Física y Química 3º ESO: guía interactiva para la resolución de ejercicios

1. Física y Química 3º ESO: guía interactiva para la resolución de ejercicios ENERGÍA Y ELECTRICIDAD ¿Qué es la electricidad? I.E.S. Élaios Departamento de Física y Química

2. Ejercicio 1 Ejercicio 2 Ejercicio 3 Ejercicio 4 Ejercicio 5 Ejercicio 6 Ejercicio 7 Ejercicio 8 Ejercicio 9 Ejercicio 10 Ejercicio 11 Ejercicio 12 Ejercicio 13 Ejercicio 14 Ejercicio 15 Índice • Fenómenos de electrización • Unidades de carga • Ley de Coulomb I.E.S. Élaios Departamento de Física y Química

3. Ayuda • El modelo teórico aceptado para explicar los fenómenos eléctricos es el siguiente: • La materia tiene una propiedad, llamada carga eléctrica, responsable de las atracciones y repulsiones que se observan en ciertas experiencias. • Sólo existen dos clases de carga eléctrica, la positiva y la negativa. • Dos cuerpos que tienen cargas del mismo signo se repelen, mientras que si tienen cargas de diferente signo, se atraen. • La carga más pequeña negativa es la que tiene un electrón (partícula de masa despreciable), mientras que la carga más pequeña positiva es la que tiene un protón (partícula de masa unas 2000 veces mayor), siendo la carga del electrón igual a la del protón en valor absoluto. • En un átomo en estado neutro existe el mismo número de electrones que de protones. Los cuerpos en estado neutro tienen la misma cantidad de cargas positivas que negativas. • Un cuerpo adquiere carga negativa cuando sus átomos adquieren más electrones que los que le corresponden. • Un cuerpo adquiere carga positiva cuando sus átomos pierden electrones. • En los fenómenos eléctricos las partículas que pueden variar, intercambiarse, desplazarse, etc, son los electrones, ya que están situados en la parte externa del átomo (corteza). Los protones nunca varían porque están dentro del átomo (núcleo) y no se puede acceder a ellos. • Los cuerpos pueden electrizarse por intercambio de electrones con otros cuerpos ( fricción, contacto) o por desplazamiento de los electrones (inducción, polarización). • Los materiales conductores (por ejemplo, metales) tienen cargas libres que circulan fácilmente, en los materiales aislantes (por ejemplo, plásticos) por el contrario, las cargas no se mueven con facilidad. • La ley de Coulomb permite calcular la fuerza con se atraen o repelen cuerpos muy pequeños cargados • La unidad internacional de carga es 1 culombio (1C), que equivale a la carga que sustentan 6.1018 electrones (también se usan sus submúlltiplos: miliculombio (mC), microculombio (mC), picoculombio (pC)). I.E.S. Élaios Departamento de Física y Química

4. Al frotar la varilla con el paño, pasan electrones desde la varilla a éste, quedando con carga neta negativa. La varilla tendrá ahora más cargas positivas que negativas, por lo que su carga neta será positiva. - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + EJERCICIO 1Interpreta con el modelo teórico para la materia que has estudiado, cómo se carga una barra de metacrilato al frotarla con un paño. Al principio, el paño y la varilla, tienen cada uno el mismo número de cargas positivas y negativas, por tanto su estado eléctrico es neutro. Haz clic para ver cómo se cargan I.E.S. Élaios Departamento de Física y Química

5. Al acercar dos varillas del mismo material se repelen Al acercar dos varillas de diferente material se atraen + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - Los paños han quedado cargados de signo distinto a las varillas, por tanto cada uno se atraerá con la varilla que ha frotado, y también entre sí. Dos varillas del mismo material tendrán carga del mismo signo,por tanto se repelen. Dos varillas de diferente material tendrán carga de diferente signo signo, por tanto se atraen. EJERCICIO 2Se frotan con paños de la misma tela dos varillas de dos materiales diferentes: metacrilato y polietileno, observándose una serie de hechos, que debes ir explicando en tu cuaderno, aplicando el modelo teórico que has estudiado. • Al acercar el paño con que hemos frotado la varilla de metacrilato a ésta, se nota una atracción • Al acercar entre sí los dos paños utilizados, se nota una atracción. Al frotar las varillas con el paño, pasan electrones de éste a la varilla (polietileno) o de la varilla al paño (metacrilato) polietileno metacrilato I.E.S. Élaios Departamento de Física y Química

6. II. La bolita es atraída por la varilla y ambas se tocan, si permanecen un tiempo en contacto, pasarán electrones desde la varilla a la bola. I. El aluminio es un buen conductor, al acercar la varilla, sus electrones móviles se alejan lo más posible, dejando carga positiva cerca de la varilla. - - - - - - - ELECTRIZACIÓN POR CONTACTO - - - - - - - - ELECTRIZACIÓN POR INDUCCIÓN - + III. Los electrones que han pasado a la bola han neutralizado las cargas positivas, ahora el aluminio tiene una carga neta negativa y sa aleja de la varilla, que aún conserva carga negativa. - - - - - - - - - - + + - - + + + + - - - - + + + + EJERCICIO 3Electrizamos una varilla de polietileno frotándola con un paño y después la acercamos a un péndulo hecho con una bolita de papel de aluminio, que cuelga de un hilo aislante. Explica y dibuja un esquema de lo qué va sucediendo. I.E.S. Élaios Departamento de Física y Química

7. II. Cuando entran en contacto los dos objetos, hace falta bastante tiempo para que los electrones neutralicen las cargas positivas, ya que circulan mal por el poliexpan. I. El poliexpán es un mal conductor, al acercar la varilla, sus electrones experimentan un leve desplazamiento. Se acumula carga positiva cerca de la varilla. ELECTRIZACIÓN POR INDUCCIÓN ELECTRIZACIÓN POR CONTACTO - - - - - - - - - - - - - - - - III. Después de un cierto tiempo, se produce repulsión entre la bola y la varilla, ya que ambas tienen carga negativa. - - + - - + - + - + - - + - - + - + - + - - - + - + - + - + - - + + + EJERCICIO 4 Si repetimos el experimento anterior, electrizando una varilla de polietileno frotándola con un paño, y después la acercamos a un péndulo que esta vez tiene una bolita de poliexpán (aislante), los hechos son los mismos, pero todo sucede más lentamente, explica por qué. I.E.S. Élaios Departamento de Física y Química

8. El bolígrafo se electriza por frotamiento con la ropa Al acercar el bolígrafo a los papelitos, éstos sufren una separación de cargas, (inducción), los electrones van hacia la carga positiva del bolígrafo y cómo los papeles son muy ligeros, se mueven hasta pegarse a él. + + + + + + + + + EJERCICIO 5Explica y dibuja lo que sucede cuando hacemos el conocido experimento de frotar con la ropa un bolígrafo y luego atraer con él unos trocitos de papel. - - - - - - + + + + + + + + + - - - DESPUÉS DE UN RATO SE DESCARGARÁN AMBOS OBJETOS - + - + - + - + - + - + - + - + - + I.E.S. Élaios Departamento de Física y Química

9. + + + + + + + + - - - - - - - - + + + + + + + + EJERCICIO 6A mediados del siglo XVIII, Benjamin Franklin descubrió la naturaleza eléctrica de las tormentas, y logró conducir a tierra la carga de una nube a través de una cometa. Hoy se sabe que en una nube de tormenta la parte superior está cargada positivamente, mientras que la inferior está cargada negativamente. Teniendo en cuenta esta información y los fenómenos de electrización, intenta explicar cómo se produce la “caída” de un rayo, así como el relámpago y el trueno que lo acompañan. La nube de tormenta se carga La tierra se carga por inducción Se produce un flujo de cargas negativas hacia tierra: es el rayo; el aire se calienta y se expande, como en una explosión, y aparecen sonido (trueno) y luz (relámpago). I.E.S. Élaios Departamento de Física y Química

10. Al acercar un objeto cargado, la bola del electroscopio se carga por inducción. - - + + + + + + - EJERCICIO 7(a) ¿Qué es un electroscopio y para qué sirve?(b) Describe su funcionamiento. El electroscopio es un aparato que permite averiguar si un cuerpo está o no cargado eléctricamente. Consta de una botella de vidrio, un tapón de goma por cuyo centro pasa una varilla metálica que tiene, en uno de sus extremos, una pelotilla metálica y, en el otro, dos laminillas de oro o platino, que al cargarse, por contacto o por inducción, se repelen (se separan). La parte opuesta a la bola se carga del signo contrario y entonces las dos láminas ligeras, cargadas con el mismo signo, se repelen y se separan. I.E.S. Élaios Departamento de Física y Química

11. el electroscopio se carga por inducción F (a ) el electroscopio se carga por contacto (b) V - - - - - - - - - el electroscopio se carga positivamente F (c) - - - - - - el electroscopio se carga negativamente V (d) EJERCICIO 8Si se frota una barra de vidrio con un paño de seda y se toca con ella la bolita del electroscopio, ¿qué afirmaciones son correctas?(a) el electroscopio se carga por inducción(b) el electroscopio se carga por contacto(c) el electroscopio se carga positivamente(d) el electroscopio se carga negativamente Explicación: El vidrio se carga negativamente. Al tocar la bolita del electroscopio pasan los electrones y se carga todo negativamente . I.E.S. Élaios Departamento de Física y Química

12. Si un cuerpo adquiere una carga positiva ha perdido todos sus electrones. Hacer experimentos de electricidad es más difícil en días húmedos. Si un cuerpo pierde electrones, su masa varía apreciablemente. F V F F Si acercamos un objeto cargado positivamente a un electroscopio cargado positivamente, la lámina móvil cae, o si hay dos láminas, dejan de estar separadas. EJERCICIO 9Indica si las frases que van apareciendo en la pantalla son verdaderas (V) o falsas (F). I.E.S. Élaios Departamento de Física y Química

13. Electrización por fricción: el cabello y el peine se cargan con signos contrarios y se atraen. Al peinarnos o cepillarnos el cabello en un día seco, el pelo es atraído por el peine. La carrocería se carga por rozamiento con el aire; al tocarla se descarga a través del cuerpo. Se suelen instalar cadenas que descargan a tierra el coche. En el tubo de rayos catódicos de la TV circulan electrones, que cargan la pantalla. El vello se electriza fácilmente por inducción. Este tipo de fibras se electrizan con facilidad por rozamiento con el cuerpo o con otra prenda; al aproximarse partes cargadas de la prenda, saltan electrones entre ambas. EJERCICIO 10Enumera cuatro fenómenos de electrización que puedan observarse en la vida corriente y da una pequeña explicación de lo que ocurre en cada caso: Al tocar la carrocería de un automóvil después de que éste se ha movido en un día seco, notamos un calambre. Al acercar a la pantalla del televisor el brazo, el vello de éste es atraído por la pantalla. Cuando nos quitamos una prenda de fibra artificial, a veces se producen pequeños chasquidos. I.E.S. Élaios Departamento de Física y Química

14. 1. Explica con un dibujo el “efecto punta”. 2. Explica con un dibujo el funcionamiento del pararrayos. + + + + + + + + + + En un conductor cargado, la carga se almacena en la superficie. En la punta la superficie es menor, y por tanto la densidad de carga mayor, tanto que el aire que rodea la punta puede llegar a cargarse (ionizarse) + + + + + + - + + - - - - - - + + - - - + + - - + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + Placa metálica EJERCICIO 11El pararrayos es un aparato que está basado en el “efecto punta”, por el cual las cargas de un conductor puntiagudo están más concentradas en la parte afilada de éste. Explica su funcionamiento e instalación para proteger un edificio de los rayos. Conductor I.E.S. Élaios Departamento de Física y Química

15. Teniendo en cuenta que la carga de una electrón es 1,6.10-19 C, se establece la siguiente proporción: (a) Y despejando de ella el valor de x el resultado es: x = 3,125.1015electrones Teniendo en cuenta que la carga de una electrón es 1,6.10-19 C, se establece la siguiente proporción: (b) Y despejando de ella el valor de x el resultado es: x = 1,6.10-15 C (La carga será de signo negativo) EJERCICIO 12Haciendo uso de la ayuda, calcula :(a) ¿Cuántos electrones ha perdido un cuerpo cuya carga es 0,5 mC?(b) ¿Cuántos culombios de carga tiene un cuerpo que ha adquirido 104 electrones? I.E.S. Élaios Departamento de Física y Química

16. 0,3 mC 30 mC 300 pC 0,003 C 0,03.10-5 C 0,03 mC 0,000003 C Transformando todas las cantidades en culombios y expresándolas con notación científica: 3.10-4 C 3.10-5 C 3.10-10 C 3. 10-3 C 3.10-7 C 3.10-8 C 3.10-6 C EJERCICIO 13Ordena de mayor a menor cantidad de carga, los valores que te aparecerán en la pantalla: Por tanto el orden es D A B G E F C I.E.S. Élaios Departamento de Física y Química

17. Recuerda la expresión de la ley de Coulomb. Sustituye los datos, expresados en unidades internacionales, en la ley de Coulomb. Habrá repulsión entre ellas EJERCICIO 14¿Qué fuerza se ejercen dos cargas puntuales de +3mC y +1mC situadas a una distancia de 9 m en el vacío?(K = 9.109 N.m2/C2) I.E.S. Élaios Departamento de Física y Química

18. Recuerda la expresión de la Ley de Coulomb. Sustituye los datos, expresados en unidades internacionales: Se despeja la incógnita q2 q = 2,98.10-5 C (Para ambas cargas, una + y otra -) EJERCICIO 15Dos partículas tienen cargas iguales y de signo contrario; se sabe que se atraen con una fuerza de 2 N cuando se encuentran a 2 m de distancia. ¿Qué carga tiene cada partícula? I.E.S. Élaios Departamento de Física y Química