CPI VIRXE DA CELAFísica y Química 3º ESO

UNIDAD 2 (4 DEL LIBRO)

ELECTRICIDAD y MAGNETISMO

Para empezar: ¿Por qué una brújula señala siempre al norte? ¿Que piensas que es responsable de la fuerza de

atracción de un imán?

Ing. L. Emilio Martinez Lugo. 3

Si el número de electronesnúmero de electrones de un átomo es igual al número de número de protonesprotones podemos decir que el átomo está eléctricamente átomo está eléctricamente neutro.neutro.

++

-

-Electrones.

Neutrones.

Orbitas electrónicas.

Núcleo.

Protones.

Magnetismo y átomos.

Ing. L. Emilio Martinez Lugo. 4

Si en el átomo hay un mayor númeromayor número de protonesprotones en el núcleo que electroneselectrones describiendo órbitas alrededor de este se dice que dicho átomo posee carga eléctrica positiva.átomo posee carga eléctrica positiva.

++-

Electrones.

Neutrones.

Núcleo.

Protones.

Orbita electrónica.

Magnetismo y átomos.

Ing. L. Emilio Martinez Lugo. 5

Si en el átomo hay un menor númeromenor número de protonesprotones en el núcleo que electroneselectrones describiendo órbitas alrededor de este se dice que dicho átomo posee carga eléctrica negativa.átomo posee carga eléctrica negativa.

++-

Electrones.

Neutrones.

Núcleo.

-

-

Orbita electrónica.

Protones.

Magnetismo y átomos

Campo magnético terrestre

La Tierra se comporta como un electroimán

Campo magnético de la Tierra

• Podemos generar un campo magnético fabricando de modo sencillo un electroimán: Un electroimán es una bobina de hilo conductor de la corriente eléctrica (generalmente cobre) , por el que se moverán electrones libremente, en cuyo interior se introduce un núcleo de hierro. La circulación de los electrones alrededor del hierro producida cuando conectamos ambos extremos del hilo a una pila generará un intenso campo magnético.

Campo magnético de la Tierra

• La Tierra posee un intenso campo magnético, esto hace pensar que su estructura interna sea muy similar a la de un electroimán, con un núcleo interno sólido rico en hierro, y un núcleo externo fundido, por el que se desplazan los electrones generando el campo magnético.

1 – PROPIEDADES ELÉCTRICAS DE LA MATERIA

Primeras ideasTales de Mileto (625 – 547 aC)Comprobó que al frotar un trozo de ámbar (elecktron en griego) con una tela éste adquiría la propiedad de atraer pequeñas plumas y trocitos de paja

William Gilbert S XVI– Padre del Magnetismo

• Médico inglés.• En 1600 publica su tratado “Sobre el magnetismo,

los cuerpos magnéticos y el gran imán que es la Tierra” que tuvo 2 siglos de vigencia.

• Estableció la falsedad de creencias mágicas sobre el magnetismo.

• Demostró que la Tierra se comporta como un imán gigantesco.

• Descubrió que podían hacerse imanes artifíciales.• Determinó que los imanes tienen polos que se

alinean con los polos terrestres.• Descubrió las reglas de la atracción y repulsión

entre los imanes.• Clasificó los materiales en eléctricos y

aneléctricos

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Charles du Fay (S XVIII)

Sugirió 2 tipos electricidad

Resinosa y vítrea

Benjamin Franklin (S XVIII)

Sugirió de forma arbitraria los términos positivo y negativo

Demostró que los rayos son descargas eléctricas

Inventó el pararrayos

Electrización

● Fenómeno por el cual un cuerpo adquiere propiedades eléctricas

Formas electrizaciónFrotamiento

Un cuerpo adquiere electricidad positiva y otro negativa

Contacto Inducción

Al poner un cuerpo en contacto con otro previamente electrizado

Proceso de carga de un objeto sin contacto directo.

Cuando se acerca un cuerpo electrizado a un cuerpo neutro, el cuerpo electrizado provoca el desplazamiento de los electrones libres del cuerpo neutro (En algunas zonas se carga positivamente y en otras negativamente)

Aparecen cargas eléctricas inducidas: el cuerpo electrizado, (inductor), induce una carga con signo contrario en el cuerpo neutro y por lo tanto lo atrae

Naturaleza magnética de la materia

• Las propiedades magnéticas tienen su origen en la configuración electrónica de los elementos que componen un imán.

• En cada par de electrones, un electrón tiene un giro cuántico sobre su eje en un sentido y el otro en el sentido contrario. Se producen dos polaridades opuestas que se anulan entre sí.

● En los imanes varios pares de electrones giran en el mismo sentido.

Pares de electrones mutuamente anulados

Pares de electrones que producen propiedades magnéticas

Algunas propiedades de la electricidad

Pier Van Musschen Broek (S XVIII)

Universidad Leyden Holanda

La electricidad se almacena

Botella de Leyden

https://youtu.be/k4vGAF8Njes

Algunas propiedades de la electricidadMichael Fararday (S XIX)

La electrización de un cuerpo metálico queda confinada en su superficie

https://youtu.be/cldP1zX_0-8

https://youtu.be/7RKh2JWXx30

¿Se puede electrizar un objeto metálico por frotamiento?

¿Se puede electrizar un objeto metálico por frotamiento?

..Se puede cargar un cuerpo mediante frotamiento o fricción. Cuando dos trozos de material se frotan uno contra otro, los electrones son arrancados de uno y adheridos al otro. Se obtiene una buena carga estática frotando un aislante duro contra otro blando o suave.

Si se utilizan buenos conductores es difícil obtener una carga detectable. La razón de esto es que las corrientes compensadoras circulan muy fácilmente, dentro y entre los materiales conductores.

El lápiz es de material aislante y al electrizarse concentra los electrones en el punto de frotamiento; la cucharilla, al ser metálica, conduce los electrones distribuyéndolos por todo el metal

Por ello, si tomamos un objeto aislante como un bolígrafo y lo frotamos contra un jersey, se electriza, siendo capaz de atraer pequeños trozos de papel. Sin embargo, una cucharilla metálica, que es conductor, también se electriza al frotarla, pero no se aprecia su carga porque los electrones se distribuyen por todo el metal, y si la tocamos pasan a nuestro cuerpo y de ahí a tierra, ya que el metal conduce los electrones. En este caso, los electrones se desplazan creando una corriente eléctrica o dinámica. Por su parte, cuando los electrones se mantienen en reposo en un objeto, se dice que la electricidad es estática, ya que no se desplazan a lo largo del cuerpo electrizado.

2 - Carga eléctrica

● Propiedad de las partículas subatómicas● Se manifiesta mediante fuerzas de atracción y repulsión

● Unidad en el SI culombio (C)

Detección carga eléctrica: electroscopio

https://youtu.be/LtwUeJsVWNI

Carga eléctrica

● Elemental → electrón -qe /protón +qe

1C = 6,24 . 1018 cargas elementales

● Carga neta: diferencia entre electrones y protones de un cuerpo electrizado

Si es muy grande dar el valor en en culombios

Ley conservación de la carga

En un sistema aislado la carga eléctrica neta permanece constante

+ + + + - - - -

+ - + - + - + -

Interacción cargas eléctricas. Ley de Coulomb

● Fuerzas entre cargas eléctricas– Fuerzas atracción y repulsión:

● Directamente proporcionales al valor de las cargas● Inversamente proporcional al cuadrado de la distancia● Dependen del medio → máximo en vacío

Balanza de torsión:Instrumento diseñado por Coulomb para medir fuerzas eléctricas

https://youtu.be/o_zJpBkg9x0

https://youtu.be/phDDXM5Joyo

Ley Coulomb

Electrostática en nuestro entorno

Rama de la física que estudia los fenómenos provocados por cargas en reposo

NATURALEZA ELÉCTRICA DE LOS RAYOS Demostrado por Benjamin Franklin

2 – Desde la zona – de la nube sale una guia a 200km/s

3 – Desde las zonas más puntiagudas de la tierrapor inducción sale una guia +

4 – Si ambas guías se unen se produce la descarga de la nube → rayo

Observándose la brillante luz → relámpago

El calor generado produce la expansión del aire , que al mezclarse con el aire del entorno se enfría y contrae. Esta rápida expansión-contracción produce ondas sonoras → trueno

1 – El roce de cristales de hielo en las nubes de tipo cúmulonimbo origina diferentes carga eléctrica en la zona superior e inferior de la nube

Identifica en las imágenes los tipos de electrificación estudiados

Identifica en las imágenes los tipos de electrificación estudiados

2 – Inducción

3 – Inducción

1 – Frotamiento

Electrostática en nuestro entorno

PARARRAYOS De Franklin

Electrostática en nuestro entorno

Electrificación frotamiento

Magnetismo

Propiedad que presentan ciertos materiales denominados imanes de atraer determinados metales

Fuerza magnética máxima-→ polos magnéticos

● Interacción a distancia● Metales atraídos por imanes-→ Fe, Ni, Co y aleaciones

Los polos de un imán no se pueden separar

Fuerza magnética mínima-→ línea neutra

Interacciones

Imantación:Por frotamiento: un objeto de acero frotado con un imán adquiere propiedades magnéticas.

Por contacto: Una aguja es atraída por un imán. La aguja sostenida por éste puede atraer a otra y ésta última a más. Separada la primera del imán el efecto puede permanecer.

Por inducción: Si una barra de hierro o acero se coloca cerca de un imán sin hacer contacto con él, podrá  atraer a alfileres, por ejemplo.

Por acción de una corriente eléctrica: Si arrollamos a una barra de acero un hilo de cobre por el que circula una corriente eléctrica, construimos un imán que puede resultar en determinadas condiciones muy potente.

Magnetismo CLASIFICACIÓN IMANES

● NATURALES→ magnetita

● ARTIFICIALES→ Por imantación de materiales FERROMAGNÉTICOS

Interacciones

● TEMPORALES→ imanes de hierro dulce por imantación

● PERMANENTES→ ACERO

https://youtu.be/VHhk8Atatp0https://youtu.be/VLgpwMTUE3E

http://www.superimanes.com

Imantación:Por frotamiento: un objeto de acero frotado con un imán adquiere propiedades magnéticas.

Por contacto: Una aguja es atraída por un imán. La aguja sostenida por éste puede atraer a otra y ésta última a más. Separada la primera del imán el efecto puede permanecer.

Por inducción: Si una barra de hierro o acero se coloca cerca de un imán sin hacer contacto con él, podrá  atraer a alfileres, por ejemplo.

Por acción de una corriente eléctrica: Si arrollamos a una barra de acero un hilo de cobre por el que circula una corriente eléctrica, construimos un imán que puede resultar en determinadas condiciones muy potente.

Inicios Magnetismo

CLASIFICACIÓN IMANES

● ORÍGENES

● 1600 Gilbert sugiere causa fenómenos magnéticos → La Tierra se comporta como un gran imán natural

La brújula llega a Europa en el S XII procedente de China

Fuerzas magnéticas

1750 John Michell

FUERZAS POLOS DE UN IMÁN

● Son iguales en magnitud● Decrecen con el cuadrado de la distancia = fuerzas eléctricas

Diferencia fuerzas magnéticas y eléctricasEs posible aislar las cargas eléctricas / los polos magnéticos siempre por parejas

TIPOS MATERIALES MAGNÉTICOS● FERROMAGNÉTICOS → FUERTEMENTE ATRAÍDOS POR UN IMÁN / FÁCILMENTE IMANTABLES

(Fe, Ni, acero)

● PARAMAGNÉTICOS → DÉBILMENTE ATRAÍDOS POR UN IMÁN / CASI NO SE IMANTAN

(Pt, Al, St)

● DIAMAGNÉTICOS → REPELIDOS DÉBILMENTE POR UN IMÁN

(Hg, Ag, Au)

Electromagnetismo

Relaciona la electricidad con el magnetismo

Avances 1º mitad S XVIII● Hans Christian Oersted → Una corriente eléctrica

cambia la orientación de aguja imantada

● André-Marie Ampére → dos hilos por los que circula una corriente eléctrica se atraen o repelen como si fueran imanes

● Michael Faraday → explicó como los imanes podían producir corrientes eléctricas

Experiencia Oersted

Material no magnético

Material magnético

Inducción electromagnética → Faraday

Teoría electromagnetismo

Unificación de MaxwellElectricidad, magnetismo y luz

Aplicación inducción electromagnética

Inducción electromagnética → Faraday

Material no magnético

Material magnético