una onda electromagnética?
onda electromagnética Onda producida por cargas
eléctricas en movimiento.
"todas las radiaciones conocidas son ondas
electromagnéticas, como los rayos X, gamma, infrarrojos
o ultravioleta"
otro ejemplo: luz visible, rayos X, rayos infrarrojos, rayos
ultravioletas, ondas de radio, microondas, etc.
Frecuencia es una magnitud que mide el número de repeticiones por unidad de tiempo de cualquier
fenómeno o suceso periódico.
El espectro electromagnético se extiende desde la radiación de menor longitud de onda, como los rayos
gamma y los rayos X, pasando por la luz ultravioleta, la luz visible y los rayos infrarrojos, hasta las ondas
electromagnéticas de mayor longitud de onda, como son las ondas de radio. Se cree que el límite para la
longitud de onda más pequeña posible es la longitud de Planck mientras que el límite máximo sería el
tamaño del Universo aunque formalmente el espectro electromagnético es infinito y continuo.
Para su estudio, el espectro electromagnético se divide en segmentos o bandas, aunque esta división es
inexacta.
Enlace de revisión: https://www.astrofisicayfisica.com/2012/06/que-es-el-espectro-electromagnetico.html