• Author / Uploaded
• Enrique Paredes

Citation preview

´Indice general 1. I. Principios de Electricidad y Magnetismo 1.1. Electricidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1.1. Efecto t´ermico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2. Magnetismo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2. Electrost´ atica 2.1. Carga el´ectrica y electr´ on . . . . . . 2.2. Fuerza el´ectrica y ley de coulomb . . 2.3. Campo el´ectrico, ley de Gauss y flujo 2.4. Potencial el´ectrico . . . . . . . . . .

5 6 7 8

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

9 10 10 10 11

3. Electrocin´ etica 3.1. Corriente el´ectrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2. Resistencia y resistividad de materiales . . . . . . . . 3.3. Ley de Ohm y circuitos el´ectricos . . . . . . . . . . . 3.4. Energ´ıa y potencia el´ectrica en circuitos de CD y CA

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

13 14 14 14 15

. . . . . . . . . . . . el´ectrico . . . . . . .

. . . .

. . . .

4. Electrocin´ etica 17 4.1. Corriente el´ectrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 4.2. Resistencia y resistividad de materiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 4.3. Ley de Ohm y circuitos el´ectricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

1

Enrique Paredes Reyes

GNU Document

2

´Indice de figuras

3

Enrique Paredes Reyes

GNU Document

4

Cap´ıtulo 1

I. Principios de Electricidad y Magnetismo Objetivo El alumno demostrar´ a fen´ omenos de electricidad y magnetismo, para determinar la potencialidad de estos en la industria. 1. Electricidad 2. Magnetismo Resultados de aprendizaje Integrar´ a un portafolio de evidencias con los reportes de casos pr´acticos que incluya: -Los efectos que produce la electricidad: • Transformaci´ on en calor • Transformaci´ on en luz • Transformaci´ on en trabajo -Los fen´ omenos relacionados con el magnetismo: • Campo magn´etico • Magnetizaci´ on -M´etodo utilizado para la generaci´ on de electricidad -Conclusiones. Secuencia de aprendizaje 1. 1. Comprende los concepto de electricidad y magnetismo 2. 2. Analizar los procesos para producir electricidad. 3. 3. Interpretar los fen´ omenos de electricidad y magnetismo. 4. 4. Comprender los principios relacionados con el electromagnetismo 5. 5.Relacionar los fen´ omenos el´ectricos y magn´eticos con las aplicaciones industriales.

5

Enrique Paredes Reyes

1.1.

GNU Document

Electricidad

Saber Describir el concepto, efectos e importancia de la electricidad. Explicar los m´etodos para producir electricidad. Explicar las aplicaciones pr´ acticas de la electricidad. Describir los conceptos de corriente directa y alterna Hacer Demostrar experimentalmente los efectos de la electricidad. Demostrar los m´etodos de producci´ on de electricidad. Realizar demostraciones de aplicaciones de la electricidad.

6

Enrique Paredes Reyes

GNU Document

La mayor´ıa de los dispositivos que utilizamos en nuestra vida diaria necesitan electricidad para poder funcionar, cuando decimos electricidad nos referimos a corriente el´ectrica o lo que es lo mismo al paso de electrones desde un lugar a otro. Cuando los electrones se ponen en movimiento y se desplazan de un lugar a otro se producen interacciones con los elementos a los que est´an conectados o los elementos a los que est´an expuestos para producir diferentes efectos dependiendo del medio al que est´en conectados o dependiendo del medio al que est´en expuestos. Por ejemplo: Cuando hacemos pasar una cantidad de electrones por el filamento resistivo de una bombilla incandescente, se produce un calentamiento del filamento y este a su vez produce energ´ıa lum´ınica irradiando luz. Hay 5 efectos que podemos conseguir con la electricidad:

1.1.1.

Efecto t´ ermico

El f´ısico James Prescott Joule (1818-1889), qui´en descubri´o el ”efecto Joule”, que no es m´as que la transformaci´ on de energ´ıa el´ectrica en energ´ıa t´ermica. Con este efecto t´ermico se emplea en aparatos tales como, hornos el´ectricos, planchas, calentadores para el confort humano, etc. En teor´ıa este calentamiento es debido a la excitaci´ on de electrones que pasan por un conductor el´ectrico. La energ´ıa calor´ıfica debida a la corriente el´ectrica se calcula: Q = 0,24RI 2 t (1.1) Q = P tJ

(1.2)

Donde : Q es igual al calor medido en calor´ıas. J son Joules y equivalen a 0.24 calorias. Sabemos que la energ´ıa el´ectrica consumida es igual a la potencia por el tiempo E = P t Tambi´en sabemos que la potencia es la resistencia por la intensidad al cuadrado P = RI 2 Entonces la energ´ıa calor´ıfica es igual a energ´ıa por Joules o lo que es lo mismo, Energ´ıa calor´ıfica es igual a 0,24 por la resistencia por la intensidad al cuadrado por el tiempo. Q = 0,24RI 2 t

1.1.2.

Efecto luminoso

La corriente el´ectrica puede generar un efecto luminoso por medio de fotones, los fotones son las ondas electromagn´eticas que se generan con un cambio en la cantidad de movimiento de la corriente el´ectrica. Por ejemplo en una bombilla de incandescencia, cuando la electricidad circula por el filamento de la bombilla se generan ondas electromagn´eticas o fotones. En el momento en que los electrones atraviesan el filamento de la bombilla, una parte de la energ´ıa se desprende en forma de onda electromagn´etica, esta onda electromagn´etica es visible al ojo humano dependiendo de su longitud de onda. Cuando se crean ondas electromagn´eticas lo hacen siguiendo las caracter´ısticas f´ısicas de una onda, esto quiere decir que lo hacen con una determinada longitud, frecuencia y amplitud de onda.

7

Enrique Paredes Reyes

1.2.

GNU Document

Magnetismo

Saber Definir el concepto, efectos e importancia del magnetismo. Describir la teor´ıa electr´ onica del magnetismo. Enlistar los materiales que tienen propiedades magn´eticas. Identificar la importancia de los fen´ omenos magn´eticos y las leyes que rigen su comportamiento Explicar el concepto de electromagnetismo. Hacer Demostrar experimentalmente el campo magn´etico de un im´an. Crear campos magn´eticos mediante electroimanes. Demostrar experimentalmente la magnetizaci´on de un material ferromagn´etico

8

Cap´ıtulo 2

Electrost´ atica Objetivo El alumno calcular´ a la carga y campo el´ectrico como una propiedad intr´ınseca de los materiales, para cuantificar el grado de electrificaci´ on de los cuerpos. 1. Carga el´ectrica y electr´ on 2. Fuerza el´ectrica y ley de coulomb 3. Campo el´ectrico, ley de Gauss y flujo el´ectrico 4. Potencial el´ectrico Resultados de aprendizaje Integrar´ a un portafolio de evidencias que incluya, c´alculos de los fen´omenos el´ectricos siguientes: • - Fuerza el´ectrica entre cuerpos cargados. • -Campo el´ectrico producido por cuerpos cargados el´ectricamente. • - Campo el´ectrico producido por un cuerpo cargado usando la ley de Gauss. • -Potencial el´ectrico generado por un conjunto de cargas. Evidencia de la demostraci´ on experimental: • -De cuerpos cargados • -Campo y fuerza el´ectrica • -Interpretaci´ on de los resultados y conclusiones Secuencia de aprendizaje 1. 1. Comprender la ley de Coulomb y su aplicaci´on en el c´alculo de la fuerza de atracci´on y repulsi´on entre dos o m´ as cargas el´ectricas. 2. 2. Comprender el fen´ omeno del campo el´ectrico y su relaci´on con la carga el´ectrica en reposo. 3. 3. Comprender la ley de gauss y sus aplicaciones. 4. 4. Diferenciar las unidades de medida de campo el´ectrico, fuerza el´ectrica y potencial el´ectrica. 5. 5. Identificar cu´ ales de estas magnitudes el´ectricas son cantidades vectoriales y escalares.

9

Enrique Paredes Reyes

2.1.

GNU Document

Carga el´ ectrica y electr´ on

Saber Explicar el concepto de electrost´ atica Explicar el concepto de electr´ on y carga el´ectrica Enunciar la carga de un electr´ on Explicar los m´etodos y el proceso de carga de los cuerpos. Identificar la unidades de medida de carga el´ectrica Hacer Demostrar el proceso de carga de un cuerpo por: frotamiento, inducci´ on y contacto.

2.2.

Fuerza el´ ectrica y ley de coulomb

Saber Explicar el concepto de fuerza el´ectrica Enunciar la ley de las cargas el´ectricas Explicar la ley de Coulomb entre cuerpos el´ectricamente cargados Identificar la unidades de medida de fuerza el´ectrica Reconocer la magnitudes vectoriales y escalares empleadas en electricidad y magnetismo. Comparar las magnitudes de la fuerza el´ectrica y la fuerza de gravedad Hacer Calcular la fuerza el´ectrica determinando si es de atracci´on o repulsi´on. Demostrar experimentalmente la fuerza el´ectrica de repulsi´on y atracci´on entre cuerpos el´ectricamente cargados. Calcular la carga el´ectrica de un cuerpo. Demostrar anal´ıticamente que la carga de un cuerpo es un m´ ultiplo de la carga del electr´on.

2.3.

Campo el´ ectrico, ley de Gauss y flujo el´ ectrico

Saber Describir los conceptos de: Campo el´ectrico y flujo el´ectrico. Describir la relaci´ on entre campo el´ectrico y la ley de Coulomb. Definir la ley de Gauss Identificar la unidades de medida de campo el´ectrico Hacer Calcular el campo el´ectrico producido por un electr´on y las cargas puntuales. Determinar el campo el´ectrico producido por un cuerpo cargado mediante la ley de Coulomb Calcular el flujo el´ectrico que produce un cuerpo cargado. Calcular la magnitud del campo el´ectrico mediante la ley de Gauss. 10

Enrique Paredes Reyes

2.4.

GNU Document

Potencial el´ ectrico

Saber Describir el concepto de potencial el´ectrico. Distinguir entre potencial el´ectrico y diferencia de potencial el´ectrico Identificar la unidades de medida de potencial el´ectrico Hacer Calcular el potencial el´ectrico producido por un electr´on y un cuerpo cargado. Calcular el potencial el´ectrico entre dos placas cargadas separadas por una distancia determinada.

11

Enrique Paredes Reyes

GNU Document

12

Cap´ıtulo 3

Electrocin´ etica Objetivo El alumno calcular´ a energ´ıa y potencia el´ectrica en circuitos el´ectricos de CD y CA, para controlar sus efectos en los equipos y sistemas el´ectricos. 1. Corriente el´ectrica 2. Resistencia y resistividad de materiales 3. Ley de Ohm y circuitos el´ectricos 4. Energ´ıa y potencia el´ectrica en circuitos de CD y CA Resultados de aprendizaje Integrar´ a un portafolio de casos pr´actico que incluya: -C´ alculo de la corriente el´ectrica en circuito serie, paralelo y mixto. -C´ alculo de la resistencia el´ectrica en circuitos serie, paralelo y mixto. -C´ alculo de la potencia el´ectrica en circuitos serie, paralelo y mixto. -C´ alculo de la ca´ıda de tensi´ on en diferentes elementos del circuito el´ectrico. -Resultado de las mediciones de resistencia, corriente y potencia en circuitos serie, paralelo y mixto. -Interpretaci´ on de los resultados y conclusiones. Secuencia de aprendizaje 1. 1. Comprender los conceptos de corriente el´ectrica, diferencia de potencial, resistencia y potencia el´ectrica. 2. 2. Comprende la ley de ohm y sus aplicaciones 3. 3. Analizar el efecto de la temperatura sobre la resistencia de un conductor. 4. 4. Comprender los procedimientos para calcular los par´ametros el´ectricos en circuitos. 5. 5. Identificar las unidades de las magnitudes f´ısicas medidas.

13

Enrique Paredes Reyes

3.1.

GNU Document

Corriente el´ ectrica

Saber Describir el concepto de corriente y densidad de corriente el´ectrica. Identificar las unidades de la corriente el´ectrica. Identificar las tipos de cargas m´ ovil en el flujo de corriente el´ectrica Describir que la corriente el´ectrica es funci´on de la diferencia de potencial. Hacer Calcular la densidad de corriente en un conductor. Demostrar experimentalmente el efecto de la diferencia de potencial sobre la intensidad de corriente. Estimar el flujo de electrones en un conductor.

3.2.

Resistencia y resistividad de materiales

Saber Describir los conceptos de: • resistencia, • resistividad, • conductor, • semiconductor, • superconductor, • aislante, • longitud, • ´ area transversal. Explicar la ecuaci´ on de la resistencia de los conductores. Describir la caracter´ıstica lineal de los conductores. Explicar el efecto de la temperatura sobre la resistencia del conductor. Hacer Calcular la resistencia de un conductor conociendo su longitud, ´area transversal y su resistividad. Demostrar la caracter´ıstica lineal de una resistencia. Demostrar anal´ıticamente la caracter´ıstica no lineal de un semiconductor. Medir la resistencia de conductores y semiconductores. Calcular la resistencia de conductores a diferentes temperaturas.

3.3.

Ley de Ohm y circuitos el´ ectricos

Saber Describir la ley de Ohm y unidades de medida. Describir el concepto de circuito el´ectrico. Identificar los tipos de circuitos el´ectricos y caracter´ısticas: • serie, • paralelos y 14

Enrique Paredes Reyes

GNU Document

• mixtos. Explicar la aplicaci´ on de la ley de Ohm en circuitos en serie, paralelos y mixtos. Hacer Calcular y medir la resistencia equivalente en circuitos serie, paralelo y mixto. Calcular y medir la corriente y voltaje en circuitos puramente resistivos: serie, paralelo y mixto.

3.4.

Energ´ıa y potencia el´ ectrica en circuitos de CD y CA

Saber Describir los conceptos de energ´ıa y potencia y su relaci´on con los circuitos el´ectricos. Enunciar la formulas de potencia y energ´ıa el´ectrica y sus unidades de medida. Hacer Demostrar la f´ ormula de potencia el´ectrica en funci´on de IR y VR. Calcular la potencia el´ectrica en circuitos: serie, paralelo y mixto. Calcular la energ´ıa el´ectrica consumida en circuitos serie, paralelo y mixto.

15

Enrique Paredes Reyes

GNU Document

16

Cap´ıtulo 4

Electrocin´ etica Objetivo El alumno describir´ a las caracter´ısticas de los campos magn´eticos, para comprender los principios de operaci´ on de las m´ aquinas el´ectricas. 1. Campos y fuerzas magn´eticas 2. Ley de Ampere y flujo magn´etico 3. Magnetismo en la materia Resultados de aprendizaje Resolver´ a una serie de casos de estudio sobre: -Fuerza magn´etica -Campo magn´etico -Momento sobre una espira -Fuerza magn´etica sobre un conductor -Ley de ampere -Flujo magn´etico -Magnetizaci´ on de materiales Secuencia de aprendizaje 1. 1. Comprender el concepto de campo magn´etico y fuerza magn´etica. 2. 2. Comprender el fen´ omeno de producci´ on de un campo magn´etico. 3. 3. Comprender la ley de Ampere 4. 4. Representar el campo magn´etico alrededor de un conductor. 5. 5. Relacionar el momento magn´etico con la magnetizaci´on de un material

17

Enrique Paredes Reyes

4.1.

GNU Document

Corriente el´ ectrica

Saber Describir el concepto de corriente y densidad de corriente el´ectrica. Identificar las unidades de la corriente el´ectrica. Identificar las tipos de cargas m´ ovil en el flujo de corriente el´ectrica Describir que la corriente el´ectrica es funci´on de la diferencia de potencial. Hacer Calcular la densidad de corriente en un conductor. Demostrar experimentalmente el efecto de la diferencia de potencial sobre la intensidad de corriente. Estimar el flujo de electrones en un conductor.

4.2.

Resistencia y resistividad de materiales

Saber Describir los conceptos de: • resistencia, • resistividad, • conductor, • semiconductor, • superconductor, • aislante, • longitud, • ´ area transversal. Explicar la ecuaci´ on de la resistencia de los conductores. Describir la caracter´ıstica lineal de los conductores. Explicar el efecto de la temperatura sobre la resistencia del conductor. Hacer Calcular la resistencia de un conductor conociendo su longitud, ´area transversal y su resistividad. Demostrar la caracter´ıstica lineal de una resistencia. Demostrar anal´ıticamente la caracter´ıstica no lineal de un semiconductor. Medir la resistencia de conductores y semiconductores. Calcular la resistencia de conductores a diferentes temperaturas.

4.3.

Ley de Ohm y circuitos el´ ectricos

Saber Describir la ley de Ohm y unidades de medida. Describir el concepto de circuito el´ectrico. Identificar los tipos de circuitos el´ectricos y caracter´ısticas: • serie, • paralelos y 18

Enrique Paredes Reyes

GNU Document

• mixtos. Explicar la aplicaci´ on de la ley de Ohm en circuitos en serie, paralelos y mixtos. Hacer Calcular y medir la resistencia equivalente en circuitos serie, paralelo y mixto. Calcular y medir la corriente y voltaje en circuitos puramente resistivos: serie, paralelo y mixto.

19