Carga eléctrica, Conservación de la Carga, Formas de electrización y detección así como la recapitulación de estos temas.

Carga eléctrica

 

La materia se compone por átomos. Los mismos tienen un núcleo de protones (que tienen carga positiva) y neutrones (carga neutra). En la periferia del átomo, se encuentran los electrones (carga negativa) describiendo órbitas alrededor del núcleo.

Los electrones de las órbitas más alejadas (electrones libres) pueden abandonar el átomo y agregarse a otro cercano. El átomo que tiene un electrón menos queda cargado positivamente, mientras el átomo que ganó un electrón tiene carga negativa.

Por ejemplo cuando se frotan dos materiales distintos como plástico y vidrio ocurre eso con muchos de sus átomos, liberan y aceptan electrones, por lo tanto uno de los materiales queda cargado positivamente (sus átomos liberaron electrones) y el otro negativamente (con más electrones).




La carga eléctrica se mide en Coulomb. Un Coulomb es una unidad de carga grande por lo que es común usar submúltiplos como el micro Coulomb (1 μC = 1 10 ^-6 C). La ley de conservación de cargas dice que dado un sistema aislado no hay cargas que se creen ni se destruyan, sino que la carga se conserva.

La carga eléctrica de un material siempre es múltiplo de la carga eléctrica de un electrón. El signo de la carga eléctrica indica si se trata de carga negativa o positiva.

 Conservación de la Carga.

El principio de conservación de la carga 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.

En un proceso de electrización, el número total de protones y electrones no se altera, sólo existe una separación de las cargas eléctricas. Por tanto, no hay destrucción ni creación de carga eléctrica, es decir, la carga total se conserva. Pueden aparecer cargas eléctricas donde antes no había, pero siempre lo harán de modo que la carga total del sistema permanezca constante. Además esta conservación es local, ocurre en cualquier región del espacio por pequeña que sea.

Al igual que las otras leyes de conservación, la conservación de la carga eléctrica está asociada a una simetría del lagrangiano, llamada en física cuántica invariancia gauge. Así por el teorema de Noether a cada simetría del lagrangiano asociada a un grupo uniparamétrico de transformaciones que dejan el lagrangiano invariante le corresponde una magnitud conservada. La conservación de la carga implica, al igual que la conservación de la masa, que en cada punto del espacio se satisface una ecuación de continuidad que relaciona la derivada de la densidad de carga eléctrica con la divergencia del vector densidad de corriente eléctrica, dicha ecuación expresa que el cambio neto en la densidad de carga  P dentro de un volumen prefijado J es igual a la integral de la densidad de corriente eléctrica V sobre la superficie S que encierra el volumen, que a su vez es igual a la intensidad de corriente eléctrica I:

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.
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 5 2 3 1 4 6 Respuesta Es una propiedad de la materia que permite cuantificar la pérdida o ganancia de electrones. Carga negativa si el cuerpo gana electrones  y carga positiva si el cuerpo pierde electrones  y si es un cuerpo que no ha sido electrizado , su carga es neutra negativa positiva La unidad de carga es culombio. Y se refiere a la carga que por segundo atraviesa un conductor con una corriente constante de un amperio de intensidad. Un cuerpo cargado eléctricamente puede atraer   dependiendo del tipo de carga que este tenga. Misma carga se repelen diferente carga se juntan. 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 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. 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.
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.

 Formas de electrización y detección.

Cuando un cuerpo cargado eléctricamente se pone en contacto con otro inicialmente neutro, puede transmitirle sus propiedades eléctricas. Este tipo de electrización denominada por contacto 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. Existe, no obstante, la posibilidad de electrizar un cuerpo neutro mediante otro cargado sin ponerlo en contacto con él. Se trata, en este caso, de una electrización a distancia o por inducción o influencia. Si el cuerpo cargado lo está positivamente la parte del cuerpo neutro más próximo se cargará con electricidad negativa y la opuesta con electricidad positiva. La formación de estas dos regiones o polos de características eléctricas opuestas hace que a la electrización por influencia se la denomine también polarización eléctrica. A diferencia de la anterior este tipo de electrización es transitoria y dura mientras el cuerpo cargado se mantenga suficientemente próximo al neutro. Finalmente, un cuerpo puede ser electrizado por frotamiento con otro cuerpo, como aprecio Tales de Mileto en el siglo sexto antes de Cristo.
Electrización por frotamiento  La electrización por frotamiento se explica del siguiente modo. Por efecto de la fricción, los electrones externos de los átomos del paño de lana son liberados y cedidos a la barra de ámbar, con lo cual ésta queda cargada negativamente y aquél positivamente. En términos análogos puede explicarse la electrización del vidrio por la seda. En cualquiera de estos fenómenos se pierden o se ganan electrones, pero el número de electrones cedidos por uno de los cuerpos en contacto es igual al número de electrones aceptado por el otro, de ahí que en conjunto no hay producción ni destrucción de carga eléctrica. Esta es la explicación, desde la teoría atómica, del principio de conservación de la carga eléctrica formulado por Franklin con anterioridad a dicha teoría sobre la base de observaciones sencillas.
Electrización por contacto La electrización por contacto es considerada como la consecuencia de un flujo de cargas negativas de un cuerpo a otro. Si el cuerpo cargado es positivo es porque sus correspondientes átomos poseen un defecto de electrones, que se verá en parte compensado por la aportación del cuerpo neutro cuando ambos entran en contacto, El resultado final es que el cuerpo cargado se hace menos positivo y el neutro adquiere carga eléctrica positiva. Aun cuando en realidad se hayan transferido electrones del cuerpo neutro al cargado positivamente, todo sucede como si el segundo hubiese cedido parte de su carga positiva al primero. En el caso de que el cuerpo cargado inicialmente sea negativo, la transferencia de carga negativa de uno a otro corresponde, en este caso, a una cesión de electrones.
Electrización por inducción La electrización por influencia o inducción es un efecto de las fuerzas eléctricas. Debido a que éstas se ejercen a distancia, un cuerpo cargado positivamente en las proximidades de otro neutro atraerá hacia sí a las cargas negativas, con lo que la región próxima queda cargada negativamente. Si el cuerpo cargado es negativo entonces el efecto de repulsión sobre los electrones atómicos convertirá esa zona en positiva. En ambos casos, la separación de cargas inducida por las fuerzas eléctricas es transitoria y desaparece cuando el agente responsable se aleja suficientemente del cuerpo neutro.
Conductores, aisladores y semiconductores Cuando un cuerpo neutro es electrizado, sus cargas eléctricas, bajo la acción de las fuerzas correspondientes, se redistribuyen hasta alcanzar una situación de equilibrio. Algunos cuerpos, sin embargo, ponen muchas dificultades a este movimiento de las cargas eléctricas por su interior y sólo permanece cargado el lugar en donde se depositó la carga neta. Otros, por el contrario, facilitan tal redistribución de modo que la electricidad afecta finalmente a todo el cuerpo. Los primeros se denominan aisladores y los segundos conductores. Esta diferencia de comportamiento de las sustancias respecto del desplazamiento de las cargas en su interior depende de su naturaleza íntima. Así, los átomos de las sustancias conductoras poseen electrones externos muy débilmente ligados al núcleo en un estado de semilibertad que les otorga una gran movilidad, tal es el caso de los metales. En las sustancias aisladoras, sin embargo, los núcleos atómicos retienen con fuerza todos sus electrones, lo que hace que su movilidad sea escasa. Entre los buenos conductores y los aisladores existe una gran variedad de situaciones intermedias. Es de destacar entre ellas la de los materiales semiconductores por su importancia en la fabricación de dispositivos electrónicos que son la base de la actual revolución tecnológica. En condiciones ordinarias se comportan como malos conductores, pero desde un punto de vista físico su interés radica en que se pueden alterar sus propiedades conductoras con cierta facilidad, ya sea mediante pequeños cambios en su composición, ya sea sometiéndolos a condiciones especiales, como elevada temperatura o intensa iluminación.

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 de los materiales? Equipo 4 1 5 6 3 2 Respuesta El principio de conservación de la carga 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. Por frotamiento, contacto e inducción. La electrización por contacto es considerada como la consecuencia de un flujo de cargas negativas de un cuerpo a otro. Si el cuerpo cargado es positivo es porque sus correspondientes átomos poseen un defecto de electrones, que se verá en parte compensado por la aportación del cuerpo neutro cuando ambos entran en contacto, El resultado final es que el cuerpo cargado se hace menos positivo y el neutro adquiere carga eléctrica positiva. Por efecto de la fricción, los electrones externos de los átomos del paño de lana son liberados y cedidos a la barra de ámbar, con lo cual ésta queda cargada negativamente y aquél positivamente. En que un cuerpo eléctricamente cargado puede atraerá otro cuerpo que es neutro cuando el cuerpo electrizado se acerca a este cuerpo neutro y establece una interacción eléctrica. Se determina cuando los cuerpos en cuestión se atraen o se repelen dependiendo sus cargas; si es negativa y positiva se atraen, y si es de la misma carga, se repelen. -          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.

 

 Y la recapitulación de estos temas...

SEMANA3 SESIÓN 9	Física 2 UNIDAD 5: FENÓMENOS ELECTROMAGNÉTICOS
contenido temático	RECAPITULACION 3

Aprendizajes esperados del grupo	Conceptuales ·         Comprenderá las características de las cargas eléctricas y las formas de electrización de los materiales. Procedimentales ·       Elaboración de de conclusiones de los temas vistos ·       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: -          Información de las actividades desarrolladas en las  dos sesiones anteriores
Desarrollo del proceso	FASE DE APERTURA   Cada equipo realizara una autoevaluación de los temas aprendidos en las dos sesiones anteriores. 1. ¿Qué temas se abordaron? 2.  ¿Que aprendí?  3. ¿Qué dudas tengo? Equipo 1 2 3 4 5 6 Respuesta 1.Carga eléctrica, conservación de las cargas y formas de electrificación y su detección 2. Que hay dos tipos de cargas, la positiva(cuando da electrones) y la negativa (cuando obtiene electrones), si juntamos dos cargas iguales se repelen en cambio si juntamos dos cargas diferentes se atraen. L a conservación de la carga se basa en que la carga neta del universo es contante. Y que hay tres maneras de electrificar objetos la primera es por frotamiento cuando hay fricción de dos cuerpos, por inducción cuando un material electrizado atrae a uno neutro por cercanía y por ultimo por contacto 3. ninguna 1) Carga eléctrica, ley de conservación de la energía y las formas de electrización y detección. 2) Aprendimos cómo se determinan las cargas: si se atraen son cargas distintas (+ y +) y si se repelen son cargas iguales (- y – o + y +), en qué consiste la ley de conservación de la energía y las formas en las que se electriza un material. 3) No hay. xoxox 1.-la electrización las cargas eléctricas  2) aprendimos que es la electrización, como se cargan los cuerpos neutros y como ocurren los intercambios de electrones 3.- ninguna  1) Carga eléctrica, Conservación de la carga eléctrica y Formas de electrización y detección. 2)Aprendimos que la carga eléctrica es una propiedad de materia que permite cuantificar la pérdida o ganancia de electrones, la conservación de la carga es todo un proceso electromagnético de la carga total de un sistema aislado que la conserva y que hay 3 formas de electrización: a) conducto b) movimiento c)inducción 1.-cargas eléctricas. La conservación de la energía. Formas de electrización. 2.- Aprendimos como se conduce la energía a través de distintos materiales identificando cuales son conductores y cuáles no, además de utilizar algunos dispositivos que generan cargas eléctricas. 3.- Ninguna. 1)carga eléctrica, conservación de carga, y formas de electrización. 2) aprendimos que existen dos tipos de cargas, unas negativas y otras positivas. Cuando se juntan dos cargas iguales ya sean (dos positivas o dos negativas) dichas se van a repeler, mientras que si se juntan dos cargas diferentes se van a atraer.  3) ninguna . FASE DE DESARROLLO - Les solicita que un alumno de cada equipo  lea el resumen elaborado. - El Profesor pregunta acerca de las dudas que tengan acerca de los temas vistos en las dos sesiones anteriores, acerca de  las formas de electrización y conservación de las cargas eléctricas. FASE DE CIERRE  El Profesor concluye con un repaso de la importancia de los Fenómenos electrostáticos. Revisa el trabajo a cada alumno y lo registra en la lista. Actividad Extra clase: Los alumnos llevaran la información  a su casa y los que tengan computadora e internet, indagaran los temas siguientes de acuerdo al cronograma, solicitándoles que incluyan fotos de los experimentos en el Blog que contendrá su información, asimismo 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. 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.

SEMANA 3

 27, 29, 30. 01. 2015

 http://www.fisicapractica.com/carga-electrica-2.php

 http://es.wikipedia.org/wiki/Carga_el%C3%A9ctrica#Principio_de_conservaci.C3.B3n_de_la_carga

 http://www.etitudela.com/Electrotecnia/principiosdelaelectricidad/cargaycampoelectricos/contenidos/01d56993080930f36.html