fisica ii para estudiantes preuniversitarios

Guía didáctica para

Física II

Guía didáctica para

Física IIDirección y realización del proyecto

LCC. Gabriel Barragán Casares

Director General del Colegio de Bachilleres del Estado de Yucatán

Planeación y coordinación

Lic. Alejandro Salazar Ortega

Director Académico

Metodología y estrategia didáctica

Lic. Lorenzo Escalante Pérez

Jefe del Departamento de Servicios Académicos

Coordinación del Programa de Acción Tutorial

Q.F.B. Álvaro Santiago Espinosa Ojeda

Colaboradores

Lic. José Miguel Flores Sabido

Q.F.B. Diego de Jesús Aguilar Castillo

LA REFORMA INTEGRAL DE LA EDUCACIÓN MEDIA SUPERIOR

La Educación Media Superior (EMS) en México enfrenta desafíos que podrán ser

permita a sus distintos actores avanzar ordenadamente hacia los objetivos pro-puestos. Es importante saber que la EMS en el país está compuesta por una serie de subsistemas que operan de manera independiente, sin correspondencia a un

El reto es encontrar los objetivos comunes de esos subsistemas para potenciar sus alcances y de esta manera lograr entre todos reglas claras de operación. Es impor-tante para el desarrollo de la EMS, que ustedes docentes y estudiantes conozcan los ejes que la regulan, cómo opera y los retos que enfrenta en la actualidad para asumir a partir de dicho conocimiento una actitud diferente que nos permita coadyuvar en este esfuerzo.

Los diferentes subsistemas de la EMS han realizado cambios en sus es-

para que la población a la que atiende (jóvenes entre los 15 y 21 años aproxima-damente) adquiriera conocimientos y habilidades que les permitan desarrollarse de manera satisfactoria, ya sea en sus estudios superiores o en el trabajo y, de manera más general, en la vida. En esta misma línea, no se debe perder de vista el contexto social de la EMS: de ella egresan individuos en edad de ejercer sus derechos y obligaciones como ciudadanos, y como tales deben reunir, en adición a

actitudes y valores que tengan un impacto positivo en su comunidad y en el país en su conjunto.

Es en este contexto que las autoridades educativas del país, han pro-puesto la Reforma Integral de la Educación Media Superior (RIEMS), cuyos objetivos consisten en dar identidad, calidad, equidad y pertinencia a la EMS, a través de mecanismos que permitan articular los diferentes actores de la misma en un Sis-tema Nacional de Bachillerato dentro del cual se pueda garantizar además de lo anterior, tránsito de estudiantes, intercambio de experiencias de aprendizaje y la

Lo anterior será posible a partir del denominado Marco Curricular Común (MCC) de la RIEMS, el cual se desarrolla considerando el modelo de competen-cias, y que incluye: Competencias Genéricas, Competencias Disciplinares (básicas y extendidas) y Competencias Profesionales (básicas y extendidas). Esta estructura permite observar de manera clara, los componentes comunes entre los diversos subsistemas, así como aquellos que son propios de cada uno y que por consiguiente, los hace distintos. Lo anterior muestra cómo la RIEMS respeta la diversidad del nivel educativo del país, pero hace posible el Sistema Nacional del Bachillerato, confor-mado por las distintas instituciones y subsistemas que operan en nuestro país.

Bachillerato Universitario Bachillerato General Bachilleratos Tecnológicos

Competencia Genéricas

Competencias Disciplinares Básicas

Competencias Profesionales Básicas

Competencias Profesionales Extendidas

Una competencia es la integración de habilidades, conocimientos y acti-

y programas de estudio existentes y se adapta a sus objetivos; no busca reempla-

Nuestro subsistema pertenece al conjunto de los que ofrecen bachille--

sarrollar en los estudiantes capacidades que les permitan adquirir competencias genéricas, competencias disciplinares básicas y extendidas, además de competen-cias profesionales básicas.

Las competencias genéricas son las que todos los bachilleres deben es-tar en capacidad de desempeñar; las que les permiten comprender el mundo

a lo largo de sus vidas, y para desarrollar relaciones armónicas con quienes les -

Bachillerato. A continuación se listan las once competencias genéricas, agrupa-das en sus categorías correspondientes:

Se autodetermina y cuida de sí

1— Se conoce y valora a sí mismo y aborda problemas y retos teniendo en cuenta los objetivos que persigue.

2— Es sensible al arte y participa en la apreciación e interpretación de sus expresiones en distintos géneros.

3— Elige y practica estilos de vida saludables.

Se expresa y comunica

4— Escucha, interpreta y emite mensajes pertinentes en distintos contextos mediante la utilización de medios, códigos y herramientas apropiados.

5— Desarrolla innovaciones y propone soluciones a problemas a partir de métodos establecidos.

6— Sustenta una postura personal sobre temas de interés y relevancia ge-

Aprende de forma autónoma

7— Aprende por iniciativa e interés propio a lo largo de la vida.

Trabaja en forma colaborativa

8— Participa y colabora de manera efectiva en equipos diversos.

Participa con responsabilidad en la sociedad

9— Participa con una conciencia cívica y ética en la vida de su comunidad, región, México y el mundo.

10. Mantiene una actitud respetuosa hacia la interculturalidad y la diversi-dad de creencias, valores, ideas y prácticas sociales.

11. Contribuye al desarrollo sustentable de manera crítica, con acciones responsables.

Las competencias disciplinares son las nociones que expresan conoci-mientos, habilidades y actitudes que consideran los mínimos necesarios de cada

-rentes contextos y situaciones a lo largo de la vida. Las competencias disciplinares pueden ser básicas o extendidas.

Las competencias disciplinares básicas procuran expresar las capacida-des que todos los estudiantes deben adquirir, independientemente del plan y pro-gramas de estudio que cursen y la trayectoria académica o laboral que elijan al terminar sus estudios de bachillerato. Las competencias disciplinares básicas dan sustento a la formación de los estudiantes en las competencias genéricas que inte-

-vos, contenidos y estructuras curriculares; se organizan en los campos disciplinares siguientes: Matemáticas, Ciencias Experimentales (Física, Química, Biología y Eco-logía), Ciencias Sociales y Humanidades (Historia, Sociología, Política, Economía, Administración, Lógica, Ética, Filosofía y Estética) y Comunicación (Lectura y Ex-presión oral y escrita, Literatura, Lengua extranjera e Informática).

Para la asignatura Física II que pertenece al área de Ciencias experimen-tales, la RIEMS señala la siguientes competencias disciplinares básicas.

Dichas competencias tde pensamiento y procesos aplicables a contextos diversos, que serán útiles para los estudiantes a lo largo de la vida, sin que por ello dejen de sujetarse al rigor me-todológico que imponen las disciplinas que las conforman. Su desarrollo favorece acciones responsables y fundadas por parte de los estudiantes hacia el ambiente y hacia sí mismos.

1— Establece la interrelación entre la ciencia, la tecnología, la sociedad y

2— Fundamenta opiniones sobre los impactos de la ciencia y la tecnología en su vida cotidiana, asumiendo consideraciones éticas.

3— las hipótesis necesarias para responderlas.

4— Obtiene, registra y sistematiza la información para responder a pregun-

experimentos pertinentes.

5— Contrasta los resultados obtenidos en una investigación o experimento con hipótesis previas y comunica sus conclusiones.

6— Valora las preconcepciones personales o comunes sobre diversos fenó-

7— la solución de problemas cotidianos.

8— Explica el funcionamiento de máquinas de uso común a partir de nocio-

9— Diseña modelos o prototipos para resolver problemas, satisfacer necesi-

10— Relaciona las expresiones simbólicas de un fenómeno de la naturaleza y los rasgos observables a simple vista o mediante instrumentos o mo-

11— Analiza las leyes generales que rigen el funcionamiento del medio físico y valora las acciones humanas de impacto ambiental.

12— Decide sobre el cuidado de su salud a partir del conocimiento de su cuerpo, sus procesos vitales y el entorno al que pertenece.

13— Relaciona los niveles de organización química, biológica, física y ecoló-gica de los sistemas vivos.

14— Aplica normas de seguridad en el manejo de sustancias, instrumentos y equipo en la realización de actividades de su vida cotidiana.

Estrategia didáctica

Para contribuir al desarrollo de las sesiones de aprendizaje en el aula, se estable-ció una estrategia que permita integrar los elementos del programa de la asignatura, con los materiales de apoyo y la actividad de docentes y estudiantes.

pretende ser un algoritmo que el docente deba seguir al pie de la letra, sino que debe adaptarlo a las características propias del contexto en el que se desarrollan las sesiones de aprendizaje.

La estrategia consta de siete pasos o etapas, mismas que deberán cono-cerse en las primeras sesiones, para un mejor desarrollo de las mismas. Los pasos se listan y describen a continuación:

Dinamización

Contextualización

Problematización

Desarrollo de saberes

Síntesis

Realimentación

Evaluación de la competencia

Dinamización

En el proceso de construcción del aprendizaje, es indispensable para el facilitador adentre al alumno en la materia y considere que es a partir de actividades que el estudiante desarrollará nuevos conocimientos.

En el desarrollo de competencias se hace necesario el aprendizaje con-textual, es decir, presentar elementos a través de escenarios que le sean sig-

cada bloque en los que se organizan los contenidos en los programas de estudio.

Contextualización

En el desarrollo de competencias se hace necesario el aprendizaje contextual, es

estudiantes. La contextualización deberá realizarse al inicio de cada bloque en los que se organizan los contenidos en los programas de estudio.

Problematización

En el modelo de competencias que la RIEMS establece, el contenido toma un signi-

por tanto la problematización debe estar presente a lo largo de toda la estrategia en el aula.


Etapa en la cual el facilitador a partir de la Base Orientadora de la Acción (BOA), facilita el quehacer del estudiante en la adquisición de competencias. En esta etapa de la estrategia, estudiantes y docentes deben estar pendientes del proceso de asi-milación. Galperin lo describe como un proceso de etapas y no como un fenómeno inmediato.

Las distintas etapas del proceso de asimilación que el alumno experi-menta para desarrollar el aprendizaje son: la etapa de motivación la cual debe fomentarse y mantenerse durante todo el curso, recordemos que si un alumno no está motivado, difícilmente aprenderá. La segunda etapa de este proceso es la formación de la BOA, ésta incluye la forma que el facilitador utiliza para que el alumno desarrolle una competencia. La RIEMS sugiere la creatividad como método

La BOA puede llevarse a cabo de varias formas, cubriendo tres aspectos importantes, la orientación al alumno, que como ya dijimos debe estar precedida por una buena carga de motivación, dicha orientación puede ser de dos tipos, completa en la que el maestro le proporciona al alumno todos los aspectos de un contenido, e incompleta en la cual se dejan ciertos aspectos de un contenido para que el alumno pueda descubrir o investigar por sí mismo. La generalidad es otro aspecto importante en la constitución de la BOA, sta puede ser concreta o genera-lizada, es decir, el docente puede mostrar hechos concretos relativos a algún con-tenido o puede abarcar el mismo contenido pero por medio de hechos generales, que tengan alguna relación con el concepto que se expone al alumno.

El modo de obtención es el último de los aspectos que incluye la BOA. Este se presenta de dos formas pre-elaborada e independiente. En el primero, el alumno llega a obtener el aprendizaje de manera conjunta con el facilitador y en la segunda los alumnos adquieren el conocimiento en forma independiente.

Síntesis

Actividad que permite integrar los aprendizajes del estudiante a través de eviden-cias de conocimiento, desempeño, producto y actitud de manera que el docente cuente con estrategias para la evaluación formativa logrando involucrar al estu-diante en procesos de coevaluación.

Realimentación

Al término de cada bloque en los que se organizan las unidades de competencia en cada asignatura, el facilitador y los estudiantes ante la evidencia recopilada en la etapa anterior, pueden establecer estrategias que permitan mayor grado de

-mados por los estudiantes.

VIII


Para llevar a cabo la evaluación sumativa de las competencias que se indican en los programas de estudio, se contempla esta etapa la cual debe verse como parte del proceso, es decir, no debe en ningún momento separarse de la formativa. La mejor forma de lograr esta unidad será integrando un portafolio de evidencias de aprendizaje.

1. Dinamización y motivación

3. Contextualización

4. Problematización

5. Desarrollo de criterios

6. Síntesis

7. Realimentación

8. Evaluación de la competencia

XI

ContenidoBloque I: Describe los fluidos en reposo y en movimiento 2Sesión A: Hidráulica 5La Hidráulica y los fluidos 6

Relación masa, volumen y gravedad 9

Ejemplos resueltos 11

Sesión B: Hidrostática 13Tipos de presión y unidades de medida 13

Presión atmosférica 16

La presión manométrica y absoluta 18


Principios de la hidrostática. Pascal 19


Principios de la hidrostática. Arquímedes 21


Sesión C: Fluidos en movimiento 23Hidrodinámica 24

Relación de entrada y salida 24

Bernoulli y Venturi 26

Otra aplicación de Bernoulli. Teorema de Torricelli 29

Bloque II. Distingue entre calor y temperatura 50La temperatura y el calor en nuestras vidas 52

Sesión A: La temperatura, sus escalas y los fenómenos de dilatación 55¿¡Cómo se define la temperatura? 55¿

¿Qué es el calor? 56

Escalas de temperatura 57

Conversiones entre las escalas de temperatura 58

Dilatación de los cuerpos 59

Dilatación lineal 60

Dilatación superficial 63

Dilatación volumétrica 65

Dilatación irregular del agua 67

Sesión B: El calor y su intercambio entre los cuerpos 69

XII

Mecanismos de transferencia de calor 69

Conducción 71

Convección 71

Radiación 72

Capacidad calorífica y calor específico de las sustancias 73

Equilibrio térmico 76

Bloque III. Comprende las leyes de la electricidad 96Sesión A: Desarrollo histórico de la electricidad 101Historia de la electricidad 102

Sesión B: Electrostática 105Electrostática 105

Ley de Coulomb 107

Campo eléctrico e intensidad de campo eléctrico 110

Sesión C: Electrodinámica 114La electrodinámica 115

Resistencia eléctrica 117

Ley de Ohm 119

Circuitos eléctricos 121

Potencia eléctrica y el efecto Joule 127

Efecto Joule y ley de Joule 129

XIII

Bloque IV: Relaciona la electricidad con el magnetismo 144Sesión A: Desarrollo histórico del estudio del electromagnetismo 148Sesión B: Magnetismo 153¿

?

Cómo se define el magnetismo? 154

Tipos de imanes 154

? 154

Campo magnético 155

Magnetismo terrestre 156

Sesión C: Electromagnetismo 159Electromagnetismo 160

Campo magnético 161

Bibliografía de Física II 177

2

Bloque I: Describe los fluidos en reposo y en movimientoUnidad de competencia: en reposo y movimiento a través de las teorías, principios, teoremas o modelos matemáticos aplicándolos en situaciones cotidianas.

Utiliza los conceptos de la Hidráulica para explicar el principio de Pascal y Arquí-medes en situaciones cotidianas.

Durante el presente bloque se busca desarrollar los siguientes atributos de las competencias genéricas:

4.1 Expresa ideas y conceptos mediante representaciones lingüísticas, matemáti-

cómo cada uno de sus pasos contribuye al alcance de un objetivo.

5.2 Ordena información de acuerdo a categorías, jerarquías y relaciones.

de fenómenos.

5.4 Construye hipótesis y diseña y aplica modelos para probar su validez.

5.6 Utiliza las tecnologías de la información y comunicación para procesar e inter-pretar información.

nuevas evidencias, e integra nuevos conocimientos y perspectivas al acervo con el que cuenta.

-tos.

8.1 Propone maneras de solucionar un problema y desarrolla un proyecto en equi-

8.2 Aporta puntos de vista con apertura y considera los de otras personas de ma-

8.3 Asume una actitud constructiva, congruente con los conocimientos y habilida-des con los que cuenta dentro de distintos equipos de trabajo.

3

Establece la interrelación entre la ciencia, la tecnología, la sociedad y

Fundamenta opiniones sobre los impactos de la ciencia y la tecnología en su vida cotidiana, asumiendo consideraciones éticas.

las hipótesis necesarias para responderlas

Obtiene, registra y sistematiza la información para responder a pregun-


Contrasta los resultados obtenidos en una investigación o experimento con hipótesis previas y comunica sus conclusiones.

Valora las preconcepciones personales o comunes sobre diversos fenó-

la solución de problemas cotidianos

Explica el funcionamiento de máquinas de uso común a partir de nocio-

Diseña modelos o prototipos para resolver problemas, satisfacer necesi-

Relaciona las expresiones simbólicas de un fenómeno de la naturaleza y los rasgos observables a simple vista o mediante instrumentos o mode-

Analiza las leyes generales que rigen el funcionamiento del medio físico y valora las acciones humanas de riesgo e impacto ambiental.

4

Dinamización

Imagina que te vas de vacaciones a la playa en compañía de tus com-pañeros de salón. El hotel donde se van a hospedar posee una piscina con trampolín. Después de cam-biarse, todos corren para aventar-se a la piscina desde el trampolín y, entre juegos, comienzas a brin-car para realizar un clavado, pero, ¡oh sorpresa! Pierdes el equilibrio y caes de “panzazo”.

Aunque te mueres de la vergüenza y no quieres salir del agua, sientes como poco a poco vas ascendiendo. Con pena, caminas lentamente pues el agua no te permite avanzar más rápido. Mientras tus amigos se ríen te preguntas: ¿por qué no me quedé en el fondo de la piscina? ¿Por qué sentí un golpe fuerte en el abdomen? ¿Por qué no puedo moverme con facilidad para salir y esconderme?

ActividadDescribe brevemente las características de los estados de agregación de la materia considerando su energía cinética, su energía potencial, forma, volumen y movi-miento molecular:

Sólido Líquido Gaseoso

¿Será posible que el incidente de la piscina esté relacionado con alguna de estas características?

Figura 1.1

5

Contextualización

Laura es una chica de pelo castaño y ojos cafés. Los sábados practica deporte en el plantel de Baca. Al terminar de entrenar le da mucha sed y toma su botella con agua entre las manos. Mientras ella bebe, se da cuenta de que en la pared de la botella se quedan pegadas unas gotas, pero no le da importancia, pues es algo que ya había visto con anterioridad. Se despide de unas compañeras en la cafetería y observa que el envase de vidrio que contiene refresco no tiene gotas pegadas a su pared pues el líquido se resbala.

Laura ahora se pregunta por qué se forman las gotas en un recipiente y no en el otro. ¿Será el tipo de líquido? ¿Será el recipiente? Y tú, ¿por qué crees que sucede?

Sesión A: HidráulicaProblematización

El maestro de Física te entrega una bolsa de plástico y te indica que coloques dentro objetos sólidos. Luego te pregunta si utilizarías la misma bolsa para contener un líquido o un gas. ¿Será que necesitemos recipientes diferentes? ¿Por qué?

Actividad de aprendizaje 1Utiliza una placa de vidrio y marca con un plumón una línea a 1 cm de uno de los extremos. Coloca sobre la línea dos gotas de las siguientes sustancias: miel, aceite y agua. Inclina lentamente la placa y observa.

Describe las características de estas sustancias.

Sustancia Características

Miel

Aceite

Agua


Del saber:

-des de los estados de agregación de la materia.

Figura 1.2

Figura 1.3

.

6

Del saber hacer:

aplico la resolución de ejercicios en la vida cotidiana.

Del saber ser:

con los estados de agregación de la materia.


La Hidráulica y los fluidos

La Hidráulica se ocupa del estudio de las características de los líquidos y su comportamiento, asimismo demuestra las aplicaciones de éstos, por ejem-plo, en presas, ductos, tuberías, sistemas de riego, etc. Se divide en dos ramas: la hidrostática (líquidos en reposo) y la hidrodinámica (líquidos en movimiento).

La utilización de los gases y líquidos en la vida cotidiana es común: ¿Has utilizado desodorante en aerosol? ¿Alguna vez han ajustado la silla cuando te vas

han inyectado?

Figura 1.4 Productos gases y líquidos.

Si contestaste sí por lo menos a una pregunta entonces has sido “víctima”

poseen propiedades similares, como ajustarse al recipiente que los contiene o que sus moléculas están separadas y se mueven con facilidad. En este bloque nos enfocaremos

mejorar nuestra calidad de vida.

Actividad de aprendizaje 2

7

Definición Ejemplo

Hidráulica

Hidrodinámica

Hidrostática

Características de los fluidos

-

La viscosidad-

do provoca que las moléculas rocen unas con otras y que la velocidad del desplaza-

.

(a) (b) (c)

Figura 1.5 Viscosidad.

menor densidad.

8

SustanciaViscosidad

[PA-s]

Viscosidad

[Cp]Sustancia

Viscosidad

[PA-s]

Viscosidad

[Cp]

Acetona* 3.06 10-4 0.158 Glicol de etileno 1.61 10-2 16.1

Metanol* 5.44 10-4 0.306 Ácido sulfúrico* 2.42 x 10-2 24.2

Benceno* 6.04 10-4 0.604 Aceite de oliva 0.081 81

Agua 8.94 10-4 0.894 Glicerol* 0.934 934

Etanol* 1.074 10-3 1.074 Aceite de ricino* 0.985 985

Mercurio* 1.526 10-3 1.526 Jarabe de maíz* 1.3806 1380.6

Nitrobencina* 1.863 10-3 1.863 HFO-380 2.022 2022

Propanol* 1.945 10-3 1.945 Lechada 2.3 108 2.3 1011

C)

*Datos del manual del CRC de la química y de la física, 73a edición, 1992-1993.

La unidad utilizada en el Sistema Internacional (SI) es el poiseuille y, en el sistema CGS, el poise.

1 poiseuille = 1 N.s/m2 = 1 Kg/m.s

1 poise = 1 dina.s/cm2 = 1 g/cm.s

Algunas llaves de agua de la cocina o baño de tu casa se desgastan y tien-den a gotear, la formación de cada gota de agua se debe a otra propiedad de los

.

La es producida por la fuerza de atracción en-

apariencia de formar una “capa o membrana”.

-

9

como el vidrio de un envase o al plástico de un popote? Por la fuerza de atracción que existe entre las moléculas. Si la atracción de las moléculas se presenta en la misma sustancia se le denomina cohesión, y cuando la atracción se da entre las moléculas de dos sustancias diferentes se le denomina adherencia.

Figura 1.8 Ejemplos de cohesión y adherencia.

Ocapaz de ascender a través de un tubo, mientras más delgado sea el tubo más altu-

por capilaridad.

Actividad de aprendizaje 3Investiga por lo menos dos ejemplos de la aplicación de cada una de las caracte-

ViscosidadTensión

superficialCohesión Adherencia Capilaridad

Relación masa, volumen y gravedad

cuerpo con el volumen ocupado en el espacio.

3 3

Figura 1.9 Capilaridad.

10

Densidades a temperatura ambiente

Sólidos g/cm3 kg/m3 Líquidos g/cm3 kg/m3

Aluminio 2.7 2.700 Acetona 0.79 790

Corcho 0.25 250 Aceite 0.92 920

Cobro 8.96 8.960 Agua de mar 1.025 1.025

Hielo 0.92 920 Agua destilada 1 1.000

Hierro 7.9 7.900 Alcohol etílico 0.79 790

Madera 0.2-0,8 200-800 Gasolina 0.68 680

Plomo 11.3 11.300 Leche 1.03 1.030

Vidrio 3.0-3.6 3.000-3.600 Mercurio 13.6 13.600

Gases

(0°C, 1 atm)

g/cm3 kg/m3 Gases

(0°C, 1 atm)

g/cm3 kg/m3

Aire 0.0013 1.3 Hidrógeno 0.0008 0.8

Butano 0.0026 2.6 Oxígeno 0.0014 1.4

Dióxido de carbono

0.0018 1.8

Tabla 1.2 Ejemplo de valores de densidad a temperatura ambiente.

Las sustancias que poseen densidad elevada contienen una mayor canti-

1ml 1ml

El es una propiedad que relaciona la densidad con la fuerza de atracción de la gravedad, es decir, establece la relación entre el peso y el volumen del objeto.

3

Peso de la sustancia en N

Volumen en m3

11

Sabemos que peso es igual a la masa multiplicada por la gravedad, enton-ces podemos deducir lo siguiente:

Si y entonces podemos sustituir el valor de W en la

fórmula de Pe:

Si entonces

Actividad de aprendizaje 4Investiga qué es un densímetro y cuáles son sus aplicaciones.

Ejemplos resueltos1— Calcular la densidad de una sustancia que se encuentra en un recipiente

que contiene un volumen de 1500 ml y cuya masa es de 243 g.

Datos Fórmula Conversión del volumen y sustitución en la fórmula

Resultado

Encuentra la masa en gramos de una muestra de agua que tiene una den-3 en un recipiente que tiene un volumen de 1 l.

12

Datos Fórmula Despeje y sustitución en la fórmula Resultado

2— g en un volumen de 500 cm3.

Datos Fórmula Sustitución en la fórmula Resultado

Actividad de aprendizaje 5Resuelve los siguientes ejercicios en tu libreta para determinar densidad y peso

1— Calcula la densidad de un refresco de cola que se encuentra en un enva-se que contiene un volumen de 255 ml y tiene una masa de 34 g.

2— Encuentra la masa de ácido sulfúrico contenido en una batería de auto-3 y se encuentra contenido

en un volumen de 450 cm3.

3— 3 y tiene una masa de 98 mg.

4— volumen de 10 ml.

5— 3 y tiene una masa de 5 g.

Síntesis

vida cotidiana.

13

Sesión B: HidrostáticaProblematización

-ciones para ayudar a tu recuperación. Entras a la sala de cuidados preventivos y la enfermera acaba de preparar la jeringa para aplicarte el medicamento. La enfermera intenta insertar la aguja en el músculo pero ésta no penetra la piel pues estás tan nervioso que no puedes relajarte, lo que provoca contracción muscular. La enfermera lo intenta nuevamente sin éxito y está a punto de clavarte la jeringa una tercera vez cuando alguien le dice: ¡Cambia la aguja!

La enfermera realiza el cambio y te inyecta el medicamento sin ningún problema. ¿Por qué crees que esta vez no te dolió?


Del saber:

Describo las propiedades físicas que caracterizan el comporta-

Del saber hacer:

entorno.

Describo el concepto de presión y reconozco sus unidades de me-dida.

Del saber ser:

Aplico los principios de Arquímedes y de Pascal en situaciones reales y experimentales.


Tipos de presión y unidades de medidaLa fuerza aplicada sobre un área determinada recibe el nombre de presión. Su expresión matemática es:

Figura 1.11

14

Las unidades que se utilizan en el SI son:

aplica de manera proporcional. Esto quiere decir que si le aumentamos al doble la fuerza entonces la presión se aumentará al doble.

A la presión se vea reducida. En cambio, cuando se aplica fuerza a un área pequeña la presión aumenta, debido a que la fuerza se concentra en un solo punto.

Figura 1.12

La presión hidrostática

fuerza es perpendicular a las paredes del recipien-te. El valor de la presión depende de la naturaleza del líquido y la acción de la gravedad.

Al sumergirnos en una piscina sentimos la presión del agua en cualquier parte de nuestro cuerpo pero, ¿por qué cuando estamos parados so-bre la piscina percibimos mayor presión en los pies?

La es la misma a una determinada profundidad, la presión de un líquido varía de acuerdo a la profundidad a la que se mide. Por ejemplo: imagina una columna de lí-quido contenido en recipiente, a medida que la profundidad aumenta, la masa del agua es mayor

tanto, su peso es mayor.

La presión es pro-porcional a la fuerza aplicada pero inver-samente proporcional al área sobre la cual se aplica la fuerza.

Figura 1.13

Figura 1.14

15

Figura 1.15

Figura 1.16

Si deseamos calcular la presión hidrostática debemos considerar la masa del líquido tomando en cuenta su densidad, para ello recordamos la fórmula de densidad en la sesión anterior.

Despejando tenemos:

Y con la fórmula de peso: , tenemos lo siguiente: , y,

considerando que el volumen es , obtenemos:

Finalmente, como el peso es una fuerza, entonces , despejando

el área obtenemos:

,

Por lo tanto se obtiene la ecuación matemática:

Ejemplos

1— Una piscina tiene una profundidad de 10 m cuando está totalmente llena. ¿Cuál es la presión en el fondo?

16

Datos Fórmula Sustitución Resultado

Actividad de aprendizaje 6Resuelve los siguientes ejercicios acerca de presión hidrostática en tu libreta.

1— ¿Cuál será la presión que recibe una ballena que se encuentra nadando en el mar a una profundidad de 40 m?

2— Determina la profundidad a la que se encuentra un buzo en el mar, cuando éste soporta una presión de 6 106 Pa.

Presión atmosférica¿Conoces a alguien a quien le hayan medido la presión arterial? ¿Sabes que esta presión es una consecuencia de la presión atmosférica?

La presión atmosférica es la presión que ejercen los gases de la atmósfera sobre los cuerpos que se encuentran por debajo de ella, de igual forma que con los líquidos. Por ejemplo, la presión arterial depende de la presión atmosférica y es un signo vital medido por los médicos para conocer el estado de salud de un individuo.

Considerando que los gases y los líquidos se comportan de la misma ma-

también varía con respecto a la altura. Cuanto mayor sea la cantidad de gases sobre un cuerpo, mayor será la presión sobre el mismo.

Tabla de altitudes y presiones atmosféricas

Altitud (m) Presión (mmHg) Altitud (m) Presión (mmHg)

800 690 1400 642

900 682 1500 634

1000 674 1600 626

1100 665 1700 618

1200 657 1800 611

1300 649 1900 603

El barómetro es el instrumento de me-dición para la presión atmosférica.

17

Por lo general, la presión atmosférica se mide en atmósferas (atm), y una atmósfera es la presión que ejerce una columna de mercurio de 76 cm de altura por cm2 de sección transversal medido a una temperatura de 0°C.

Otras unidades para medir la presión atmosférica son los pascales, las libras sobre pulgada cuadrada y las libras sobre pie cuadrado.

Actividad de aprendizaje 7Realiza una consulta en fuentes electrónicas o impresas sobre el experimento de

un dibujo en un papel bond que ilustre la secuencia de pasos del experimento. Expliquen su dibujo frente a la clase.

Actividad de aprendizaje 8Con base a la investigación realizada en la actividad anterior, responde las siguien-tes preguntas:

1—

2— ¿Por qué no descendió todo el mercurio del tubo?

3— ¿Cuánto mide la columna de mercurio después de haber descendido?

4— ¿A qué corresponde esta medición?

5— ¿Consideras que el resultado del experimento sería diferente si la co-lumna de mercurio estuviera inclinado y no completamente vertical? Explica detalladamente.

18

6— -curio?

7— ¿Cuáles son los conceptos fundamentales que comprobó el experimento

8— Si realizaras este experimento en el laboratorio de tu escuela, ¿necesi-tarías precauciones especiales para el manejo del mercurio? ¿Por qué?

La presión manométrica y absoluta-

siones los aventabas para mojar a los demás niños al impactarse el globo contra ellos, sin embargo, a veces se reventaban en el aire. ¿Por qué se rompe el globo si no lo pinchaban o lo apretaban? En realidad, lo que sucedía era que aumentaba su

un recipiente están expuestos también a la presión atmosférica.

Figura 1.17 Los globos contienen líquido ejerciendo una presión sobre sus paredes.

La presión manométrica se puede determinar por medio de la resta de la presión atmosférica a la presión absoluta.

p

Lun gas contenido en un recipiente hermético como a la presión atmosférica que se ejerce sobre él. Se expresa de la siguiente manera:

Ejemplos resueltos1— Un manómetro de mercurio se conectó a un tanque con un gas a pre-

sión, el mercurio indicó una diferencia de altura de 39 cm entre una

Figura 1.18 El manómetro más sencillo consiste en un tubo en forma de una

U o J.

Manómetro: es un dis-positivo para medir la

19

rama y otra del tubo del manómetro. ¿Cuál es la presión absoluta del gas en el interior del tanque si el experimento se realizó a nivel del mar?

Datos Fórmula Sustitución Resultado

Actividad de aprendizaje 9Realiza los siguientes ejercicios en tu libreta.

1— Para medir la presión manométrica del interior de un cilindro con gas se utilizó un manómetro de tubo abierto; al medir la diferencia entre los dos niveles de mercurio se encontró un valor de 13 cm de mercurio. Determina la presión absoluta que hay dentro del cilindro. Considera la presión atmosférica, que es de 400 mm de Hg.

2— Calcula la presión hidrostática en el fondo de una piscina de 5 m de 3.

3— Calcula la profundidad a la que se encuentra sumergido un submarino en el mar cuando soporta una presión hidrostática de 8 106 2. La

3.

Principios de la hidrostática. PascalAhora que ya tenemos claro el concepto de presión, podemos seguir analizando sus aplicaciones. Uno de los principios fue aportado por Blaise Pascal, quien por me-

sobre un líquido encerrado en un recipiente, se transmite con la misma intensidad a todos los puntos del líquido y a las paredes del recipiente que lo contiene”. Este principio lo demostró mediante tres experimentos: la jeringa de Pascal, el tonel de Pascal y la prensa hidráulica.

Figura 1.19 Jeringa y tonel de Pascal.

20

Figura 1.20 Prensa hidráulica.

Un ejemplo de este principio se observa más claramente en los gatos hidráulicos usados en los autos para cambiar las llantas de un auto. En esta herra-mienta una pequeña fuerza actúa sobre un émbolo de menor área y se produce una fuerza mayor sobre un émbolo mayor, lo que demuestra la prensa hidráulica.

En la prensa hidráulica, se considera que la presión del líquido es la mis-.

Como , entonces se puede relacionar expresándola de la siguiente manera:

En donde:

F1

A12).

F2

A22).

Ejemplos resueltos1— ¿Qué fuerza se obtendrá en el émbolo mayor de una prensa hidráulica

cuya área es de 50 cm2, cuando en el émbolo menor, de 10 cm2 de área, se aplica una fuerza cuyo valor es de 100 N?

Datos Fórmula Despeje y sustitución Resultado

21

Actividad de aprendizaje 10Resuelve los siguientes ejercicios en tu libreta.

1— ¿Qué fuerza se ejercerá sobre el émbolo mayor de una prensa hidráulica cuya área es de 200 cm2, si la fuerza aplicada es de 40 N en el émbolo menor, cuya área es de 30 cm2?

2— Determina el área del émbolo mayor de una prensa hidráulica, si la fuerza aplicada sobre él es de 500 N y en el émbolo menor se aplica una fuerza de 80 N, cuando el área es de 0.5 m2.

Principios de la hidrostática. Arquímedes¿Sabes quién es Arquímedes? Pues bien, este personaje no sólo hizo aportaciones a las matemáticas, sino que gracias al “miedo de perder la cabeza” contribuye a

Aquí va la historia:

En ese tiempo, Arquímedes era un sabio muy respetado y llegó a ser

herrero que le hizo el trabajo y le pidió a Arquímedes que resolviera su duda. Pa-saron los días y no se encontraba respuesta, entonces el rey, furioso, le gritó: ¡Si no resuelves mi duda te corto la cabeza!

Muy desanimado y triste, Arquímedes fue a su casa a darse un baño para relajarse. Pensando en que iba a morir, observó que el agua de la tina se desbor-daba cuando él entraba. Pidió nuevamente que llenaran la tina y se sumergió de nuevo, observando el mismo fenómeno. Luego introdujo varios objetos al agua,

del agua de la tina.

¡Eureka!, dijo con alegría, y salió corriendo por toda Siracusa para llegar al palacio real. Una vez ahí utilizó sus observaciones para resolver la duda del rey.

Figura 1.21 Arquímedes (287 a. C.– 212 a.C.)

Arquímedes también realiza aportaciones sobre la palanca y la geometría plana.

22

¿Qué crees que hizo para demostrar al rey de qué material estaba hecha la corona?

de la presión sobre un objeto.

Existen tres condiciones:

1—

2— Si el peso del objeto es igual al del empuje realizado, entonces el obje--

libran.

3— Si el peso del cuerpo es mayor al del empuje realizado, entonces el objeto se hunde.

Figura 1.23 Las tres condiciones de empuje.

El empuje puede expresarse matemáticamente de la siguiente manera:

Como entonces:

Ejemplos resueltos1— Un objeto se sumerge en agua y desaloja un volumen de 0.5 m3. ¿Cuál

será el empuje recibido por el objeto?

densidad es menor a

23


Actividad de aprendizaje 11Resuelve los siguientes problemas en tu libreta.

1— Un cubo de hierro de 50 cm3 se sumerge a la mitad en agua. Si el peso del cubo es de 300 N en el aire, determina el peso aparente del cubo y el empuje realizado por el líquido.

2— Determina el empuje que recibe un objeto que pesa 300 N y posee un volumen de 0.6 m3, cuando se sumerge por completo en agua.

Síntesis

Elabora en tu libreta un cuadro comparativo con las características de los diferen-tes estados de la materia y coloca e ilústralo con ejemplos directos de tu contexto social.

Sesión C: Fluidos en movimientoProblematización

Cuando caminas por una calle, puedes observar que hay unas tuberías que condu-cen agua hacia las casas. ¿Alguna vez te has subido a la azotea y observado el in-terior de un tinaco? ¿Cómo llega el agua hasta ese lugar? ¿De qué manera se distri-buye a las casas y colonias? ¿Cómo determinan cuánto deben de pagar al bimestre?

Figura 1.24

Con ayuda de tu facilitador y tus compañeros resuelve en tu libreta estas cuestiones.

24


Del saber:

Del saber hacer:

Analizo los principios de la masa y energía para obtener la fórmula de gasto, ecuación de continuidad y teorema de Bernoulli.

Utilizo los modelos matemáticos para resolver problemas relacionados

problemas prácticos.

Del saber ser:

Aprecio la importancia de los diferentes modelos matemáticos y los de Bernoulli en aplicaciones de la vida cotidiana.

Hidrodinámica

ayuda a estudiar este fenómeno. Para facilitar la comprensión de estas caracterís-ticas debemos tomar en cuenta las siguientes reglas:

Los líquidos son incompresibles.

ocasionada por el paso del líquido en las paredes de la tubería se con-sidera despreciable.

-

do, ésta debe seguir la misma la misma trayectoria y adquirir la misma

Figura 1.25 Flujo estable.

Relación de entrada y salida

de una tubería en determinado tiempo.

Euler fue el primer personaje en sugerir que para estudiar el comportamiento de

consideren ideales: sin viscosidad e incomprensibles.

25Además, el gasto puede calcularse como:

Esto se debe a que , sustituyendo en

Y como , entonces:

través de una tubería en determinado tiempo, y se describe como:

Queda

Si somos observadores podemos realizar otra sustitución, ya que queda:

Ahora, considerando que el volumen de líquido que entra por la tubería es el mismo que el volumen que sale por ella, podemos obtener una relación deno-minada ecuación de continuidad.

26

Esta relación establece que la cantidad de líquido que pasa a través de una tubería angosta, lo hace a mayor velocidad que cuando pasa por una tubería más ancha.

Figura 1.26

Como el volumen es constante, el gasto también lo es, así que

Por lo tanto,

Bernoulli y VenturiDaniel Bernoulli estudió el comporta-

en el siglo XVIII.

El teorema de Bernoulli es tam-bién conocido como el teorema

-dos. Bernoulli considera que en una tubería que posee una ele-vación, la presión es menor en la parte más alta.

Figura 1.27

27

Para determinar el teorema de Bernoulli se relaciona el principio de la conservación de la energía que involucra la energía cinética y la energía potencial.

Donde

E

EC

EP

Esta ley se puede expresar también de la siguiente manera:

Entonces, como la suma de las energías es igual en cualquier parte de la tubería, podemos obtener:

Además, falta relacionar la energía o el trabajo generado por la presión:

Y como , entonces:

Como , se deduce que

líquido de una altura a otra, el trabajo queda representado como:

Como el volumen es el mismo:

Ahora, relacionando el trabajo con la energía queda:

“En un líquido esta-cionario, la suma de las energías cinética, potencial y de pre-sión es la misma en cualquier parte del

28

Podemos cancelar el volumen dividiendo toda la ecuación entre esta pro-piedad:

Si pasamos a cada lado de la igualdad, los términos que pertenecen a un mismo punto quedaría:

Y se resume como:

La ecuación del teorema de Bernoulli nos puede ayudar a determinar la presión o velocidades cuando existe una diferencia de alturas por el conducto.

Si colocáramos medidores de presión en las partes de una tubería hori-zontal, podríamos observar que la velocidad aumenta cuando el tubo reduce su espacio y la presión disminuye.

Figura 1.28

El medidor o tubo de Venturi es una de las aplicaciones del teorema de Bernoulli.

El medidor de Venturi se utiliza para medir la presión en una tubería ho-rizontal y se deriva del teorema de Bernoulli:

Otro ejemplo basado en el teorema es el principio de sustenta-ción de las alas de un avión.

29

Donde:

vA

PA2).

PB2).

3).

AA2).

AB2)

Un ejemplo aplicado es el carburador de los automóviles donde el aire genera una baja presión cuando se conduce a las cámaras de combustión, lo que hace que aumente su velocidad llevando fácilmente la gasolina para vaporizar.

Otra aplicación de Bernoulli. Teorema de TorricelliBueno, ya puedes contestar cómo llega el agua al tinaco de tu casa. Pero, ¿qué velocidad tiene cuando abrimos la llave de agua? Para conocer esto, haremos uso

Este físico italiano menciona que: “la velocidad de salida de un líquido

salida”.

Figura 1.29 “La velocidad de salida de un líquido es mayor conforme aumenta la profundidad a la que

Entonces si tenemos que , pode-

mos dividir toda la ecuación entre :

Si consideramos que la velocidad de salida en el punto 1 (punto más alto)

30

Si el punto 2 se encuentra en el fondo del recipiente, entonces , por lo tanto:

Como -do y representa la densidad del mismo las podemos eliminar:

Despejando la velocidad, queda:

Esta fórmula es la misma que utilizamos para determinar la velocidad de un cuerpo en caída libre.

Actividad de aprendizaje 12Investiga y escribe las aplicaciones de los teoremas descritos anteriormente.

Concepto Aplicación de los teoremas

Hemodinámica

Hidroneumático

Alas del avión

31

Ejercicios Resueltos1— 3 agua que circula en una tubería

en 45 s.


2— En una tubería de 5 cm de diámetro circula agua a una velocidad de 4


3— Un tubo de Venturi tiene un diámetro de 0.2 m y una presión de 3 104 2

por la tubería si en la parte angosta su diámetro mide 0.08 m y la pre-sión es de 1.5 104 2?

Datos Fórmula Sustitución y Resultado

32

Actividad de aprendizaje 13Resuelve los siguientes problemas en tu libreta.

1— Calcula el gasto generado en una tubería si pasan 5 m3 en dos minutos.

2— Determina el tiempo que tardará una tubería en llenar un depósito de 56 m3

3— En un tubo de Venturi el diámetro del estrechamiento es de 0.06 m y soporta una presión de 2 104 2. ¿Cuál será valor de la velocidad en la parte ancha del tubo si su diámetro mide 0.8 m y la presión es de 5 104 2?

Síntesis

Con ayuda de tu facilitador investiga acerca de otras aplicaciones de la hidráulica. Dividan los temas para elaborar una presentación y exponerlo ante el grupo.

Proyecto

En equipos de seis integrantes como máximo investiguen y elaboren un

Realimentación

-zar, si no lo has logrado, el nivel estratégico formal.

Evaluación de mis competencias

En este apartado incluiremos algunos reactivos parecidos a los utilizados en la -

do e integrar tus conocimientos.

1—

a) Hidrodinámica b) Hidrostática c) Hidráulica d) Hidroeléctrica

2— Es un ejemplo de una sustancia que posee densidad muy elevada. ( )

a) Mercurio b) Aceite c) Agua d) Miel

3— distinta naturaleza. ( )

a) Densidad b) Viscosidad c) Cohesión d) Adhesión

4— 2 3

5— cuerpo cualquiera cayendo libremente en el vacío desde el nivel del líquido

6— través de la sección transversal de una tubería. ( )

33

Actividad experimental 1. Características de los fluidos

comportamiento de los líquidos.

Material Cantidad

Vaso de precipitado de 50 ml 1

Probeta de 20 ml 1

Mechero de Bunsen o de alcohol 1

Vaso de plástico de yogurt o helado** 1

Vaso de vidrio sin dibujos* 1

Tubo capilar 1

Popote de diámetro pequeño, de 17 cm de largo* 1

Popote de diámetro grande, de 28 cm de largo* 1

Aguja* 1

Miel* 200 ml

Caja de leche líquida* 150 ml

Mercurio (optativo) 5 ml

Cronómetro 1

*Material que debe aportar el alumno.

**Se va a realizar una perforación en la base.

Procedimiento:

1— Viscosidad:

salida de ambas muestras.

2—

Coloca agua fría en vaso de precipitado y asienta la aguja suavemente en la

del mechero de Bunsen o mechero de alcohol y observa nuevamente lo que ocurre con la aguja o navaja.

3— Capilaridad:

capilar. Observa qué ocurre.

34

4— Adherencia:

Coloca en el vaso de vidrio la leche, devuelve la leche a su recipiente y ob-serva las paredes del vaso.

5— Cohesión:

Coloca dos gotas de agua (se puede usar mercurio si se tiene disponible), acércalas hasta que choquen y observa lo que ocurre.

Observaciones

Ilustra con imágenes tus observaciones.

Conclusión

Actividad experimental 2. Densidad, peso específico

Propósito:

Material Cantidad

Balanza granataria o de precisión 1

Probeta de vidrio de 100 ml 1

Horchata* 150 ml

Miel* 150 ml

Alcohol* 150 ml


Procedimiento:

1— -lanza.

2— Afora a cero la balanza y agrega la primera muestra despacio hasta el aforo de 100 ml.

3— Anota la lectura de la balanza, enjuaga la probeta y seca perfectamente.

4— Repite el mismo procedimiento para la miel y el alcohol.

5— Completa el siguiente cuadro anotando los datos obtenidos y los resul-tados de los cálculos realizados escribiendo el dato faltante, para poder

35

MuestraVolumen

(ml)

Masa

(g)Densidad Dato faltante

Peso específico

Horchata

Miel

Alcohol

Observaciones

Conclusiones

Actividad experimental 3. Principio de Pascal

Propósito: Aplicar el principio de Pascal en base al funcionamiento de la prensa hidráulica y conocer los efectos de la presión hidrostática.

Material Cantidad

Jeringa de plástico de 25 ml 1

Jeringa de plástico de 3 ml 1

Manguera flexible y delgada de 50 cm de longitud 1

Procedimiento:

1— Mide los diámetros del interior de las jeringas.

2— Llena de agua la manguera y la mitad de su capacidad a ambas jeringas. Conecta la manguera y las jeringas y permite la liberación de la burbuja de aire, retirando los émbolos (pistones) de las jeringas.

3— jeringas mantengan la misma altura durante el experimento.

36

Figura 1.30

1— Empuja cada uno de los pistones y observa.

2— Pesa un objeto (piedra, carrito, borrador, etc.) y colócalo sobre uno de los pistones.

Observaciones:

1— ¿Qué pasa cuando presionas con tus dedos sobre el émbolo menor?

2— ¿Qué sucede cuando presionas con tus dedos sobre el émbolo mayor?

3— Si quisieras levantar un objeto con ayuda de la prensa hidráulica ¿dónde lo colocarías? ¿Sobre el émbolo menor o mayor?

Resultados:

37

Conclusiones

Actividad experimental 4: Principio de Arquímedes

Propósito: Demostrar matemáticamente el principio de Arquímedes.

Material Cantidad

Pesa de 50 g 1

Dinamómetro 1

Probeta de 500 ml o vaso de precipitado 1

Soporte Universal 1

*Cordón o hilera de 20 cm de longitud 1

Agua 250 ml


Procedimiento:

1— Ata la pesa al extremo del cordón y une el extremo libre del cordón al gancho del dinamómetro para determinar su peso en el aire.

2— Agrega 250 ml de agua en la probeta o en el vaso de precipitado.

3— Introduce la pesa dentro de la probeta con agua sosteniendo el dinamómetro en el soporte universal y mide su peso. Registra el

4— Observa la graduación de la probeta y determina el volumen del líquido desalojado por la pesa. Anota el valor de la medición.

38

Figura 1.31

Observaciones

Operaciones matemáticas

39

Resultados:

1— ¿Cuál es el peso de la pesa en el aire?

2— ¿Cuál fue el peso aparente de la pesa al introducirla en el agua?

3— ¿A qué se debe la disminución aparente en el peso?

4— ¿A cuánto equivale el empuje que recibe la pesa?

5— ¿Qué cantidad de agua desalojó la pesa?

Conclusiones:

Actividad experimental 5. Relación entre la presión hidrostática, el gasto, el flujo y el teorema de Torricelli.

Propósitos:

Relacionar la presión hidrostática con el gasto y la velocidad de

Determinar la presión a distintas profundidades y relacionarlas con el gasto volumétrico.

Material Cantidad

Probeta graduada de 500 ml 1

*Envase de cartón de 1 l (bote de leche) 1

*Clavo 1

*Cronómetro 1

*Cinta adhesiva 1

*Regla graduada de 30 cm 1

*Tijera 1

Agua 1 l

40


Procedimiento:

1— Al envase de cartón se le corta la tapa superior, posteriormente se

utilizando el clavo.

Figura 1.32

2—

el envase de cartón con agua hasta su borde superior.

3— Retira una por una la cinta adhesiva y observa cómo es la salida del

a. -cio con menor profundidad superior y recibe en una probeta graduada el líquido desalojado en 10 s. Registra tus datos y procede a calcular el gasto.

b. -biendo con la probeta el líquido desalojado en 10 s. Registra tus datos y procede a calcular el gasto.

c. con la probeta el líquido desalojado durante 10 s. Registra tus datos y procede a calcular el gasto.

Observaciones:

Resultados:

1— valor de la presión hidrostática cuando el envase está totalmente lleno de agua.

41

2—

3— Completa las siguientes tablas a partir de los datos recabados de tu ex-

m3 3.

Tabla A

OrificioVolumen

a 10 s (m3)Altura del agujero (m)

Presión

(Pa) o (N/m2)

Superior

Centro

Inferior

Tabla B

42

OrificioV

(l)

t

(s)

Q

(l/s)

F

(kg/s)

h

(m)

Velocidad del fluido (agua)

(m/s)

Superior

Centro

Inferior

4— -didad.

5— ¿Cuáles son las aplicaciones domésticas y cotidianas de los conceptos de

6— ¿Por qué se reduce el diámetro de las tuberías de agua que están insta-ladas en tu casa?

Conclusiones:

43

Actividad experimental 6. Principio de Bernoulli

Propósito: Demostrar la aplicación del principio de Bernoulli.

Material Cantidad

Embudo de 10 cm de diámetro 1

*Pelota de ping pong 1

*Secadora de pelo 1

*Cono de cartón 1

*Rollo de cinta canela 1

*Hilera 1 m


Procedimiento 1:

1— Coloca un embudo en posición invertida a la toma de agua, suje-

2— Abre la llave del grifo, de forma que salga el chorro de agua de forma continua por el embudo.

3— Coloca la pelota de ping pong en el fondo del embudo y suéltala, observa qué sucede con la pelota en la corriente de agua.

4— Prueba el procedimiento anterior utilizando una pelota de unisel.

44

Figura 1.33

Procedimiento 2:

1— Coloca en forma vertical la secadora de pelo, apuntando hacia arriba, y sitúa la pelota de ping pong en la corriente de aire.

Procedimiento 3:

1—

Figura 1.34

Observaciones del procedimiento 1, 2 y 3:

Conclusiones:

45


Después de socializar los resultados de sus aprendizajes, ubica tu nivel de des-empeño en la adquisición de las competencias relacionadas con esta sesión con ayuda de tu facilitador, tomando en consideración el cumplimiento de los criterios presentados al inicio de cada sesión.

CriterioPre-formal

(1-2)

Inicial-receptivo

(3-4)

Resolutivo (básico)

(5-6)

Autónomo

(7-8)

Estratégico

(9-10)

Identifico las características de los fluidos en base a las propiedades de los

estados de la materia.

No identifico las características de los fluidos en base a las propiedades de los estados de

la materia.

Reconozco vagamente algunas características de los fluidos en base

a las propiedades de los estados de la

materia.

Identifico ciertas características de los fluidos en base a las propiedades de los estados de

la materia.

Identifico con certeza las características de los fluidos en base a

las propiedades de los estados de la materia.

Identifico plenamente y

fundamento las características de los fluidos en base a las

propiedades de los estados de la

materia.

Distingo las diferentes características que poseen los fluidos y

aplico la resolución de ejercicios en la vida

cotidiana.

No distingo las diferentes

características que poseen los

fluidos y no aplico la resolución de ejercicios en la vida cotidiana.

Reconozco vagamente las diferentes

características que poseen los fluidos y aplico vagamente

la resolución de ejercicios en la vida

cotidiana.

Distingo ciertas diferencias en las características de los fluidos y aplico

la resolución de ejercicios en la vida cotidiana.

Distingo con certeza las diferentes

características de los fluidos y aplico

la resolución de ejercicios en la vida

cotidiana.

Distingo y fundamento

las diferentes características de los fluidos

y aplico la resolución de

ejercicios en la vida cotidiana.

Valoro la importancia de las aportaciones

científicas relacionadas con los estados de la

materia.

No valoro la importancia de

las aportaciones científicas

relacionadas con los estados de la

materia.

Reconozco vagamente el valor de la importancia

de las aportaciones científicas

relacionadas con los estados de la materia.

Tengo cierta valoración la

importancia de las aportaciones

científicas relacionadas con los estados de la

materia.

Valoro con certeza la importancia de las aportaciones

científicas relacionadas con los

estados de la materia.

Valoro y fundamento la importancia de

las aportaciones científicas

relacionadas con los estados de la

materia.

Describo las propiedades físicas que caracterizan el

comportamiento de los fluidos.

No describo las propiedades físicas

que caracterizan el comportamiento

de los fluidos.

Describo vagamente las propiedades físicas

que caracterizan el comportamiento de los

fluidos.

Describo ciertas propiedades físicas que

caracterizan el comportamiento de los fluidos.

Describo con certeza las propiedades físicas

que caracterizan el comportamiento de los

fluidos.

Describo y fundamento las

propiedades físicas que

caracterizan el comportamiento de los fluidos.

46

Analizo las diferentes propiedades de los

fluidos como densidad, peso específico, presión,

etc., en situaciones relacionadas con nuestro entorno.

No analizo las diferentes propiedades de los fluidos

como densidad, peso específico,

presión, etc., en situaciones

relacionadas con nuestro entorno.

Analizo vagamente las diferentes propiedades

de los fluidos como densidad, peso

específico, presión, etc., en situaciones relacionadas con nuestro entorno.

Analizo ciertas diferencias de

las propiedades de los fluidos




Analizo con certeza las diferentes propiedades

de los fluidos como densidad, peso

específico, presión, etc., en situaciones relacionadas con nuestro entorno.

Analizo y fundamento

las diferentes propiedades de los fluidos




Describo el concepto de presión y reconozco sus

unidades de medida.

No describo el concepto de presión y

reconozco sus unidades de

medida.

Describo vagamente el concepto de presión

y reconozco sus unidades de medida.

Describo cierto concepto

de presión y reconozco sus unidades de

medida.

Describo con certeza el concepto de presión

y reconozco sus unidades de medida.

Describo y fundamento el concepto de presión y

reconozco sus unidades de

medida.

Aplico los principios de Arquímedes y de Pascal en situaciones reales y

experimentales.

No aplico los principios de Arquímedes y de Pascal en

situaciones reales y experimentales.

Aplico vagamente los principios de

Arquímedes y de Pascal en situaciones reales y

experimentales.

Aplico ciertos principios de Arquímedes y de Pascal en


Aplico con certeza los principios de

Arquímedes y de Pascal en situaciones reales y

experimentales.

Aplico y fundamento

los principios de Arquímedes y de Pascal en


Describo las características de los fluidos en movimiento.

No describo las características

de los fluidos en movimiento.

Describo vagamente las características de los fluidos en

movimiento.

Describo ciertas características


Describo con certeza las características de los fluidos en

movimiento.

Describo y fundamento las características


Analizo los principios de la masa y energía para obtener la ecuación

de gasto, continuidad y Bernoulli.

No analizo los principios de la masa y energía para obtener la

ecuación de gasto, continuidad y

Bernoulli.

Analizo vagamente los principios de la masa y energía para

obtener la ecuación de gasto, continuidad y

Bernoulli.

Analizo ciertos principios de la masa y energía para obtener la

ecuación de gasto, continuidad y

Bernoulli.

Analizo con certeza los principios de la masa y energía para

obtener la ecuación de gasto, continuidad y

Bernoulli.

Analizo y fundamento los principios de la masa y energía para obtener la ecuación

de gasto, continuidad y

Bernoulli.

47

Utilizo los modelos matemáticos para resolver problemas

relacionados con gasto, flujo, ecuación de

continuidad y Bernoulli en la solución de

problemas prácticos.

No utilizo los modelos

matemáticos para resolver problemas

relacionados con gasto, flujo,

ecuación de continuidad y Bernoulli en la solución

de problemas prácticos.

Utilizo vagamente los modelos

matemáticos para resolver problemas relacionados con

gasto, flujo ecuación de continuidad

y Bernoulli en la solución de problemas

prácticos.

Utilizo algunos modelos

matemáticos para resolver problemas

relacionados con gasto, flujo,

ecuación de continuidad y Bernoulli en la solución


Utilizo con certeza los modelos

matemáticos para resolver problemas relacionados con

gasto, flujo, ecuación de continuidad

y Bernoulli en la solución de problemas

prácticos.

Utilizo y fundamento los modelos matemáticos para resolver

problemas relacionados

con gasto, flujo, ecuación de

continuidad y Bernoulli en la solución


Aprecio la importancia de los diferentes

modelos matemáticos y los de Bernoulli en

aplicaciones de la vida cotidiana.

No aprecio la importancia de los diferentes modelos matemáticos y los

de Bernoulli en aplicaciones de la

vida cotidiana.

Aprecio vagamente la importancia de los diferentes modelos matemáticos y los

de Bernoulli en aplicaciones de la vida

cotidiana.

Tengo cierto aprecio a la

importancia de los diferentes

modelos matemáticos y los

de Bernoulli en aplicaciones de la

vida cotidiana.

Aprecio con certeza la importancia de los diferentes modelos matemáticos y los

de Bernoulli en aplicaciones de la vida

cotidiana.

Aprecio y fundamento la importancia de los diferentes

modelos matemáticos y los

de Bernoulli en aplicaciones de

la vida cotidiana.

Bloque II. Distingue entre calor y temperatura

Unidad de competencia

Analiza las formas de intercambio de calor entre los cuerpos, las leyes que rigen la transferencia del mismo y el impacto que éste tiene en el desarrollo de la tec-nología en la sociedad.





de fenómenos.




8.1 Propone manera de solucionar un problema y desarrolla un proyecto en equipo,





las hipótesis necesarias para responderlas.





-lución de problemas cotidianos





52

Dinamización

Durante este bloque presentaremos los conceptos de calor y temperatura, las uni-dades de medida para cada magnitud, las escalas de temperatura y las conver-

relacionados con la temperatura y el calor analizando los procesos de transferen-

poseen los cuerpos que intervienen en él.

-tajas de la aplicación del calor y la temperatura en nuestra vida diaria, desde las condiciones ambientales por efecto de la temperatura, hasta la utilización de los procesos de transferencia de calor en algunos equipos y aparatos de uso cotidiano

ciencia y la tecnología para favorecer nuestra calidad de vida.

Este es un ejemplo: el día de su cumpleaños, Juan estaba calentando agua en la estufa para bañarse, y metía su mano en el recipiente para ver si ya tenía la temperatura adecuada, en eso llegó su papá con el hielo para los refrescos y le pidió a Juan que lo ayudara. Después de colocar el hielo en la nevera, vuelve a introducir la mano en el recipiente y siente que el agua ya está lista. Cuando entra a bañarse y se vierte el agua encima, se da cuenta que aún está muy fría. ¿Por qué crees que le ocurrió esto a Juan? ¿El agua realmente estaba lista para usarla y se

Contextualización

La temperatura y el calor en nuestras vidasCuando asistes a un baile escolar por la noche, te habrás dado cuenta que aunque ésta sea un poco fría, si estamos bailando, nuestro cuerpo aumenta su temperatura y sentimos calor, y cuando hay más chavos en la pista la sensación es aún mayor. ¿Cómo se llama el proceso por el cual se transmite el calor corporal en este caso? ¿Qué pasaría si salimos a la intemperie? ¿Cómo sería la temperatura fuera del local?

Figura 2.1 Las personas cuando bailan, des-prenden calor de su cuerpo debido a que el

movimiento provoca un gasto de energía, y ésta se pierde en forma de calor.

estufa para cocer los alimentos, para calentar agua, algunos aparatos la uti-

53

lizan para su funcionamiento, como los calentadores, los tostadores, o sim-plemente aquellos que cuando son utilizados desprenden pequeñas cantida-des de energía en forma de calor, como la televisión, la computadora, los

y pérdida de esta energía; por ejemplo, si estamos en un lugar frío, nuestro cuerpo pierde calor teniendo esa sensación de frío, y si nos encontramos en un lugar caliente, como en nuestra ciudad, entonces se absorbe energía y sentimos calor. Si tu cuerpo está en equilibrio con la temperatura del am-

que se pierda ese equilibrio, entonces nos acaloramos o nos enfriamos.

Recordemos que la fricción es un fenómeno que desprende calor no aprovechable, debido a que las partículas que están en contacto pierden energía cinética. En binas hagamos una prueba muy sencilla, frotemos las palmas de nuestras manos vigorosamente hasta que las sintamos calientes: se incrementa la temperatura.

-mos que está muy frío, pero él o ella sentirá nuestras manos muy calientes, esto es porque el calor se transmite de nuestras manos que tienen mayor temperatura al brazo de nuestro compañero que tiene menor temperatura, manifestando así la

-ratura y el calor?, ¿acaso es lo mismo?

Activemos ahora los saberes que has desarrollado en el pasado, para ponerte en contexto.

I. Responde el siguiente cuestionario en forma breve. Compara las respuestas con tus compañeros de clase:

1— ¿Qué entiendes por temperatura?

2— ¿Qué instrumento utilizas para medir la temperatura?

3— ¿Qué entiendes por calor?

4— ¿Qué instrumento utilizas para medir calor?

5— ¿Qué escala de temperatura utilizamos en México?

Figura 2.2 Frotarse las manos provoca fric-

ción entre ellas y, por consiguiente, pérdida de

energía cinética, manifes-tándose en forma de calor

y dando sensaciones de calor y frío.

54

6— Menciona las formas en que se propaga el calor.

7— Si se calienta un cuerpo sólido, ¿qué le ocurre cuando aumenta la tem-peratura?

8— ¿A qué temperatura se congela el agua?

9— Escribe la expresión matemática para convertir temperaturas de la es-cala Celsius a la escala Kelvin.

10— En la televisión por cable, reportan la temperatura para Mérida en 98ºF. ¿A qué temperatura corresponde en la escala Celsius?

Problematización

El calentamiento global es un fenómeno fí---

nerado por los rayos del sol cuando llegan a la corteza terrestre y los provocados por la utilización de los automóviles, las ciudades,

gases que provocan el efecto invernadero, ha generado un aumento de temperatura en el planeta provocando cambios climáti-cos extremos, como la sequía, las inunda-ciones, ciclones tropicales de gran fuerza, el deshielo de los polos y el aumento del nivel del mar en las costas. Pero, ¿por qué el aumento de temperatura provoca todos estos fenómenos?, ¿cómo se relaciona con el calor?, ¿de qué forma puedes prevenir que el planeta siga aumentando su temperatura? Para poder entender estos fenómenos es necesario primero que po-

propagan en el ambiente, de esa forma podremos encontrar la manera de minimi-

planeta y mantener por más tiempo nuestra calidad de vida.

Figura 2.3 La temperatura es un fenómeno físico

que provoca los cambios climáticos en el planeta.

-dado por el exceso de lluvia durante 2008.

55

Sesión A: La temperatura, sus escalas y los fenómenos de dilataciónDesarrollo de saberes

Del saber:

energía cinética promedio que posee la materia y reconozco las escalas de temperatura usadas para su medición.

Del saber hacer:

Diferencio el concepto de calor y temperatura para comprender la relación existente entre las escalas termométricas, interpre-tando valores y resolviendo ejercicios.

Relaciono la dilatación térmica con los cambios de temperatura y las propiedades de los cuerpos y utilizo los modelos matemáticos, sus unidades y establezco la equivalencia entre ellos.

Del saber ser:

Valoro la importancia del calor y la temperatura, sus efectos so-bre los cuerpos, para comprender las condiciones físicas y socia-les del medio en que me desenvuelvo.


¿¡Cómo se define la temperatura?Manuel no vino a clases el día de hoy porque tiene una infección en la garganta, su mamá vino a la escuela para entregar sus trabajos del día y comentó en la dirección

-crada la materia. La temperatura nos indica qué tan caliente o frío está un cuerpo o sustancia, debido a la energía cinética promedio que poseen sus moléculas.

Se mide con el termómetro, instrumento que permite comparar la tem-peratura de un cuerpo con la de él mismo, indicando mediante una escala gradua-da, la energía cinética promedio que posee. El termómetro absorbe o pierde calor y se iguala a la temperatura que posee el cuerpo que se mide, de esa forma ambos quedan en equilibrio térmico, es decir, mantienen la misma energía cinética y por tanto la misma temperatura. Cuando nos enfermamos medimos nuestra tempe-

podemos graduar los refrigeradores y los hornos para cocinar.

Figura 2.5 Fotografía del

casi todo el año debido a la falta de lluvia y la des-forestación de las zonas.

?

56

Figura 2.6 El termómetro de mercurio es el instrumento que nos permite medir la temperatura. Se basa en las propiedades físicas del mercurio y del vidrio, ya que cuando se calientan, el mercurio aumenta su volumen con mucha facilidad y sube a través de un capilar dentro del tubo de vidrio que se expande muy poco.

Actividad de aprendizaje 1Formen grupos de tres integrantes y plasmen en su libreta los resultados de una investigación en internet o en libros de Física, sobre los tipos de termómetros que existen, considerando los siguientes puntos: nombre del termómetro, rango de temperatura que puede medir, materiales de fabricación e imágenes.

¡

?

Qué es el calor?En el verano pasado, Yolanda y su familia fueron al puerto para disfrutar un día de playa, pero se pronosticaba una temperatura cercana a los 40°C. La mamá de Yolanda, preocupada por el calor que pudiera haber, sobre todo para su hermanito, consideró llevar muchos refrescos, agua y una sombrilla grande para protegerse del sol y del calor. ¿Sabes qué es el calor?

posee un cuerpo y que puede moverse hacia otro. Sólo puede hacerlo del cuerpo que está más caliente (con mayor temperatura) al que está más frío

-pos llega a igualarse y entran a un equilibrio térmico.

Actividad de aprendizaje 2Elabora un cuadro comparativo en tu libreta, señalando las diferencias entre calor y temperatura.

57

Escalas de temperatura

marcada son: Celsius, Fahrenheit, Kelvin y Rankin.

En las noticias de cable, la temperatura de Estados Unidos se mide en la escala Fahrenheit y es común escuchar hacer referencia a estos valores, pero ¿por qué en el país vecino utilizan esta escala? La escala Fahrenheit fue ideada por el físico alemán Daniel Gabriel Fahrenheit (1686-1736), quien utilizó como punto

tomando como referencia la temperatura del cuerpo humano, asignándole un valor de 98. Para alcanzar la temperatura de ebullición del agua, su escala muestra un valor de 212°F. Así su escala quedó determinada en 180 partes iguales.

Por el contrario, en nuestro país vemos los informes meteorológicos de la televisión en la escala Celsius. Ésta fue diseñada por el físico y astrónomo sueco

-

de ebullición del agua marcándolo con el número 100. Así su escala quedó dividida en 100 partes iguales, a las que se le llamó grado centígrado.

La relación entre la escala Celsius y la escala Fahrenheit es:

Si queremos encontrarlos grados en la escala Fahrenheit, entonces:

El físico británico Lord Kelvin, cuyo nombre era William Thomson (1824-1907), propuso una escala donde el cero se le asigna a la temperatura más baja posible, en donde las partículas no poseen nada de energía cinética, por lo que se le conoce como escala absoluta, la temperatura más baja posible se denomina como cero absoluto. El tamaño de cada unidad corresponde al mismo tamaño que en la escala Celsius. En esta escala no hay números negativos.

En Estados Unidos aún no adoptan la escala propuesta por el Sistema Internacio-nal de Unidades.

58

Relacionando la escala Celsius con la escala Kelvin nos queda:

o bien,

La escala Rankin representa el cero absoluto en unidades de tamaño idénticas a los grados Fahrenheit, fue propuesta por el físico e ingeniero escocés William John Macquorn Rankine (1820-1872). El valor del cero absoluto en la escala Rankin corresponde a -460 °F.


superior de cada escala de temperatura.

Conversiones entre las escalas de temperaturaAplicando las ecuaciones matemáticas descritas anteriormente, es muy sencillo intercambiar los valores de una escala a otra, por ello ahora analizaremos algunos ejemplos para realizar las conversiones entre las escalas de temperatura.

Problemas resueltos1— Para la ciudad de Mérida, se pronostica una temperatura de 33°C. De-

termina la temperatura en la escala Fahrenheit y Kelvin.

Solución:

a) Conversión de °C a °F:

Datos Fórmula Sustitución en fórmula Resultados

b) Para convertir a la escala Kelvin se tiene:


2— La leche se calienta hasta alcanzar una temperatura de 88°F. ¿Qué tem-peratura marcarán los termómetros en la escala Celsius y Kelvin?

“Bajo cero”: término utilizado en la escala Celsius y Fahrenheit para asignar valores negativos de tempe-ratura.

59

a– Para convertir a la escala Celsius:


b– Conversión a la escala Kelvin:

Para la escala Kelvin:


Actividad de aprendizaje 4Resuelve correctamente en tu libreta los siguientes ejercicios de conversiones de temperatura.

1— Un platero de la ciudad de Mérida funde una esclava de oro a 1336.15 K. Determina la temperatura en la escala Celsius y Fahrenheit.

2— Pedro calienta el agua para bañarse y alcanza una temperatura de 60° C. ¿Qué temperatura marcará el termómetro en la escala Fahrenheit?

3— En el laboratorio de Física, se mide la temperatura del alcohol etílico con un termómetro marcando 172.4°F. Calcula temperatura en la escala Celsius.

4— -cala absoluta Kelvin mide 309.5 K. Determina la temperatura en la escala Fahrenheit.

Dilatación de los cuerpos-

cas para supermercados. En la primera ocasión que construyó una puerta para un cuarto frío, después de colocarla ésta se contrajo, dejando un margen sin cubrir de aproximadamente 0.03 cm por lado. Según Marco, había medido correctamente el área de la abertura donde colocaría la puerta. Después de un análisis detallado de los errores que pudo cometer al medir las dimensiones de la puerta, llegó a una conclusión: la puerta la elaboró en su taller donde la temperatura promedio era de 38 °C, y al colocarla en el cuarto frío, la temperatura promedio era de 4°C, por lo que la puerta sufrió una pequeña contracción en su tamaño. ¿Crees que esto sea posible? ¿Qué relación tendrá la temperatura con la que Marco trabajó y la tempe-

para que Marco no se responsabilice de la elaboración de la puerta?

60

Figura 2.7 En la imagen se observa una puerta del cuarto frío que Marco tuvo que reparar porque al cambiar la temperatura se contrajo algunos centímetros.

Este fenómeno se conoce como dilatación, está estrechamente re-lacionado con la variación de la temperatura de los cuerpos. Las moléculas de un cuerpo se mantienen unidas mientras la energía que poseen no varíe, si la temperatura aumenta, las moléculas se separan por la variación en la cantidad y amplitud de los choques entre ellas. Los sólidos sufren dilatación aumentando su longitud principalmente, otros aumentan en dos de sus di-mensiones, y los líquidos y gases aumentan su volumen. Cuando la tempe-ratura disminuye, el fenómeno es al contrario: se contraen debido a que las moléculas se acercan entre ellas por pérdida de energía cinética.

Los gases se dilatan más que los líquidos y los líquidos se dilatan más que los sólidos. Ahora analizaremos cada uno de estos fenómenos por separado.

Dilatación linealLos cuerpos sólidos como alambres, varillas y barras de metal, cuando se utilizan

-tarles su temperatura sufren un aumento en su longitud, este fenómeno se conoce como dilatación lineal.

Cuando a los sólidos, con una longitud inicial de un metro, se les aumenta 1°C su temperatura, varían en su longitud de manera constante. A esta cantidad

griega .

Para calcular la dilatación lineal de un cuerpo sólido se utiliza la ecuación:

Figura 2.8 Este alambre ha sido calentado para utilizar en soldadura.

Como ves, puede dilatar-se; incluso si la tempera-tura es muy elevada, se

funde.

61

del cuerpo.

Valores del coeficiente de dilatación lineal

Sustancia (10-6°C-1) Sustancia (10-6°C-1)

Hormigón 12 Aluminio 25

Acero 11-12 Latón 19

Hierro 11.6 Poliestireno 85

Madera, en dirección paralela a las fibras

32-66 Vidrio Pyrex 3

Granito 8 Vidrio ordinario 9

Ladrillo 9 Agua 316.6

Hormigón 12 Gasolina 366.6

Para aplicar la expresión matemática de la dilatación lineal, resolvere-mos un ejercicio.

Marco, el herrero, debe calentar una barra de hierro para la base de una puerta que mide 5 m de ancho; la barra se encuentra a 15°C. ¿Cuál será la longi-tud de la barra al aumentar la temperatura a 25°C? Determina cuánto se dilató la barra.

a–


62

b– Para calcular la variación de la longitud en la barra, debemos aplicar la siguiente fórmula:


Actividad de aprendizaje 5En tu libreta, resuelve correctamente los siguientes ejercicios, puedes formar equipo con un compañero.

1— José diseñó un riel de tren para el proyecto de ciencias. Deberá exponerlo en la cancha del colegio, por lo que debe calcular la distancia de separa-ción entre cada barra de hierro, para evitar que se pueda dilatar en exceso y no se pueda formar correctamente la vía. Si la temperatura adquirida por la barra tras la exposición al sol es cercana a 78°C, la longitud de cada barra es de 70 cm y la temperatura de la habitación donde está armando el riel tiene 27°C, ¿cuánto medirá cada barra después de exponerse al sol? ¿Qué distancia mínima deberá dejar José entre una barra y otra?

2— En el congelador se queda olvidado un punzón de acero, la temperatura del

una cuerda, pues se le había roto, cuando saca del refrigerador el punzón, comienza a calentarlo directo en la estufa, que alcanza una temperatura de 108°C. Si la longitud inicial era de 30 cm, ¿cuánto medirá la longitud del punzón? ¿Cuánto varía la longitud?

3— Durante las noches de invierno, la barra de aluminio que sostiene un le-trero en el jardín sufre un enfriamiento, ya que la temperatura de todo el día es de aproximadamente 40°C y por las noches es de 20°C. Si en la mañana la barra mide 1.2 m, ¿qué longitud tiene en la noche?

4— En el tostador de pan, los alambres que sostienen las rebanadas miden 25 cm cuando tienen 90°C. Si se dejan enfriar hasta 30°C, ¿qué longitud presentan los alambres cuando no se usan?

63

Dilatación superficialLos herreros utilizan este fenómeno para adelgazar o estirar barras que utilizan para rejas y puertas y en otros cuerpos sólidos como las láminas de zinc utilizadas para techar las casas. Al aumentarles su temperatura sufren un aumento en su

Figura 2.9 Las láminas de los techos de las casas por la exposición prolongada al sol, sufren dilatación

Cuando a los sólidos con un área inicial de un metro cuadrado se les aumenta 1°C su temperatura, varían en su área de manera constante, a esta can-

puede calcularse a partir de la siguiente relación:

ecuación:

64

del cuerpo.

Valores del coeficiente de dilatación superficial

Sustancia 2 (10-6°C-1) Sustancia 2 (10-6°C-1)



Hierro 23.2 Poliestireno 170

el valor sólo se multiplica por dos.

Ahora resolveremos un ejercicio para aplicar las expresiones matemáti-

Ejemplo: La mamá de Rosy tiene una taquería y la plancha donde asa la carne es de hierro, en forma rectangular. Cuando está fría queda desnivelada con la base que la soporta, pero al calentarse se dilata y se acomoda perfectamente sobre dicha base. La temperatura con la que cocina la carne alcanza los 125°C y la temperatura del ambiente es de 38°C. Si a la temperatura ambiente la plancha, mide 1 m que se cocina la carne?

a– Primero debemos calcular el área de la plancha que es rectangular, a partir de las dimensiones proporcionadas.

Datos FórmulaCalculo del área y sustitución en

fórmulaResultado

b–

Datos Fórmula Calculo del área y sustitución en fórmula Resultados

65

Si quisiéramos saber la variación del área, podemos utilizar la expresión:


resuélvelos en plenaria con tu facilitador y compañeros.

1— un área de 0.08 m2 cuando está a 50°C. Esta temperatura la alcanza por la exposición directa al sol, por las noches la temperatura es de

2— En casa de Daniel están construyendo un cuarto nuevo que techarán con láminas de zinc; si cada lámina mide 2.5 m 70 cm, a 25°C, ¿qué

3— La puerta que da al patio de la casa de Javier le da el sol directo todo el día, por lo que cuesta trabajo abrirla, ya que a esas horas su super-

2 a 59°C, pero por las noches, cuando la temperatura desciende a 22°C, se abre con facilidad. ¿Cuál es la longitud que tiene a la temperatura de la noche?

Dilatación volumétricaEstefany ayudaba a su mamá a preparar chocolate caliente, para cenar con pan en una noche fría. Su mamá le pide que coloque la leche en la estufa para calentarla, pero le dice que la vigile para que no se derrame, Estefany se distrae viendo la televisión y cuando se acuerda del encargo, la leche se había derramado toda. ¿Por

anto los sólidos como los líquidos y gases, al aumentarles su tempera-tura sufren un aumento en su volumen, este fenómeno se conoce como dilatación volumétrica.

Cuando a las sustancias con un volumen inicial de un metro cúbico se les aumenta 1°C su temperatura, varían su volumen de manera constante, a esta

-presenta con la letra griega volumétrica, puede calcularse a partir de la siguiente relación:

Figura 2.10 La leche, al calentarse, si no se vigila se derrama: está

sufriendo una dilatación volumétrica.

66

Para calcular la dilatación volumétrica de una sustancia se utiliza la ecuación:

del cuerpo.

Valores del coeficiente de dilatación volumétrica

Sustancia 3 (10-6°C-1) Sustancia 3 (10-6°C-1)



Hierro 35 Poliestireno 255

Madera, en dirección paralela a las fibras

Vidrio Pyrex 9

Granito 24 Vidrio ordinario 27

Ladrillo 27 Agua 950

Hormigón 36 Gasolina 1100

Yanesly colocó un litro de alcohol etílico (vino blanco) en la estufa para ca-lentarlo, ya que prepararía la cena de navidad; el alcohol estaba a 15°C. Después de unos minutos, midió la temperatura y el termómetro marcó 85°C. Determina cuánto varía el volumen de alcohol.

a– Primero debemos convertir el volumen de alcohol de litros a metros cúbicos.

Datos Conversión de volumen Resultados

67

b–

Datos Fórmula Calculo del área y sustitución en fórmula Resultados

Actividad de aprendizaje 7En tu libreta y de forma individual resuelve correctamente los siguientes ejerci-cios.

1— Juan tiene un tanque con 10000 cm3 de gasolina. Está almacenado a 20°C, si la temperatura del ambiente aumenta a 33° C, ¿cuánto aumenta su volumen?

2— En el laboratorio escolar se colocan 250 ml de alcohol etílico a 25°C; para calentar hasta 60°C, ¿cuánto varía su volumen?

3— La ventana de aluminio de la cafetería escolar tiene un volumen de 850 cm3 cuando le da el sol y la temperatura que alcanza es de 60°C. Si se

4— En una fábrica se calienta el vidrio hasta alcanzar una temperatura de 99°C. Si a 30°C ocupa un volumen de 700 cm3, ¿qué volumen tiene des-pués del calentamiento?

Dilatación irregular del agua

mucho rato que lo pusieron a congelar? Al verter el molde se derrama parte del

su totalidad. Esta propiedad del agua que es poco común, se conoce como dilata-ción irregular. Esta propiedad permite al agua un aumento en su volumen cuando la temperatura decrece de 4°C a 0°C. De manera natural todas los demás líquidos se contraen cuando disminuye la temperatura, pero el agua no lo hace. A 4°C el agua tiene su volumen mínimo y su densidad máxima. Eso provoca que el agua a esa temperatura tienda a irse al fondo y sólo una parte se congela. En el medio ambiente favorece la supervivencia de las especies acuáticas, ya que al tener me-

fondo, se mantiene el agua a 4°C.

68

Figura 2.11 El agua sufre una dilatación irregular de entre 4°C y °0°C, manteniendo así la vida marina.

Síntesis

Resuelve el siguiente caso, contestando correctamente las cuestiones que se pre-sentan.

En casa de Mari compraron un boiler de fabricación estadounidense, para ella es difícil comprender la temperatura máxima a la que se calienta el agua. El boiler marca una temperatura máxima de 178°F y tiene una capacidad de 20 l. Ayuda a Mari a resolver sus interrogantes.

1— ¿A qué temperatura equivale en grados Celsius la temperatura máxima señalada en el boiler?

2— Mari quisiera saber también la temperatura en la escala Kelvin. Ayúdala realizando la conversión.

3— Si tiene 18 l de agua a 15°C, ¿cuánto varía su volumen al pasar por el boiler para calentarse?

4— Mari leyó en el instructivo que el boiler utiliza unas barras de cobre para calentar el agua, si tienen una longitud de 85 cm a 30°C, ¿cuánto varían en longitud los alambres al calentar el agua?

Problematización

Cada vez que Maritza pasa muy cerca y a un lado del refrigerador, siente mucho el calor que se desprende del metal y si lo toca, está muy caliente. Se ha preguntado varias veces qué es lo que ocurre dentro de él que se calienta, pues sabe muy bien que el refrigerador sirve para enfriar, no para calentar. De igual forma observa que la plancha para alisar la ropa se calienta tanto que despide calor: sus manos se acalo-ran tanto que su mamá le dice que no abra el refrigerador o que no se lave las manos hasta que se refresque. ¿Podrías darle una respuesta a Maritza? ¿Por qué si el calor está presente, las cosas del refrigerador no se calientan? ¿Por qué el refrigerador y la plancha desprenden calor y puede sentirse sin que los toques? ¿Qué relación tiene el calor con la temperatura? ¿Por qué dentro del refrigerador los alimentos y los líquidos calientes o a temperatura ambiente, se enfrían?

69

Figura 2.12 Aun cuando ambos aparatos tienen diferentes funciones, la plancha calienta y el refrigera-dor enfría; despiden calor que no utilizan.

Sesión B: El calor y su intercambio entre los cuerposDesarrollo de saberes

Del saber:

que es proporcional a su variación de temperatura y a su masa,

Del saber hacer:

Utilizo la expresión matemática que establece la igualdad entre el calor ganado y perdido, diferenciando las formas de transmi-sión de calor y estableciendo las equivalencias de sus unidades en situaciones de la vida cotidiana.

Del saber ser:

Valoro el impacto de la ciencia y la tecnología en el diseño de equipos y aparatos usados a diario y que aprovechan la energía en forma de calor, para mejorar mi calidad de vida.

Mecanismos de transferencia de calorMartha está muy preocupada porque quiere cocinar sus palomitas de microondas pero se descompuso el horno, entonces le pregunta a su mamá si puede usar la olla donde hacían antes palomitas. Su mamá le dice que sí, nada más que tenga cuidado de agarrar la olla con un trapo grueso, sobre todo cuando necesite sacudir

70

la olla. ¿De qué forma se transmite el calor en el horno de microondas? ¿Y de la estufa a la olla? ¿Qué pasa si Martha no utiliza un trapo grueso? ¿Y si remojara su mano en agua muy fría y luego tratara de agarrar la olla, sentiría igual de caliente?

que se movía de un cuerpo a otro, recibiendo el nombre de calórico. Hoy

caliente a otro con menor temperatura. Estos conocimientos los sabemos gracias a James Prescott Joule (1818-1889), que demostró que el calor se debe a una transferencia de la energía cinética que poseen los cuerpos. Para medir el calor se utiliza la caloría, actualmente el sistema internacional de unidades, sugiere la utilización del Joule como unidad de medida.

Cse relaciona con las unidades del trabajo mecánico.

Joule para el Sistema Internacional de Unidades

Ergio para el CGS

Las relaciones entre las unidades son:

Figura 2.13 Los aires acondicionados utilizan la unidad de medida para calor en el sistema inglés,

libra de agua en un grado Fahrenheit.

Caloría: cantidad de energía necesaria para elevar la tempe-ratura de un gramo de agua de 14.5°C a 15.5°C a una atmós-fera de presión.

71

Actividad de aprendizaje 8Realiza en tu libreta las siguientes conversiones de unidades, recuerda que el pro-ceso se estudió en Física Uno.

Una rebanada de pan blanco tiene 250 Kilocalorías; ¿a cuántos Joule equivale?

El mini split de la dirección de la escuela tiene una capacidad de calor

Un horno de microondas de un hotel proporciona una energía de 12 500 Joule. ¿Cuántas calorías representa?

Actividad de aprendizaje 9Investiga en internet o en los libros de Física, algunos materiales que sean buenos transmisores de calor y cuáles no son tan buenos, es decir, aislantes de calor. Es-cribe en tu libreta al menos cinco ejemplos de cada tipo: conductores y aislantes.

ConducciónCada vez que mamá cocina, utiliza la conducción para trasmitir calor de un cuerpo a otro, por ejemplo, las moléculas de una olla se ponen en contacto con las mo-léculas de un comal al calentarse sobre éste, aumentando los choques entre las moléculas. Los cuerpos sólidos se favorecen con esta forma de transferir calor; los metales son lo que mejor conducen el calor.

Figura 2.14 El calor de la estufa se transmite al comal y de ésta a la olla, por el choque entre sus mo-léculas.

Convección¿Has entrado a una piscina o al mar para bañarte y sientes que el agua está muy fría en el fondo y caliente en la parte de arriba? ¿Qué crees que está ocurriendo?

hace que se dilate y tenga menor densidad, por lo que permanece más tiempo en la parte de arriba, pero si colocáramos en el fondo la fuente de calor, como lo hacemos en la estufa al calentar agua, el agua calien-te tiende a subir y el agua fría a bajar, repitiendo el ciclo sucesivamente hasta que todo esté caliente. A

como el agua, se transmite por convección.

72

este movimiento de ascenso y descenso de los líquidos por aumento de energía, se le conoce como convección. Incluso los gases de la atmósfera lo hacen, pero cuando los cambios son muy violentos originan lo que nosotros conocemos como huracanes, tornados, tormentas.

Radiación¿Alguna vez has estado cerca de una plancha y sientes el calor que se desprende de ella? Cuando el frío es intenso, buscamos tener cerca una fuente de calor. Las foga-tas, los focos y el sol desprenden calor en varias direcciones por emisión de ondas

cuerpo, después de adquirir calor, también irradia el exceso, por eso cuando nos acercamos a alguien que está caloroso, sentimos el calor que sale de su cuerpo. El

por radiación.

por radiación.

Actividad de aprendizaje 10De forma individual escribe cinco situaciones en las que se transmita el calor por conducción, cinco situaciones por convección y cinco situaciones por radiación.

Conducción Convección Radiación

1.-

2.-

3.-

4.-

5.-

1.-

2.-

3.-

4.-

5.-

1.-

2.-

3.-

4.-

5.-

73

Actividad de aprendizaje 11De forma individual, elabora en tu libreta un cuadro comparativo donde argumen-tes las características de cada forma de transmitir calor (conducción, convección y radiación).

Capacidad calorífica y calor específico de las sustancias¿Has calentado agua en la estufa? ¿Has tomado el tiempo que tarda en hervir? ¿De qué depende que hierva más rápido o no? ¿Qué pasa si en lugar de calentar sólo agua, calentamos la misma cantidad de aceite de cocina, como lo hace mamá al

variar su temperatura. La cantidad de calor necesaria es única para cada sustancia y se determina por la variación de su temperatura. Esta cantidad de calor se cono-

Donde

no cambia, pero pueden presentar diferentes masas, por lo cual cada una absorbe distinta cantidad de calor, es decir, la masa determina entonces la cantidad de calor necesaria para variar la temperatura. Por tanto, si cada sustancia necesita cierta cantidad de calor por cada gramo de masa para hacer variar su temperatura

matemática es:

-tre la variación de temperatura, por tanto, sustituyendo C:

74

4) podemos despejar la ecuación para conocer la variación del calor.

C agua = 1 cal/g.°C C hierro = 0.114 cal/g.°C

C hielo = 0.5 cal/g.°C C latón = 0.094 cal/g.°C

C aire = 0.24 cal/g.°C C mercurio = 0.033 cal/g.°C

C aluminio = 0.217 cal/g.°C C cobre = 0.092 cal/g.°C

C plomo = 0.03 cal/g.°C C plata = 0.056 cal/g.°C

Si conocemos la cantidad de calor, incluso podemos despejar para conocer la va-

recordemos que:

Por tanto:

Para aplicar la ecuación resolveremos un ejercicio.

Josué pretende calentar una olla de aluminio que tiene 800 g de masa y quiere saber qué cantidad de calor necesita añadirle. Si la temperatura de la olla es de 20°C y la calienta hasta 40°C, ¿cuánto calor necesita añadirle?

Calculamos la cantidad de calor a partir de la fórmula despejada:


75

Josué necesitara aplicar 3 360 calorías a 800 g de aluminio para alcanzar la tem-peratura de 40 °C.

Actividad de aprendizaje 12Individualmente resuelve en tu libreta los siguientes ejercicios.

1— Para calentar 600 g de agua, de 30°C a 85°C, Yoselin pretende saber qué cantidad de calor necesita aplicarle.

2— Pedro pretende calentar una barra de hierro, requiere que absorba 4 500 cal. Si la temperatura inicial de la barra es de 25°C, ¿hasta qué temperatura deberá calentar Pedro la barra de metal?

3— En el laboratorio escolar de Hunucmá, el maestro pide al 3o B que iden-

calienten 500 g de esa sustancia, de 28°C hasta 40°C, indicándoles que con ese cambio de temperatura la sustancia absorbe 3 300 calorías. ¿Puedes indicar qué sustancia se está calentando?

4— Durante una posada de navidad, se calientan 10 l de agua para hacer atole, la temperatura del ambiente es de 18°C. Si se le aplican 270 000 calorías a esa cantidad de agua, ¿a qué temperatura se pretende servir el atole?

Calor perdido y ganado por los cuerposEn Sisal, las mañanas son un poco frías por estar cerca de la costa. Marilyn todas las mañanas se baña con agua tibia para poder irse a la escuela. Pero ¿qué cantidad de agua necesita calentar y hasta qué temperatura? ¿Cuánta agua fría debe tener en la cubeta para que, al mezclarla con el agua caliente, la cubeta tenga 15 l a una temperatura aproximada de 38°C? Quizá nunca nos hemos tomado la molestia de medir las temperaturas del agua, tanto de la que calentamos como la que usamos para bañarnos, con sólo meter la mano decimos si está lista o no para bañarse. Pero en Física podemos calcular la masa o la temperatura de las sustancias cuan-do se ponen en contacto. Incluso cuando preparamos agua para el café, podemos

bien las temperaturas individuales de éstas; en cada caso la cantidad de masa es determinante.

Para explicar este fenómeno, podemos hacer mención de la ley de la con-

calor que absorbe un cuerpo es igual a la cantidad que pierde otro, hasta alcanzar el equilibrio térmico.

Es decir:

Matemáticamente podemos expresarlo de la siguiente forma:

Observemos que uno de ellos es negativo debido a que pierde calor, y el otro es positivo porque gana calor.

76

Si sustituimos por las ecuaciones completas tendremos:

Si los cuerpos alcanzan el equilibrio térmico, entonces la temperatura

Actividad de aprendizaje 13Investiga en internet en equipos de cuatro personas cómo funcionan algunos aparatos

-te expóngalas ante el grupo. La lista de temas son: refrigerador, plancha, motor de combustión interna (de automóvil), aire acondicionado, el motor de un cohete, horno de microondas.

Equilibrio térmico

Recordemos que el calor sólo puede transmitirse del cuerpo más caliente al más frío, es decir del de mayor temperatura al de menor temperatura. No olvidemos

tenga un cuerpo, mayor cantidad de calor requiere para cambiar su temperatura. -

cho más elevada la temperatura del agua caliente por tener poca cantidad, que la de la cubeta que tiene mayor cantidad de agua.

Para aplicar la expresión matemática resolveremos un ejercicio.

Rolando pretende preparar café, para ello pone a calentar 200 ml de agua en un recipiente, la temperatura que alcanza es de 90°. Si pretende preparar un litro de café y la temperatura del agua fría es de 28°C, ¿a qué temperatura quedará la mezcla?

a– Para resolver el ejercicio primero calcularemos la masa de agua en cada situación.

3, si cada ml corresponde a un cm3, entonces tendremos:

Figura 2.17 Calorímetro: instrumento que sirve para medir la cantidad de calor

cuerpo a otro.

77

Masa del agua caliente: 200 g.

Como se pretende preparar un litro, entonces deben colocarse 800 g de agua fría.

b–

Datos Fórmula Sustitución en fórmula

de 40.4°C.

Actividad de aprendizaje 14En binas, resuelve correctamente en tu libreta, los siguientes ejercicios de trans-ferencia de calor.

1— Mariela está cenando un caldo de pavo junto con su mamá, introduce su cuchara de aluminio a 25°C y con una masa de 150 g. Si el caldo está a 60°C y son 350 ml, ¿a qué temperatura quedan ambos al ponerse en

2— José Carlos está elaborando una espada de cobre que pesa 1.3 kg para una obra de teatro, para darle forma y pulirla tuvo que calentarla. Una vez ter-minada la forma, la introduce en una cubeta con 3 kg de agua que estaba a 18°C para enfriar la espada. Si la temperatura de equilibrio fue de 30°C, ¿a qué temperatura estaba la barra de cobre?

3— La mamá de Rudy prepara unos tamales en una olla de aluminio que pesa 2 kg. Si la olla se calienta a 50°C mientras va colocando los tamales adentro, ¿qué cantidad de agua debe añadir la mamá de Rudy a la olla para que la temperatura de ésta no baje a menos de 30°C? Una vez que el agua se vaya calentando, la mamá de Rudy le añadirá más agua.

4— En la nevera de la tienda de Carlos, observa la condensación de agua en la puerta. Se le ocurre medir la temperatura del vidrio que está a 15°C,

78

sabiendo que tiene una masa de 500 g; recoge toda el agua condensa-da en la puerta y obtiene 50 ml a 28 °C. ¿A qué temperatura estaba el vapor de agua?

Síntesis

Resuelve las siguientes actividades con base a lo que has aprendido durante esta sesión.

I. -menta tu respuesta.

Afirmación Valor Argumentación

La formación de un huracán se lleva a cabo por corrientes de convección.

En una sustancia su calor específico varía al cambiar la temperatura.

Durante la transferencia de calor, éste fluye del cuerpo más frío al más caliente.

En los líquidos y gases sólo se transmite el calor por radiación.

A la temperatura final alcanzada, cuando se ponen en contacto dos sustancias, también

se le llama temperatura de equilibrio.

Para transferir calor de la plancha a la tela, se usa la conducción de calor.

La cantidad de calor ganado o perdido por un cuerpo, depende de su cantidad de

masa.

Un vaso térmico transfiere fácilmente el calor por conducción.

Resuelve correctamente los siguientes ejercicios en tú libreta.

1— Durante el día, las láminas de aluminio de la casa de Jennifer absorben calor por radiación, alcanzando una temperatura de 60°C. Si en un día lluvioso cae 1 kg de agua a 15°C por cada 3 kg de la lámina, ¿a qué tem-peratura quedan en equilibrio térmico el agua y las láminas?

2— Un calentador de agua por contacto, tiene alambres de hierro que en total suman 2 500 g y se calientan hasta los 248°F; es de fabricación inglesa. Si deseo calentar 20 l de agua, ¿qué temperatura de equilibrio alcanzarán?

3— Al preparar café con leche se calientan 500 g de agua. Si se desea tener la mezcla a 40°C y de leche se tienen 250 g a 15 °C, ¿qué temperatura debe tener el agua?

79

Realimentación

-zar, si no lo has logrado, el nivel estratégico formal.


I. En este apartado incluiremos algunos reactivos parecidos a los utilizados en la prueba ENLACE con el fin de “activar” los saberes que has desarrollado en el pasado e integrar tus conocimientos.

1— Forma de propagación de calor ocasionada por el movimiento de una sustancia caliente. ( )

a) Radiación b) Conducción c) Convección d) Inducción

2— Fenómeno que sufre una puerta de metal al aumentar su área cuando se eleva la temperatura. ( )

d) Dilatación irregular

3— -

agua congelada. ( )

a) Celsius b) Fahrenheit c) Kelvin d) Rankin

4— de los cuerpos. ( )

a) Temperatura b) Volumen c) Peso d) Masa

5— La temperatura de equilibrio entre dos cuerpos, una barra de hierro y agua, es de 40°C. Si el agua tenía 60°C y la barra de hierro 20°C, ¿quién cede calor? ( )

a) El agua b) El hierro c) Ambos d) Ninguno, lo causa el ambiente

II. En grupos de tres personas y en tu libreta, realiza las siguientes actividades.

Proyecto: Selecciona tres alimentos que consumes comúnmente, revisa la infor-mación nutrimental que tienen en la parte posterior del empaque. Copia la canti-dad de energía que proporciona el producto y convierte ese valor a calorías y Ki-localorías. Consigue un termómetro y mide tu temperatura. Consume una porción del producto y a los 5 minutos vuelve a medir tu temperatura con el termómetro. ¿Varió tu temperatura? ¿Por qué?

1— Explica brevemente las diferencias entre calor y temperatura, basándo-te en la energía cinética que posee.

2— -cer los mecanismos de transferencia de calor.

3— Marco, el herrero, coloca una puerta en el cuarto frío de un super-mercado. La puerta de aluminio pesa 5 kg. La temperatura a la que la construye es de 30°C. Si la temperatura del cuarto frío es de 41°F,

81

determina:

a– La temperatura en °C del cuarto frío.

b–

c– La cantidad de calor perdido por la puerta.

Actividad experimental 1. Mecanismos de transferencia de calor y dilatación

Propósito: Observar la transferencia de calor que ocurre entre dos cuerpos y el tipo de dilatación que sufre al aumentar su temperatura.

Antecedentes:

¿Cómo puedo conocer los mecanismos de transferencia de calor?

¿Puedo observar la dilatación de los cuerpos en actividades cotidianas?

La transferencia espontánea de calor se da siempre de un objeto caliente a un objeto menos caliente. Si varios objetos cercanos entre sí tienen distintas tempe-raturas, entonces los que están calientes se enfrían y los que están fríos se calientan, hasta que todos tengan una misma temperatura. Este equilibrio entre las temperatu-ras se lleva a cabo de tres maneras: conducción, convección y radiación.

Conducción: Proceso por el cual se transmite calor a lo largo de un cuer-po mediante colisiones moleculares.

Convección: Proceso por el cual se transmite calor, debido al movimien-

Radiación: Proceso por el cual se transmite calor, debido a la emisión

por medio de las ondas electromagnéticas.

La dilatación es la propiedad que tienen los cuerpos de aumentar o disminuir sus dimensiones cuando aumenta o disminuye su temperatu-ra. Los sólidos, líquidos y gases se dilatan al aumentar su temperatura, con excepción del agua en el intervalo de 0ºC a 4ºC. Los tres tipos de dilatación son:

Lineal: Cambia la longitud de un cuerpo al variar su temperatura, este cambio es proporcional a su longitud inicial y al incremento de tempe-ratura.

Cúbica: Incrementa el volumen de un cuerpo al variar su temperatura.

Materiales

2 soportes universales

2 pinzas para soporte

1 mechero de Bunsen

82

1 parrilla para calentar o estufa

1 vaso de precipitado

Cronómetro

*50 cm de hilera

*Una barra de 40 cm de cobre (o tubo de cobre)

*Encendedor

*Pelota de ping-pong

*Un frasco de vidrio con tapa de rosca de metal

*Trozo de alambre

*Moneda


Procedimiento 1

1— soporte universal la barra de cobre, en el otro soporte amarra un hilo

2— Coloca el mechero a la misma distancia, entre los 2 pedazos de

de la barra.

3— Enciende el mechero y pon en marcha el cronómetro. Observa qué

4— y anótalo.

83

Figura 2.18 Montaje experimental.

Procedimiento 2

1—

2— Calienta la tapa de metal con el encendedor en la parrilla o en una toma de agua caliente por unos segundos y luego destápalo. Ver

Figura 2.19

Procedimiento 3

1—

2— Coloca agua en la olla o vaso de precipitado y ponla sobre la estufa para que se caliente hasta que hierva.

3— Introduce la pelota de ping-pong dentro de la olla con agua a tem-peratura de ebullición y observa lo que sucede. Figura 2.20.

84

Figura 2.20

Procedimiento 4

1— Forma un arillo con mango con el trozo de alambre, tratando que sea un poco más pequeño que la moneda que se va a usar. Figura 2.21

2— Intenta pasar la moneda por el arillo de alambre y observa qué sucede.

3— Ahora sujeta el arillo de su mango y caliéntalo con el encendedor por unos segundos.

4— Intenta de nuevo introducir la moneda dentro del arillo; observa lo que sucede.

Figura 2.21

Resultados

1— Registra en esta tabla los resultados que obtuviste durante el procedi-miento 1.

Material Tiempo

Parafina en el hilo

Parafina en la barra

85

2— Anota lo que observas en el procedimiento 2.



Resultados.

1— -chero al hilo.

2— la barra y a la suspendida del hilo?

3— ¿La velocidad de transferencia de calor fue igual en ambos casos? Argu-menta tu respuesta.

4—

5— ¿Qué mecanismo de transferencia de calor se utiliza en tu refrigerador?

6— ¿Se destapó con facilidad el frasco de vidrio cuando lo calentaste? ¿Qué tipo de dilatación sufre la tapa?

86

7— ¿Qué observaste cuando calentaste la pelota de ping-pong abollada? A qué le puedes atribuir ese fenómeno?

8— ¿Qué sucedió cuando intentaste introducir la moneda en el arillo sin calentar?

9— ¿Qué sucedió cuando intentaste introducir la moneda en el arillo calien-te? ¿Qué tipo de dilatación sufre el arillo de metal?

Conclusión.

Actividad experimental 2. Calor absorbido y cedido por los cuerpos

Propósito: un calorímetro de agua.

Antecedentes:

¿Puedo determinar el calor absorbido y cedido por un cuerpo?

Los cuerpos intercambian calor hasta alcanzar su equilibrio térmico. Esto

menor temperatura. Se puede expresar como:

Bajo condiciones ideales, el intercambio de calor debe evitar la pérdida -

bles.

Materiales

1 balanza granataria

1 anillo de hierro para soporte

1 soporte universal

1 mechero de Bunsen

Guantes de asbesto

87

1 vaso de precipitado de 500 ml

1 termómetro ( 10 a 120 °C)

*Recipiente de nieve seca (unicel); puede ser una nevera pequeña

*Agua


Procedimiento:

1— Pesa la muestra de sustancia (tro-zo de alambre de hierro, cobre, etc.).

2— considera ésta como la temperatu-ra del metal.

3— R -cipiente de unicel para introducir de manera justa el termómetro. ¡Estamos construyendo un calorí-metro!

4— Coloca el metal dentro del recipiente.

5— Calienta de 300 a 500 ml de agua hasta que ésta alcance los 70 °C.

6— Vacía el agua caliente al interior del recipiente de unicel y tapa inme-

7— Espera que se estabilice la temperatura del agua en el interior del reci-piente y registra esta temperatura.

Observaciones y operaciones.

1— Registra en esta tabla los resultados que obtuviste durante el procedi-miento.

Sustancia Temperatura inicial Temperatura final Calor específico

Agua

Sustancia

(Alambre de hierro, cobre, etc.)

2— el experimento:

Figura 2.22 Montaje experimental

88

Datos agua Datos del alambre

3—

4— ¿Cuánto calor recibe?

Resultados.

1— ¿Qué sustancia cede calor y por qué?

2— calor.

3— Si colocas un pedazo de metal (por ejemplo, una cuchara) en un vaso de agua a temperatura ambiente, ¿por qué se calienta? Argumenta tu respuesta.

89

4—

de Física II.

Conclusión.

91


Después de socializar los resultados de su aprendizaje, ubica tu nivel de desempe-ño en la adquisición de las competencias relacionadas con esta sesión con ayuda de tu facilitador tomando en consideración el cumplimiento de los criterios pre-sentados al inicio de cada sesión.

CriterioPre-formal

(1-2)

Inicial-receptivo

(3-4)

Resolutivo (Básico)

(5-6)

Autónomo

(7-8)

Estratégico

(9-10)

Identifico los conceptos de calor y temperatura a

partir de la energía cinética promedio que posee la

materia, y reconozco las escalas de temperatura

usadas para su medición.

No Identifico los conceptos de calor y temperatura a

partir de la energía cinética promedio que posee la

materia, y no reconozco las escalas de temperatura usadas para su medición.

Identifico vagamente los conceptos de

calor y temperatura a partir de la energía

cinética promedio que posee la materia, y no

reconozco las escalas de temperatura usadas para

su medición.

Identifico ciertas características en los conceptos de calor y

temperatura a partir de la energía cinética promedio

que posee la materia, y reconozco ciertas escalas de temperatura usadas para su

medición.

Identifico con certeza los conceptos de calor y

temperatura a partir de la energía cinética promedio

que posee la materia, y reconozco con certeza las

escalas de temperatura usadas para su medición.

Identifico y argumento los conceptos de calor y temperatura a partir de la energía cinética promedio que posee la

materia, y reconozco con fundamentos las escalas de temperatura usadas

para su medición.

Diferencio el concepto de calor y temperatura para comprender la relación

existente entre las escalas termométricas, interpretando

valores y resolviendo ejercicios.

No diferencio el concepto de calor y temperatura

para comprender la relación existente entre

las escalas termométricas, no interpreto valores ni

resuelvo ejercicios.

Diferencio vagamente el concepto de calor y temperatura para

comprender la relación existente entre las

escalas termométricas, interpretando

vagamente sus valores y no resolviendo

ejercicios.

Logro ciertas diferencias entre el concepto de calor y

temperatura para comprender la relación existente entre las escalas termométricas,

interpretando ciertos valores y resolviendo ciertos

ejercicios.

Diferencio con certeza el concepto de calor y temperatura para


escalas termométricas, interpretando con certeza

valores y resolviendo ejercicios.

Diferencio y argumento el concepto de calor y temperatura para


escalas termométricas, interpreto valores y

resuelvo ejercicios con fundamentos.

Relaciono la dilatación térmica con los cambios

de temperatura y las propiedades de los

cuerpos; utilizo los modelos matemáticos, sus unidades y establezco la equivalencia

entre ellos.

No relaciono la dilatación térmica con los cambios

de temperatura y las propiedades de los

cuerpos; no utilizo los modelos matemáticos, sus

unidades y no establezco la equivalencia entre ellos.

Relaciono vagamente la dilatación térmica

con los cambios de temperatura y

las propiedades de los cuerpos; utilizo

vagamente los modelos matemáticos, sus

unidades y establezco vagamente la

equivalencia entre ellos.

Relaciono algunas veces la dilatación térmica con los cambios de temperatura y las propiedades de los cuerpos; utilizo ciertos

modelos matemáticos, sus unidades y establezco cierta


Relaciono con certeza la dilatación térmica con los cambios de temperatura y las propiedades de los

cuerpos; utilizo con certeza los modelos matemáticos, sus unidades y establezco

con certeza la equivalencia entre ellos.

Relaciono y argumento la dilatación térmica con los cambios de temperatura

y las propiedades de los cuerpos; utilizo

con fundamentos los modelos matemáticos,

sus unidades y establezco con argumentos la


Valoro la importancia del calor y la temperatura, así como sus efectos sobre los cuerpos para comprender las condiciones físicas y

sociales del medio en que me desenvuelvo.

No valoro la importancia del calor y la temperatura ni sus efectos sobre los cuerpos; no comprendo las condiciones físicas y


Tengo cierta valoración en la importancia del calor y la temperatura

y sus efectos sobre los cuerpos, para

comprender ciertas condiciones físicas y sociales del medio en que me desenvuelvo.

Valoro vagamente la importancia del calor y la temperatura y sus efectos

sobre los cuerpos, para comprender vagamente las condiciones físicas y


Valoro con certeza la importancia del calor y la temperatura y sus efectos

sobre los cuerpos, para comprender las condiciones físicas y sociales del medio

en que me desenvuelvo.

Valoro y argumento la importancia del calor y la temperatura y sus efectos

sobre los cuerpos, para comprender las condiciones físicas y


Identifico los mecanismos de transmisión del calor

y reconozco que es proporcional a su variación de temperatura y a su masa, cuando fluye de un cuerpo

a otro.

No Identifico los mecanismos de transmisión

del calor ni reconozco que es proporcional a su

variación de temperatura y a su masa, cuando fluye de

un cuerpo a otro.

Reconozco vagamente los mecanismos de

transmisión del calor y que es proporcional

a su variación de temperatura y a su masa,

cuando fluye de un cuerpo a otro.

Identifico algunas veces los mecanismos de transmisión del calor pero no reconozco

que es proporcional a su variación de temperatura y a su masa, cuando fluye de un

cuerpo a otro.

Identifico con certeza los mecanismos de transmisión del calor y reconozco que es proporcional a su variación de temperatura y a su masa, cuando fluye de un cuerpo

a otro.

Identifico plenamente los mecanismos de

transmisión del calor argumentando que

es proporcional a su variación de temperatura y a su masa, cuando fluye

de un cuerpo a otro.

92

Utilizo la expresión matemática que establece

la igualdad entre el calor ganado y perdido,

diferenciando las formas de transmisión de calor

y estableciendo las equivalencias de sus unidades

en situaciones de la vida cotidiana.

No utilizo la expresión matemática que establece

la igualdad entre el calor ganado y perdido ni diferencio las formas de transmisión de calor; no puedo establecer las

equivalencias de sus unidades en situaciones de

la vida cotidiana.

Reconozco pero no utilizo la expresión

matemática que establece la igualdad entre el calor ganado y perdido, diferencio vagamente las formas

de transmisión de calor y no puedo establecer

las equivalencias de sus unidades en situaciones

de la vida cotidiana.

Utilizo en ciertas situaciones la expresión matemática que establece la igualdad entre el calor ganado y perdido, diferencio ciertas formas de transmisión de calor y

establezco las equivalencias de sus unidades en ciertas

situaciones de la vida cotidiana.

Utilizo con certeza la expresión matemática que establece la igualdad entre el calor ganado y perdido, diferencio ciertas formas de transmisión de calor y

establezco las equivalencias de sus unidades con certeza

en situaciones de la vida cotidiana.

Utilizo y argumento la expresión matemática

que establece la igualdad entre el calor ganado y perdido, diferencio las formas de transmisión de calor y establezco

las equivalencias de sus unidades con

fundamentos en situaciones de la vida

cotidiana.

Valoro el impacto de la ciencia y la tecnología

en el diseño de equipos y aparatos usados a diario y

que aprovechan la energía en forma de calor, para mejorar

mi calidad de vida.

No valoro el impacto de la ciencia y la tecnología en el diseño de equipos y aparatos usados a diario y que aprovechan la energía

en forma de calor, para mejorar mi calidad de vida.

Valoro el impacto de la ciencia y la tecnología vagamente en el diseño de equipos y aparatos usados a diario y que aprovechan la energía en forma de calor, para mejorar mi calidad de

vida.

Valoro el impacto de la ciencia y la tecnología en el diseño de ciertos equipos y aparatos usados a diario y

que aprovechan la energía en forma de calor, para mejorar

mi calidad de vida.

Valoro con certeza el impacto de la ciencia y la tecnología en el diseño de

equipos y aparatos usados a diario y que aprovechan la energía en forma de calor,

para mejorar mi calidad de vida.

Valoro y argumento el impacto de la ciencia y la tecnología en el diseño de equipos y aparatos usados a diario y que aprovechan la energía en forma de calor, para mejorar mi calidad de

vida.

9494994

Bloque III. Comprende las leyes de la electricidad

Unidad de competencia:

Explica las leyes de la electricidad y valora la importancia que tiene en nuestros días.





de fenómenos.




-tos.

8.1 Propone manera de solucionar un problema y desarrolla un proyecto en equipo,










-lución de problemas cotidianos.





98

Dinamización

A lo largo de la historia, el hombre siempre ha desarrollado instrumentos y apa-ratos que le faciliten el trabajo, le proporcionen diversión y también comodidad. Muchos de ellos pueden funcionar gracias al uso de algún tipo de energía como, por ejemplo, el refrigerador, el taladro, la televisión, las lámparas, la computadora y las consolas de videojuegos.

distribuye la energía que les permite funcionar y de qué manera se almacena esta energía?

Seguramente ya estás pensando de qué tipo de energía estamos hablan-do, así es, la electricidad. Es tan importante su utilización en nuestros días, que para no poder dejar nuestros quehaceres laborales y recreativos, se han inventado aparatos portátiles que permiten generarla y almacenarla para poder seguir con nuestras actividades.

Figura 3.1 Aparatos que utilizamos en nuestra vida cotidiana y que utilizan la electricidad para su funcionamiento.

A continuación te proponemos el reto de medir tus conocimientos previos sobre este bloque, poniéndote en contexto y activando tus saberes.


posees.

1— ¿Qué es la electricidad?

2— ¿Cuáles son las formas de generación de electricidad que conoces?

99

3— La carga eléctrica del electrón es:

4— Redacta dos ejemplos en los que se demuestre la relación que existe entre hidráulica y electricidad.

5— Escribe dos ejemplos en los que se demuestre la relación que existe entre calor y electricidad.

6— ¿En qué fenómenos biológicos de nuestro cuerpo se aplica la electricidad?

7— Describe con tus propias palabras qué es un circuito eléctrico.

Contextualización

-nera que te presentaremos los conceptos, leyes, principios y aplicaciones que son inherentes a esta rama de la Física.

Al estar viendo la televisión, jugar en las máquinas de videojuegos, utili-zar tu reproductor MP3 o cargar la pila de tu celular, estás utilizando electricidad, la cual inevitablemente es de uso cotidiano en la vida del ser humano y en el de-sarrollo de tecnologías.

La electricidad juega un papel muy importante en el hogar, en clínicas, hospitales y empresas, ya que sin la presencia de ésta no sería posible llevar a cabo ciertas actividades como: planchar la ropa, iluminar de espacios, refrigerar los ali-mentos, conservar las vacunas, producir plásticos ni fabricar chips para computadoras u otros aparatos.

Figura 3.2 Uso de aparatos eléctricos.

100

Ahora, imagina lo siguiente:

¿De qué manera te afecta no tener electricidad en tu casa?

¿Qué pasaría en un hospital si no contara con generadores de emergencia?

tendrás a lo largo del desarrollo de este bloque y, con los conocimientos previos que posees y la ayuda del docente facilitador, estamos seguros que realizarás con éxito todas las actividades que se te proponen en esta guía y las que te proporcione tu profesor.

Actividad de aprendizaje 2 Investiga y contesta las siguientes preguntas.

1— ¿Cuál es la fuente de producción de energía eléctrica en tu comunidad?

2— -nidad?

3— ¿Qué voltaje utiliza la bomba de abastecimiento de agua para tu comu-nidad?

Problematización

Los compañeros de tu escuela realizan una revista de interés general para que circule en el plantel, y piden tu colaboración para escribir un artículo con los si-guientes temas de abordaje:

¿Qué es la electricidad?

¿Cómo fue su desarrollo a lo largo de la historia?

¿Cuáles han sido los inventos y descubrimientos más importantes rela-cionados con la electricidad?

¿Cómo ha impactado la electricidad en nuestra vida cotidiana?

Como no recuerdas a los personajes y las aportaciones que realizaron, te ves obligado a indagar sobre este tema para desarrollar tu escrito. Por fortuna, tu mejor amigo tiene una lista de nombres que le proporcionó un compañero del área de físico-matemáticas.

101

Sesión A: Desarrollo histórico de la electricidadDesarrollo de saberes

Del saber:

Reconozco los procesos históricos de la electricidad y la impor-tancia que ésta tiene en el desarrollo de la electrostática y la electrodinámica en la vida cotidiana.

Del saber hacer:

Utilizo los antecedentes históricos de la electricidad para realizar una presentación cronológica de su desarrollo.

Del saber ser:

Valoro la importancia y el impacto de la electricidad en el diseño de equipos y aparatos eléctricos utilizados en la vida diaria.


Actividad de aprendizaje 3 En el siguiente cuadro escribe las aportaciones que realizaron a la electricidad cada uno de los personajes siguientes.

Personaje Invento o aportación a la electricidad

Benjamín Franklin

Otto de Güericke

Charles Coulomb

102

Alessandro Volta

Georg Ohm

Michael Faraday

Historia de la electricidadDesde la aparición del hombre, éste se ha preocupado por tratar de entender los fenómenos de la naturaleza y, en algunos casos, reproducirlos.

El estudio de la electricidad comenzó tras observar que diferentes obje-tos ligeros eran atraídos al acercar un trozo de un material fósil llamado ámbar. La gente se preguntaba qué clase de “magia” o “poder sobrenatural” era lo que hacía que ocurriera ese fenómeno.

Se puede considerar que los griegos fueron los primeros en experimentar

de un animal.

Al transcurrir el tiempo, surgieron diferentes personajes que dedicaron su vida a estudiar y desarrollar los conceptos y propiedades de la electricidad. En-tre ellos podemos mencionar a Benjamín Franklin, quien es considerado el padre de la electricidad por muchos autores, al inventar el pararrayos. Existen muchos otros personajes que hicieron sus aportaciones a la electricidad y, con ello, contri-buciones a la sociedad moderna.

En la actualidad somos testigos de los avances que se han desarrollado en materia de electricidad y electrónica, por ejemplo: el teléfono celular, las cá-maras digitales, las consolas de videojuegos, la televisión y muchos más que han utilizado los avances para fabricarlos más pequeños, fáciles de utilizar e incluso integrar más funciones.

No debemos olvidar el esfuerzo que en materia de ahorro de energía que están realizando los fabricantes de aparatos eléctricos y los gobiernos del mundo, a

103

en todos los ámbitos del medio que nos rodea. En nuestro estado hemos vivido las experiencias de no contar con electricidad por varios días, cuando han azotado al territorio huracanes de gran fuerza, que han dañado las estructuras y las líneas de suministro de energía.

Figura 3.3 Benjamín Franklin (1706-1790),

-teamericano, considerado padre de la electricidad por sus aportaciones a la

misma.

Figura 3.4 El pararrayos, invento de Benjamín

Franklin que permite que el rayo se descargue hacia

la corteza terrestre sin ocasionar daños a la es-tructura que lo sostiene.

Figura 3.5 Daños de un huracán a las líneas de

conducción de electrici-dad.

Actividad de aprendizaje 41—

Electricidad:

Electrostática:

Electrodinámica:

2— En equipos de trabajo de cinco compañeros, realiza en un papel bond una línea del tiempo presentando los antecedentes históricos de la electricidad, desde sus inicios hasta el siglo XX.

Síntesis

1— Investiga con personas que hayan vivido el paso del huracán Isidoro en 2002 por nuestro estado, respecto a las situaciones que tuvieron que en-frentar debido a la falta de electricidad y la importancia que le dieron al no contar con ella por varios días.

“Electricidad” pro-viene de la palabra griega elektron, que

-ne como la manifesta-ción de la energía.

104

2— Escribe en tu libreta el impacto que tiene la electricidad en el mejora-miento o deterioro del medio ambiente, proporcionando un ejemplo de cada caso.

al vez en alguna ocasión al abrazar a un amigo o familiar, habrás sentido que te “da toque” esta persona, sientes

sucede esto? ¿Cuáles son las causas que dan origen a este fenómeno? Asimismo, cuando nos acercamos a la panta-lla de nuestro televisor con el brazo o la cabeza senti-mos cómo nuestros vellos o cabellos se acercan hacia ella atraídos por una fuerza que no podemos observar, pero

cómo el polvo se va pegando a la pantalla del televisor o a ciertos objetos hechos de plástico; todo esto se debe a una propiedad que tienen los cuerpos de electrizarse o, dicho de otra manera, de cargarse eléctricamente. Esta propiedad la pueden obtener los cuerpos de maneras dife-rentes como veremos a continuación.

Uno de tus hermanitos al estarse peinando para -

dacito de papel, éste se mueve y se acerca hacia el peine. Enseguida, asombrado por la experiencia, te pregunta lo siguiente: ¿Por qué se acerca el papel hacia el peine? ¿Cómo calculas la fuerza con la que se atraen?

Contesta con tus propias palabras las preguntas anteriores.

Figura 3.8 Figura 3.9

Figura. 3.6

Figura. 3.7

105

Sesión B: ElectrostáticaDesarrollo de saberes

Del saber:

-cias que existen entre ellos.

Del saber hacer:

Empleo los conceptos de electrostática para comprender el comportamiento de las cargas eléctricas de acuerdo a la ley de Coulomb.

Utilizo modelos matemáticos para determinar las fuerzas de atracción o repulsión de las cargas, campo eléctrico y potencial eléctrico.

Del saber ser:

Aprecio la importancia de los diferentes modelos matemáticos para estudiar las cargas eléctricas de acuerdo a la ley de Coulomb.

Electrostática

La electrostática es la rama de la electricidad encargada de estudiar las

compuestos por materia, la cual a su vez está conformada por pequeñas par-tículas que no son visibles a simple vista, llamadas átomos. Los átomos tie-nen electrones que contienen carga eléctrica negativa, protones que poseen carga eléctrica positiva y por los neutrones que no tienen carga eléctrica.

carga eléctrica es una propiedad que poseen los electrones y los protones. Para representar las cargas positivas utilizamos el signo positivo (+) y para las cargas negativas el signo menos (-).

La carga eléctrica se puede transmitir de una partícula a otra o de un cuerpo a otro; a este proceso le lla-mamos “electrizar un cuerpo” y consis-te en que las partículas o cuerpos ga-nan o pierden electrones al interactuar entre ellos mismos. Existen tres formas de electrizar un cuerpo, te las presen-tamos a continuación.

Figura 3.10 Partículas que conforman el átomo.

106

Formas de electrizar un

cuerpo

Frotamiento: se presenta cuando dos cuerpos se frotan entre sí o por la

fricción que existe entre ellos.

Contacto: consiste en simplemente tocar los dos

cuerpos entre sí.

Inducción: ocurre cuando un cuerpo excedido en

carga eléctrica se acerca a otro sin tener que

presentar contacto directo entre ellos.

Figura 3.11 Formas de electrizar un cuerpo: contacto, inducción y frotamiento.

La unidad que se utiliza para medir las cargas eléctricas en el Sistema

que posee en exceso un cuerpo con respecto a lo que posee en su estado neutro. La equivalencia en electrones es la siguiente:

.

De acuerdo con esto podemos proporcionar las cargas eléctricas del elec-trón y el protón en Coulombs. El protón (+e) tiene una carga de 1.6 × 10-19 y el

-19.

Existen materiales en nuestro entorno que al estar formados por átomos contienen protones y electrones, a pesar de esta característica común entre ellos, no presentan la misma propiedad de poder conducir la electricidad. Así podemos

Clasificación de los materiales

Materiales conductores: son los que se pueden electrizar en toda su superficie, al estar libres los

electrones para moverse en todo el material.

Materiales aislantes o dieléctrico: son los materiales que se electrizan

en los puntos donde son tocados por un cuerpo cargado o en la parte

donde son frotados, y se debe a que en ellos la movilidad de los

electrones es nula.

Materiales semiconductores: son materiales que presentan

las propiedades intermedias de los conductores y los aislantes y se utilizan en la fabricación de implementos de electrónica.

“Hacer tierra”

un objeto cargado eléctricamente, con-siste en establecer contacto del objeto electrizado con un objeto que se en-cuentre en contacto con el suelo.

107

Actividad de aprendizaje 5Completa la siguiente tabla colocando en los espacios correspondientes ejemplos de cada tipo de material.

Material conductor Material aislante o dieléctrico Material semiconductor

Actividad de aprendizaje 6Contesta los siguientes enunciados:

1— Escribe la ley de la conservación de la carga.

2— Describe el funcionamiento de un pararrayos.

3— Describe cómo funciona y para qué sirve un electroscopio.

4— Describe en qué consiste la jaula de Faraday.

Ley de Coulomb En el año de 1785, Charles Coulomb estableció, gracias a sus experimentos sobre cargas eléctricas, la ley fundamental de la fuerza eléctrica entre dos partículas

entre dos cargas puntuales q1 y q2, es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia r que las separa”. Matemáticamente se expresa de la siguiente manera:

108

En donde:

Cantidad con prefijo Cantidad en notación exponencial Cantidad con símbolo

1 milicoulomb

1 microcoulomb

1 nanocoulomb

Cabe mencionar que la expresión de esta ley sólo es válida cuando las cargas se encuentran en el vacío. Si las cargas se encuentran en un medio o sustan-cia aislante, la fuerza sufre una disminución, la cual variará de acuerdo al medio de que se trate.

La relación que existe entre la fuerza eléctrica de dos cargas situadas en el vacío y en otro medio o sustancia aislante, se conoce como permitividad relativa

como:

Donde:

v

Material Permitividad relativa* Material Permitividad relativa*

Aire 1.00059 PVC 3.2

Baquelita 4.9 PTFE (teflón) 2.1

109

Mica 5.4 Papel 3

Neopreno 6.9 Vidrio 6

Policarbono 3.0 Agua (20°C) 81

Permitividad del vacío:

Problema resueltoDos esferas metálicas conductoras idénticas están situadas con sus centros ale-

carga de y a la otra una carga de . Encuentra la fuerza electrostática que ejerce una esfera sobre la otra.

Figura 3.12

Datos Fórmula Despeje y sustitución en fórmula Resultado

El signo menos indica que la fuerza electrostática es

de atracción.


1— Al acercar tu brazo a la pantalla del televisor, sentiste cómo tus vellitos se levantaron y se dirigieron hacia ella. Suponiendo que la carga eléc-trica de ellos es de 4 nanocoulombs y la pantalla del televisor tiene 6 nanocoulombs, encuentra la fuerza electrostática con la que se atraen hacia la pantalla, si estás separando tu brazo de ella 5 cm.

2— Encuentra la distancia en centímetros a la que se encuentra un pedacito de papel que tiene una carga eléctrica de 5×10-6C y un peine recién uti-lizado con carga eléctrica de 7×10-6C, si ambos se atraen con una fuerza

-3.

3— Una carga q1 μC se encuentra a una distancia de 25 cm de otra car-ga q2 μC

110

Encuentra la fuerza eléctrica resultante y su sentido sobre una carga q3 μC situada en medio de ellas. De igual manera encuentra la fuerza electrostática si las cargas estuvieran sumergidas en aceite.

Figura 3.13

Campo eléctrico e intensidad de campo eléctricoComo ya hemos visto anteriormente, las cargas eléctricas poseen diferentes tipos de carga, esto permite que al interactuar entre ellas se presenten las siguientes situaciones: las cargas de diferentes signo se atraen y las cargas de igual signo se

la región situada alrededor de las cargas. Este campo eléctrico no se puede ver, pero la fuerza que ejerce sobre objetos cargados permite detectar su presencia y medir su intensidad.

-

ejemplos de esta representación.

Figura 3.14 Campo eléctrico de la carga positiva.

Figura 3.16 Campo eléctrico de dos cargas positivas, se observa la repulsión entre

ambas.

Figura 3.15 Campo eléctrico de la carga negativa.

Figura 3.17 Campo eléctrico de dos cargas diferentes, se observa la atracción entre

ellas.

111

Para calcular la intensidad del campo eléctrico producido por una carga eléctrica, se emplea una carga positiva llamada carga de prueba. Ésta es colocada en un punto de la región a investigar, si la carga de prueba recibe una fuerza de origen eléctrico, se dice que en ese punto existe un campo eléctrico, cuya in-tensidad es igual al cociente entre la fuerza y el valor de dicha carga de prueba. Matemáticamente se expresa de la siguiente manera:

Donde:

Ahora bien, si deseamos calcular el campo eléctrico a una determinada distancia del centro de una carga eléctrica utilizamos la siguiente expresión ma-temática.

Donde:

Figura 3.18 En esta imagen se observa la intensidad del campo eléctrico producido por la carga q a una distancia r del centro de dicha carga.

Cuando tenemos varias cargas eléctricas alrededor de un punto y se de-sea conocer la intensidad del campo eléctrico en dicho punto, la resultante será la suma vectorial de cada uno de los campos eléctricos producidos individualmente

112

Figura 3.19

Problema resuelto1— Una carga de prueba de 4μC recibe una fuerza horizontal hacia la dere-

cha de 3×10-4. Encuentra la intensidad del campo eléctrico en el punto donde se encuentra colocada la carga.


2— Encuentra la intensidad del campo eléctrico en un punto situado a una distancia de 20 cm de una pantalla de televisor, que tiene una carga eléctrica de 3.4nC.


113

Actividad de aprendizaje 81— Un avión vuela a través de una gran nube a una altura de 3 000 m. Si hay

una concentración de carga de 50 C a una altura de 4000 m dentro de la nube y 60 C a una altura de 2 000 m, encuentra el campo eléctrico en el exterior de la nave y dentro de la misma.

2— Encuentra la intensidad del campo eléctrico en un punto situado a 5 cm de distancia de un enchufe de corriente, que tiene una concentración de carga igual a 15 microcoulombs.

3— Encuentra la intensidad del campo eléctrico en un punto A situado en medio de dos cargas puntuales q1 μC y q2 μC , ambas separadas por una distancia de 15 cm. De igual manera encuentra la fuerza que actua-ría sobre una carga de 2μC, si ésta se colocara en ese mismo punto A.

Síntesis

1— Investiga y escribe en tu libreta los ejemplos de cuatro animales que utilicen la electricidad como medio de supervivencia.

2— Investiga y escribe en tu libreta sobre el funcionamiento del generador Van de Graaf.

Contextualización

A lo largo de nuestra vida nos hemos enfrentado a diferentes situaciones relacio-

USB a la computadora cómo parpadea una luz que nos indica que está accediendo a tus archivos guardados en ella; de igual forma tus padres te han advertido que no toques el refrigerador con los pies mojados o sin zapatos, para que no recibas una descarga eléctrica o, como decimos comúnmente, que nos dé “toque”.

La electricidad nos ha proporcionado comodidades y facilidades para po-der utilizarla, cuando se descarga tu teléfono celular, lo que haces es conectarlo a un enchufe o a una computadora por medio de un cable conector USB, para poder utilizarlo de nuevo. Al realizar esto, la energía eléctrica se almacena en el teléfo-no para que pueda seguir funcionando. De igual forma, se han desarrollado apara-tos que permiten almacenar la energía eléctrica por breves lapsos de tiempo para poder seguir trabajando, como en el caso de los no breaks (reguladores), utilizados en la computadora para no perder nuestros archivos.

Seguramente has visto las tabletas de circuitos eléctricos que son utili-zados en diferentes aparatos electrónicos como televisores, celulares y compu-tadoras. Estos circuitos se encargan de regular las funciones de los componentes electrónicos y del paso de la electricidad en ellos. En esta sesión nos enfocaremos a estudiar la parte de la electricidad llamada electrodinámica, que se encarga del estudio del movimiento de las cargas eléctricas.

Problematización

Seguramente has escuchado alguna vez en tu casa las exclamaciones de tus padres el día que llega el recibo de corriente eléctrica que se consume en tu hogar, por los elevados consumos de la misma y por la cantidad de dinero que se destinará para pagar la deuda. En muchas ocasiones te llaman la atención por tener encendido

114

demasiado tiempo el televisor o la computadora y piensan que estás utilizando de

que tus padres no saben cómo interpretar la información que tiene el recibo con respecto al consumo de corriente. ¿Cómo calcularías el consumo de corriente de los aparatos eléctricos de tu hogar para orientar a tus padres? ¿De qué manera podrías calcular el pago que se realiza por el consumo de corriente? ¿Qué aspectos tendrías que considerar para saber si el consumo es correcto?

Contesta con tus propias palabras a las cuestiones anteriores

Figura 3.21

Figura 3.20

Sesión C: ElectrodinámicaDesarrollo de saberes

Del saber:

-locadas en: serie, paralelo y mixto.

Del saber hacer:

Diferencio entre corriente directa y alterna.

carga o corriente dentro de un conductor.

Establezco la relación entre la corriente que circula por un conductor y la diferencia de potencial que está sometido y utiliza modelos matemáticos para expresarla (ley de Ohm).

115

Expreso las unidades de potencia eléctrica en su vida cotidiana.

Diferencio las características de los circuitos con resistencia en serie, paralelo y mixto.

Del saber ser:

su alrededor.

Aprecio la importancia de utilizar modelos matemáticos en la resolución de problemas que impliquen determinar resistencia, corriente y voltaje en diferentes circuitos eléctricos: serie, pa-ralelo y mixto.


La electrodinámicaEn la sesión anterior estudiaste la naturaleza de las cargas eléctricas, ahora te enfocarás en la manera en que se distribuyen hacia los aparatos eléctricos que utilizas en tu hogar. Como ya hemos mencionado, la electrodinámica es la parte de la electricidad que estudia las cargas eléctricas en movimiento.

-miento de las cargas negativas a través de un conductor, originada por el

-cia de una diferencia de potencial que permite que los electrones circulen

en los metales, los líquidos llamados electrolitos y en los gases.

Existen dos tipos de corriente eléctrica: la continua (CC) que obtenemos de pilas, baterías y utilizamos en relojes, lámparas de mano, dispositivos de audio como MP3, teléfonos celulares o el control del televisor. El otro tipo es la corriente alterna (CA) y es la que utilizamos en nuestros aparatos electrodomésticos y se obtiene a partir de plantas generadoras de corriente eléctrica.

116

La intensidad de la corriente eléctrica es la cantidad de carga eléctrica que pasa por cada sección de un conductor en un segundo. Expresado matemáti-camente tenemos:

Donde:

La intensidad de la corriente eléctrica tiene por unidad en el SI al Ampe-re (A) y se utilizan mucho en la práctica unidades muy pequeñas de ella, como el

-3A y el microampere (μA -6A.

Figura 3.23 El Amperímetro es un instrumento que nos permite medir la intensidad de la corriente eléctrica; es de gran ayuda, ya que la electricidad no se puede ver, solamente se puede detectar y

Problema resueltoPor el cable del cargador de tu celular circula una carga de 8 milicoulombs en 0.04 s. Encuentra la intensidad de la corriente eléctrica que circula a través del cable conductor.


117

Resistencia eléctricaComo viste anteriormente en la sesión B, existen materiales que son buenos con-ductores de la electricidad y otros que no lo son, debido a que éstos obstruyen más

resistencia al circular por el material. A continuación te presentamos un esquema

Resistencia eléctrica: es la oposición que presenta un conductor al

pasar corriente o flujo de

electrones por él.

La naturaleza del conductor: la plata

tiene menor resistencia que el

hierro para que circule la corriente.

Longitud del conductor: a mayor

longitud mayor resistencia.

Sección o área transversal: a mayor

área menor resitencia.

La temperatura: En los metales su

resistencia aumenta proporcionalmente a

su temperatura.

La unidad de la resistencia eléctrica en el SI es el Ohm ( ). Si deseamos conocer la resistencia de un alambre conductor a una determinada temperatura (0ºC), utilizamos la siguiente fórmula:

Donde:

Para calcular la resistencia de un conductor a cierta temperatura t, si conocemos su resistencia a una temperatura de 0ºC, utilizamos la siguiente ex-presión:

118

Donde:

Metales Aleaciones Aislantes

Plata 1.47 × 10-8 Magnanina 44 × 10-8 Ámbar 5 × 10-14

Cobre 1.72 × 10-8 Constantán 49 × 10-8 Vidrio 1010 -14

Oro 2.44 × 10-8 Nikelcromio 100 × 10-8 Lucita > × 1013

Aluminio 2.75 × 10-8 Semiconductores Mica 10-11 -15

Tugsteno 5.25 × 10-8 Grafito 3.5 × 10-5 Cuarzo (fundido) 75 × 1018

Acero 20 × 10-8 Germanio 0.60 Azufre 1015

Plomo 22 × 10-8 Silicio (puro) 2300 Teflón > × 1013

Mercurio 95 × 10-8 Madera 108 11

Cfr: Sears, Zemansky, Young y Freedman (1999): Física universitaria vol. 2. México. Addison Wesley Longman.

Material Coeficiente a 20°C (1/K) Material Coeficiente a 20°C (1/K)

Plata 3.8 × 10-3 Acero 5.0 × 10-3

Cobre 3.9 × 10-3 Mercurio 0.9 × 10-3

Aluminio 3.9 × 10-3 Carbón -3

Tugsteno 4.5 × 10-3 Germanio -2

Problema resuelto1— Determina la resistencia eléctrica de una línea conductora fabricada

con alambre de aluminio, la cual será tendida a lo largo de 12 km, cuya sección transversal tiene un área de 3.14 cm2. Hay que considerar que la temperatura promedio del poblado en invierno es 0°C y se desea co-nocer la resistencia en ese periodo.

119


Con el resultado del problema anterior, encuentra la resistencia del mis-mo conductor si se instala en un lugar cuya temperatura la mayor parte del día es de 45ºC a la intemperie.


Ley de OhmLa siguiente ley que estudiaremos es de gran importancia cuando se elaboran cir-cuitos eléctricos. Seguramente habrás notado que toda la corriente que circula en tu casa es controlada por un switch o centro de carga que contiene dos o tres implementos que de seguro conoces, sobre todo cuando deja de haber corriente en tu casa: los fusibles. Estos implementos se basan en esta ley para poder con-trolar las altas y bajas de la diferencia de potencial o voltaje y así poder proteger tus aparatos eléctricos por una sobrecarga o corto circuito, ya que de presentarse estas situaciones, el alambre o lámina que está dentro de los fusibles, se rompe para que deje circular corriente a tu casa. Esta es una aplicación de la ley de Ohm por medio de la resistencia.

Figura 3.24 Los fusibles son ejemplo de la aplicación de la ley de Ohm para poder proteger los apara-tos eléctricos que utilizamos, de las sobrecargas de voltaje.

120

El físico y profesor alemán George Simon Ohm, al realizar sus experimen-

que al aumentar la diferencia de potencial en un circuito, mayor es la intensidad de la corriente eléctrica; también observó que al incrementar la resistencia del conduc-tor disminuye la intensidad de la corriente eléctrica. Gracias a estos resultados, en 1827 enunció la siguiente ley: “la intensidad de la corriente eléctrica que pasa por un conductor en un circuito es directamente proporcional a la diferencia de potencial aplicado a sus extremos e inversamente proporcional a la resistencia del conductor”.

Matemáticamente se expresa:

Donde:

Problemas resueltosEncuentra la intensidad de la corriente de un aparato eléctrico conectado a un enchufe de tu casa, la cual tiene una línea de 115 V.


Las series de focos de navidad para protegerse utilizan fusibles que vie-

resistencia de una serie de foquitos por la cual circula una corriente de 3 A y se conecta a una línea de 125 V.


Ampere, Ohm, Voltio, Coulomb, Farad y otras unidades y términos de la elec-tricidad, provienen de los apellidos de

realizaron descubri-mientos y aportacio-nes a esta rama de la Física, con ello se les inmortalizó gracias a sus aportaciones a la electricidad.

Figu

121

Actividad de aprendizaje 9Realiza en tu libreta lo siguiente.

1— -cente.

2— -descente, cuya longitud es de 2.5 cm y el área de su sección transversal

es de 0.00080 mm2.

3— Completa la siguiente tabla con los valores que se te piden calcular de los siguientes aparatos electrodomésticos y electrónicos que utilizas en tu casa, suponiendo que el voltaje promedio que se le provee es de 110 V.

Aparato eléctrico Resistencia Intensidad de corriente

Horno de microondas 10 A

Licuadora 32.35

Plancha 10.90 A

Televisor 152.77

Foco de 60W 0.54 A

DVD 1000

Circuitos eléctricosEn alguna ocasión habrás visto un dibujo o diagrama que tienen los aparatos eléc-tricos, pegados a sus espaldas, como el refrigerador y el televisor. Esas etiquetas

-das las piezas que hacen posible que funcionen correctamente dichos aparatos. Igualmente, en alguna ocasión habrás observado dentro de un aparato electrónico una placa que tiene conectada varias piezas pequeñas unidas por líneas de color negro, como en el caso de las tarjetas madre de las computadoras. Pues bien, los ejemplos anteriores nos proporcionan una idea de lo que es un circuito eléctrico.

través de un conductor en una trayectoria completa debido a una diferencia

elementos: voltaje, intensidad de corriente y resistencia. Se dice que un cir-cuito está cerrado cuando la corriente eléctrica circula por todo el sistema, y abierto cuando no circula por él. Si deseamos cerrar o abrir un circuito, utilizamos un interruptor.

Como ejemplo consideremos el foco de tu cuarto, cuando está encendido el circuito está cerrado y cuando se apaga el circuito está abierto, el interruptor viene siendo el apagador, la resistencia el foco.

Figura 3.25

El sistema eléctrico que hay instalado en tu casa constituye un circuito eléctrico.

122

Figura 3.26 Ejemplos de circuitos eléctricos.

Los circuitos eléctricos pueden estar conectados en serie, en paralelo y mixtos que son la combinación de los dos primeros.

Los circuitos eléctricos en serie tienen las siguientes características: los elementos se conectan uno después del otro, así la corriente tiene una misma tra-yectoria; el circuito se interrumpe si se abre en cualquier punto, esto se aprovecha para proteger y controlar sistemas eléctricos; los fusibles y centros de carga se co-nectan en serie. En este tipo de circuito existe la misma cantidad de corriente en todos los elementos del circuito, el voltaje se distribuye entre todos sus elemen-tos, la suma de la caída de voltaje de cada elemento es igual al voltaje aplicado (ley de Kirchhoff).

A continuación te presentamos un circuito en serie con sus elementos simbolizados.

Figura 3.27 Circuito eléctrico con tres resistencias conectadas en serie.

Al conectar en un circuito dos o más resistencias en serie, podemos calcular la resistencia equivalente de la combinación de ellas, utilizando la siguiente expre-sión matemática:

Donde:

123

El voltaje total del circuito se calcula con la suma de las caídas de vol-taje que hay en cada resistencia, como la corriente es igual en cada una de ellas, calculamos cada voltaje con la ley de Ohm, así tenemos que:

Actividad de aprendizaje 10-

te y la caída de voltaje en cada resistencia.


Los circuitos eléctricos en paralelo o también llamados circuitos de , presentan las siguientes características: los elementos

se conectan entre dos alambres conductores que conducen hacia la fuente de vol-taje; la corriente se divide entre los elementos conectados al circuito; el voltaje permanece con la misma cantidad en todos los elementos del circuito; si el valor de la resistencia es pequeño, la intensidad de la corriente será grande.

A los alambres conductores y elementos del circuito se les llama ramales, mientras más ramales haya en el circuito, más trayectorias habrá apara la corrien-te, por lo que disminuye la resistencia total. Gracias a esto se presenta la siguiente propiedad: la resistencia total de un circuito, siempre tendrá menor valor que la del ramal con la resistencia de menor valor.

Un ejemplo en donde podemos encontrar la utilización de este tipo de circuito es en la instalación eléctrica de nuestras casas, ya que gracias a sus ca-racterísticas podemos conectar los aparatos eléctricos a los enchufes para que

un ejemplo de un diagrama de circuito en paralelo.

124

Figura 3.28 Circuito eléctrico con tres resistencias conectadas en paralelo.

Para calcular la resistencia total del circuito utilizamos la siguiente ex-presión matemática:

Como la intensidad de la corriente se divide en cada resistencia. Para calcular la intensidad de la corriente en cada una de ellas, nos ayudamos de la ley de Ohm, con esto podemos encontrar la intensidad de la corriente en todo el circuito, con la siguiente fórmula:

Problema resueltoEncuentra la resistencia total y la intensidad de corriente del circuito eléctrico de


125

Los son aquellos en los que se conectan las resistencias agrupadas tanto en serie como en paralelo. La forma de resolver este tipo de cir-cuitos es calcular las resistencias equivalentes parte por parte de cada conexión,

hasta encontrar la resistencia equivalente de todo el sistema eléctrico. Por lo ge-neral se empieza a resolver en la parte contraria a la entrada de voltaje al circuito

cómo se resuelve.

Problema resueltoEn el siguiente circuito de conexiones mixtas de resistencias, calcula la resistencia total o equivalente del circuito y la intensidad de la corriente total que circula por el mismo.

Figura 3.29


126


1— Una serie de focos de navidad está conformada por 10 de ellos, cada uno con una resistencia de 15

d es y se conectan a un tomacorriente de

tu casa que provee un voltaje de 115 V. Encuentra la resistencia equi-valente, la intensidad de la corriente que pasa por cada resistencia y el voltaje que habrá en cada foco.

2— En tu habitación se encuentran conectados en diferentes tomacorrien-tes el televisor, el DVD, la plancha y un foco de 60 W. Representa el cir-cuito eléctrico y utiliza los valores de las resistencias que encontraste en el ejercicio 3 de la actividad de aprendizaje 9, para calcular la resistencia total del circuito y la intensidad de la corriente que circula por el mismo, considerando que el voltaje en tu habitación es de 110 V.

3— Para los siguientes circuitos eléctricos que se te presentan en las siguien-

corriente que circula por el mismo.

a)

b)

c)

127

Potencia eléctrica y el efecto JouleEn esta parte de la sesión nos enfocaremos a estudiar la potencia eléctrica, que es parte importante para que sepas cómo podemos calcular la energía eléctrica que consumen los aparatos eléctricos que utilizas y para conocer la manera en que la CFE realiza los cálculos para cobrar la energía eléctrica que consumimos.

La potencia eléctricaaparato que emplea energía eléctrica realiza un trabajo; de igual manera se interpreta como la energía que consume una máquina o cualquier aparato

SI, que resulta de multiplicar la unidad de voltaje volt (V), por la unidad de intensidad de corriente que es el ampere (A). Matemáticamente se expresa:

Donde:

De igual forma, con base a la ley de Ohm, la potencia eléctrica la pode-mos calcular con las siguientes expresiones:

Ello nos indica que podemos calcular la potencia eléctrica si conocemos la intensidad de corriente y la resistencia, o si tenemos los valores del voltaje y la resistencia.

Los valores de la potencia eléctrica de los aparatos eléctricos que utilizas vienen etiquetados en todos ellos, para que puedas realizar comparaciones sobre el consumo de energía que realizan y puedas tomar la decisión que más se ajuste a tus necesidades y requerimientos, al momento de comprarlos. La energía eléctrica

luego es multiplicada por el costo de una unidad de ella, la cual es aproximada-mente de 0.623 pesos por los primeros 300 kWh consumidos al bimestre.

128

Figura 3.30 Recibo de consumo de energía eléctrica, hay diferentes tarifas dependiendo del consumo y de los períodos del año: tarifa de verano y tarifa de invierno, las cuales se aplican en algunos esta-

dos de nuestro país, incluyendo el nuestro.

Problemas resueltos1— ¿Cuál es la potencia eléctrica que desarrolla una parrilla eléctrica co-

nectada a un tomacorriente de 110 V, si circula una corriente por ella de 7 A? De igual manera encuentra la energía consumida en kWh si la utilizamos durante 35 minutos.


Encuentra la cantidad en pesos que te ahorras al bimestre en tu casa, al sustituir un foco incandescente de 75 W por un foco ahorrador de 22 W, el cual pro-vee la misma iluminación que el primero. Considera que en promedio se enciende por un lapso de 270 minutos al día y que el costo de 1 kWh es de 0.623 pesos.

129


Efecto Joule y ley de JouleDe seguro que al tocar un aparato eléctrico en funcionamiento, haz sentido que

generan calor al entrar en funcionamiento, debido a la circulación de la corriente eléctrica a través de él. La energía cinética de los electrones, al circular se trans-forma en calor y eleva la temperatura del conductor, así se origina el efecto Joule.

al circular por un conductor es directamente proporcional al cuadrado de la inten-sidad de la corriente, a la resistencia y al tiempo que dura circulando la corriente. Matemáticamente se expresa:

Donde:

Ejemplos de la aplicación de esta ley son la plancha, la parrilla eléctrica, los secadores de pelo y las resistencias que se utilizan en los refrigeradores sin escarcha para derretir el hielo acumulado durante su funcionamiento en el eva-porador.

130

Figura 3.31 Aparatos eléctricos que se basan de la ley de Joule para generar calor.

Problemas resueltosLa plancha que utilizan en tu casa para quitar las arrugas de tu uniforme escolar, tiene una potencia de 1200 W. Calcula la cantidad de calor que produce al entrar en funcionamiento durante 75 minutos, si está conectada a un voltaje de 120 V.

Datos Fórmula Despeje y sustitución en formula Resultado


1— Calcula la potencia eléctrica y la energía que consume un televisor por el cual circulan 0.85 A, al encontrarse conectado a una fuente de volta-je de 110 V y funcionando durante 5.5 horas.

2— Las pistolas secadoras de cabello que utilizan en los salones de belle-za, funcionan gracias al efecto Joule. Encuentra la cantidad de calor que genera una de estas pistolas cuya potencia es de 1850 W al estar funcionando durante 5 minutos, si está conectada a una diferencia de potencial de 110 V.

Actividad de síntesis

A continuación ponemos a prueba tus conocimientos adquiridos en el presente bloque, con una sección de reactivos tipo Ceneval. Escribe dentro del paréntesis la respuesta correcta.

131

1— Es la cantidad de electrones que pasa por cada sección de un conductor en un segundo. ( )

a– Voltaje

b– Resistencia

c– Intensidad de corriente

d– Potencia eléctrica

2— Este circuito tiene la característica de que la suma de la caída de voltaje de cada resistencia es igual al voltaje total aplicado. ( )

a– Mixto

b– Paralelo

c– Alterno

d– Serie

3— Es la partícula del átomo que tiene carga positiva. ( )

a– Neutrón

b– Protón

c– Electrón

d– Ion

4— Así se les denomina a los materiales que no son buenos conductores de la electricidad. ( )

a– Conductores

b– Semiconductores

c– Dieléctricos

d– Resistores

5— El refrigerador de un restaurante tiene una circulación de corriente de 2 A, al encontrarse conectado a una diferencia de potencial de 110 V. Su potencia eléctrica es: ( )

a– 55 W

b– 0.018 W

c– 100 W

d– 220 W

6— La resistencia total de un circuito al conectar en serie a ella, tres apa-ratos de resistencias , y es: ( )

a– b–

c–

d–

132

Realimentación

Resuelve en tu libreta los siguientes ejercicios:

1— fuente de voltaje de 1.5 V y una potencia de 0.002 W. Encuentra la cantidad de corriente que circula por ella y el valor de su resistencia.

2— Al conectar el cargador de tu celular a un tomacorriente que provee un voltaje de 110 V, circulan por él una intensidad de corriente de 95 mA. Encuentra la potencia del aparato y la cantidad de energía consumida si lo dejas conectado durante 90 minutos.

3— Con los datos que se proporcionan en las etiquetas de los siguientes aparatos eléctricos que utilizas en tu casa y con los cálculos necesarios, completa la siguiente tabla, sabiendo que el voltaje promedio que se provee en nuestros hogares es de 110 V y considerando un lapso de tiempo de funcionamiento de 90 minutos.

Aparato eléctrico Potencia Intens. corriente Resistencia Energía consumida

Televisor

Ventilador de pie

Licuadora

Plancha

Horno de microondas

DVD

4— Resuelve en tu libreta los siguientes circuitos eléctricos que se te pre--

cuito y la intensidad de corriente que circula por el mismo.

a–

b–

133

Actividad experimental 1. Determinación de cargas eléctricas y construcción de un electroscopio

Propósito:

-ción y repulsión.

Realizar la construcción de un electroscopio.

Material Cantidad

*Barra de plastilina 1

Alambre de cobre No. 8 40 cm

*Hilo 20 cm

Soporte Universal 1

Arillo de metal 1

*Esfera de unicel de 1 a 3 cm de diámetro 1

Barra de vidrio (agitado o varilla de este material) 1

*Regla de plástico de 30 cm 1

*Tela de seda

*Clavo de 5 pulg. 1

*Tela de lana

*Frasco de vidrio con tapa de plástico 1

*Papel aluminio de 20 cm de longitud 1


Antecedentes:

El átomo está constituido por un núcleo cargado positivamente, alrede-dor del cual se encuentran partículas cargadas negativamente llamadas electro-nes.

Los átomos son eléctricamente neutros, es decir, la cantidad de carga positiva en el núcleo es igual a la carga total de electrones alrededor de él.

Un dispositivo para la detección y medición de cargas de pequeña mag-nitud es el electroscopio. Con este aparato puede determinarse el signo de una carga y de una forma indirecta su magnitud, así como una demostración a la ley de las cargas eléctricas:

1— Las cargas iguales se repelen entre sí, así sean dos cargas positivas o dos negativas.

2— Las cargas diferentes se atraen entre sí, las cargas positivas a traen a cargas negativas y viceversa.

3— La magnitud de las fuerzas eléctricas entre dos cuerpos cargados exce-de generalmente la atracción gravitacional entre los cuerpos.

134

Procedimiento 1

Al extremo del hilo se suspenderá la esfera de unicel (nieve seca).

Figura 3.32

1— Frota la regla de plástico con la tela de lana y acércala a la esfera de unicel.

2— Repite la operación utilizando la tela de seda.

3— Frota la barra de vidrio con la tela de lana y acércala a la esfera de unicel.

4— Repite la operación utilizando la tela de seda.

Observaciones:

1— Anota tus observaciones; escribe en la tabla siguiente si hay atracción o repulsión con la esfera de unicel en los experimentos realizados:

Frotando con tela de:

Lana Seda

Material Plástico

Vidrio

2— o la barra de vidrio al frotarse con la tela de seda o lana?

135

Procedimiento 2

1— Un frasco de vidrio con tapa de plástico (puede ser de mayonesa, café, etc.)

2— Atraviesa con el clavo la tapa de plástico.

3— -

Figura 3.33

4— Frota la regla de plástico con la tela de lana. Acércala hasta tocar la cabeza plana del clavo. Observa qué sucede con las láminas del papel aluminio o de estaño, en el interior del electroscopio. Retira y repite la acción y anota tus observaciones.

5— el electroscopio.

6— Frota la varilla de vidrio con la tela de seda y toca la cabeza del clavo; observa qué sucede con las láminas dentro del electrosco-pio. Retira y repite la acción y anota tus observaciones.

7— Se repiten los pasos 4, 5 y 6 por cada miembro del equipo, hasta que éstos determinen claramente qué tipo de carga (positiva o negativa) se tiene en la regla de plástico o en la varilla de vidrio y en las láminas de metal al interior del electroscopio.

Observaciones:

Con base en las observaciones realizadas en la práctica, llena la siguiente tabla:

Material Carga en el material Carga en la lámina

Plástico

Vidrio

136

Preguntas de la práctica:

1— ¿Qué tipo de carga se tiene en la regla de plástico y en la esfera de uni-cel, si se frotó con la tela de seda?

2— ¿Qué tipo de carga se tiene en la varilla de vidrio y en la esfera de uni-cel, si se frotó con la tela de lana?

3— ¿Qué utilidad práctica le darías al conocer las cargas de los materiales?

Actividad experimental 2. Elaboración de un circuito eléctrico

Propósito: Aprender cómo se arma un circuito eléctrico y ser capaz de ex-plicar su funcionamiento.

Material Cantidad

Foco con base socket 3

Multímetro 1

Interruptor cola de rata 1

*Pila de 9 volts 2

*Cable calibre 18 2 m

*Cinta aislante 1 rollo

*Tijeras 1

*Base de madera de 30 cm 40 cm 1

*Material que debe aportar el estudiante.

Antecedentes:

trayectoria completa debido a una diferencia de potencial.

Un foco conectado a una pila por medio de un conductor es un ejemplo de un circuito básico (Figura 3.34 a). En cualquier circuito eléctrico por donde se desplazan los electrones a través de una trayectoria cerrada, existen los siguientes elementos fundamentales: voltaje, corriente y resistencia.

El circuito está cerrado cuando la corriente eléctrica circula en todo el sistema, y abierto cuando no circula por él. Para abrir o cerrar el circuito se

137

emplea un interruptor. Los circuitos eléctricos pueden estar conectados en serie

conecta en serie, los elementos conductores están unidos uno a continuación del otro. Si el circuito se encuentra en paralelo, los elementos conductores se hallan separados en varios ramales y la corriente eléctrica se divide en forma paralela entre cada una de ellas.

-dos tanto en serie como en paralelo.

Figura 3.34

Procedimiento:

1— Arma un circuito sencillo con su interruptor, como se muestra en

Figura 3.35

2— Arma un circuito en serie y en paralelo como se muestra en la Fi-gura 3.33 (b y c), primero uno y luego el otro.

3— Una vez armado el primer circuito (serie) quita una bombilla y observa.

4— Repite el paso anterior con el segundo circuito (paralelo) y obser-va.

5— En cada circuito armado, determina el voltaje y la intensidad de corriente.

138

Anota tus observaciones:

Resultados:

1— ¿Qué ocurre en el circuito cuando se mueve el interruptor? Explica tu respuesta.

2— ¿Qué ocurre en los circuitos (serie y paralelo) cuando quitas la bombilla? Explica tu respuesta.

3— Completa con tus datos los espacios provistos.

Voltaje Amperaje

Circuito 1

Circuito 2

Circuito 3

Conclusiones:

139


Después de socializar los resultados de su aprendizaje, ubica tu nivel de desempe-ño en la adquisición de las competencias relacionadas con esta sesión con ayuda de tu facilitador, tomando en consideración el cumplimiento de los criterios pre-sentados al inicio de cada sesión.

Criterio Pre-formal (1-2) Inicial-receptivo (3-4)Básico Resolutivo

(5-6)Autónomo (7-8) Estratégico (9-10)

Reconozco los procesos históricos de la electricidad y la importancia que ésta tiene en el desarrollo de la electrostática y la electrodinámica en la vida cotidiana.

No reconozco los procesos históricos de la electricidad, ni la

importancia que tiene en el desarrollo de la electrostática y la

electrodinámica en la vida cotidiana.

Reconozco imprecisamente los procesos históricos

de la electricidad, y la importancia que tiene en el desarrollo de la electrostática y la


Tengo ciertos elementos para reconocer los

procesos históricos de la electricidad, y la importancia que tiene en el desarrollo de la electrostática y la


Reconozco con certeza los procesos

históricos de la electricidad y la importancia que ésta tiene en el desarrollo de la

electrostática y la electrodinámica

en la vida cotidiana.

Argumento con fundamentos los

procesos históricos de la electricidad y la importancia que ésta tiene en el desarrollo de la electrostática y la electrodinámica en

la vida cotidiana.

Utilizo los antecedentes históricos de

la electricidad para realizar una

presentación cronológica de su

desarrollo.

No utilizo los antecedentes históricos de



desarrollo.

Utilizo con imprecisiones

los antecedentes históricos de



desarrollo.

Utilizo con cierta inseguridad los antecedentes históricos de



desarrollo.

Utilizo con certeza los

antecedentes históricos de



desarrollo.

Utilizo con argumentos los antecedentes

históricos de la electricidad

para realizar una presentación

cronológica de su desarrollo.

Valoro la importancia y

el impacto de la electricidad en el

diseño de equipos y aparatos eléctricos y en la vida cotidiana.

No valoro la importancia y

el impacto de la electricidad en el

diseño de equipos y aparatos eléctricos y en la vida cotidiana.

Muestro poca apertura para valorar

la importancia y el impacto de la

electricidad en el diseño de equipos y

aparatos eléctricos y en la vida cotidiana.

Valoro parcialmente la importancia y el impacto de la



Valoro la importancia y

el impacto de la electricidad en el diseño de equipos

y aparatos eléctricos y en la vida cotidiana.

Reconozco y valoro la importancia y el impacto de la



Identifico los conceptos básicos de la electrostática y las diferencias que existen entre ellos.

No conozco los conceptos básicos de la electrostática y las

diferencias que existen entre ellos.

Conozco vagamente los conceptos básicos de la electrostática y las

diferencias que existen entre ellos.

Tengo ciertos elementos

conceptuales de la electrostática y de las diferencias que existen

entre ellos.

Identifico con certeza los conceptos

básicos de la electrostática y las diferencias

que existen entre ellos.

Identifico y argumento los conceptos básicos de la electrostática y las diferencias que existen entre ellos.

140

Empleo los conceptos de

electrostática para comprender el

comportamiento de las cargas eléctricas de acuerdo a la ley

de Coulomb.

No empleo conceptos de electrostática

y no comprendo el comportamiento de las cargas eléctricas

de acuerdo a la ley de Coulomb.

Vagamente empleo los conceptos de

electrostática y comprendo el

comportamiento de las cargas eléctricas


Empleo parcialmente los conceptos de electrostática y comprendo de

manera parcial el comportamiento de las cargas eléctricas


Empleo con seguridad los conceptos de electrostática y comprendo

certeramente el comportamiento

de las cargas eléctricas de

acuerdo a la ley de Coulomb.

Empleo bajo argumentos los conceptos de la electricidad y comprendo,

argumentando, el comportamiento de las cargas eléctricas


Utilizo modelos matemáticos para

determinar las fuerzas de atracción

o repulsión de las cargas, campo

eléctrico y potencial eléctrico.

No puedo identificar los modelos

matemáticos para determinar las fuerzas

de atracción o repulsión de las cargas,

campo eléctrico y potencial eléctrico.

Identifico los modelos matemáticos para

determinar las fuerzas de atracción o

repulsión de las cargas, campo eléctrico y

potencial eléctrico, pero no comprendo

su aplicación en cantidades aplicables

en mi vida diaria.

Identifico con certeza los modelos matemáticos para



potencial eléctrico, y comprendo su

aplicación en algunas cantidades aplicables

en mi vida diaria.

Utilizo los modelos

matemáticos para determinar las fuerzas de atracción o repulsión de las cargas,

campo eléctrico y potencial eléctrico, y

soy capaz de emplearlos

en cantidades aplicables en mi

vida diaria.

Utilizo los modelos matemáticos para



potencial eléctrico, y argumento cómo deben

ser empleados en cantidades aplicables

en mi vida diaria.

Aprecio la importancia de los diferentes modelos matemáticos para estudiar las cargas

eléctricas de acuerdo a la ley de

Coulomb.

No valoro la importancia de los diferentes modelos matemáticos para estudiar las cargas

eléctricas de acuerdo a la ley de Coulomb.

Muestro poca apertura para valorar la

importancia de los diferentes modelos matemáticos para estudiar las cargas


Valoro parcialmente la importancia de los diferentes modelos matemáticos para estudiar las cargas


Valoro la importancia de los diferentes

modelos matemáticos

para estudiar las cargas eléctricas de acuerdo a la ley de Coulomb.

Reconozco con argumentos la

importancia de los diferentes modelos matemáticos para estudiar las cargas


Identifico las características de los circuitos con resistencias

colocadas en: serie, paralelo y mixto.

No conozco las características de los circuitos con

resistencias colocadas en: serie, paralelo y

mixto.

Conozco vagamente las características de los circuitos con


mixto.


conceptuales para identificar las

características de los circuitos con


mixto.

Identifico con certeza las

características de los circuitos con resistencias colocadas en:

serie, paralelo y mixto.

Argumento e identifico las características de los circuitos con


mixto.

141

Diferencio entre corriente directa y

alterna.

No identifico la diferencia entre

corriente directa y alterna.

Identifico imprecisamente la diferencia entre



conceptuales para identificar la diferencia entre


Identifico con certeza la

diferencia entre corriente directa

y alterna.

Argumento fundamentando la diferencia entre


Aplico los conceptos de electrodinámica

para explicar el flujo de carga o

corriente dentro de un conductor.

No puedo aplicar los conceptos de electrodinámica para explicar el flujo de carga o


Vagamente aplico los conceptos de electrodinámica para explicar el flujo de carga o


Aplico los conceptos de electrodinámica

para explicar el flujo de carga o


Aplico con certeza

conceptos de electrodinámica para explicar el flujo de carga o corriente dentro de un conductor.

Aplico con argumentos los conceptos de electrodinámica para explicar el flujo de carga o


Establezco la relación entre la

corriente que circula por un conductor

y la diferencia de potencial que está sometido y utiliza modelos

matemáticos para expresarla (ley de

Ohm).

Desconozco la relación entre la

corriente que circula por un conductor y la

diferencia de potencial que está sometido y la utilización de

modelos matemáticos para expresarla (ley de

Ohm).

Establezco erróneamente la relación entre la




Ohm).

Puedo establecer la relación entre la




Ohm).

Establezco con certeza la relación entre

la corriente que circula por un conductor y la diferencia de potencial que está sometido y la utilización

de modelos matemáticos para expresarla (ley de

Ohm).

Establezco con argumentos relación

entre la corriente que circula por

un conductor y la diferencia de potencial

que está sometido y la utilización de


Ohm).

Expreso las unidades de potencia eléctrica en la vida cotidiana.

No puedo expresar las unidades de potencia eléctrica en la vida

cotidiana.

Expreso equivocadamente las unidades de potencia eléctrica en la vida

cotidiana.

Expreso vagamente las unidades de potencia eléctrica en la vida

cotidiana.

Expreso sin temor a equivocarme las unidades de potencia

eléctrica en la vida cotidiana.

Expreso con argumentos las

unidades de potencia eléctrica en la vida

cotidiana.

Diferencio las características de los circuitos con

resistencia en serie, paralelo y mixto.

No puedo diferenciar las características de los circuitos con resistencia en serie,

paralelo y mixto.

Diferencio erróneamente las diferencias entre

las características de los circuitos con resistencia en serie,

paralelo y mixto.

Reconozco vagamente las diferencias entre las características de los circuitos con resistencia en serie,

paralelo y mixto.

Reconozco sin temor a

equivocarme las diferencias

entre las características de los circuitos con

resistencia en serie, paralelo y

mixto.

Reconozco con argumentos las

diferencias entre las características de los circuitos con resistencia en serie,

paralelo y mixto.

142

Muestro interés para identificar los tipos de circuito que hay

en el entorno.

No muestro interés por identificar los tipos de circuito que hay en el

entorno.

Muestro escaso interés por identificar los tipos de circuito que hay en

el entorno.

Identifico con dificultad los tipos de circuito que hay en el

entorno.

Identifico sin temor a

equivocarme los diferentes tipos de circuito que

hay en el entorno.

Identifico con argumentos los

diferentes tipos de circuito que hay en el

entorno.

Aprecio la importancia de utilizar modelos matemáticos en

la resolución de problemas que impliquen

determinar resistencia,

corriente y voltaje en diferentes circuitos

eléctricos: serie, paralelo y mixto.

No aprecio la importancia de utilizar modelos matemáticos

en la resolución de problemas que

impliquen determinar resistencia, corriente y voltaje en diferentes circuitos eléctricos:


Muestro poca apertura para apreciar la

importancia de utilizar modelos matemáticos




Aprecio parcialmente la importancia de utilizar modelos matemáticos en la resolución de problemas que



Aprecio la importancia de utilizar modelos matemáticos en

la resolución de problemas que impliquen

determinar resistencia,

corriente y voltaje en diferentes

circuitos eléctricos: serie, paralelo y mixto.

Reconozco y aprecio la importancia de utilizar modelos matemáticos




Bloque IV: Relaciona la electricidad con el magnetismo

Unidades de competencia

Analiza las leyes del electromagnetismo y valora su impacto en el desarrollo de la tecnología y su vida cotidiana.

Durante el presente bloque se busca desarrollar los siguientes atributos de las competencias genéricas




de fenómenos.




-tos.

8.1 Propone maneras de solucionar un problema y desarrolla un proyecto en equi-










la solución de problemas cotidianos.





146

Dinamización

en el hogar, en el trabajo, en la escuela, en hoteles, restaurantes, parques, cen-tros comerciales y otros sitios, pero, ¿cómo funcionan?, ¿sólo necesitan de electri-

Figura 4.1

Actividad de dinamizaciónResponde lo que se te pide sin consultar ninguna fuente.

1— Dibuja un esquema del funcionamiento de un aparato eléctrico apoyán-dote en las siguientes imágenes.

Figura 4.2

147

2— ¿Cómo crees que se descubrió el magnetismo?

3— ¿Qué es el magnetismo?

4— Menciona tres aparatos de uso cotidiano que funcionen con imanes.

Contextualización

-das o te han platicado cómo eran esos teléfonos en los 90’s? Pues bien, la tecnolo-

que la palma de una mano. Esto no es un comercial: los avances del siglo XXI nos permiten llevar en forma discreta y sin causar molestia alguna teléfonos móviles, reproductores de música o video, juegos, datos y fotografías. ¿Cómo surgieron estos grandes inventos hechos por el hombre? ¿Crees que el desarrollo tecnológico tenga alguna relación con el estudio de la electricidad y el magnetismo?

Figura 4.3

148

Sesión A: Desarrollo histórico del estudio del electromagnetismoProblematización

El planeta donde vivimos se mantiene en una rotación constante debido a que su núcleo está constituido de hierro tanto sólido como líquido, que funciona como un dínamo; y, como no hay una fuerza externa que lo detenga, seguimos girando.

¿Qué efectos causaría tal evento? ¿Seríamos capaces de percibir que ya no hay rotación? ¿Los animales se comportarían diferente? ¿Continuaríamos nuestra vida de manera normal?


Del saber:

-dio del electromagnetismo.

Del saber hacer:

Realizo, con base en los antecedentes históricos del estudio del electromagnetismo, una presentación cronológica de los hechos y autores más sobresalientes que contribuyeron a su desarrollo.

Del saber ser:

Participo activamente en grupos de trabajo valorando la impor-

con el fenómeno del electromagnetismo.

Desarrollo de criterios

En la antigüedad, el magnetismo y la electricidad se consideraban fenómenos dis-tintos y eran estudiados por ciencias diferentes.

Se cree que los griegos fueron los primeros en observar el fenómeno del magnetismo. De hecho, cuenta una leyenda que un personaje llamado Magnes paseaba por el campo y en algún momento se quedo “pegado” al suelo, ya que

“aparato generador de energía eléctri-ca por medio de la fricción”.

Figura 4.5 Magnes.

149

las piezas de metal en su zapato fueron atraídas por la piedra magnetita que se encontraba en el terreno donde caminaba.

El magnetismo es la atracción de ciertos objetos hacia un imán. Los imanes, que ejercen una fuerza de atracción sobre los metales, pueden

Figura 4.6 Magnetismo

Con el tiempo, las observaciones realizadas con los imanes dieron como -

descubrimiento de que los imanes no poseen polos aislados.

En 1750, John Michell, utilizando la balanza de torsión, demostró que existen campos de atracción y repulsión entre los imanes. Este campo es el espacio

Durante las primeras décadas del siglo XIX, los descubrimientos de Oers-ted y luego de Ampère, quienes observaron que la aguja de una brújula se mantie-ne una posición perpendicular al pasar corriente a través de un conductor próximo a ella, permitieron nuevas aportaciones en el campo. Asimismo, los estudios de Faraday sugerían que la electricidad y el magnetismo eran manifestaciones de un mismo fenómeno.

La idea anterior fue propuesta y materializada por el físico escocés Ja-

y magnéticos concluyó que ambos son producto de una misma interacción, a la que denominó interacción electromagnética. Esto le llevó a formular, alrededor del año 1850, las ecuaciones que llevan su nombre, con las cuales se describe el

esencialmente postula que:

Existen portadores de cargas eléctricas, y las líneas del campo eléctrico parten desde las cargas positivas y terminan en las cargas negativas.

No existen portadores de carga magnética; por lo tanto, el número de líneas del campo magnético que salen desde un volumen dado, debe ser igual al número de líneas que entran a dicho volumen.

No importa cuántas veces se fraccione o divida un imán, siem-pre aparecerá un polo norte y un polo sur.

Figura 4.7 Reacomodo de los polos en un imán

150

Un imán en movimiento, o, dicho de otra forma, un campo magnéti-co variable, genera una corriente eléctrica llamada corriente inducida. Asimismo, las cargas eléctricas en movimiento generan campos magné-ticos.

Con esta formulación teórica se dio inicio al estudio formal del elec-

tecnológicas desde entonces hasta hoy día.


espacio correspondiente:

Actividad de aprendizaje 2Escribe en tu libreta tres ejemplos de imanes permanentes y tres ejemplos de imanes temporales.

Actividad de aprendizaje 3Investiga las aportaciones de los siguientes personajes y realiza una línea de tiem-po para evidenciar la importancia del estudio del electromagnetismo.

Pierre Maricourt

William Gilbert

John Michell

Guillermo Weber

Manuel Sandoval Vallarta

Michael Faraday

Alessandro Volta

Hans Christian Oersted

Joseph Henry

André Marie Ampère

151

Actividad de aprendizaje 4Investiga y responde las siguientes cuestiones:

1— Menciona las partes del generador de energía eléctrica del siguiente diagrama.

Figura 4.8 Generador eléctrico

2— En la imagen se muestra la planta eléctrica de emergencia de un hospi-

inicia su funcionamiento.

Figura 4.9 Generador de emergencia

152

3— ¿Cuáles son las partes de un pequeño motor que hace girar las aspas de un ventilador de techo? Haz una lista de sus partes.

Figura 4.10 Ventilador


1— Investiga y escribe en tu libreta cómo se produce el fenómeno de las auroras boreales.

Contextualización

¿Cuándo se utilizó por primera vez el magnetismo? Cuenta una leyenda china que Hoang-ti, quien fuera el fundador del imperio chino, utilizó la “piedra imán” para encontrar a un grupo de rebeldes, pues sabía que éstos se habían resguardado en

los rebeldes, se extendió el uso de la “piedra imán” como sistema de ubicación.

Se sabe que los chinos fueron los primeros en usar pedazos alargados de

siempre quedaban “alineadas” mediante algún tipo de energía.

¿Cómo se llama el instrumento cuyo uso se basa en esta observación?

Problematización

Figuras 4.11 y 4.12 Utilizamos los imanes con frecuencia en nuestra casa: desde un desarmador iman-tado, hasta los adornos para refrigeradores.

-

refrigerador. Su mamá la ayuda a realizar la compra, pero como aún le faltaban

153

durante muchas horas. Al llegar a su casa, intenta colocar los imanes en la puerta del refrigerador, pero éstos no se quedan pegados. ¿Por qué crees que ocurre?

imantación?

al refrigerador; por tanto, investigó en un diccionario el concepto de magnetismo.

magnéticos, causados por la interacción entre imanes y materiales ferromagnéti-cos”... Esto no pudo, sin embargo, responder sus interrogantes.

Sesión B: MagnetismoDesarrollo de saberes

Del saber:

Establezco las características de los imanes y de las interacciones magnéticas.

Del saber hacer:

-néticos, diamagnéticos y paramagnéticos, así como interacciones gravitatorias, eléctricas y magnéticas.

Utilizo líneas de fuerza magnética para representar el campo magnético generado por imanes en forma de barra, circulares y de herradura.

Del saber ser:

Valoro la importancia del uso del electromagnetismo en el mundo

Actividad de aprendizaje 5En forma individual, consulta al menos tres referencias que te permitan generar

154

Desarrollo de criterios

¿

?

Cómo se define el magnetismo?

de ciertos materiales hacia un imán. Esta propiedad ha sido ampliamente utilizada por el ser humano; por ejemplo, la puerta de los refrigeradores posee dos cintas magnéticas que la mantienen cerrada, lo cual favorece la conservación de la tem-peratura y, por lo tanto, de los alimentos.

Otro ejemplo son los tornillos, que se magnetizan de manera temporal para facilitar la atracción con el desarmador, lo cual nos permite ensamblar y ajus-

Tipos de imanes¿Alguna vez, mientras utilizabas una tijera, ésta atrajo un clip o una aguja? ¿Has observado cómo algu-nos desarmadores pueden atraer tachuelas o clavos? Seguramente te preguntarás por qué ocurre esto, si dichas herramientas no están hechas de “imán”. Pues bien, la razón es que existen dos tipos de imanes: por un lado, los naturales, que se fabrican de piedra imán o magnetita, que es en realidad un óxido de hierro (Fe3O4); y por otro,

-dustrialmente a partir de alguna aleación de metales, o de hierro dulce.

-po magnético generado por un solenoide. Pueden ser de dos tipos: temporales o permanentes. Los temporales son creados con una barra de hierro dulce, llamado

cesar la corriente del solenoide pierde la propiedad. Los imanes permanentes se fabrican con acero templado o con aleaciones de níquel, cromo o cobalto.

materiales. Estos materiales se conocen como ferromagnéticos, paramagnéticos y diamagnéticos. Los ferromagnéticos son materiales que al estar en contacto con imanes son atraídos con facilidad; los paramagnéticos se imantan y son atraídos, pero al cesar la fuente pierden la propiedad, y los diamagnéticos no pueden ser atraídos por un imán porque se imantan en sentido inverso al campo magnético, ocasionando repulsión.

Actividad de aprendizaje 6En forma individual, elabora un cuadro sinóptico sobre los tipos de imanes, toma como base la información proporcionada anteriormente y compleméntala investi-gando algunos ejemplos de cada tipo de material.

Figura 4.13 La magnetita es el imán natural que

atrae metales con facilidad.

155

Campo magnéticoEn una ocasión, Juan construía una maqueta para ESEM y se le ocurrió ponerles

debajo de los muñecos que había comprado. Cuando quiso colocarlos en la maque-ta, los muñecos se caían y no se pegaban a la base de metal, aunque los pedazos de imán que sobraron eran atraídos. ¿Qué crees que le ocurrió?

En efecto, Juan pego al revés los imanes: la polaridad de éstos estaba equivocada y en vez de atraerse, se repelían.

Michael Faraday, quien estudió con detalle las interacciones entre los ex-

se acercan los imanes y disminuye cuando se alejan. Faraday imaginó que de cada extremo salían unas líneas a las que nombró líneas de fuerza magnética, estable-ciendo que las de un extremo salían del material y entraban en el otro. Con el tiem-po se comprobó que las líneas del polo norte del imán salen y se curvan para entrar al polo sur. En cada polo, las líneas son más intensas por existir en mayor cantidad.

William Gilbert demostró que si se colocan cerca dos polos opuestos la fuerza es de atracción, y si se acercan polos iguales, es de repulsión. Incluso en su obra De Magnete

V

Figura 4.14 Las líneas de fuerza salen del polo norte y entran al polo sur, tanto en un mismo imán como entre imanes distintos.

156

Algo parecido sucede cuando se ponen en contacto cargas eléctricas. La diferencia entre los polos del imán y las cargas eléctricas consiste en que las car-gas pueden estar aisladas, es decir, presentarse independientes en los materiales conductores, mientras que en los imanes siempre se encontrarán ambos polos en el material imantado. Aun cuando se corten, cada nuevo imán poseerá ambos polos.

Actividad de aprendizaje 7De acuerdo con lo analizado en el texto sobre el campo magnético, dibuja las in-

Apóyate en tus compañeros y tu facilitador.

Fig. 4.15 Atracción del campo magnético Fig. 4.16 Repulsión del campo magnético

Fig. 4.17. Atracción del campo magnético en un imán de

herradura.

Magnetismo terrestreEn días pasados, el papá de Miguel les enseñaba a él y a sus hermanos, la brújula que le sirve, cuando sale a pescar, para tener siempre presente la dirección que debe seguir. Miguel observaba que al cambiar de posición sobre su propio eje, la aguja de la brújula giraba también, apuntando a la misma dirección. El papá de Mi-guel le explicaba que la dirección que señala es el norte. Pero, ¿por qué se mueve la brújula?, ¿acaso hay imanes en el norte que atraen la aguja del imán?

magnéticos; por ello, una brújula se mueve siempre en dirección al norte. Los po-

norte magnético se encuentra hacia Argentina y el polo sur hacia Canadá.

Figura 4.18 La brújula es un instrumento que

les sirve a los marineros, pescadores y campistas, para orientarse en sus

travesías.

157

Aun cuando la brújula se mueve hacia el norte, los meridianos magnético y terrestre no coinciden, formando un pequeño ángulo de desviación. Este ángulo de desviación se conoce como declinación magnética y varía cada siglo.

Actividad de aprendizaje 8En binas, investiga en internet algunas de las teorías relacionadas con el comporta-miento magnético de la Tierra. Comparte la información en un pequeño debate en el salón. Fundamenta la teoría que tú creas más probable.

Durante muchos años, se creyó que los efectos magnéticos estaban rela-cionados con la electricidad, al grado que se pensaba que eran el mismo fenóme-

su relación muy cercana, pero también intentaron determinar diferencias entre dichos fenómenos.

de la naturaleza; por ejemplo, las palomas mensajeras y las rayas emplean esta fuerza magnética para orientarse. Como recordarás, también la formación de las auroras boreales, así como las tormentas magnéticas generadas por el Sol, depen-den del magnetismo terrestre.

Ahora bien, algunos fenómenos magnéticos se relacionan con la elec-tricidad, y éstos son aprovechados actualmente en la fabricación de radios, tele-

-cionados, después de muchas investigaciones y conclusiones expuestas, apoyaron el concepto del electromagnetismo, que será el tema de estudio en la siguiente sesión.

Síntesis

1—

2— Menciona el nombre de la piedra considerada imán natural.

Gracias a que en el

se encuentra el “polo sur” de nuestro imán terrestre, es que la brújula nos sirve para indicarnos la ubicación.

Nuestro planeta ha sufrido inversiones en el campo magnético terrestre desde hace miles de años.

El campo magnético terrestre se ve so-metido a pruebas de resistencia cada once años debido a que el Sol presenta activi-dad explosiva. Estas explosiones se llaman eyecciones de masa coronal y generan una inmensa cantidad de radiación electromag-nética y partículas de alta energía que se mueven hacia la

efectos en el clima, la producción de ozono y la generación de tormentas mag-néticas. Incluso las telecomunicaciones, como las ondas de ra-dio, el GPS (Sistema de posicionamiento global) y las líneas de alimentación eléc-trica pueden verse afectados.

158

3—

4— Es el nombre que recibe el ángulo de desviación que se forma entre el

5— dudas consulta con el facilitador.

Afirmación Valor Argumentación

El hierro es el único material ferromagnético.

El oro es un ejemplo de material diamagnético.

Los imanes permanentes se fabrican con barras de hierro

dulce.

El campo magnético generado en los polos es de

menor intensidad que en cualquier otra parte de los

imanes.

En el teléfono se aplican principios electromagnéticos.

En equipos de tres personas, investiguen el funcionamiento de algunos aparatos de uso cotidiano y dibujen las piezas que los componen; señalen la pieza donde se encuentran los imanes. Puedes seleccionar dos de esta lista: radio, tele-visión, teléfono, detector de metales, timbre, teléfono celular, computadora. Pide ayuda a tu facilitador para organizar la repartición de los aparatos.

Contextualización

Cuando utilizamos algunos aparatos sabemos que consu-men electricidad como fuente de energía, pero casi nun-

-pla su función. Por ejemplo, ¿cómo en los ventiladores se pueden mover las aspas?, ¿qué ocurre en el interior del motor para que suceda este movimiento? De igual mane-ra, sabemos que el cargador de tu celular funciona con un voltaje de 5 V, y sin embargo se conecta a una fuente de voltaje de 110 V ¿Cómo crees que se pueda cambiar el voltaje de una cantidad a otra?, ¿por qué no se incendia tu celular al cargar la pila? Seguramente también habrás observado en alguna película o programa documental, las enormes grúas que cargan objetos metálicos grandes, ¿cómo crees que funcione esta grúa? Estas cuestiones y otras más, podrás responderlas con lo que estudiaremos en esta sesión.

Figura 4.20

159

Sesión C: ElectromagnetismoProblematización

En la escuela uno de tus compañeros que cursa el segundo semestre es integrante de un grupo de rock y lleva su guitarra eléctrica para que escuches cómo suena,

-ciona, pero no la guitarra. Él no ha cursado la asignatura de Física 2, pero como tú la estás estudiando y ya has revisado el tema de electricidad y magnetismo, donde escuchaste de tu facilitador que en la guitarra eléctrica se aplican las leyes del electromagnetismo, ¿podrías orientar y ayudar a tu compañero para revisar el funcionamiento de la guitarra?, ¿podrías explicarle de qué partes se compone?, ¿puedes decirle qué parte de la guitarra requiere corriente eléctrica y por qué pudiera estar fallando?


Del saber:

Explico el concepto de campo magnético generado por una co--

za magnética.

Del saber hacer:

Describo las características del campo magnético generado por una corriente eléctrica, para diferenciarlos en una espira, un so-lenoide y un electroimán.

Comprendo las leyes del electromagnetismo, que describen el comportamiento de la corriente eléctrica y los campos magné-ticos: Ley de Biot-Savart, Ley de Ampère, Ley de Gauss, Ley de Faraday y Ley de Lenz, y las utilizo para explicar fenómenos na-turales de origen electromagnético.

Comprendo el funcionamiento de un motor, un generador eléc-trico y un transformador, a partir de los conceptos y las leyes del electromagnetismo.

Relaciono el magnetismo con la electricidad a través de experi-mentos sencillos.

Del saber ser:

Valoro el impacto del estudio del electromagnetismo en el diseño y desarrollo de equipos y aparatos electrónicos.

Figura 4.21

160

Electromagnetismo

El electromagnetismo nace como una rama de la física gracias a un expe-rimento de Oersted, en 1820, que marcó la pauta para la producción de energía eléctrica, asociando el magnetismo y la electricidad.

¿Cómo fue su experimento? Sencillamente observó cómo la aguja de una brújula se desvía cuando se coloca cerca de un alambre que conduce corriente eléctrica. Esto fue la pauta para el desarrollo tecnológico basado en el electro-magnetismo, en lo cual hemos observado grandes avances: en el transporte, con los trenes bala; en la música y el entretenimiento, con los instrumentos eléctricos, las grabadoras, las bocinas y el televisor; en la medicina, con los monitores de apnea y la resonancia magnética, y en la industria con los motores, los transforma-dores y los generadores de corriente eléctrica, entre muchos otros.

Figura 4.22 Aplicaciones del electromagnetismo.

La mayoría de las aplicaciones anteriores utilizan el electroimán, que consiste en arrollar cable o una bobina sobre un núcleo de hierro, lo que genera un campo magnético cuando circula corriente eléctrica por él.

Actividad de aprendizaje 9En grupos de trabajo de tres integrantes, realiza una investigación y describe en tu libreta la manera en que funcionan los siguientes aparatos que utilizan el elec-tromagnetismo.

1— Guitarra eléctrica.

2— Bocinas de equipos de audio.

3—

4— Equipo de resonancia magnética.

El electromagnetismo

parte de la física en-cargada de estudiar la interrelación entre magnetismo y la elec-tricidad con todos los fenómenos que se le asocian.

Figura 4.23 Electroimán

161

Campo magnético

se puede detectar. El primero en estudiar este campo fue Michael Faraday (1791–1867), quien se imaginaba que del imán salían hilos o líneas que se esparcían en el espacio a las cuales nombró líneas de fuerza magnética. Faraday observó que estas líneas se hacían más intensas en los extremos del imán (polos). El campo magnético también es llamado inducción magnética

El campo magnético se representa por medio de líneas de fuerza que indican hacia dónde se dirigen y sobre qué actúan.

Figura 4.24 Campos eléctricos

Se pueden describir las propiedades del campo magnético B en cierto punto en términos de la fuerza magnética ejercida sobre una carga de prueba en ese punto. Nuestro objeto de prueba es una carga que se mueve con una veloci-dad v. Mediante la realización de experimentos se ha comprobado que la magnitud de la fuerza magnética sobre una carga es proporcional a la magnitud de la carga q, la magnitud de la velocidad v, la intensidad externa del campo magnético B y el

, formado con la dirección de v y la de B, como podemos observar

Figura 4.25

Matemáticamente lo podemos expresar de la siguiente manera:

162

con la siguiente expresión:

Donde:

. De igual

forma, se emplea en la práctica el gauss (G) del sistema CGS y la equivalencia de

tesla en gauss es: .Para determinar la dirección de la fuerza magnética F sobre una carga

positiva utilizamos la regla de la mano derecha, la cual consiste en colocar la mano de manera vertical, con los dedos en la dirección de B y con el dedo pulgar apun-tando hacia v. La fuerza F se dirigirá en forma perpendicular hacia la palma de la

de aproximadamente 0.5 G.

Esta regla también es conocida como la Ley de Biot-Savart.

-tes que se utilizan en el electromagnetismo.

Ley de Faraday

Electromagnetismo

Ley de Biot-Savart

Ley de Gauss

Ley de Ampere Ley de Lenz

Figura 4.26 Regla de la mano derecha para deter-minar la dirección de la fuerza magnética .

163

Ley de Biot-SavartIndica el campo magnético creado por corrientes eléctricas estacionarias.

del circuito recorrido por

una corriente crea una contribución elemental de campo magnético , en el

punto situado en la posición que apunta el vector a una distancia r respecto de

, que apunta en dirección a la corriente I:

Donde 0 es la permeabilidad magnética del vacío, y es un vector uni-tario.

Ley de FaradayEstablece que el voltaje inducido en un circuito cerrado es directamente propor-

Donde es el campo eléctrico, -

torno C, es la densidad de campo magnético y S

borde es C. Las direcciones del contorno C y de están dadas por la regla de la mano derecha.

Ley de AmpéreRelaciona el campo magnético con la corriente eléctrica que lo genera. Dada una

S por la que atraviesa una corriente eléctrica I, y dada la curva C S, la forma original de la ley de Ampère para medios materiales es:

Figura 4.27

164

Donde:

es la intensidad del campo magnético

es la densidad de corriente eléctrica

es la corriente encerrada en la curva C

Y se lee: La circulación del campo a lo largo de la curva C es igual al S, de la cual C es el

contorno.

Ley de Lenz

manera que se opone a la causa que produjo la variación”.

Para conseguir estos efectos, se generan corrientes eléctricas que a su vez creen

una corriente inducida, y por tanto, una fuerza electromotriz inducida.

Figura 4.28 El imán se introduce a la bobina en un sentido y genera una intensidad de corriente, pero si se retira en el sentido opuesto, la corriente cambia. Se induce la fuerza electromotriz.

Ley de Gauss para el campo magnético

sean abiertas. Por tanto, la Ley de Gauss fundamenta que no hay cargas magnéti-

165

cas aisladas (monopolos), lo cual, en términos de imanes, quiere decir que no se puede separar el polo norte del polo sur.

Figura 4.29 Líneas de campo en el polo.

Problemas resueltos

1— Un protón se mueve con una rapidez de a través del

en un deter-minado lugar. Encuentra el valor de la fuerza magnética, si el protón se mueve hacia el este y la fuerza que actúa sobre él es máxima.


2— Por una bobina plana de 15 vueltas, que tiene un diámetro de 25 cm,

considerando que la espira se encuentra en el vacío.

166


3— La bobina del motor de un refrigerador está conformada por un núcleo de hierro con una

or de un re

y por 1750 espiras, y tiene 18 m de longi-tud; por ella se hace circular una corriente de 2.75 A. Calcula la induc-ción magnética en este solenoide.


4— Determina cuál es la corriente que debe circular por un alambre con-

situado perpendicularmente a 20 cm.


Actividad de aprendizaje 10Investiga sobre la espira, el solenoide y el electroimán. Dibújalos en tu libreta.

167

Generador, transformador y motor eléctricosA partir del descubrimiento de la relación de la electricidad con el magnetismo,

que permitieran un mejor control de la electricidad, por buscar nuevas formas de producirla, y por diseñar y construir máquinas que tuvieran un movimiento perpe-tuo. Gracias a esto se pudieron inventar tres aparatos que son de gran importancia y utilidad para realizar las numerosas actividades de nuestra vida. Estos aparatos son:

Generador eléctricoaparato que sirve para transformar la energía mecánica en energía eléctrica

aparato que sirve para elevar o disminuir el voltaje de la energía eléctrica

aparato que sirve para transformar la energía eléctrica en energía mecánica.

Trasformador

Motor electríco

Figura 4.30 Generador eléctrico, transformador y motor eléctrico.

Actividad de aprendizaje 111— Dibuja en tu libreta el esquema que represente la forma en que se com-

ponen un motor eléctrico, un transformador y un generador eléctrico.

2— Investiga y escribe en tu libreta cuatro formas de generación de corrien-te eléctrica y describe cada una de ellas.


Realiza un modelo de un transformador eléctrico. Presenta el trabajo a tu facilita-dor explicando el funcionamiento de este dispositivo.

Realimentación

Con la información recabada en este bloque elabora lo siguiente:

Un mapa mental en un papel bond, coloca ilustraciones de ser preciso.

Un listado de los aparatos que tengas en tu entorno en donde se aplique todo lo anteriormente visto, ilústralo y coloca en donde se usa habitual-

168

mente.

-guntas: ¿de qué me sirve saberlo?, ¿por qué necesito la información?, ¿cuál es la utilidad de todos los elementos utilizados?


En este apartado incluiremos algunos reactivos parecidos a los que se utilizan en

pasado e integrar tus conocimientos. Escribe dentro del paréntesis la respuesta correcta.

1— Para transformar la energía mecánica en eléctrica se utiliza el aparato llamado: ( )

2— campo magnético producido por ella se opone al campo magnético del imán que lo genera ( )

a) Ley de Ampère b) Ley de Lenz c) Ley de Faraday d) Ley de Gauss

3— Sustancia que es un ejemplo de material ferromagnético: ( )

a) Platino b) Oro c) Gadolinio d) Iridio

4— Al poner en contacto los polos norte de dos imanes de barra: ( )

a) Se atraen b) Se repelen c) Se atraen con poca intensidad d) No pasa nada

169

Actividad Experimental 1. ELECTROMAGNETISMO

Propósito: Explicaré la relación entre la corriente eléctrica y el magnetismo a partir de la observación de algunos fenómenos electromagnéticos.

Material Cantidad

Brújula 1

Interruptor 1

Imán de barra 1

Microamperímetro 1

*Alambre conductor aislado 60 cm

*Clavo de 2 ½ pulg. 1

*Pila de 1.5 volts 1

*Clips o alfileres Los necesarios

Bobina 1

*Material que debe aportar el estudiante.

Antecedentes:

El electromagnetismo es la parte de la física encargada de estudiar los fenómenos que resultan de las interacciones entre las corrientes eléctricas y el magnetismo.

En 1820, Oersted descubrió que cuando circula corriente eléctrica por un alambre conductor, se forma inmediatamente un campo magnético alrededor de

alambre en forma de bobina. Asimismo, Faraday descubrió las corrientes eléctricas inducidas al realizar experimentos con una bobina a la que se le acercaba y alejaba un imán recto. La corriente inducida era más intensa cuando se movía más rápido el imán.

De acuerdo con Faraday, tenemos que: “La inducción electromagnética es el fenómeno producido cuando un conductor se mueve en sentido transversal cortando las líneas de fuerza de un campo magnético, con lo cual se genera una fuerza electromotriz que induce una corriente eléctrica en el conductor”.

Procedimiento 1:

Para ello, usa el alambre conductor, la pila de 1.5 volts y el interruptor.

170

Figura 4.31

Paso 2. Colocar la brújula en posición paralela al alambre conductor.

Paso 3. Cerrar el interruptor. Observa lo que sucede con la brújula.

Procedimiento 2:

Paso 1. Construir un pequeño electroimán, enrollando alambre del-gado aislado alrededor del clavo grande de hierro. (Figura 4.32).

Figura 4.32

Paso 2. Conectar los extremos del alambre a la pila de 1.5 volts.

Observa lo que sucede.

171

Procedimiento 3:

Figura 4.33

Paso 2. Introducir varias veces y con diferentes velocidades el polo norte del imán en el centro de la bobina.

Paso 3. Observar la aguja del microamperímetro.

Paso 4. Repetir el experimento, pero ahora con el polo sur del imán de barra.

Resultados:

1— ¿Qué se observa en la brújula al cerrar el circuito eléctrico y al abrirlo? Explica tu respuesta.

2— ¿Qué sucedió al acercar cualquiera de los extremos del clavo a los clips

3— ¿Qué uso práctico tienen los electroimanes?

172

4— ¿Qué se observa en la aguja indicadora del microamperímetro al intro-ducir el imán y sacarlo?

5— ¿Qué se observa en la aguja del microamperímetro al incrementar la velocidad con que se mueve el imán? Explica tu respuesta.

6— ¿Qué se observa en la aguja del microamperímetro al introducir el polo sur del imán de barra en la bobina?

7— ¿Qué sucede cuando el imán y la bobina permanecen quietos?

8—

9— -nética.

173

10— Enuncia la ley del electromagnetismo de Faraday.

Anota tus observaciones:

Conclusiones:

174


Después de socializar los resultados de tu aprendizaje, con ayuda de tu facilitador ubica tu nivel de desempeño en la adquisición de las competencias relacionadas con esta sesión, tomando en consideración el cumplimiento de los criterios presen-tados al inicio de cada sesión.

Criterio Pre-formal (1-2)Inicial-Receptivo

(3-4)Básico-Resolutivo

(5-6)Autónomo (7-8) Estratégico (9-10)

Identifico los antecedentes históricos más importantes en el estudio del

electromagnetismo.

No identifico los antecedentes históricos más importantes en el estudio del

electromagnetismo.

Identifico vagamente los antecedentes

históricos más importantes en el estudio del

electromagnetismo.

Identifico algunos antecedentes históricos más importantes en el estudio del

electromagnetismo.

Identifico con certeza los

antecedentes históricos más importantes en el estudio del

electromagnetismo.

Identifico y justifico plenamente los antecedentes históricos más importantes en el estudio del

electromagnetismo.

Realizo, con base en los antecedentes

históricos del electromagnetismo, una presentación cronológica de los

hechos y autores más sobresalientes que contribuyeron a su

desarrollo.

No realizo, con base en los antecedentes



desarrollo.

Realizo vagamente, con base en los antecedentes históricos del

electromagnetismo, una presentación cronológica de los hechos y autores

más sobresalientes que contribuyeron a

su desarrollo.

Realizo, con ciertos antecedentes históricos del

electromagnetismo, una presentación cronológica de los hechos y autores


su desarrollo.

Realizo con certeza y con los antecedentes

históricos del electromagnetismo, una presentación cronológica de los hechos y autores


su desarrollo.

Realizo y justifico plenamente, con base en los antecedentes



desarrollo.

Participo activamente en

grupos de trabajo valorando la

importancia del quehacer científico

y su importancia actual en relación


No participo activamente en





Participo vagamente en grupos de

trabajo valorando la importancia del

quehacer científico y su importancia

actual en relación con el fenómeno del electromagnetismo.

Participo en algunos grupos de trabajo valorando la importancia del



Participo activamente en





Participo activa y plenamente en grupos de trabajo valorando la importancia del



Establezco las características de

los imanes y de las interacciones

magnéticas.

No establezco las características de los imanes ni de las interacciones

magnéticas.

Establezco vagamente las

características de los imanes y de

las interacciones magnéticas.

Establezco con certeza las

características de los imanes y de

las interacciones magnéticas.

Establezco puntualmente las características de

los imanes y de las interacciones

magnéticas.

Establezco y justifico las características de los imanes y de las interacciones

magnéticas.

175

Diferencio imanes naturales

y artificiales; materiales

ferromagnéticos, diamagnéticos y

paramagnéticos, así como interacciones

gravitatorias, eléctricas y magnéticas.

No diferencio imanes naturales

ni artificiales; materiales

ferromagnéticos, diamagnéticos o

paramagnéticos, ni las interacciones


Diferencio vagamente

imanes naturales y artificiales;

materiales ferromagnéticos, diamagnéticos y



Diferencio algunos imanes naturales





Diferencio con certeza imanes

naturales y artificiales; materiales




Diferencio y justifico imanes naturales





Utilizo líneas de fuerza magnética

para representar el campo magnético

generado por imanes en forma de barra,

circulares y de herradura.

No utilizo líneas de fuerza magnética para representar el campo magnético generado por imanes en forma de barra, circulares y

de herradura.

Utilizo vagamente líneas de fuerza magnética para representar el

campo magnético generado por imanes en forma de barra,

circulares y de herradura.

Utilizo algunas veces líneas de

fuerza magnética para representar el campo magnético

generado por imanes en forma de barra, circulares y

de herradura.

Utilizo certeramente líneas de fuerza magnética para

representar el campo magnético generado por imanes en forma de barra, circulares y

de herradura.

Utilizo y justifico líneas de fuerza magnética para

representar el campo magnético generado por imanes en forma de barra, circulares y

de herradura.

Valoro la importancia del uso del

electromagnetismo en el mundo actual,

desarrollando un pensamiento crítico

y reflexivo y una actitud científica

para aplicarlo en la vida cotidiana.

No valoro la importancia del uso del


ni desarrollo un pensamiento crítico

o reflexivo ni una actitud científica para

aplicarlo en la vida cotidiana.

Valoro vagamente la importancia

del uso del electromagnetismo en el mundo actual,




Valoro algunas veces la

importancia del uso del





Valoro certeramente la importancia





Valoro y justifico la importancia


desarrollando un pensamiento crítico y reflexivo y una actitud

científica para aplicarlo en la vida

cotidiana.

Explico el concepto de campo magnético

generado por una corriente

y lo represento gráficamente por

medio de líneas de fuerza magnética.

No explico el concepto de campo magnético generado

por una corriente ni lo represento

gráficamente por medio de líneas de fuerza magnética.

Explico vagamente el concepto de campo magnético generado

por una corriente y no lo represento gráficamente por


Explico algunas veces el concepto

de campo magnético generado

por una corriente y lo represento


Explico certeramente el concepto de

campo magnético generado por una corriente

y lo represento gráficamente por


Explico y justifico el concepto de campo magnético generado

por una corriente y lo represento


176

Describo las características del campo magnético generado por una

corriente eléctrica, para diferenciarlos en una espira, un

solenoide y un electroimán.

No describo las características del campo magnético generado por una



Describo vagamente las características

del campo magnético generado

por una corriente eléctrica, para

diferenciarlos en una espira, un solenoide y un electroimán.

Describo algunas características del campo magnético generado por una



Describo con certeza las

características del campo magnético generado por una



Describo y justifico las características

del campo magnético generado por una



Comprendo las leyes del

electromagnetismo, que describen el

comportamiento de la corriente eléctrica

y los campos magnéticos: Ley

de Biot-Savart, Ley de Ampère, Ley de

Gauss, Ley de Faraday y Ley de Lenz, y las utilizo para

explicar fenómenos naturales de origen electromagnético.

No comprendo las leyes del

electromagnetismo, que describen el comportamiento de la corriente eléctrica y los

campos magnéticos: Ley de Biot-Savart, Ley de Ampère, Ley

de Gauss, Ley de Faraday o Ley de Lenz,

ni las utilizo para explicar fenómenos naturales de origen electromagnético.

Comprendo vagamente

las leyes del electromagnetismo,

que describen el comportamiento de la corriente eléctrica y los

campos magnéticos: Ley de Biot-Savart,

Ley de Ampère, Ley de Gauss,

Ley de Faraday y Ley de Lenz, y las utilizo para


Comprendo algunas leyes del

electromagnetismo, que describen el comportamiento de la corriente eléctrica y los





Comprendo con certeza las leyes del electromagnetismo,






Comprendo y justifico las leyes del electromagnetismo,


campos magnéticos: Ley de Biot-Savart, Ley de Ampère, Ley

de Gauss, Ley de Faraday y Ley de

Lenz, y las utilizo para explicar fenómenos naturales de origen electromagnético.

Comprendo el funcionamiento de un motor, un

generador eléctrico y un transformador,

a partir de los conceptos y las leyes del

electromagnetismo.

No comprendo el funcionamiento de un motor, un

generador eléctrico ni un transformador,


electromagnetismo.

Comprendo vagamente el

funcionamiento de un motor, un



electromagnetismo.

Comprendo algunos funcionamientos de un motor, un



electromagnetismo.

Comprendo con certeza el

funcionamiento de un motor, un



electromagnetismo.

Comprendo y justifico el funcionamiento de un motor, un



electromagnetismo.

Relaciono el magnetismo con la

electricidad a través de experimentos

sencillos.

No relaciono el magnetismo con la

electricidad a través de experimentos

sencillos.

Relaciono vagamente el

magnetismo con la electricidad a través

de experimentos sencillos.

Relaciono algunas veces el



Relaciono certeramente el



Relaciono y justifico el magnetismo con la electricidad a través


Valoro el impacto del estudio del

electromagnetismo en el diseño y desarrollo de

equipos y aparatos electrónicos.

No valoro el impacto del estudio del

electromagnetismo en el diseño y desarrollo de equipos y aparatos

electrónicos.

Valoro vagamente el impacto del

estudio del electromagnetismo

en el diseño y desarrollo de


Valoro algunas veces el impacto del estudio del

electromagnetismo en el diseño y desarrollo de


Valoro con certeza el impacto

del estudio del electromagnetismo

en el diseño y desarrollo de


Valoro y justifico el impacto del

estudio del electromagnetismo en el diseño y desarrollo de equipos y aparatos

electrónicos.

177

Bibliografía de Física II Díaz, Jorge (2009): Física 2 Bachillerato. México. Editorial St. 2da. Edi-ción.

Manjarrez, Jorge Eduardo (2007): Física 2. México. Editorial Santillana.

Pérez, Héctor (2008): Física II Bachillerato General. Séptima reimpre-sión. México. Grupo editorial Patria.

Resnick; Halliday y Walker (2007): Fundamentos de física. Sexta edi-ción. México. Grupo editorial Patria.

fisica ii para estudiantes preuniversitarios

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