Actividad Semana 1

Nombre: María Alejandra Loaiza Caraballo Tutor: Fernando Londoño Actividad semana 1 Tema 1: Resumen naturaleza de la electricidad Desde la antigüedad ya la humanidad había notado interacciones eléctricas, pero no sabían que esto era lo que sucedía. Hoy en día nosotros afirmamos la existencia de estas interacciones eléctricas y sabemos que existen dos tipos de carga: la positiva y la negativa. Cargas del mismo signo se repelen y las de signo contrario se atraen. La carga eléctrica no se crea o nace de los cuerpos simplemente se transmite o se adquiere. Lo que es igual a decir que cuando se pierden electrones se adquiere carga positiva y cuando se ganan, se adquieren cargas negativas. El electrón está entre las partículas fundamentales de la materia, aun más pequeña que una célula. La materia es simplemente todo lo que nos rodea y se presenta en diferentes estados, como el liquido, sólido o gaseoso. También la podemos encontrar en forma pura o compuesta. El estado puro es cuando podemos dividirla en pequeñas partículas y notamos que están son únicas y homogéneas, un solo tipo de átomo. Mientras que la compuesta es cuando al dividirla encontramos su partícula mas mínima y notamos que está hecha de diferentes átomos, a esta división fundamental se le conoce como molécula. El átomo tiene protones (partículas con cargas positivas), electrones (Partículas con carga negativa) y neutrones (sin carga). En el núcleo del átomo se encuentran los protones y los neutrones, en sus órbitas se encuentran girando los electrones. Cuando un átomo pierde electrones se convierte en un ION positivo y cuando gana, se vuelve un ION negativo. El núcleo del átomo ejerce una fuerza de atracción sobre los electrones que están en órbita. A medida que nos alejamos del núcleo esta fuerza se va debilitando. Esta atracción es la que define la dureza de un material. La materia fundamental de la electrónica es el electrón. Estos se encuentran en diferentes niveles de energía alrededor del núcleo del átomo, esos niveles son las órbitas.

La electricidad se produce cuando los electrones cambian sus posiciones naturales dentro de los átomos. A los dispositivos que tienen la capacidad de lograr este fenómeno se les conoce como fuerza electromotriz (F.E.M.). Hay ciertos aparatos con la capacidad de convertir la energía mecánica en eléctrica, es decir capaces de producir una F.E.M. Esto se da a través de fricción, desplazamiento de un imán o presión sobre un cristal. La primera suele producirse por el roce entre los cuerpos, sucede que no es una eficiente forma de generar electricidad y en este caso la electricidad se considera como un resultado indeseable. Una forma más eficiente de producir electricidad es por magnetismo (imanes). Esta generación sucede cuando hay movimiento relativo entre un imán y una bobina. La electricidad por presión se genera sobre un tipo especial de cristales, llamados piezoeléctricos. Esta forma de generar electricidad tiene grandes aplicaciones en la industria. A este efecto se le conoce como piezoeléctrico y consiste en producir una F.E.M a través de una presión. Hay otros dispositivos que tienen la capacidad de generar una F.E.M. a través de la conversión de energía química en eléctrica. Estos dispositivos son las pilas comunes que conocemos y las baterías Sin embargo la energía eléctrica también se puede obtener de la conversión de energía radiante, es decir la que proviene de fuentes de calor y/o luz, como el sol. Hay dos convertidores de este tipo muy usados en la actualidad: el termopar y la celda fotovoltaica. De estas se dará mas detalle en el glosario. Cuando se produce la electricidad se produce un flujo de corriente, resulta que los electrones no siempre se mueven en la misma dirección, por esto es que existen la corriente directa y la alterna. La corriente alterna es aquella que se produce en cuando la dirección del flujo de la corriente se invierte periódicamente, por ende una característica importante de esta será la frecuencia, es decir el número de veces que la corriente cambia de dirección en un segundo. Esta medida se da en Hertzio. La corriente continua o directa es aquella donde el flujo de electrones se da en una sola dirección, de (+) a (-). Como fuentes de este tipo de corriente tenemos las pilas comunes y las baterías. La electricidad estática se refiere a la corriente en reposo. La electricidad dinámica se refiere a los electrones en movimiento. Podemos representar de forma gráfica los tipos de corriente, en un plano cartesiano. Sobre el eje de las X se coloca la variable independiente, es decir el

tiempo. El eje de las Y se asigna para las variables dependientes, supongamos la intensidad de la corriente. Hay materiales que son conductores y otros que no lo son esto se debe básicamente al espacio que existe entre la banda de valencia y la banda de conducción al cual se le conoce como gap. Los materiales que no tienen gap y tienen una gran cantidad de electrones en su último nivel de energía son considerados conductores. GLOSARIO Arco Eléctrico: Es la corriente dinámica y se puede presenciar cuando una nube con polo (+) y una con polo (-) se acercan mutuamente y rompen el aislante de aire que las separa y producen un chispazo, lo que se conoce técnicamente como arco eléctrico y vulgarmente como rayo. Átomo: Es la expresión de la materia más pequeña en la que un elemento se puede subdividir. Está constituido básicamente por 3 partículas fundamentales: El protón, con carga positiva (+); el neutrón, con carga neutra (0); y el electrón, que posee carga negativa. Las dos primeras se encuentran en su núcleo y la tercera se encuentra girando en niveles de energía alrededor del núcleo. Carga eléctrica: Es una propiedad intrínseca de la materia que indica la cantidad de electrones que ésta posee. Celda Fotovoltaica: Es un instrumento con la capacidad de convertir la energía lumínica en electricidad. Son usadas en las cámaras digitales, en los ascensores, la iluminación de vías públicas, etc. Compuesto: Se conoce como compuesto a una sustancia que es el resultado de la unión de varios elementos. A la partícula más pequeña que caracteriza a esa sustancia se le conoce como molécula. Por ejemplo el agua es un compuesto. Elemento: un elemento químico se refiere específicamente a un grupo de átomos que poseen la misma cantidad de protones en su núcleo. Puesto que pueden existir iones de un mismo elemento. Hoy en día se conocen más de 118 tipos de elementos y se encuentran agrupados en la tabla periódica. Electricidad desde energía química: Es el método usado por las pilas comunes y las baterías. Una serie de compuestos químicos en el interior de esta tienen la capacidad de generar una FEM o fuerza electromotriz que hace fluir a los electrones.

Electricidad desde energía radiante: Es la obtención de electricidad desde aparatos que tienen la capacidad de convertir el calor y la luz en energía eléctrica. Ejemplo de estos aparatos son el termopar y la celda fotovoltaica. Electrón: Son las partículas con carga negativa que se encuentran girando en distintos niveles de energía en torno al núcleo de los átomos. Esta es el pilar fundamental de la electrónica. F.E.M.: Abreviatura de Fuerza electromotriz, que es toda causa capaz de mantener una diferencia de potencial en un circuito eléctrico abierto e inducir una corriente en un circuito cerrado. Se mide en voltios. Generación de electricidad: Son los diferentes métodos usados para la obtención de electricidad. Hay tres métodos fundamentales para la obtención de electricidad: Electricidad por fricción: Es la electricidad que se obtiene por el roce de dos cuerpos. Sin embargo este método es poco usado debido a su poca eficiencia. A través de este método la electricidad se obtiene como resultado indeseable de la fricción. Es así como se cargan las nubes, al moverse a través de la atmósfera y luego chocar se genera la descarga eléctrica que conocemos como rayo. Electricidad por inducción magnética: Cuando movemos un imán cerca a una bobina, este induce una fem sobre la bobina, la cual induce una corriente. Es el método de generación de electricidad más usado en la actualidad, es el principio que usa la mayoría de empresas que venden electricidad y también es usado en los automóviles. Electricidad por presión: Materiales especiales como el cristal piezoeléctrico, puede convertir la energía mecánica en eléctrica cuando es presionado. Este cristal se encuentra hecho de cuarzo. Entre las aplicaciones más comunes tenemos la aguja de los tocadiscos. “El efecto piezoeléctrico consiste en generar una FEM a través de una presión.” Generador de corriente Alterna: Dispositivo que convierte la energía mecánica en eléctrica. Esto se logra a través de un movimiento de rotación dentro de un campo magnético. Materia: Es todo aquello visible, que hace parte del universo observable y posee una energía asociada. En otras palabras es todo lo que ocupa un lugar en el espacio y se puede medir, tocar, sentir, etc.

En la física clásica se consideran 3 estados en los que se puede tener la materia: Sólido, como el hielo y las rocas; líquido, como el agua y gaseoso como el oxígeno. Sin embargo en la física moderna se considera un cuarto estado de la materia el cual es el Plasma, que corresponde a partículas en estado gaseoso que están eléctricamente cargadas, con cantidades casi iguales de iones positivos y negativos. Las características más importantes de los sólidos es la resistencia que oponen al cambio de forma, debido a la fuerte atracción que existe entre sus moléculas. Los líquidos se caracterizan porque no tienen gran resistencia al cambio de forma, pero si al cambio de su volumen, esto se debe gracias a que las moléculas de los líquidos se pueden mover con más libertad que en los sólidos. En el estado gaseoso los materiales no pueden resistirse al cambio de forma y tampoco al de volumen, por eso es que los gases intentan ocupar el mayor espacio posible. Molécula: Partícula neutra formada por un conjunto de átomos ligados por enlaces covalentes. Como ejemplo de moléculas tenemos el agua y casi toda partícula elemental característica de lo que nos rodea. El agua es una molécula formada por dos átomos de Hidrogeno y uno de oxigeno ligados por un enlace único. Termopar: Instrumento que tiene la capacidad de convertir la energía calórica en electricidad. Entre las aplicaciones más destacables se encuentran los termómetros, los controles de temperatura en los hornos.

EXPERIMENTOS 1. Frote un peine con su cabello o un paño de tela y luego acérquelo a papel picado. Al frotar el peine sobre el cabello y acercarlo al papel picado, los pedacitos de papel se elevaron debido a que fueron atraídos por el peine. La explicación para este fenómeno es que, cuando el peine pasa por el cabello repetidamente, se le transmiten electrones, lo que cargo de negativamente al peine y positivamente al cabello. Esta carga es considerada electricidad estática.

Acerque un hilo de seda al televisor y enciéndalo. Cuando se encendió el televisor el hilo sufrió un movimiento brusco y se

adhirió a la pantalla. Esto ocurre debido a que al encender el televisor se genera un campo magnético en la pantalla, cuando los electrones son estrellados contra esta para producir la imagen, esto causa que el hilo sea traído hacia la pantalla. Debido a la velocidad que adquieren los electrones para estrellarse contra la pantalla se puede considerar un fenómeno de electricidad dinámica. El hilo como polo positivo y el televisor como polo negativo. ELECTRICIDAD ESTÁTICA: VENTAJAS, DESVENTAJAS Y APLICACIONES: La electricidad estática no es más que una acumulación de carga entre objetos. Por lo general se produce en el frotamiento entre objetos. Por ejemplo cuando se frota un peine con lana y se acerca a papel picado o cuando las suelas de los zapatos rozan con la alfombra, se transmiten electrones de un cuerpo a otro. Ventajas: Cuando dos nubes chocan y generan un rayo, éste produce ozono. El cual es de vital importancia para proteger la superficie de la tierra de los rayos ultravioleta. Es ideal para reducir el coste de la pintada de los autos. Las ventajas de la electricidad estática son pocos a nivel de la industria y su uso por ende es difícil conseguir aplicaciones útiles. Desventajas: La mayoría de aparatos electrónicos se pueden dañar por la exposición con electricidad estática, por eso hay que tener mucho cuidado al tratar con éstos y tratar el roce de los zapatos con las alfombras mientras se manipulan. Estas cargas suelen ser muy peligrosas, en el simple hecho de sentarnos en un asiento se produce electricidad estática y si no se toca metal para descargarse puede ocasionar una explosión en el tanque de un vehículo, debido a que se puede producir un arco eléctrico. En las imprentas se suelen producir estas cargas, por el rose constante del papel con los rollos por lo cual hay que crear un método de descarga automática para evitar que los operarios sufran algún choque. En los automóviles sucede algo similar, debido a que el roce constante del auto con el aire produce esta electricidad estática, lo que puede ocasionar problema con los dispositivos electrónicos, por lo que hay que conectarlos a tierra. En los conductos de fluido, puesto que el roce constante del fluido con la pared del conducto también produce electricidad, lo que puede ocasionar una explosión.

Aplicaciones: Hoy en día las aplicaciones más importantes se encuentran en las fotocopiadoras y las impresoras laser, debido a que el tambor de estas herramientas funciona por el efecto electrostático. También se usa para la eliminación de insectos o los residuos de partícula en las chimeneas, tiene un uso muy importante en la industria automovilística en cuanto a pintura se refiere. También es aplicable a la xerografía donde un pigmento de polvo (tinta seca o tóner) se fija en las áreas cargadas previamente haciendo visible la imagen impresa. Tenemos un experimento eléctrico muy importante como es el generador de Van der Graff. La carga que se produce por esta electricidad ayuda a que el papel se fije durante el momento de la impresión lo que evita de cierto modo que el papel se vuele.

TEMA 2

Magnitudes de la electricidad 1. Diligencie en una tabla de 4 columnas 5 filas, las características técnicas

que vienen inscritas en la placa adhesiva en la parte posterior de las siguientes máquinas o artículos eléctricos que estén a su alcance: Monitor, CPU, Televisor, Equipo de música, Nevera, Bombilla u otros; destacando en la tabla de menor a mayor el artículo que más consume energía.

Artículo

Voltaje (V)

Amperios (A)

Potencia (W)

Monitor Syncmaster Samsung

110

0.7

77

Televisor SONY BRAVIA 32’’

110

1.31

145

CPU Compaq SG35IILA

110

3

330

Equipo de sonido

110

3.18

350

UPS Sila

110

7

770

2. Utilizando la fórmula del señor James Watt que dice, P = V * I, desarrolle

los siguientes ejercicios:

¿Qué potencia consume una bombilla que se conecta a un voltaje o tensión de 110Voltios y la corriente de consumo es de 0,9 amperios?

P = V * I = 110 V * 0.9 A = 99 W

¿Qué potencia consume un parlante de un equipo de sonido si el voltaje que le llega a éste es de 35Voltios y la corriente es de 0,5 amperios?

P = 35 V * 0.5 A = 17.5 W, es la potencia que consume el parlante.

¿Qué potencia consume el monitor de mi computador si requiere 2 Amperios y una tensión de 120 V para que funcione en óptimas condiciones?

P = 120 V * 2A = 240 W, es la potencia requerida para que el monitor funcione en óptimas condiciones. 3. Retomando los conceptos aprendidos en el material de apoyo, efectuemos

las siguientes conversiones: a. 500 mili ohmios a ohmios:

b. 470 mili ohmios a ohmios:

c. 560 ohmios a Kilo ohmios:

d. 6.8 Mega ohmio a ohmio:

e. 2’700.000 ohmio a Mega ohmio:

f. 3’300.000 ohmio a Kilo ohmio: