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TEMA 06: LA ELECTRICIDAD Y EL MAGNETISMO

OBJETIVOS

  • Aprender que toda la materia contiene cargas eléctricas y que éstas pueden ser cargas positivas o negativas.
  • Saber qué son los cuerpos eléctricamente neutros y comprender cómo pueden pasar a estar cargados positiva o negativamente.
  • Aprender qué es el magnetismo y cómo los polos positivos de los imanes se repelen entre ellos, mientras que los polos opuestos se atraen.
  • Conocer algunos usos del magnetismo
  • Saber en qué consiste la corriente eléctrica y comprender la diferencia entre materiales conductores y materiales aislantes
  • Conocer algunos efectos de la corriente eléctrica
  • Saber qué es un circuito eléctrico, comrpender cómo funciona y concoer sus principales componentes
  • Conocer los distintos tipos de geneadores eléctricos.
  • Comprender la importancia de reciclar las pilas usadas.
  • Montar un circuito eléctrico a partir de un esquema

CRITERIOS DE EVALUACION

  • Sabe que toda la materia contiene cargas eléctricas que pueden ser positivas o negativas
  • Distingue entre cuerpos électricamente neutros, cuerpos cargados positivamente y cuerpos cargados negativamente.
  • Sabe qué es el magnetismo y conoce algunas de sus utilidades
  • Sabe qué es la corriente eléctrica y comprnede la diferencia entre materiales conductores y materiales aislantes.
  • Sabe qué es un circuito eléctrico y conoce sus principales componentes.
  • LAS FALTAS DE ORTOGRAFÍA, LA AUSENCIA DE TILDES (cuándo haya que ponerlas) RESTARÁN PUNTOS DE LA NOTA DE LOS EJERCICIOS, YA QUE ES UN APARTADO MUY IMPORTANTE DE NUESTROS CONTENIDOS.

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¿QUÉ ES LA ENERGIA ELECTRICA? ——————————————————————————-

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La energía eléctrica es el resultado de la interacción de partículas subatómicas (más pequeñas que los átomos) con una fuerza electromagnética.

Por otro lado, dentro del átomo de estas partículas, los electrones y los protones crean una carga, la cual puede ser transferida entre cuerpos utilizando contacto directo o a través de un material conductor, como puede ser el cobre (o sea, un ejemplo sería el tendido de electricidad de las ciudades, que está realizado con materiales conductores como el cobre dentro de cables).

Lo más interesante que tiene la energía eléctrica es que es muy versátil y puede ser generada de muchas maneras diferentes.

Las formas más comúnmente utilizadas tienen que ver con combustibles fósiles o reacciones nucleares, pero lo cierto es que la energía cinética que provee el viento o el agua (energía eólica e hídrica, respectivamente) puede, de la misma forma que los otros tipos de energía antes mencionados, ser transformada en energía eléctrica. Lo único que se requiere extra es un transformador, el cual modifica el voltaje de la energía.

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La electricidad se genera a partir de otras fuentes de energía, principalmente en: centrales hidroeléctricas donde se usa la fuerza mecánica de agua o en centrales termoeléctricas donde se produce electricidad a partir del carbón, petróleo y otros combustibles.

También puede generarse a partir de la Energía Eólica, Solar y Biomásica entre otras.

Centrales Hidroeléctricas

 En las centrales hidroeléctricas el agua de un río, se hace bajar por grandes tuberías y túneles donde adquiere gran velocidad. Al llegar abajo, el agua hace girar unas turbinas conectadas a un generador (igual que un dínamo de bicicleta) produciendo la electricidad.

Centrales Termoeléctricas
Las centrales termoeléctricas producen electricidad mediante turbinas movidas por vapor a presión (como una olla a presión), el cual es producido al calentar agua empleando diversos combustibles como carbón, gas natural o licuado, petróleo e incluso leña o carbón vegetal.

Luego de generar la electricidad, ésta se transporta a través de extensos cables que la llevan hasta las estaciones de distribución y desde ahí, por tendido eléctrico, hasta los hogares, colegios, industrias y otros lugares de empleo.

La hidroelectricidad es un recurso renovable, donde no se produce combustión, mientras que la termoelectricidad consume recursos naturales no renovables, y que además, al ser quemados contaminan la atmósfera.

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BREVE HISTORIA DE LA ELECTRICIDAD.

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Las propiedades eléctricas de ciertos materiales ya eran conocidas por civilizaciones antiguas.

En el año 600 AC, Tales de Mileto había comprobado que si se frotaba el ámbar, éste atraía hacia sí a objetos más livianos. Se creía que la electricidad residía en el objeto frotado. De ahí que el término “electricidad” provenga del vocablo griego “elektron”, que significa ámbar.

En la época del renacimiento comenzaron los primeros estudios, en los cuales la electricidad estuvo íntimamente relacionada con el magnetismo.

El inglés William Gilbert comprobó que algunas sustancias se comportaban como el ámbar, y cuando eran frotadas atraían objetos livianos, mientras que otras no ejercían ninguna atracción.

A las primeras, entre las que ubicó el vidrio, el azufre y la resina, las llamó “eléctricas”, mientras que a las otras, como el cobre o la plata, “aneléctricas”.

Benjamin Franklin fue quien postuló que la electricidad era un fluido y calificó a las sustancias en eléctricamente positivas y negativas de acuerdo con el exceso o defecto de ese fluido.

Franklin confirmó también que el rayo era efecto de la conducción eléctrica, a través de un célebre experimento, en el cual la chispa bajaba desde una cometa remontada a gran altura hasta una llave que él tenía en la mano.

Hacia mediados del siglo XVIII se estableció la distinción entre materiales aislantes y conductores. Los aislantes eran aquellos a los que Gilbert había considerado “eléctricos”, en tanto que los conductores eran los “aneléctricos”.

Esto permitió que se construyera el primer almacenador rudimentario: estaba formado por dos placas conductoras que tenían una lámina aislante entre ellas. Fue conocido como botella de Leyden, por la ciudad en que se lo inventó.

A principios del siglo XIX, el conde Alessandro Volta construyó una pila galvánica. Colocó capas de cinc, papel y cobre, y descubrió que si se unía la base de cinc con la última capa de cobre, el resultado era una corriente eléctrica que fluía por el hilo de unión. Este sencillo aparato fue el prototipo de las pilas eléctricas, de los acumuladores y de toda corriente eléctrica producida hasta la aparición de la dínamo.

Mientras tanto, Georg Simon Ohmsentó las bases del estudio de la circulación de las cargas eléctricas en el interior de materias conductoras.

En 1819, Hans Oersteddescubrió que una aguja magnética colgada de un hilo se apartaba de su posición inicial cuando pasaba próxima a ella una corriente eléctrica y postuló que las corrientes eléctricas producían un efecto magnético. De esta simple observación salió la tecnología del telégrafo eléctrico.

Sobre esta base, André Ampère dedujo que las corrientes eléctricas debían comportarse del mismo modo que los imanes.

Esto llevó a Michael Faraday a suponer que una corriente que circulara cerca de un circuito induciría otra corriente en él.

El resultado de su experimento fue que ésto sólo sucedía al comenzar y cesar de fluir la corriente en el primer circuito. Sustituyó la corriente por un imán y encontró que su movimiento en la proximidad del circuito inducía en éste una corriente.

De este modo pudo comprobar que el trabajo mecánico empleado en mover un imán podía transformarse en corriente eléctrica.

Los experimentos de Faraday fueron expresados matemáticamente por James Maxwell, quien en 1873 presentó sus ecuaciones, que unificaban la descripción de los comportamientos eléctricos y magnéticos, y su desplazamiento, a través del espacio en forma de ondas.

En 1878 Thomas Alva Edison comenzó los experimentos que terminarían, un año más tarde, con la invención de la lámpara eléctrica, que universalizaría el uso de la electricidad.

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LOS CIRCUITOS ELECTRICOS ——————————————————————————————————

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Un circuito es una red eléctrica (interconexión de dos o más componentes, tales como resistencias, inductores, condensadores, fuentes, interruptores y semiconductores) que contiene al menos una trayectoria cerrada.

Los circuitos que contienen solo fuentes, componentes lineales (resistores, condensadores, inductores), y elementos de distribución lineales (líneas de transmisión o cables) pueden tener corriente directa o en corriente alterna.

Un circuito que tiene componentes electrónicos es denominado un circuito electrónico. Estas redes son generalmente no lineales y requieren diseños y herramientas de análisis mucho más complejos.

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Es tan común la aplicación del circuito eléctrico en nuestros días que tal vez no le damos la importancia que tiene. El automóvil, la televisión, la radio, el teléfono, la aspiradora, los ordenadores, entre muchos y otros son aparatos que requieren para su funcionamiento, de circuitos eléctricos simples, combinados y complejos.

Pero ¿qué es un circuito eléctrico?

Se denomina así el camino que recorre una corriente eléctrica. Este recorrido se inicia en una de las terminales de una pila, pasa a través de un conducto eléctrico (cable de cobre), llega a una resistencia (por ejemplo una bombilla), que consume parte de la energía eléctrica; continúa después por  el conducto, llega a un interruptor y regresa a la otra terminal de la pila.

Los elementos básicos de un circuito eléctrico son:

  • Un generador de corriente eléctrica (una pila)
  •  los conductores (cables o alambre), que llevan a corriente a una resistencia (p.j; bombilla)
  • Una resistencia (una bombilla, un timbre, etc)
  • y posteriormente al interruptor, que es un dispositivo de control. Y de ahí de vuelta a la pila.

Todo circuito eléctrico requiere, para su funcionamiento, de una fuente de energía, en este caso, de una corriente eléctrica.

¿Qué es la corriente eléctrica? Recibe este nombre el movimiento de cargas eléctricas (electrones) a través de un conducto; es decir, que la corriente eléctrica es un flujo de electrones.

¿Qué es un interruptor ? No es más que un dispositivo de control, que permite o impide el paso de la corriente eléctrica a través de un circuito, si éste está cerrado y que, cuando no lo hace, está abierto.

Los circuitos eléctricos pueden estar conectados en serie, en paralelo y de manera mixta, que es una combinación de estos dos últimos.

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Aquí podéis ver un vídeo en el que os muestran paso a paso cómo se construye un circuito eléctrico.

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Aquí tenéis unos videos que os explican cómo hacer un circuito eléctrico.

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Aquí os dejo una imagen muy simple sobre cómo hacer un sencillo circuito eléctrico de tal manera que vosotros mismos podáis comprobar si vuestras respuestas son correctas:

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Las pinzas son los terminales de lo cables (que deben estar por la parte superior de la tabla) y que servirán para cerrar el circuito al colocarlo sobre las chinchetas.

Si la respuesta es correcta, se encenderá la luz (ya que habréis cerrado el circuito eléctrico y la corriente tiene el camino completo, sin fisuras).

Esto se puede complicar mucho si en lugar de 5 números lo hacéis con el mapa de España y sus capitales de provincia.

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LOS IMANES —————————————————————————————————————————————

Un imán es un cuerpo o dispositivo con un campo magnético (que atrae o repele otro imán) significativo, de forma que tiende a juntarse con otros imanes (por ejemplo, con campo magnético terrestre).

Partes de un imán

  • Eje magnético: barra de la línea que une los dos polos.
  • Línea neutral: línea de la superficie de la barra que separa las zonas polarizadas.
  • Polos: los dos extremos del imán donde las fuerzas de atracción son más intensas. Estos polos son, el polo norte y el polo sur; (no deben confundirse con positivo y negativo) los polos iguales se repelen y los diferentes se atraen.

Magnetismo

Los fenómenos magnéticos fueron conocidos por los antiguos griegos. Se dice que por primera vez se observaron en la ciudad de Magnesia en Asia Menor, de ahí el término magnetismo. Sabían que ciertas piedras atraían el hierro y que los trocitos de hierro atraídos, atraían a su vez a otros. Estas se denominaron imanes naturales.

Fue Oersted quien evidenció en 1820 por primera vez que una corriente eléctrica genera un campo magnético a su alrededor. En el interior de la materia existen pequeñas corrientes cerradas al movimiento de los electrones que contienen los átomos; cada una de ellas origina un microscópico imán. Cuando estos pequeños imanes están orientados en todas direcciones sus efectos se anulan mutuamente y el material no presenta propiedades magnéticas; y en cambio, si todos los imanes se alinean, actúan como un único imán y en ese caso decimos que la sustancia se ha magnetizado.

Polos Magnéticos


Líneas de fuerza de un imán, visualizadas mediante limaduras de hierro extendidas sobre una cartulina.

Tanto si se trata de un tipo de imán como de otro, la máxima fuerza de atracción se halla en sus extremos, llamados polos. Un imán consta de dos polos, denominados polo norte y polo sur, o, alternativamente, polo positivo y polo negativo. Los polos iguales se repelen y los polos distintos se atraen. No existen polos aislados (véase Monopolo magnético), y por lo tanto, si un imán se rompe en dos partes, se forman dos nuevos imanes, cada uno con su polo norte y su polo sur, aunque la fuerza de atracción del imán disminuye.

Entre ambos polos se crean líneas de fuerza, siendo estas líneas cerradas, por lo que en el interior del imán también van de un polo al otro. Como se muestra en la figura, pueden ser visualizadas esparciendo limaduras de hierro sobre una cartulina situada encima de una barra imantada; golpeando suavemente la cartulina, las limaduras se orientan en la dirección de las líneas de fuerza.

Usos

Los imanes se utilizan de muy diversas formas: altavoces o parlantes, pegatinas (figuras que se adhieren a las neveras), brújulas, cierres para heladeras, llaves codificadas, bandas magnéticas de tarjetas de crédito o débito, bocinas, motores, generadores, detectores de metales, para el cierre de mobiliario, así como también se usan en las industrias.

Algunos de estos aparatos se pueden dañar si se les aplica una cierta cantidad de magnetismo opuesto.

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LAS CARGAS ELECTRICAS ———————————————————————————————————–

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Historia

Desde la Antigua Grecia se conoce que al frotar ámbar con una piel, ésta adquiere la propiedad de atraer cuerpos ligeros tales como trozos de paja y plumas pequeñas. Su descubrimiento se le atribuye al filósofo griego Tales de Mileto (ca. 639-547 a.C.), quién vivió hace unos 2500 años.

El médico inglés William Gilbert (1540-1603) observó que algunos materiales se comportan como el ámbar al frotarlos y que la atracción que ejercen se manifiesta sobre cualquier cuerpo, aun cuando no fuera ligero. Como el nombre griego correspondiente al ámbar es elektron, Gilbert comenzó a utilizar el término eléctrico para referirse a todo material que se comportaba como aquél, lo que originó los términos electricidad y carga eléctrica. Además, en los estudios de Gilbert se puede encontrar la diferenciación de los fenómenos eléctricos y magnéticos.

El descubrimiento de la atracción y repulsión de elementos al conectarlos con materiales eléctricos se atribuye a Stephen Gray. El primero en proponer la existencia de dos tipos de carga es Charles du Fay, aunque fue Benjamin Franklin quién al estudiar estos fenómenos descubrió como la electricidad de los cuerpos, después de ser frotados, se distribuía en ciertos lugares donde había más atracción; por eso los denominó (+) y (-).

Sin embargo, fue solo hacia mediados del siglo XIX cuando estas observaciones fueron planteadas formalmente, gracias a los experimentos sobre la electrólisis que realizó Michael Faraday, hacia 1833, y que le permitieron descubrir la relación entre la electricidad y la materia; acompañado de la completa descripción de los fenómenos electromagnéticos por James Clerk Maxwell.

Posteriormente, los trabajos de Joseph John Thomson al descubrir el electrón y de Robert Millikan al medir su carga, fueron de gran ayuda para conocer la naturaleza discreta de la carga.

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Naturaleza de la carga

La carga eléctrica es una propiedad intrínseca de la materia que se presenta en dos tipos. Éstas llevan ahora el nombre con las que Benjamin Franklin las denominó: cargas positivas y negativas.

Cuando cargas del mismo tipo se encuentran se repelen y cuando son diferentes se atraen.

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Formas para cargar eléctricamente los cuerpos

Se denomina electrización al efecto de ganar o perder cargas eléctricas, normalmente electrones, producido por un cuerpo eléctricamente neutro.

Los tipos de electrificación son los siguientes:

  1. Electrización por contacto: Cuando ponemos un cuerpo cargado en contacto con un conductor se puede dar una transferencia de carga de un cuerpo al otro y así el conductor queda cargado, positivamente si cedió electrones o negativamente si los ganó.
  2. Electrización por fricción: Cuando frotamos un aislante con cierto tipo de materiales, algunos electrones son transferidos del aislante al otro material o viceversa, de modo que cuando se separan ambos cuerpos quedan con cargas opuestas.
  3. Carga por inducción: Si acercamos un cuerpo cargado negativamente a un conductor aislado, la fuerza de repulsión entre el cuerpo cargado y los electrones de valencia en la superficie del conductor hace que estos se desplacen a la parte más alejada del conductor al cuerpo cargado, quedando la región más cercana con una carga positiva, lo que se nota al haber una atracción entre el cuerpo cargado y esta parte del conductor. Sin embargo, la carga neta del conductor sigue siendo cero (neutro).
  4. Carga por elEfecto Fotoeléctrico: Sucede cuando se liberan electrones en la superficie de un conductor al ser irradiado por luz u otra radiación electromagnética.
  5. Carga por Electrólisis: Descomposición química de una sustancia, producida por el paso de una corriente eléctrica continua.
  6. Carga por Efecto Termoeléctrico: Significa producir electricidad por la acción del calor.

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¿¿¿CÓMO HACER EL TRABAJO DE NAVIDAD??? ————————————————————————-

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En primer lugar tenéis que sentaros a pensar detenidamente sobre qué lo queréis hacer. No queremos algo hecho deprisa y corriendo, por salir del paso.

Hay gente que ha decidido hacerlo del Sistema Solar, otros de las escuderias de Formula 1 y sus pilotos, alguien ha apuntado los campos de fútbol y sus equipos, está el típico mapa de España/Madrid con sus capitales o comunidades autónomas, etc.  Usar la imaginación.

Cuándo hayáis decidido el tema sobre el que váis a trabajar, entonces ya podéis empezar a ir buscando el material.

1 LÁMINA SOBRE LA QUE DIBUJAREIS/IMPRIMIRÉIS, etc EL TEMA ELEGIDO.

1 TABLA DE CONTRACHAPADO DEL MISMO TAMAÑO QUE LA LÁMINA DE PAPEL.

1 PILA DE PETACA

1 BOMBILLA CON SU CASQUILLO (de las de trabajos escolares).

ENCUADERNADORES para cerrar el circuíto.

CABLE.

CINTA AISLANTE (para pegar los cables a la parte trasera de la tabla).

2 TERMINALES METÁLICOS PARA LOS CABLES DE CONEXION EXTERIOR.

4 CORCHOS (para poner en los extremos por debajo y hacer de patas).

Aquí tenéis un video (muy muy muy básico) sobre cómo hacerlo.  Óbviamente, de unos alumnos de 6º esperamos algo más original y trabajado.

 

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