Libro de Fisica II

5/13/2018 Libro de Fisica II - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/libro-de-fisica-ii 1/192

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 seriede subsistemas que operan de manera independiente, sin correspondencia a unEl reto es encontrar los objetivos comunes de esos subsistemas para potenciar susalcances 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 conozcanlos ejes que la regulan, cómo opera y los retos que enfrenta en la actualidadpara asumir a partir de dicho conocimiento una actitud diferente que nos permitacoadyuvar 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 desarrollarsede manera satisfactoria, ya sea en sus estudios superiores o en el trabajo y, demanera más general, en la vida. En esta misma línea, no se debe perder de vistael contexto social de la EMS: de ella egresan individuos en edad de ejercer susderechos y obligaciones como ciudadanos, y como tales deben reunir, en adición aactitudes y valores que tengan un impacto positivo en su comunidad y en el paísen 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 objetivosconsisten en dar identidad, calidad, equidad y pertinencia a la EMS, a través demecanismos 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 (básicasy extendidas) y Competencias Profesionales (básicas y extendidas). Esta estructurapermite observar de manera clara, los componentes comunes entre los diversossubsistemas, 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 niveleducativo 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 competenciasgenéricas, 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 mundoa 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 encuenta los objetivos que persigue.

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

3— Elige y practica estilos de vida saludables.

Se expresa y comunica

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

5— Desarrolla innovaciones y propone soluciones a problemas a partir demétodos 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 accionesresponsables.



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 disciplinarespueden 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 alterminar sus estudios de bachillerato. Las competencias disciplinares básicas dansustento a la formación de los estudiantes en las competencias genéricas que inte--vos, contenidos y estructuras curriculares; se organizan en los campos disciplinaressiguientes: 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 paralos 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 favoreceacciones responsables y fundadas por parte de los estudiantes hacia el ambientey 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 tecnologíaen 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 experimentocon 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 naturalezay los rasgos observables a simple vista o mediante instrumentos o mo-



11—Analiza las leyes generales que rigen el funcionamiento del medio físicoy 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 yequipo 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 desarrollanlas 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 pasosse 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 facilitadoradentre al alumno en la materia y considere que es a partir de actividades que elestudiante 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, esestudiantes. La contextualización deberá realizarse al inicio de cada bloque enlos 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 estrategiaen 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 etapade 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 fenómenoinmediato.

Las distintas etapas del proceso de asimilación que el alumno experi-menta para desarrollar el aprendizaje son: la etapa de motivación la cual debefomentarse y mantenerse durante todo el curso, recordemos que si un alumno noestá 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 elalumno desarrolle una competencia. La RIEMS sugiere la creatividad como método

La BOA puede llevarse a cabo de varias formas, cubriendo tres aspectosimportantes, la orientación al alumno, que como ya dijimos debe estar precedidapor 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 uncontenido, e incompleta en la cual se dejan ciertos aspectos de un contenido paraque el alumno pueda descubrir o investigar por sí mismo. La generalidad es otroaspecto 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, elalumno llega a obtener el aprendizaje de manera conjunta con el facilitador y enla 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 docentecuente 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 recopiladaen la etapa anterior, pueden establecer estrategias que permitan mayor grado de -mados por los estudiantes.



VIII

Evaluación de la competencia

Para llevar a cabo la evaluación sumativa de las competencias que se indican enlos 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. Lamejor forma de lograr esta unidad será integrando un portafolio de evidencias deaprendizaje.

1. Dinamización y motivación

3. Contextualización

4. Problematización

5. Desarrollo de criterios

6. Síntesis

7. Realimentación

8. Evaluación de la competencia







X

Contenido

Bloque I: Describe los fluidos en reposo y en movimiento 2

Sesión A: Hidráulica 5

La Hidráulica y los fluidos 6

Relación masa, volumen y gravedad 9

Ejemplos resueltos 11

Sesión B: Hidrostática 13

Tipos de presión y unidades de medida 13

Presión atmosférica 16

La presión manométrica y absoluta 18

Ejemplos resueltos 18Principios de la hidrostática. Pascal 19


Principios de la hidrostática. Arquímedes 21


Sesión C: Fluidos en movimiento 23

Hidrodinámica 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 96

Sesión A: Desarrollo histórico de la electricidad 101

Historia de la electricidad 102

Sesión B: Electrostática 105

Electrostática 105

Ley de Coulomb 107

Campo eléctrico e intensidad de campo eléctrico 110

Sesión C: Electrodinámica 114

La 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



XI

Bloque IV: Relaciona la electricidad con el magnetismo 144

Sesión A: Desarrollo histórico del estudio del electromagnetismo 148

Sesión B: Magnetismo 153¿ ?

Cómo se define el magnetismo? 154

Tipos de imanes 154

? 154

Campo magnético 155

Magnetismo terrestre 156

Sesión C: Electromagnetismo 159

Electromagnetismo 160

Campo magnético 161

Bibliografía de Física II 177



2

Bloque I: Describe los fluidos

en reposo y en movimiento

Unidad de competencia: en reposo y movimiento a través de las teorías, principios, teoremas o modelosmatemáticos 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 elque 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.



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

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

las hipótesis necesarias para responderlas

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

Contrasta los resultados obtenidos en una investigación o experimentocon 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 ylos rasgos observables a simple vista o mediante instrumentos o mode-

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



4

Dinamización

Imagina que te vas de vacaciones ala playa en compañía de tus com-

pañeros de salón. El hotel donde sevan a hospedar posee una piscinacon trampolín. Después de cam-biarse, todos corren para aventar-se a la piscina desde el trampolíny, entre juegos, comienzas a brin-car para realizar un clavado, pero,¡oh sorpresa! Pierdes el equilibrioy caes de “panzazo”.

Aunque te mueres de la vergüenza y no quieres salir del agua, sientescomo poco a poco vas ascendiendo. Con pena, caminas lentamente pues el aguano te permite avanzar más rápido. Mientras tus amigos se ríen te preguntas: ¿porqué 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 materiaconsiderando 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 algunade estas características?

Figura 1.1



Contextualización

Laura es una chica de pelo castaño y ojos cafés. Los sábados practica deporte enel 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 labotella se quedan pegadas unas gotas, pero no le da importancia, pues es algo queya había visto con anterioridad. Se despide de unas compañeras en la cafetería yobserva que el envase de vidrio que contiene refresco no tiene gotas pegadas a supared pues el líquido se resbala.

Laura ahora se pregunta por qué se forman las gotas en un recipiente yno en el otro. ¿Será el tipo de líquido? ¿Será el recipiente? Y tú, ¿por qué crees quesucede?

Sesión A: HidráulicaProblematización

El maestro de Física te entrega una bolsa de plástico y te indica que coloques dentroobjetos sólidos. Luego te pregunta si utilizarías la misma bolsa para contener unlíquido 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 losextremos. Coloca sobre la línea dos gotas de las siguientes sustancias: miel, aceitey 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 sucomportamiento, asimismo demuestra las aplicaciones de éstos, por ejem-plo, en presas, ductos, tuberías, sistemas de riego, etc. Se divide en dosramas: la hidrostática (líquidos en reposo) y la hidrodinámica (líquidos enmovimiento).

La utilización de los gases y líquidos en la vida cotidiana es común: ¿Hasutilizado desodorante en aerosol? ¿Alguna vez han ajustado la silla cuando te vashan 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 susmoléculas están separadas y se mueven con facilidad. En este bloque nos enfocaremos

mejorar nuestra calidad de vida.

Actividad de aprendizaje 2



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

16.1Metanol* 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 sistemaCGS, 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”.

-



como el vidrio de un envase o al plástico de un popote? Por la fuerza de atracciónque existe entre las moléculas. Si la atracción de las moléculas se presenta en lamisma sustancia se le denomina cohesión, y cuando la atracción se da entre lasmoléculas 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-

Viscosidad Tensiónsuperficial Cohesión Adherencia Capilaridad

Relación masa, volumen y gravedadcuerpo con el volumen ocupado en el espacio.

33

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 790Corcho 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 decarbono

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 lafuerza de atracción de la gravedad, es decir, establece la relación entre el peso yel volumen del objeto.

3

Peso de la sustancia en N

Volumen en m3



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 lafórmula

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 contenidoen un volumen de 450 cm3.

3— 3 y tieneuna masa de 98 mg.

4— volumen de 10 ml.

5— 3 y tiene una masa de 5 g.

Síntesis

vida cotidiana.



Sesión B: Hidrostática

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

La enfermera realiza el cambio y te inyecta el medicamento sin ningúnproblema. ¿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 situacionesreales y experimentales.


Tipos de presión y unidades de medida

La fuerza aplicada sobre un área determinada recibe el nombre de presión. Suexpresión 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 lafuerza entonces la presión se aumentará al doble.

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

Figura 1.12

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

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

La es la mismaa una determinada profundidad, la presión de unlíquido varía de acuerdo a la profundidad a la quese mide. Por ejemplo: imagina una columna de lí-quido contenido en recipiente, a medida que laprofundidad aumenta, la masa del agua es mayortanto, su peso es mayor.

La presión es pro-porcional a la fuerzaaplicada pero inver-samente proporcionalal área sobre la cualse aplica la fuerza.

Figura 1.13

Figura 1.14



Figura 1.15

Figura 1.16

Si deseamos calcular la presión hidrostática debemos considerar la masadel 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 nadandoen 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 estapresión es una consecuencia de la presión atmosférica?

La presión atmosférica es la presión que ejercen los gases de laatmósfera sobre los cuerpos que se encuentran por debajo de ella, de igualforma que con los líquidos. Por ejemplo, la presión arterial depende de lapresión atmosférica y es un signo vital medido por los médicos para conocerel 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 gasessobre 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 6111300 649 1900 603

El barómetro es elinstrumento de me-dición para la presiónatmosférica.



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 cmde altura por cm2 de sección transversal medido a una temperatura de 0°C.

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

Actividad de aprendizaje 7Realiza una consulta en fuentes electrónicas o impresas sobre el experimento deun 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 contraellos, sin embargo, a veces se reventaban en el aire. ¿Por qué se rompe el globo sino lo pinchaban o lo apretaban? En realidad, lo que sucedía era que aumentaba suun 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 lapresión atmosférica a la presión absoluta.

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 manómetromás sencillo consiste enun tubo en forma de una

U o J.

Manómetro: es un dis-positivo para medir la



rama y otra del tubo del manómetro. ¿Cuál es la presión absoluta delgas 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 gasse 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 lapresión atmosférica, que es de 400 mm de Hg.

2— Calcula la presión hidrostática en el fondo de una piscina de 5 m de3.

3— Calcula la profundidad a la que se encuentra sumergido un submarinoen el mar cuando soporta una presión hidrostática de 81062. La3.

Principios de la hidrostática. PascalAhora que ya tenemos claro el concepto de presión, podemos seguir analizando susaplicaciones. Uno de los principios fue aportado por Blaise Pascal, quien por me-sobre un líquido encerrado en un recipiente, se transmite con la misma intensidada todos los puntos del líquido y a las paredes del recipiente que lo contiene”. Esteprincipio lo demostró mediante tres experimentos: la jeringa de Pascal, el tonelde 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 gatoshidráulicos 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 produceuna 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 siguientemanera:

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



2

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

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

2— Determina el área del émbolo mayor de una prensa hidráulica, si la fuerzaaplicada sobre él es de 500 N y en el émbolo menor se aplica una fuerza de80 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 aportacionesa 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 serherrero 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: ¡Sino resuelves mi duda te corto la cabeza!

Muy desanimado y triste, Arquímedes fue a su casa a darse un baño pararelajarse. 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 denuevo, 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 llegaral palacio real. Una vez ahí utilizó sus observaciones para resolver la duda del rey.

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

Arquímedes tambiénrealiza aportacionessobre la palanca y lageometría plana.



22

¿Qué crees que hizo para demostrar al rey de qué material estaba hechala 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 elobjeto 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



2



Resuelve los siguientes problemas en tu libreta.

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

2— Determina el empuje que recibe un objeto que pesa 300 N y posee unvolumen 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 contextosocial.

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 estascuestiones.



24


Del saber:

Del saber hacer:

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

Utilizo los modelos matemáticos para resolver problemas relacionadosproblemas prácticos.

Del saber ser:

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

Hidrodinámicaayuda 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 salidade una tubería en determinado tiempo.

Euler fue el primerpersonaje en sugerirque para estudiar elcomportamiento deconsideren ideales:sin viscosidad eincomprensibles.



2

Además, 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 quequeda:

Ahora, considerando que el volumen de líquido que entra por la tuberíaes 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 deuna tubería angosta, lo hace a mayor velocidad que cuando pasa por una tuberíamás ancha.

Figura 1.26

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

Por lo tanto,

Bernoulli y VenturiDaniel Bernoulliestudió el comporta-en el siglo XVIII.

El teorema de Bernoulli es tam-bién conocido como el teorema -dos. Bernoulli considera que enuna tubería que posee una ele-vación, la presión es menor enla parte más alta.

Figura 1.27



2

Para determinar el teorema de Bernoulli se relaciona el principio de laconservación 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 latubería, 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 delas energías cinética,potencial y de pre-sión es la misma encualquier 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 unmismo punto quedaría:

Y se resume como:

La ecuación del teorema de Bernoulli nos puede ayudar a determinar lapresión 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 suespacio y la presión disminuye.

Figura 1.28

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

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

Otro ejemplo basadoen el teorema es elprincipio de sustenta-ción de las alas de un

avión.



2

Donde:

vA

PA 2).

PB 2).

3).

AA2).

AB 2)

Un ejemplo aplicado es el carburador de los automóviles donde el airegenera una baja presión cuando se conduce a las cámaras de combustión, lo quehace 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, ¿quévelocidad tiene cuando abrimos la llave de agua? Para conocer esto, haremos uso

Este físico italiano menciona que: “la velocidad de salida de un líquidosalida”.

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 deun 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



3

Ejercicios Resueltos1— 3 agua que circula en una tubería

en 45 s.Datos Fórmula Despeje y sustitución Resultado

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 3104

2

por la tubería si en la parte angosta su diámetro mide 0.08 m y la pre-sión es de 1.51042?

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 ysoporta una presión de 21042. ¿Cuál será valor de la velocidad enla parte ancha del tubo si su diámetro mide 0.8 m y la presión es de51042?

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.

ProyectoEn 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—

23

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

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



3

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* 1Popote 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 1Probeta 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 elaforo 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



3

MuestraVolumen

(ml)

Masa

(g)Densidad Dato faltante

Pesoespecífico

Horchata

Miel

Alcohol

Observaciones

Conclusiones

Actividad experimental 3. Principio de Pascal

Propósito: Aplicar el principio de Pascal en base al funcionamiento de laprensa 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 burbujade 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 delos 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 ¿dóndelo colocarías? ¿Sobre el émbolo menor o mayor?

Resultados:



3

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 cordónal 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 eldinamómetro en el soporte universal y mide su peso. Registra el

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



38

Figura 1.31

Observaciones

Operaciones matemáticas



3

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 relacionarlascon 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 seutilizando 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 probetagraduada el líquido desalojado en 10 s. Registra tus datos yprocede a calcular el gasto.

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

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

Observaciones:

Resultados:

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



4

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 delfluido (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:



4

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 deforma 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 haciaarriba, y sitúa la pelota de ping pong en la corriente de aire.

Procedimiento 3:

1—

Figura 1.34Observaciones del procedimiento 1, 2 y 3:

Conclusiones:



4


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 criteriospresentados al inicio de cada sesión.

CriterioPre-formal

(1-2)

Inicial-receptivo

(3-4)

Resolutivo(básico)

(5-6)

Autónomo

(7-8)

Estratégico

(9-10)

Identifico lascaracterísticas de losfluidos en base a laspropiedades de los

estados de la materia.

No identifico lascaracterísticas delos fluidos en basea las propiedadesde los estados de

la materia.

Reconozco vagamentealgunas característicasde los fluidos en base

a las propiedadesde los estados de la

materia.

Identifico ciertascaracterísticas delos fluidos en basea las propiedadesde los estados de

la materia.

Identifico con certezalas características delos fluidos en base a

las propiedades de losestados de la materia.

Identificoplenamente y

fundamento lascaracterísticasde los fluidosen base a las

propiedades delos estados de lamateria.

Distingo las diferentescaracterísticas queposeen los fluidos y

aplico la resolución deejercicios en la vida

cotidiana.

No distingolas diferentes

característicasque poseen los

fluidos y no aplicola resolución deejercicios en lavida cotidiana.

Reconozco vagamentelas diferentes

características queposeen los fluidosy aplico vagamente

la resolución deejercicios en la vida

cotidiana.

Distingo ciertasdiferencias en lascaracterísticas delos fluidos y aplico

la resolución deejercicios en lavida cotidiana.

Distingo con certezalas diferentes

características delos fluidos y aplico

la resolución deejercicios en la vida

cotidiana.

Distingo yfundamento

las diferentescaracterísticasde los fluidos

y aplico laresolución de

ejercicios en lavida cotidiana.

Valoro la importancia

de las aportacionescientíficas relacionadascon los estados de la

materia.

No valoro la

importancia delas aportacionescientíficas

relacionadas conlos estados de la

materia.

Reconozco

vagamente el valorde la importanciade las aportaciones

científicasrelacionadas con los

estados de la materia.

Tengo cierta

valoración laimportancia delas aportaciones

científicasrelacionadas conlos estados de la

materia.

Valoro con certeza

la importancia delas aportacionescientíficas

relacionadas con losestados de la materia.

Valoro y

fundamento laimportancia delas aportaciones

científicasrelacionadas conlos estados de la

materia.

Describo laspropiedades físicasque caracterizan el

comportamiento de losfluidos.

No describo laspropiedades físicas

que caracterizanel comportamiento

de los fluidos.

Describo vagamentelas propiedades físicas

que caracterizan elcomportamiento de los

fluidos.

Describo ciertaspropiedadesfísicas que

caracterizan elcomportamientode los fluidos.

Describo con certezalas propiedades físicas

que caracterizan elcomportamiento de los

fluidos.

Describo yfundamento las

propiedadesfísicas que

caracterizan elcomportamientode los fluidos.



46

Analizo las diferentespropiedades de los

fluidos como densidad,

peso específico, presión,etc., en situacionesrelacionadas connuestro entorno.

No analizolas diferentespropiedades

de los fluidoscomo densidad,peso específico,

presión, etc.,en situaciones

relacionadas connuestro entorno.

Analizo vagamente lasdiferentes propiedades

de los fluidos como

densidad, pesoespecífico, presión,etc., en situacionesrelacionadas connuestro entorno.

Analizo ciertasdiferencias de

las propiedades

de los fluidoscomo densidad,peso específico,



Analizo con certeza lasdiferentes propiedades

de los fluidos como

densidad, pesoespecífico, presión,etc., en situacionesrelacionadas connuestro entorno.

Analizo yfundamento

las diferentes

propiedadesde los fluidoscomo densidad,peso específico,



Describo el concepto depresión y reconozco sus

unidades de medida.

No describoel conceptode presión y

reconozco susunidades de

medida.

Describo vagamente elconcepto de presión

y reconozco susunidades de medida.

Describo ciertoconcepto

de presión yreconozco susunidades de

medida.

Describo con certezael concepto de presión

y reconozco susunidades de medida.

Describo yfundamentoel conceptode presión y

reconozco susunidades de

medida.

Aplico los principios deArquímedes y de Pascalen situaciones reales y

experimentales.

No aplico losprincipios deArquímedes yde Pascal en

situaciones realesy experimentales.

Aplico vagamentelos principios de

Arquímedes y de Pascalen situaciones reales y

experimentales.

Aplico ciertosprincipios deArquímedes yde Pascal en


Aplico con certezalos principios de

Arquímedes y de Pascalen situaciones reales y

experimentales.

Aplico yfundamento

los principiosde Arquímedesy de Pascal en


Describo lascaracterísticas de los

fluidos en movimiento.

No describo lascaracterísticas

de los fluidos enmovimiento.

Describo vagamentelas característicasde los fluidos en

movimiento.

Describo ciertascaracterísticas


Describo con certezalas característicasde los fluidos en

movimiento.

Describo yfundamento lascaracterísticas


Analizo los principios dela masa y energía paraobtener la ecuación

de gasto, continuidad yBernoulli.

No analizo losprincipios de lamasa y energíapara obtener la

ecuación de gasto,continuidad y

Bernoulli.

Analizo vagamentelos principios de lamasa y energía para

obtener la ecuación degasto, continuidad y

Bernoulli.

Analizo ciertosprincipios de lamasa y energíapara obtener la

ecuación de gasto,continuidad y

Bernoulli.

Analizo con certezalos principios de lamasa y energía para

obtener la ecuación degasto, continuidad y

Bernoulli.

Analizo yfundamento losprincipios de lamasa y energíapara obtenerla ecuación

de gasto,continuidad y

Bernoulli.



4

Utilizo los modelosmatemáticos pararesolver problemas

relacionados con gasto,flujo, ecuación decontinuidad y Bernoulli

en la solución deproblemas prácticos.

No utilizolos modelos

matemáticos para

resolver problemasrelacionadoscon gasto, flujo,

ecuación decontinuidad yBernoulli enla solución

de problemasprácticos.

Utilizo vagamentelos modelos

matemáticos para

resolver problemasrelacionados congasto, flujo ecuación

de continuidady Bernoulli en la

solución de problemasprácticos.

Utilizo algunosmodelos

matemáticos para

resolver problemasrelacionadoscon gasto, flujo,



Utilizo con certezalos modelos

matemáticos para

resolver problemasrelacionados congasto, flujo, ecuación

de continuidady Bernoulli en la

solución de problemasprácticos.

Utilizo yfundamentolos modelos

matemáticospara resolverproblemas

relacionadoscon gasto, flujo,



Aprecio la importanciade los diferentes

modelos matemáticosy los de Bernoulli en

aplicaciones de la vidacotidiana.

No aprecio laimportancia de losdiferentes modelosmatemáticos y los

de Bernoulli enaplicaciones de la

vida cotidiana.

Aprecio vagamentela importancia de losdiferentes modelosmatemáticos y los

de Bernoulli enaplicaciones de la vida

cotidiana.

Tengo ciertoaprecio a la

importancia delos diferentes

modelosmatemáticos y los

de Bernoulli enaplicaciones de la

vida cotidiana.

Aprecio con certezala importancia de losdiferentes modelosmatemáticos y los

de Bernoulli enaplicaciones de la vida

cotidiana.

Aprecio yfundamento laimportancia delos diferentes

modelosmatemáticos y los

de Bernoulli enaplicaciones de

la vida cotidiana.



48



4



Bloque II. Distingue entre

calor y temperatura

Unidad de competencia

Analiza las formas de intercambio de calor entre los cuerpos, las leyes que rigenla 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 lascondiciones ambientales por efecto de la temperatura, hasta la utilización de losprocesos de transferencia de calor en algunos equipos y aparatos de uso cotidianociencia 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 yatenía la temperatura adecuada, en eso llegó su papá con el hielo para los refrescosy le pidió a Juan que lo ayudara. Después de colocar el hielo en la nevera, vuelve aintroducir la mano en el recipiente y siente que el agua ya está lista. Cuando entraa bañarse y se vierte el agua encima, se da cuenta que aún está muy fría. ¿Por quécrees 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 lanoche, te habrás dado cuenta que aunqueésta sea un poco fría, si estamos bailando,nuestro cuerpo aumenta su temperatura ysentimos calor, y cuando hay más chavos enla pista la sensación es aún mayor. ¿Cómose llama el proceso por el cual se transmiteel calor corporal en este caso? ¿Qué pasaríasi salimos a la intemperie? ¿Cómo sería latemperatura fuera del local?

Figura 2.1 Las personas cuando bailan, des-

prenden calor de su cuerpo debido a que elmovimiento provoca un gasto de energía, y éstase ierde en forma de calor.

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



5

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, losy pérdida de esta energía; por ejemplo, si estamos en un lugar frío, nuestrocuerpo pierde calor teniendo esa sensación de frío, y si nos encontramos enun lugar caliente, como en nuestra ciudad, entonces se absorbe energía ysentimos 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 calorno aprovechable, debido a que las partículas que están en contacto pierdenenergía cinética. En binas hagamos una prueba muy sencilla, frotemos laspalmas 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, estoes porque el calor se transmite de nuestras manos que tienen mayor temperaturaal 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, paraponerte en contexto.

I. Responde el siguiente cuestionario en forma breve. Compara las respuestascon 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 lmanos provoca fric

ción entre ellas y, pconsiguiente, pérdida

energía cinética, manitándose en forma de c

y dando sensaciones 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 ala corteza terrestre y los provocados por lautilización de los automóviles, las ciudades,gases que provocan el efecto invernadero,ha generado un aumento de temperaturaen 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 delnivel del mar en las costas. Pero, ¿por quéel aumento de temperatura provoca todos estos fenómenos?, ¿cómo se relacionacon 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 temperaturaes un fenómeno físico

que provoca los cambiosclimáticos en el planeta.

-dado por el exceso de lluvia durante 2008.



5

Sesión A: La temperatura, sus escalas y los

fenómenos de dilataciónDesarrollo de saberes

Del saber:

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

Del saber hacer:

Diferencio el concepto de calor y temperatura para comprenderla relación existente entre las escalas termométricas, interpre-

tando valores y resolviendo ejercicios. Relaciono la dilatación térmica con los cambios de temperatura ylas 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, sumamá 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 uncuerpo o sustancia, debido a la energía cinética promedio que poseen susmoléculas.

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 calory se iguala a la temperatura que posee el cuerpo que se mide, de esa forma ambosquedan en equilibrio térmico, es decir, mantienen la misma energía cinética y portanto la misma temperatura. Cuando nos enfermamos medimos nuestra tempe-podemos graduar los refrigeradores y los hornos para cocinar.

Figura 2.5 Fotografía casi todo el año debidla falta de lluvia y la dforestación de las zon

?



56

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

Actividad de aprendizaje 1Formen grupos de tres integrantes y plasmen en su libreta los resultados de unainvestigación en internet o en libros de Física, sobre los tipos de termómetros queexisten, considerando los siguientes puntos: nombre del termómetro, rango detemperatura 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 díade playa, pero se pronosticaba una temperatura cercana a los 40°C. La mamá deYolanda, preocupada por el calor que pudiera haber, sobre todo para su hermanito,consideró llevar muchos refrescos, agua y una sombrilla grande para protegersedel sol y del calor. ¿Sabes qué es el calor?

posee un cuerpo y que puede moverse hacia otro. Sólo puede hacerlo delcuerpo 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 calory temperatura.



5

Escalas de temperaturamarcada son: Celsius, Fahrenheit, Kelvin y Rankin.

En las noticias de cable, la temperatura de Estados Unidos se mide en laescala Fahrenheit y es común escuchar hacer referencia a estos valores, pero ¿porqué en el país vecino utilizan esta escala? La escala Fahrenheit fue ideada por elfísico alemán Daniel Gabriel Fahrenheit (1686-1736), quien utilizó como puntotomando como referencia la temperatura del cuerpo humano, asignándole un valorde 98. Para alcanzar la temperatura de ebullición del agua, su escala muestra unvalor de 212°F. Así su escala quedó determinada en 180 partes iguales.

Por el contrario, en nuestro país vemos los informes meteorológicos dela 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 divididaen 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 quese le conoce como escala absoluta, la temperatura más baja posible se denominacomo cero absoluto. El tamaño de cada unidad corresponde al mismo tamaño queen la escala Celsius. En esta escala no hay números negativos.

En Estados Unidos

aún no adoptan laescala propuesta porel Sistema Internacional 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 tamañoidénticas a los grados Fahrenheit, fue propuesta por el físico e ingeniero escocésWilliam John Macquorn Rankine (1820-1872). El valor del cero absoluto en la escalaRankin corresponde a -460 °F.

Actividad de aprendizaje 3superior de cada escala de temperatura.

Conversiones entre las escalas de temperaturaAplicando las ecuaciones matemáticas descritas anteriormente, es muy sencillointercambiar los valores de una escala a otra, por ello ahora analizaremos algunosejemplos 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”: términoutilizado en la escalaCelsius y Fahrenheitpara asignar valoresnegativos de tempe-ratura.



5

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 detemperatura.

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 etílicocon un termómetro marcando 172.4°F. Calcula temperatura en la escalaCelsius.

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

Dilatación de los cuerpos -cas para supermercados. En la primera ocasión que construyó una puerta para uncuarto frío, después de colocarla ésta se contrajo, dejando un margen sin cubrirde aproximadamente 0.03 cm por lado. Según Marco, había medido correctamenteel área de la abertura donde colocaría la puerta. Después de un análisis detalladode los errores que pudo cometer al medir las dimensiones de la puerta, llegó a unaconclusión: la puerta la elaboró en su taller donde la temperatura promedio erade 38 °C, y al colocarla en el cuarto frío, la temperatura promedio era de 4°C, porlo que la puerta sufrió una pequeña contracción en su tamaño. ¿Crees que esto seaposible? ¿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 alcambiar 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 moléculasde un cuerpo se mantienen unidas mientras la energía que poseen no varíe,si la temperatura aumenta, las moléculas se separan por la variación en lacantidad y amplitud de los choques entre ellas. Los sólidos sufren dilataciónaumentando 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 lasmoléculas 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 porseparado.

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 conocecomo dilatación lineal.

Cuando a los sólidos, con una longitud inicial de un metro, se les aumenta1°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 alambreha sido calentado parautilizar en soldadura.

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

funde.



6

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 paralelaa 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 unapuerta 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 labarra.

a–




62

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



En 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 exponerloen 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 excesoy no se pueda formar correctamente la vía. Si la temperatura adquiridapor la barra tras la exposición al sol es cercana a 78°C, la longitud de cadabarra es de 70 cm y la temperatura de la habitación donde está armandoel 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 deluna cuerda, pues se le había roto, cuando saca del refrigerador el punzón,comienza a calentarlo directo en la estufa, que alcanza una temperaturade 108°C. Si la longitud inicial era de 30 cm, ¿cuánto medirá la longitud delpunzón? ¿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 lamañana la barra mide 1.2 m, ¿qué longitud tiene en la noche?

4— En el tostador de pan, los alambres que sostienen las rebanadas miden25 cm cuando tienen 90°C. Si se dejan enfriar hasta 30°C, ¿qué longitudpresentan los alambres cuando no se usan?



6

Dilatación superficialLos herreros utilizan este fenómeno para adelgazar o estirar barras que utilizanpara rejas y puertas y en otros cuerpos sólidos como las láminas de zinc utilizadaspara 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 lesaumenta 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 lacarne es de hierro, en forma rectangular. Cuando está fría queda desnivelada conla base que la soporta, pero al calentarse se dilata y se acomoda perfectamentesobre dicha base. La temperatura con la que cocina la carne alcanza los 125°C yla 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, apartir de las dimensiones proporcionadas.

Datos Fórmula Calculo del área y sustitución enfórmula

Resultado

b–

Datos Fórmula Calculo del área y sustitución en fórmula Resultados



6

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

Actividad de aprendizaje 6resuélvelos en plenaria con tu facilitador y compañeros.

1—

un área de 0.08 m2

cuando está a 50°C. Esta temperatura la alcanzapor la exposición directa al sol, por las noches la temperatura es de

2— En casa de Daniel están construyendo un cuarto nuevo que techaráncon 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 todoel día, por lo que cuesta trabajo abrirla, ya que a esas horas su super-2 a 59°C, pero por las noches, cuando la temperaturadesciende a 22°C, se abre con facilidad. ¿Cuál es la longitud que tienea la temperatura de la noche?

Dilatación volumétricaEstefany ayudaba a su mamá a preparar chocolate caliente, para cenar con pan enuna 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 latelevisión 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 dilataciónvolumétrica.

Cuando a las sustancias con un volumen inicial de un metro cúbico seles 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 lecheal calentarse, si no svigila se derrama: est

sufriendo una dilatacivolumétrica.



66

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

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 paralelaa 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 deunos minutos, midió la temperatura y el termómetro marcó 85°C. Determina cuántovaría el volumen de alcohol.

a– Primero debemos convertir el volumen de alcohol de litros a metroscúbicos.

Datos Conversión de volumen Resultados



6

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 a20°C, si la temperatura del ambiente aumenta a 33° C, ¿cuánto aumentasu 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 850cm3 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 de99°C. Si a 30°C ocupa un volumen de 700 cm3, ¿qué volumen tiene des-pués del calentamiento?

Dilatación irregular del aguamucho rato que lo pusieron a congelar? Al verter el molde se derrama parte delsu 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 cuandola temperatura decrece de 4°C a 0°C. De manera natural todas los demás líquidosse contraen cuando disminuye la temperatura, pero el agua no lo hace. A 4°C elagua tiene su volumen mínimo y su densidad máxima. Eso provoca que el agua aesa temperatura tienda a irse al fondo y sólo una parte se congela. En el medioambiente 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. Elboiler 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 máximaseñalada en el boiler?

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

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

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

Problematización

Cada vez que Maritza pasa muy cerca y a un lado del refrigerador, siente mucho elcalor que se desprende del metal y si lo toca, está muy caliente. Se ha preguntadovarias veces qué es lo que ocurre dentro de él que se calienta, pues sabe muy bienque el refrigerador sirve para enfriar, no para calentar. De igual forma observa que laplancha 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 manoshasta que se refresque. ¿Podrías darle una respuesta a Maritza? ¿Por qué si el calorestá 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 tieneel calor con la temperatura? ¿Por qué dentro del refrigerador los alimentos y loslíquidos calientes o a temperatura ambiente, se enfrían?



6

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 loscuerposDesarrollo 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 entreel calor ganado y perdido, diferenciando las formas de transmi-sión de calor y estableciendo las equivalencias de sus unidades ensituaciones de la vida cotidiana.

Del saber ser:

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

Mecanismos de transferencia de calorMartha está muy preocupada porque quiere cocinar sus palomitas de microondaspero se descompuso el horno, entonces le pregunta a su mamá si puede usar laolla donde hacían antes palomitas. Su mamá le dice que sí, nada más que tengacuidado 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 laestufa a la olla? ¿Qué pasa si Martha no utiliza un trapo grueso? ¿Y si remojara sumano 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. Hoycaliente a otro con menor temperatura. Estos conocimientos los sabemosgracias a James Prescott Joule (1818-1889), que demostró que el calor sedebe a una transferencia de la energía cinética que poseen los cuerpos. Paramedir el calor se utiliza la caloría, actualmente el sistema internacional deunidades, 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 deenergía necesariapara elevar la tempe-ratura de un gramode agua de 14.5°C a15.5°C a una atmós-fera de presión.



7

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 Jouleequivale?

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 500Joule. ¿Cuántas calorías representa?

Actividad de aprendizaje 9Investiga en internet o en los libros de Física, algunos materiales que sean buenostransmisores 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 cuerpoa 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 lasmoléculas. Los cuerpos sólidos se favorecen con esta forma de transferir calor; losmetales 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 ysientes 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 quepermanece más tiempo en la parte de arriba, pero sicolocáramos en el fondo la fuente de calor, como lohacemos en la estufa al calentar agua, el agua calien-te tiende a subir y el agua fría a bajar, repitiendo elciclo sucesivamente hasta que todo esté caliente. A

como el agua, se transmite porconvección.



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, perocuando los cambios son muy violentos originan lo que nosotros conocemos comohuracanes, tornados, tormentas.

Radiación¿Alguna vez has estado cerca de una plancha y sientes el calor que se desprende deella? 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 ondascuerpo, después de adquirir calor, también irradia el exceso, por eso cuando nosacercamos a alguien que está caloroso, sentimos el calor que sale de su cuerpo. Elpor radiación.

por radiación.

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

Conducción Convección Radiación1.-

2.-

3.-

4.-

5.-

1.-

2.-

3.-

4.-

5.-

1.-

2.-

3.-

4.-

5.-



7

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, conveccióny radiación).

Capacidad calorífica y calor específico de las sustancias¿Has calentado agua en la estufa? ¿Has tomado el tiempo que tarda en hervir? ¿Dequé depende que hierva más rápido o no? ¿Qué pasa si en lugar de calentar sóloagua, 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 sustanciay 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 absorbedistinta cantidad de calor, es decir, la masa determina entonces la cantidad decalor necesaria para variar la temperatura. Por tanto, si cada sustancia necesitacierta cantidad de calor por cada gramo de masa para hacer variar su temperaturamatemática 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 yquiere saber qué cantidad de calor necesita añadirle. Si la temperatura de la ollaes de 20°C y la calienta hasta 40°C, ¿cuánto calor necesita añadirle?

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




7

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 quécantidad de calor necesita aplicarle.

2— Pedro pretende calentar una barra de hierro, requiere que absorba4 500 cal. Si la temperatura inicial de la barra es de 25°C, ¿hasta quétemperatura 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 quecon 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 haceratole, la temperatura del ambiente es de 18°C. Si se le aplican 270 000calorías a esa cantidad de agua, ¿a qué temperatura se pretende servirel atole?

Calor perdido y ganado por los cuerposEn Sisal, las mañanas son un poco frías por estar cerca de la costa. Marilyn todas lasmañanas se baña con agua tibia para poder irse a la escuela. Pero ¿qué cantidad deagua necesita calentar y hasta qué temperatura? ¿Cuánta agua fría debe tener enla cubeta para que, al mezclarla con el agua caliente, la cubeta tenga 15 l a unatemperatura aproximada de 38°C? Quizá nunca nos hemos tomado la molestia demedir 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, podemosbien las temperaturas individuales de éstas; en cada caso la cantidad de masa esdeterminante.

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 alcanzarel equilibrio térmico.

Es decir:

Matemáticamente podemos expresarlo de la siguiente forma:

Observemos que uno de ellos es negativo debido a que pierde calor, y elotro 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 decombustión interna (de automóvil), aire acondicionado, el motor de un cohete, hornode microondas.

Equilibrio térmico

Recordemos que el calor sólo puede transmitirse del cuerpo más caliente al másfrío, es decir del de mayor temperatura al de menor temperatura. No olvidemostenga un cuerpo, mayor cantidad de calor requiere para cambiar su temperatura. -cho más elevada la temperatura del agua caliente por tener poca cantidad, que lade 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 deagua en un recipiente, la temperatura que alcanza es de 90°. Si pretende prepararun litro de café y la temperatura del agua fría es de 28°C, ¿a qué temperaturaquedará la mezcla?

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

3, si cadaml corresponde a un cm3, entonces tendremos:

Figura 2.17 Calorímetro:

instrumento que sirve paramedir la cantidad de calor cuerpo a otro.



7

Masa del agua caliente: 200 g.

Como se pretende preparar un litro, entonces deben colocarse 800 g deagua 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, introducesu cuchara de aluminio a 25°C y con una masa de 150 g. Si el caldo estáa 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 unaobra 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 a18°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 quepesa 2 kg. Si la olla se calienta a 50°C mientras va colocando los tamalesadentro, ¿qué cantidad de agua debe añadir la mamá de Rudy a la ollapara que la temperatura de ésta no baje a menos de 30°C? Una vez queel 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 enla 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 elvapor de agua?

Síntesis

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

I. -menta tu respuesta.

Afirmación Valor Argumentación

La formación de un huracán se lleva a cabopor corrientes de convección.

En una sustancia su calor específico varíaal cambiar la temperatura.

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

En los líquidos y gases sólo se transmite elcalor por radiación.

A la temperatura final alcanzada, cuando seponen 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 perdidopor un cuerpo, depende de su cantidad de

masa.

Un vaso térmico transfiere fácilmente elcalor por conducción.

Resuelve correctamente los siguientes ejercicios en tú libreta.

1— Durante el día, las láminas de aluminio de la casa de Jennifer absorbencalor por radiación, alcanzando una temperatura de 60°C. Si en un díalluvioso 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 entotal suman 2 500 g y se calientan hasta los 248°F; es de fabricacióninglesa. Si deseo calentar 20 l de agua, ¿qué temperatura de equilibrioalcanzarán?

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



7

Realimentación

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


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

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

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

2— Fenómeno que sufre una puerta de metal al aumentar su área cuando seeleva 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, ¿quiéncede 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 porcióndel 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 quela construye es de 30°C. Si la temperatura del cuarto frío es de 41°F,



80



8

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 cuerposy 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 aun 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 odisminuir 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 dedilatación son:

Lineal: Cambia la longitud de un cuerpo al variar su temperatura, estecambio 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 dede la barra.

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

4— y anótalo.



8

Figura 2.18 Montaje experimental.

Procedimiento 2

1—

2— Calienta la tapa de metal con el encendedor en la parrilla o en unatoma 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 estufapara 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 quesea un poco más pequeño que la moneda que se va a usar. Figura2.21

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

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

4— Intenta de nuevo introducir la moneda dentro del arillo; observalo 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



8

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? ¿Quétipo 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 sincalentar?

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. Estomenor temperatura. Se puede expresar como:

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

Materiales1 balanza granataria

1 anillo de hierro para soporte

1 soporte universal

1 mechero de Bunsen

Guantes de asbesto



8

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 introducirde 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 vasode agua a temperatura ambiente, ¿por qué se calienta? Argumenta turespuesta.



8

4— de Física II.

Conclusión.



90



9


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 conceptosde calor y temperatura a

partir de la energía cinéticapromedio que posee la

materia, y reconozco lasescalas de temperatura

usadas para su medición.

No Identifico los conceptosde calor y temperatura a

partir de la energía cinéticapromedio que posee la

materia, y no reconozcolas escalas de temperaturausadas para su medición.

Identifico vagamentelos conceptos de

calor y temperaturaa partir de la energía

cinética promedio queposee la materia, y no

reconozco las escalas detemperatura usadas para

su medición.

Identifico ciertascaracterísticas en losconceptos de calor y

temperatura a partir de laenergía cinética promedio

que posee la materia, yreconozco ciertas escalas detemperatura usadas para su

medición.

Identifico con certezalos conceptos de calor y

temperatura a partir de laenergía cinética promedio

que posee la materia, yreconozco con certeza las

escalas de temperaturausadas para su medición.

Identifico y argumentolos conceptos de calory temperatura a partirde la energía cinéticapromedio que posee la

materia, y reconozco confundamentos las escalasde temperatura usadas

para su medición.

Diferencio el concepto decalor y temperatura paracomprender la relación

existente entre las escalastermométricas, interpretando

valores y resolviendoejercicios.

No diferencio el conceptode calor y temperatura

para comprender larelación existente entre

las escalas termométricas,no interpreto valores ni

resuelvo ejercicios.

Diferencio vagamenteel concepto de calory temperatura para

comprender la relaciónexistente entre las

escalas termométricas,interpretando

vagamente sus valoresy no resolviendo

ejercicios.

Logro ciertas diferenciasentre el concepto de calor y

temperatura para comprenderla relación existente entrelas escalas termométricas,

interpretando ciertosvalores y resolviendo ciertos

ejercicios.

Diferencio con certezael concepto de calory temperatura para


escalas termométricas,interpretando con certeza

valores y resolviendoejercicios.

Diferencio y argumentoel concepto de calory temperatura para


escalas termométricas,interpreto valores y

resuelvo ejercicios confundamentos.

Relaciono la dilatacióntérmica con los cambios

de temperatura y laspropiedades de los

cuerpos; utilizo los modelosmatemáticos, sus unidades

y establezco la equivalenciaentre ellos.

No relaciono la dilatacióntérmica con los cambios

de temperatura y laspropiedades de los

cuerpos; no utilizo losmodelos matemáticos, sus

unidades y no establezco laequivalencia entre ellos.

Relaciono vagamentela dilatación térmica

con los cambiosde temperatura y

las propiedades delos cuerpos; utilizo

vagamente los modelosmatemáticos, susunidades y establezco

vagamente laequivalencia entre ellos.

Relaciono algunas veces ladilatación térmica con loscambios de temperaturay las propiedades de loscuerpos; utilizo ciertos

modelos matemáticos, sus

unidades y establezco ciertaequivalencia entre ellos.

Relaciono con certeza ladilatación térmica con loscambios de temperaturay las propiedades de los

cuerpos; utilizo con certezalos modelos matemáticos,

sus unidades y establezcocon certeza la equivalenciaentre ellos.

Relaciono y argumento ladilatación térmica con loscambios de temperatura

y las propiedades delos cuerpos; utilizo

con fundamentos los

modelos matemáticos,sus unidades y establezcocon argumentos la

equivalencia entre ellos.

Valoro la importancia delcalor y la temperatura, así como sus efectos sobre loscuerpos para comprenderlas condiciones físicas y

sociales del medio en que medesenvuelvo.

No valoro la importanciadel calor y la temperaturani sus efectos sobre loscuerpos; no comprendolas condiciones físicas y

sociales del medio en queme desenvuelvo.

Tengo cierta valoraciónen la importancia delcalor y la temperatura

y sus efectos sobrelos cuerpos, para

comprender ciertascondiciones físicas ysociales del medio enque me desenvuelvo.

Valoro vagamente laimportancia del calor y latemperatura y sus efectos

sobre los cuerpos, paracomprender vagamentelas condiciones físicas y

sociales del medio en que medesenvuelvo.

Valoro con certeza laimportancia del calor y latemperatura y sus efectos

sobre los cuerpos, paracomprender las condicionesfísicas y sociales del medio

en que me desenvuelvo.

Valoro y argumento laimportancia del calor y latemperatura y sus efectos

sobre los cuerpos,para comprender lascondiciones físicas y

sociales del medio en queme desenvuelvo.

Identifico los mecanismosde transmisión del calor

y reconozco que esproporcional a su variaciónde temperatura y a su masa,cuando fluye de un cuerpo

a otro.

No Identifico losmecanismos de transmisión

del calor ni reconozcoque es proporcional a suvariación de temperatura ya su masa, cuando fluye de

un cuerpo a otro.

Reconozco vagamentelos mecanismos de

transmisión del calory que es proporcionala su variación de

temperatura y a su masa,cuando fluye de un

cuerpo a otro.

Identifico algunas veces losmecanismos de transmisión

del calor pero no reconozcoque es proporcional a suvariación de temperatura y asu masa, cuando fluye de un

cuerpo a otro.

Identifico con certeza losmecanismos de transmisión

del calor y reconozco que esproporcional a su variaciónde temperatura y a su masa,cuando fluye de un cuerpo

a otro.

Identifico plenamentelos mecanismos de

transmisión del calorargumentando quees proporcional a su

variación de temperaturay a su masa, cuando fluye

de un cuerpo a otro.



92

Utilizo la expresiónmatemática que establece

la igualdad entre elcalor ganado y perdido,

diferenciando las formasde transmisión de calory estableciendo las

equivalencias de sus unidadesen situaciones de la vida

cotidiana.

No utilizo la expresiónmatemática que establece

la igualdad entre elcalor ganado y perdido

ni diferencio las formasde transmisión de calor;no puedo establecer las

equivalencias de susunidades en situaciones de

la vida cotidiana.

Reconozco pero noutilizo la expresión

matemática queestablece la igualdad

entre el calor ganadoy perdido, diferenciovagamente las formas

de transmisión de calory no puedo establecer

las equivalencias de susunidades en situaciones

de la vida cotidiana.

Utilizo en ciertas situacionesla expresión matemática queestablece la igualdad entreel calor ganado y perdido,

diferencio ciertas formasde transmisión de calor yestablezco las equivalenciasde sus unidades en ciertas

situaciones de la vidacotidiana.

Utilizo con certeza laexpresión matemática queestablece la igualdad entreel calor ganado y perdido,

diferencio ciertas formasde transmisión de calor yestablezco las equivalenciasde sus unidades con certeza

en situaciones de la vidacotidiana.

Utilizo y argumento lexpresión matemátic

que establece la igualdentre el calor ganado

perdido, diferencio laformas de transmisióde calor y establezc

las equivalenciasde sus unidades con

fundamentos ensituaciones de la vid

cotidiana.

Valoro el impacto de laciencia y la tecnología

en el diseño de equipos yaparatos usados a diario y

que aprovechan la energía enforma de calor, para mejorar

mi calidad de vida.

No valoro el impacto dela ciencia y la tecnologíaen el diseño de equipos yaparatos usados a diario yque aprovechan la energía

en forma de calor, paramejorar mi calidad de vida.

Valoro el impacto de laciencia y la tecnologíavagamente en el diseñode equipos y aparatosusados a diario y queaprovechan la energíaen forma de calor, paramejorar mi calidad de

vida.

Valoro el impacto de laciencia y la tecnología en eldiseño de ciertos equipos yaparatos usados a diario y

que aprovechan la energía enforma de calor, para mejorar

mi calidad de vida.

Valoro con certeza elimpacto de la ciencia y latecnología en el diseño de

equipos y aparatos usados adiario y que aprovechan laenergía en forma de calor,

para mejorar mi calidadde vida.

Valoro y argumento eimpacto de la ciencia ytecnología en el diseñde equipos y aparatousados a diario y quaprovechan la energen forma de calor, pamejorar mi calidad d

vida.



9



94

9



9



Bloque III. Comprende las

leyes de la electricidad

Unidad de competencia:

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






de fenómenos.




-tos.

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









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-

-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, porejemplo, el refrigerador, el taladro, la televisión, las lámparas, la computadora ylas consolas de videojuegos.

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

Seguramente ya estás pensando de qué tipo de energía estamos hablan-do, así es, la electricidad. Es tan importante su utilización en nuestros días, quepara no poder dejar nuestros quehaceres laborales y recreativos, se han inventadoaparatos portátiles que permiten generarla y almacenarla para poder seguir connuestras 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 previossobre este bloque, poniéndote en contexto y activando tus saberes.

Actividad de aprendizaje 1posees.

1— ¿Qué es la electricidad?

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



9

3— La carga eléctrica del electrón es:

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

5— Escribe dos ejemplos en los que se demuestre la relación que existeentre 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 soninherentes 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 cabociertas actividades como: planchar la ropa, iluminar de espacios, refrigerar los ali-mentos, conservar las vacunas, producir plásticos ni fabricar chips para computadorasu 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 previosque posees y la ayuda del docente facilitador, estamos seguros que realizarás conéxito todas las actividades que se te proponen en esta guía y las que te proporcionetu profesor.

Actividad de aprendizaje 2Investiga 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 quecircule 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, teves obligado a indagar sobre este tema para desarrollar tu escrito. Por fortuna, tumejor amigo tiene una lista de nombres que le proporcionó un compañero del áreade físico-matemáticas.



10

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 laelectrodinámica en la vida cotidiana.

Del saber hacer:

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

Del saber ser:

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


Actividad de aprendizaje 3En 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 losfenómenos 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. Lagente se preguntaba qué clase de “magia” o “poder sobrenatural” era lo que hacíaque 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 dedicaronsu vida a estudiar y desarrollar los conceptos y propiedades de la electricidad. En-tre ellos podemos mencionar a Benjamín Franklin, quien es considerado el padrede la electricidad por muchos autores, al inventar el pararrayos. Existen muchosotros 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 desarrolladoen materia de electricidad y electrónica, por ejemplo: el teléfono celular, las cá-maras digitales, las consolas de videojuegos, la televisión y muchos más que hanutilizado los avances para fabricarlos más pequeños, fáciles de utilizar e inclusointegrar más funciones.

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



10

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

Figura 3.3 BenjamínFranklin (1706-1790),

-teamericano, consideradopadre de la electricidadpor sus aportaciones a la

misma.

Figura 3.4 El pararrayos,invento de Benjamín

Franklin que permite queel rayo se descargue hacia

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

Figura 3.5 Daños de unhuracán 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 bonduna línea del tiempo presentando los antecedentes históricos de laelectricidad, desde sus inicios hasta el siglo XX.

Síntesis1— 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 dieronal no contar con ella por varios días.

“Electricidad” pro-viene de la palabragriega elektron, que

ne como la manifestación 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 decada caso.

al vez en alguna ocasión al abrazar a un amigo o familiar,habrás sentido que te “da toque” esta persona, sientessucede esto? ¿Cuáles son las causas que dan origen a estefenómeno? 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 ellaatraídos por una fuerza que no podemos observar, pero

cómo el polvo se va pegando a la pantalla del televisor oa ciertos objetos hechos de plástico; todo esto se debe auna propiedad que tienen los cuerpos de electrizarse o,dicho de otra manera, de cargarse eléctricamente. Estapropiedad 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, asombradopor la experiencia, te pregunta lo siguiente: ¿Por qué se acerca el papel hacia elpeine? ¿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



10

Sesión B: Electrostática


Del saber:

-cias que existen entre ellos.

Del saber hacer:

Empleo los conceptos de electrostática para comprender elcomportamiento de las cargas eléctricas de acuerdo a la ley deCoulomb.

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

eléctrico.Del saber ser:

Aprecio la importancia de los diferentes modelos matemáticospara 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 poseencarga eléctrica positiva y por los neutrones que no tienen carga eléctrica.

carga eléctrica es una propiedad queposeen los electrones y los protones.Para representar las cargas positivasutilizamos el signo positivo (+) y paralas cargas negativas el signo menos (-).

La carga eléctrica se puedetransmitir 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 interactuarentre ellos mismos. Existen tres formasde electrizar un cuerpo, te las presen-tamos a continuación.

Figura 3.10 Partículas que conforman el átomo.



106

Formas deelectrizar un

cuerpo

Frotamiento: se presenta

cuando dos cuerpos se

frotan entre sí o por lafricción 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 aotro sin tener que

presentar contactodirecto 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 Sistemaque 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 átomoscontienen 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 losque se pueden electrizar en todasu superficie, al estar libres los

electrones para moverse en todo elmaterial.

Materiales aislantes o dieléctrico:son los materiales que se electrizan

en los puntos donde son tocadospor un cuerpo cargado o en la parte

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

electrones es nula.

Materiales semiconductores:son materiales que presentan

las propiedades intermedias delos conductores y los aislantes yse utilizan en la fabricación deimplementos de electrónica.

“Hacer tierra”un objeto cargadoeléctricamente, con-siste en establecercontacto del objetoelectrizado con unobjeto que se en-cuentre en contactocon el suelo.



10

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 CoulombEn el año de 1785, Charles Coulomb estableció, gracias a sus experimentos sobrecargas eléctricas, la ley fundamental de la fuerza eléctrica entre dos partículas

entre dos cargas puntuales q1 y q2, es directamente proporcional al producto de lascargas 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 lascargas 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 mediode que se trate.

La relación que existe entre la fuerza eléctrica de dos cargas situadas enel 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



10

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 qla fuerza electrostática

de atracción.


1— Al acercar tu brazo a la pantalla del televisor, sentiste cómo tus vellitosse levantaron y se dirigieron hacia ella. Suponiendo que la carga eléc-trica de ellos es de 4 nanocoulombs y la pantalla del televisor tiene 6nanocoulombs, 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 q 1 μC se encuentra a una distancia de 25 cm de otra car-

ga q 2 μC



110

Encuentra la fuerza eléctrica resultante y su sentido sobre una cargaq

3 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 siguientessituaciones: las cargas de diferentes signo se atraen y las cargas de igual signo sela 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 ymedir su intensidad.

-ejemplos de esta representación.

Figura 3.14 Campo eléctrico de la cargapositiva.

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

ambas.

Figura 3.15 Campo eléctrico de la carganegativa.

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

ellas.



1

Para calcular la intensidad del campo eléctrico producido por una cargaeléctrica, se emplea una carga positiva llamada carga de prueba. Ésta es colocadaen un punto de la región a investigar, si la carga de prueba recibe una fuerza deorigen 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 determinadadistancia 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 auna 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 lasuma vectorial de cada uno de los campos eléctricos producidos individualmente



112

Figura 3.19

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

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


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




1

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 lanube y 60 C a una altura de 2 000 m, encuentra el campo eléctrico enel exterior de la nave y dentro de la misma.

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

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

Síntesis

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

2— Investiga y escribe en tu libreta sobre el funcionamiento del generadorVan 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 accediendoa tus archivos guardados en ella; de igual forma tus padres te han advertido que notoques el refrigerador con los pies mojados o sin zapatos, para que no recibas unadescarga 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 aun enchufe o a una computadora por medio de un cable conector USB, para poderutilizarlo 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 parapoder seguir trabajando, como en el caso de los no breaks (reguladores), utilizadosen 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 componenteselectrónicos y del paso de la electricidad en ellos. En esta sesión nos enfocaremosa 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 padresel día que llega el recibo de corriente eléctrica que se consume en tu hogar, por loselevados consumos de la misma y por la cantidad de dinero que se destinará parapagar 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 deque tus padres no saben cómo interpretar la información que tiene el recibo conrespecto al consumo de corriente. ¿Cómo calcularías el consumo de corriente delos aparatos eléctricos de tu hogar para orientar a tus padres? ¿De qué manerapodrías calcular el pago que se realiza por el consumo de corriente? ¿Qué aspectostendrías 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 unconductor y la diferencia de potencial que está sometido y utilizamodelos matemáticos para expresarla (ley de Ohm).



1

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 laresolución 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 teenfocarás en la manera en que se distribuyen hacia los aparatos eléctricos queutilizas en tu hogar. Como ya hemos mencionado, la electrodinámica es la parte dela 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 obtenemosde pilas, baterías y utilizamos en relojes, lámparas de mano, dispositivos de audiocomo MP3, teléfonos celulares o el control del televisor. El otro tipo es la corrientealterna (CA) y es la que utilizamos en nuestros aparatos electrodomésticos y seobtiene a partir de plantas generadoras de corriente eléctrica.



116

La intensidad de la corriente eléctrica es la cantidad de carga eléctricaque 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 -3 A y el microampere (μ A-6 A.

Figura 3.23 El Amperímetro es un instrumento que nos permite medir la intensidad de la corrienteeléctrica; 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 0.04s. Encuentra la intensidad de la corriente eléctrica que circula a través del cableconductor.




1

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

Resistencia

eléctrica: es laoposición quepresenta unconductor al

pasar corriente oflujo de

electrones por él.

La naturaleza delconductor: la plata

tiene menor resistencia que el

hierro para que circulela corriente.

Longitud delconductor: a mayor

longitud mayor resistencia.

Sección o áreatransversal: a mayor

área menor resitencia.

La temperatura: Enlos metales su

resistencia aumentaproporcionalmente a

su temperatura.

La unidad de la resistencia eléctrica en el SI es el Ohm ( ). Si deseamosconocer 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, siconocemos 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 10811

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

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, cuyasección 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.



1


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 esde 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 circulaen 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 corrienteen 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 protegertus aparatos eléctricos por una sobrecarga o corto circuito, ya que de presentarseestas situaciones, el alambre o lámina que está dentro de los fusibles, se rompepara que deje circular corriente a tu casa. Esta es una aplicación de la ley de Ohmpor 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 dela corriente eléctrica; también observó que al incrementar la resistencia del conduc-tor disminuye la intensidad de la corriente eléctrica. Gracias a estos resultados, en1827 enunció la siguiente ley: “la intensidad de la corriente eléctrica que pasa por unconductor en un circuito es directamente proporcional a la diferencia de potencialaplicado 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 unenchufe 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 seconecta a una línea de 125 V.


Ampere, Ohm, Voltio,Coulomb, Farad yotras unidades ytérminos de la elec-tricidad, provienende los apellidos de

realizaron descubri-mientos y aportacio-nes a esta rama de laFísica, con ello se lesinmortalizó gracias asus aportaciones a laelectricidad.



12

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 delos siguientes aparatos electrodomésticos y electrónicos que utilizas entu 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 electrónicouna placa que tiene conectada varias piezas pequeñas unidas por líneas de colornegro, como en el caso de las tarjetas madre de las computadoras. Pues bien, losejemplos 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 encendidoel circuito está cerrado y cuando se apaga el circuito está abierto, el interruptorviene siendo el apagador, la resistencia el foco.

Figura 3.25

El sistema eléctricoque hay instalado entu casa constituye un

circuito eléctrico.



122

Figura 3.26 Ejemplos de circuitos eléctricos.

Los circuitos eléctricos pueden estar conectados en serie, en paralelo ymixtos 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 aprovechapara 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 entodos 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 elementossimbolizados.

Figura 3.27 Circuito eléctrico con tres resistencias conectadas en serie.

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

Donde:



12

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 voltajepermanece con la misma cantidad en todos los elementos del circuito; si el valorde 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 siguientepropiedad: la resistencia total de un circuito, siempre tendrá menor valor que ladel ramal con la resistencia de menor valor.

Un ejemplo en donde podemos encontrar la utilización de este tipo decircuito 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. Paracalcular la intensidad de la corriente en cada una de ellas, nos ayudamos de laley de Ohm, con esto podemos encontrar la intensidad de la corriente en todo elcircuito, con la siguiente fórmula:

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




12

Los son aquellos en los que se conectan las resistenciasagrupadas 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 circuitocómo se resuelve.

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

Figura 3.29




126


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

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 elvoltaje 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 enel ejercicio 3 de la actividad de aprendizaje 9, para calcular la resistenciatotal 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)



12

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

La potencia eléctricaaparato que emplea energía eléctrica realiza un trabajo; de igual manera seinterpreta como la energía que consume una máquina o cualquier aparatoSI, que resulta de multiplicar la unidad de voltaje volt (V), por la unidad deintensidad 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 conocemosla intensidad de corriente y la resistencia, o si tenemos los valores del voltaje y laresistencia.

Los valores de la potencia eléctrica de los aparatos eléctricos que utilizasvienen etiquetados en todos ellos, para que puedas realizar comparaciones sobreel consumo de energía que realizan y puedas tomar la decisión que más se ajuste atus necesidades y requerimientos, al momento de comprarlos. La energía eléctricaluego 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 consumoy 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 ellade 7 A? De igual manera encuentra la energía consumida en kWh si lautilizamos durante 35 minutos.


Encuentra la cantidad en pesos que te ahorras al bimestre en tu casa, alsustituir 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 enciendepor un lapso de 270 minutos al día y que el costo de 1 kWh es de 0.623 pesos.



12


Efecto Joule y ley de JouleDe seguro que al tocar un aparato eléctrico en funcionamiento, haz sentido quegeneran calor al entrar en funcionamiento, debido a la circulación de la corrienteeléctrica 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 sinescarcha 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 entraren 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 porel 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 calorque genera una de estas pistolas cuya potencia es de 1850 W al estarfuncionando 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 presentebloque, con una sección de reactivos tipo Ceneval. Escribe dentro del paréntesisla respuesta correcta.



13

1— Es la cantidad de electrones que pasa por cada sección de un conductoren 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 voltajede 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 dela electricidad. ( )

a– Conductores

b– Semiconductores

c– Dieléctricos

d– Resistores5— El refrigerador de un restaurante tiene una circulación de corriente de

2 A, al encontrarse conectado a una diferencia de potencial de 110 V. Supotencia 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 lacantidad 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 unvoltaje de 110 V, circulan por él una intensidad de corriente de 95 mA.Encuentra la potencia del aparato y la cantidad de energía consumida silo dejas conectado durante 90 minutos.

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

Aparato eléctrico Potencia Intens. corriente Resistencia Energía consumidaTelevisor

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–



13

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 cargapositiva 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 unacarga y de una forma indirecta su magnitud, así como una demostración a la leyde las cargas eléctricas:

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

2— Las cargas diferentes se atraen entre sí, las cargas positivas a traen acargas 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 esferade 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 esferade unicel.

4— Repite la operación utilizando la tela de seda.

Observaciones:

1— Anota tus observaciones; escribe en la tabla siguiente si hay atracción orepulsión 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?



13

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 tocarla cabeza plana del clavo. Observa qué sucede con las láminas delpapel aluminio o de estaño, en el interior del electroscopio. Retiray 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 delclavo; 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, hastaque éstos determinen claramente qué tipo de carga (positiva onegativa) se tiene en la regla de plástico o en la varilla de vidrio yen 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 ejemplode un circuito básico (Figura 3.34 a). En cualquier circuito eléctrico por donde sedesplazan los electrones a través de una trayectoria cerrada, existen los siguienteselementos fundamentales: voltaje, corriente y resistencia.

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



13

emplea un interruptor. Los circuitos eléctricos pueden estar conectados en serieconecta en serie, los elementos conductores están unidos uno a continuación delotro. Si el circuito se encuentra en paralelo, los elementos conductores se hallanseparados en varios ramales y la corriente eléctrica se divide en forma paralelaentre 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 yobserva.

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

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



138

Anota tus observaciones:

Resultados:

1— ¿Qué ocurre en el circuito cuando se mueve el interruptor? Explica turespuesta.

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:



13


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 losprocesos históricosde la electricidady la importanciaque ésta tiene enel desarrollo de laelectrostática y laelectrodinámica en

la vida cotidiana.

No reconozco losprocesos históricos dela electricidad, ni la

importancia que tieneen el desarrollo de laelectrostática y la

electrodinámica en lavida cotidiana.

Reconozcoimprecisamente losprocesos históricos

de la electricidad, y laimportancia que tieneen el desarrollo de laelectrostática y la

electrodinámica en la

vida cotidiana.

Tengo ciertoselementos parareconocer los

procesos históricosde la electricidad, y laimportancia que tieneen el desarrollo de laelectrostática y la

electrodinámica en lavida cotidiana.

Reconozcocon certezalos procesos

históricos de laelectricidad y laimportancia queésta tiene en eldesarrollo de la

electrostática y laelectrodinámica

en la vidacotidiana.

Argumento confundamentos los

procesos históricosde la electricidad y laimportancia que éstatiene en el desarrollode la electrostática yla electrodinámica en

la vida cotidiana.

Utilizo losantecedenteshistóricos de

la electricidadpara realizar una

presentacióncronológica de su

desarrollo.

No utilizo losantecedenteshistóricos de



desarrollo.

Utilizo conimprecisiones

los antecedenteshistóricos de



desarrollo.

Utilizo con ciertainseguridad losantecedenteshistóricos de



desarrollo.

Utilizo concerteza los

antecedenteshistóricos de



desarrollo.

Utilizo con argumentoslos antecedentes

históricos dela electricidad

para realizar unapresentación

cronológica de sudesarrollo.

Valoro laimportancia y

el impacto de laelectricidad en el

diseño de equipos yaparatos eléctricos yen la vida cotidiana.

No valoro laimportancia y

el impacto de laelectricidad en el

diseño de equipos yaparatos eléctricos yen la vida cotidiana.

Muestro pocaapertura para valorar

la importancia yel impacto de la

electricidad en eldiseño de equipos y

aparatos eléctricos yen la vida cotidiana.

Valoro parcialmentela importancia yel impacto de la



Valoro laimportancia y

el impacto de laelectricidad en eldiseño de equipos

y aparatoseléctricos y en lavida cotidiana.

Reconozco y valorola importancia yel impacto de la



Identifico losconceptos básicosde la electrostáticay las diferencias queexisten entre ellos.

No conozco losconceptos básicos dela electrostática y las

diferencias que existenentre ellos.

Conozco vagamente losconceptos básicos dela electrostática y las

diferencias que existenentre ellos.

Tengo ciertoselementos

conceptuales de laelectrostática y de lasdiferencias que existen

entre ellos.

Identifico concerteza losconceptos

básicos de laelectrostática ylas diferencias

que existen entreellos.

Identifico y argumentolos conceptos básicosde la electrostáticay las diferencias queexisten entre ellos.



140

Empleo losconceptos de

electrostática para

comprender elcomportamiento delas cargas eléctricasde acuerdo a la ley

de Coulomb.

No empleo conceptosde electrostática

y no comprendo el

comportamiento delas cargas eléctricasde acuerdo a la ley de

Coulomb.

Vagamente empleolos conceptos de

electrostática

y comprendo elcomportamiento delas cargas eléctricas

de acuerdo a la ley deCoulomb.

Empleo parcialmentelos conceptos deelectrostática y

comprendo demanera parcial elcomportamiento delas cargas eléctricas

de acuerdo a la ley deCoulomb.

Empleo conseguridad losconceptos de

electrostáticay comprendocerteramente elcomportamiento

de las cargaseléctricas de

acuerdo a la leyde Coulomb.

Empleo bajoargumentos losconceptos de

la electricidady comprendo,argumentando, el

comportamiento delas cargas eléctrica

de acuerdo a la ley dCoulomb.

Utilizo modelosmatemáticos para

determinar lasfuerzas de atracción

o repulsión de lascargas, campo

eléctrico y potencialeléctrico.

No puedo identificarlos modelos

matemáticos paradeterminar las fuerzas

de atracción orepulsión de las cargas,

campo eléctrico ypotencial eléctrico.

Identifico los modelosmatemáticos para

determinar las fuerzasde atracción o

repulsión de las cargas,campo eléctrico y

potencial eléctrico,pero no comprendo

su aplicación encantidades aplicables

en mi vida diaria.

Identifico concerteza los modelosmatemáticos para

determinar las fuerzasde atracción o

repulsión de las cargas,campo eléctrico y

potencial eléctrico,y comprendo su

aplicación en algunascantidades aplicables

en mi vida diaria.

Utilizo losmodelos

matemáticospara determinarlas fuerzas deatracción orepulsión delas cargas,

campo eléctricoy potencialeléctrico, y

soy capaz deemplearlos

en cantidadesaplicables en mi

vida diaria.

Utilizo los modelosmatemáticos para

determinar las fuerzade atracción o

repulsión de las cargacampo eléctrico y

potencial eléctrico, argumento cómo deb

ser empleados encantidades aplicable

en mi vida diaria.

Aprecio laimportancia de losdiferentes modelos

matemáticos paraestudiar las cargas

eléctricas deacuerdo a la ley de

Coulomb.

No valoro laimportancia de losdiferentes modelos


eléctricas de acuerdoa la ley de Coulomb.

Muestro poca aperturapara valorar la

importancia de los

diferentes modelosmatemáticos paraestudiar las cargas


Valoro parcialmentela importancia de losdiferentes modelos



Valoro laimportancia delos diferentes

modelosmatemáticos

para estudiar lascargas eléctricasde acuerdo a laley de Coulomb.

Reconozco conargumentos la

importancia de los

diferentes modelosmatemáticos paraestudiar las cargas

eléctricas de acuerda la ley de Coulomb

Identifico lascaracterísticasde los circuitoscon resistencias

colocadas en: serie,paralelo y mixto.

No conozco lascaracterísticas delos circuitos con

resistencias colocadasen: serie, paralelo y

mixto.

Conozco vagamentelas característicasde los circuitos con


mixto.


conceptuales paraidentificar las

características delos circuitos con


mixto.

Identifico concerteza las

característicasde los circuitoscon resistenciascolocadas en:

serie, paralelo ymixto.

Argumento e identificlas características

de los circuitos conresistencias colocada

en: serie, paralelo ymixto.



14

Diferencio entrecorriente directa y

alterna.

No identifico ladiferencia entre

corriente directa y

alterna.

Identificoimprecisamente ladiferencia entre

corriente directa yalterna.


conceptuales

para identificar ladiferencia entrecorriente directa y

alterna.

Identifico concerteza la

diferencia entre

corriente directay alterna.

Argumentofundamentando ladiferencia entre

corriente directa yalterna.

Aplico los conceptosde electrodinámica

para explicar elflujo de carga o

corriente dentro deun conductor.

No puedo aplicarlos conceptos deelectrodinámicapara explicar elflujo de carga o

corriente dentro de unconductor.

Vagamente aplicolos conceptos deelectrodinámicapara explicar elflujo de carga o


Aplico los conceptosde electrodinámica

para explicar elflujo de carga o


Aplico concerteza

conceptos deelectrodinámicapara explicar elflujo de carga ocorriente dentrode un conductor.

Aplico con argumentoslos conceptos deelectrodinámicapara explicar elflujo de carga o


Establezco larelación entre la

corriente que circulapor un conductor

y la diferenciade potencial queestá sometido yutiliza modelos

matemáticos paraexpresarla (ley de

Ohm).

Desconozco la

relación entre lacorriente que circulapor un conductor y la

diferencia de potencialque está sometidoy la utilización de

modelos matemáticospara expresarla (ley de

Ohm).

Establezco

erróneamente larelación entre lacorriente que circulapor un conductor y la



Ohm).

Puedo establecer

la relación entre lacorriente que circulapor un conductor y la



Ohm).

Establezco

con certeza larelación entrela corriente quecircula por unconductor y ladiferencia depotencial queestá sometidoy la utilización

de modelosmatemáticos paraexpresarla (ley de

Ohm).

Establezco con

argumentos relaciónentre la corrienteque circula por

un conductor y ladiferencia de potencial

que está sometidoy la utilización de


Ohm).

Expreso las unidadesde potencia eléctricaen la vida cotidiana.

No puedo expresar lasunidades de potenciaeléctrica en la vida

cotidiana.

Expresoequivocadamente lasunidades de potenciaeléctrica en la vida

cotidiana.

Expreso vagamente lasunidades de potenciaeléctrica en la vida

cotidiana.

Expreso sin temora equivocarmelas unidadesde potencia

eléctrica en lavida cotidiana.

Expreso conargumentos las

unidades de potenciaeléctrica en la vida

cotidiana.

Diferencio lascaracterísticas delos circuitos con

resistencia en serie,paralelo y mixto.

No puedo diferenciarlas características

de los circuitos conresistencia en serie,

paralelo y mixto.

Diferencioerróneamente lasdiferencias entre

las característicasde los circuitos conresistencia en serie,

paralelo y mixto.

Reconozco vagamentelas diferencias entrelas características


paralelo y mixto.

Reconozcosin temor a

equivocarmelas diferencias

entre lascaracterísticas delos circuitos con

resistencia enserie, paralelo ymixto.

Reconozco conargumentos las

diferencias entrelas características


paralelo y mixto.



142

Muestro interés paraidentificar los tiposde circuito que hay

en el entorno.

No muestro interés poridentificar los tipos decircuito que hay en el

entorno.

Muestro escaso interéspor identificar los tiposde circuito que hay en

el entorno.

Identifico condificultad los tipos decircuito que hay en el

entorno.

Identificosin temor a

equivocarme los

diferentes tiposde circuito quehay en el entorno.

Identifico conargumentos los

diferentes tipos de

circuito que hay en eentorno.

Aprecio laimportancia deutilizar modelosmatemáticos en

la resoluciónde problemasque impliquen

determinarresistencia,

corriente y voltaje endiferentes circuitoseléctricos: serie,paralelo y mixto.

No aprecio laimportancia de utilizarmodelos matemáticos

en la resoluciónde problemas que

impliquen determinarresistencia, corrientey voltaje en diferentescircuitos eléctricos:

serie, paralelo y mixto.

Muestro poca aperturapara apreciar la

importancia de utilizarmodelos matemáticos


impliquen determinarresistencia, corrientey voltaje en diferentes

circuitos eléctricos:serie, paralelo y mixto.

Aprecio parcialmentela importancia deutilizar modelosmatemáticos enla resolución deproblemas que

impliquen determinarresistencia, corrientey voltaje en diferentes

circuitos eléctricos:serie, paralelo y mixto.

Aprecio laimportancia deutilizar modelosmatemáticos en

la resoluciónde problemasque impliquen

determinarresistencia,

corriente y voltajeen diferentescircuitos

eléctricos: serie,paralelo y mixto.

Reconozco y aprecio importancia de utilizmodelos matemático


impliquen determinaresistencia, corrienty voltaje en diferentecircuitos eléctricos

serie, paralelo y mixt



14



Bloque IV: Relaciona la

electricidad con el magnetismo

Unidades de competencia

Analiza las leyes del electromagnetismo y valora su impacto en el desarrollo de latecnología y su vida cotidiana.


competencias genéricas




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.


-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



14

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 nospermiten llevar en forma discreta y sin causar molestia alguna teléfonos móviles,reproductores de música o video, juegos, datos y fotografías. ¿Cómo surgieronestos grandes inventos hechos por el hombre? ¿Crees que el desarrollo tecnológicotenga 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 sunúcleo está constituido de hierro tanto sólido como líquido, que funciona comoun 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 hayrotación? ¿Los animales se comportarían diferente? ¿Continuaríamos nuestra vidade manera normal?


Del saber:

-dio del electromagnetismo.

Del saber hacer:

Realizo, con base en los antecedentes históricos del estudio delelectromagnetismo, una presentación cronológica de los hechosy 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 delmagnetismo. De hecho, cuenta una leyenda que un personaje llamado Magnespaseaba por el campo y en algún momento se quedo “pegado” al suelo, ya que

“aparato generadorde energía eléctri-ca por medio de lafricción”.

Figura 4.5 Magnes.



14

las piezas de metal en su zapato fueron atraídas por la piedra magnetita que seencontraba 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 próximoa ella, permitieron nuevas aportaciones en el campo. Asimismo, los estudios deFaraday sugerían que la electricidad y el magnetismo eran manifestaciones de unmismo 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 laque denominó interacción electromagnética. Esto le llevó a formular, alrededordel 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 eléctricoparten desde las cargas positivas y terminan en las cargas negativas.

No existen portadores de carga magnética; por lo tanto, el número delíneas del campo magnético que salen desde un volumen dado, debe serigual al número de líneas que entran a dicho volumen.

No importa cuántasveces se fraccione odivida un imán, siem-pre aparecerá un polonorte y un polo sur.

Figura 4.7 Reacomodolos 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 deimanes 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



15

Actividad de aprendizaje 4Investiga y responde las siguientes cuestiones:

1— Menciona las partes del generador de energía eléctrica del siguientediagrama.

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 deun ventilador de techo? Haz una lista de sus partes.

Figura 4.10 Ventilador

Actividad de síntesis

1— Investiga y escribe en tu libreta cómo se produce el fenómeno de lasauroras boreales.

Contextualización

¿Cuándo se utilizó por primera vez el magnetismo? Cuenta una leyenda china queHoang-ti, quien fuera el fundador del imperio chino, utilizó la “piedra imán” paraencontrar a un grupo de rebeldes, pues sabía que éstos se habían resguardado enlos 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 desiempre 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



15

durante muchas horas. Al llegar a su casa, intenta colocar los imanes en la puertadel 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 interaccionesmagnéticas.

Del saber hacer:

-néticos, diamagnéticos y paramagnéticos, así como interaccionesgravitatorias, eléctricas y magnéticas.

Utilizo líneas de fuerza magnética para representar el campo

magnético generado por imanes en forma de barra, circulares yde 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 utilizadapor el ser humano; por ejemplo, la puerta de los refrigeradores posee dos cintasmagnéticas 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 temporalpara facilitar la atracción con el desarmador, lo cual nos permite ensamblar y ajus-

Tipos de imanes¿Alguna vez, mientras utilizabasuna tijera, ésta atrajo un clip o unaaguja? ¿Has observado cómo algu-nos desarmadores pueden atraertachuelas o clavos? Seguramente tepreguntarás por qué ocurre esto,si dichas herramientas no estánhechas de “imán”. Pues bien, larazón es que existen dos tipos deimanes: por un lado, los naturales,que se fabrican de piedra imán omagnetita, que es en realidad unóxido de hierro (Fe3O4); y por otro, -

dustrialmente a partir de algunaaleación de metales, o de hierro dulce.

-po magnético generado por un solenoide. Pueden ser de dos tipos: temporales opermanentes. Los temporales son creados con una barra de hierro dulce, llamadocesar la corriente del solenoide pierde la propiedad. Los imanes permanentes sefabrican con acero templado o con aleaciones de níquel, cromo o cobalto.

materiales. Estos materiales se conocen como ferromagnéticos, paramagnéticos ydiamagnéticos. Los ferromagnéticos son materiales que al estar en contacto conimanes 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, tomacomo 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.



15

Campo magnéticoEn una ocasión, Juan construía una maqueta para ESEM y se le ocurrió ponerlesdebajo 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 pedazosde imán que sobraron eran atraídos. ¿Qué crees que le ocurrió?

En efecto, Juan pego al revés los imanes: la polaridad de éstosestaba 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 cadaextremo 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 entraral 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 lafuerza es de atracción, y si se acercan polos iguales, es de repulsión. Incluso en suobra De Magnete

V

Figura 4.14 Las líneas de fuerza salen del polo norte y entran al polo sur, tanto en un mismo imán comoentre imanes distintos.



156

Algo parecido sucede cuando se ponen en contacto cargas eléctricas. Ladiferencia entre los polos del imán y las cargas eléctricas consiste en que las car-gas pueden estar aisladas, es decir, presentarse independientes en los materialesconductores, mientras que en los imanes siempre se encontrarán ambos polos en elmaterial 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 campomagnético en un imán de

herradura.

Magnetismo terrestreEn días pasados, el papá de Miguel les enseñaba a él y a sus hermanos, la brújulaque le sirve, cuando sale a pescar, para tener siempre presente la dirección quedebe seguir. Miguel observaba que al cambiar de posición sobre su propio eje, laaguja 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 brújulaes un instrumento que

les sirve a los marineros,pescadores y campistas,para orientarse en sus

travesías.



15

Aun cuando la brújula se mueve hacia el norte, los meridianos magnéticoy terrestre no coinciden, formando un pequeño ángulo de desviación. Este ángulode 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 enel 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 entredichos fenómenos.

de la naturaleza; por ejemplo, las palomas mensajeras y las rayas emplean esta

fuerza magnética para orientarse. Como recordarás, también la formación de lasauroras 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, apoyaronel concepto del electromagnetismo, que será el tema de estudio en la siguientesesión.

Síntesis

1—

2— Menciona el nombre de la piedra considerada imán natural.

Gracias a que en else encuentra el “polosur” de nuestro imánterrestre, es quela brújula nos sirve

para indicarnos laubicación.

Nuestro planeta hasufrido inversiones eel campo magnéticoterrestre desde hacemiles de años.

El campo magnéticoterrestre se ve so-

metido a pruebas deresistencia cada onceaños debido a que elSol presenta activi-dad explosiva. Estasexplosiones se llamaeyecciones de masacoronal y generan uninmensa cantidad deradiación electromagnética y partículasde alta energía quese mueven hacia laefectos en el clima,la producción deozono y la generació

de tormentas mag-néticas. Incluso lastelecomunicaciones,como las ondas de radio, el GPS (Sistemade posicionamientoglobal) y las líneas dealimentación eléc-trica pueden verseafectados.



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 materialferromagnético.

El oro es un ejemplo dematerial diamagnético.

Los imanes permanentes se

fabrican con barras de hierrodulce.

El campo magnéticogenerado en los polos es de

menor intensidad que encualquier otra parte de los

imanes.

En el teléfono se aplicanprincipios electromagnéticos.

En equipos de tres personas, investiguen el funcionamiento de algunosaparatos 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. Pideayuda 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 sepueden mover las aspas?, ¿qué ocurre en el interior delmotor para que suceda este movimiento? De igual mane-ra, sabemos que el cargador de tu celular funciona conun voltaje de 5 V, y sin embargo se conecta a una fuente

de voltaje de 110 V ¿Cómo crees que se pueda cambiar elvoltaje de una cantidad a otra?, ¿por qué no se incendiatu celular al cargar la pila? Seguramente también habrásobservado en alguna película o programa documental,las enormes grúas que cargan objetos metálicos grandes,¿cómo crees que funcione esta grúa? Estas cuestiones yotras más, podrás responderlas con lo que estudiaremosen esta sesión.

Figura 4.20



15

Sesión C: Electromagnetismo

ProblematizaciónEn la escuela uno de tus compañeros que cursa el segundo semestre es integrantede 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 comotú 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 leyesdel electromagnetismo, ¿podrías orientar y ayudar a tu compañero para revisar elfuncionamiento de la guitarra?, ¿podrías explicarle de qué partes se compone?,¿puedes decirle qué parte de la guitarra requiere corriente eléctrica y por quépudiera 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 poruna corriente eléctrica, para diferenciarlos en una espira, un so-lenoide y un electroimán.

Comprendo las leyes del electromagnetismo, que describen elcomportamiento de la corriente eléctrica y los campos magné-ticos: Ley de Biot-Savart, Ley de Ampère, Ley de Gauss, Ley deFaraday 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 delelectromagnetismo.

Relaciono el magnetismo con la electricidad a través de experi-mentos sencillos.

Del saber ser:

Valoro el impacto del estudio del electromagnetismo en el diseñoy 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 deenergía eléctrica, asociando el magnetismo y la electricidad.

¿Cómo fue su experimento? Sencillamente observó cómo la aguja de unabrújula se desvía cuando se coloca cerca de un alambre que conduce corrienteeléctrica. Esto fue la pauta para el desarrollo tecnológico basado en el electro-magnetismo, en lo cual hemos observado grandes avances: en el transporte, conlos 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 deapnea 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, queconsiste en arrollar cable o una bobina sobre un núcleo de hierro, lo que genera uncampo magnético cuando circula corriente eléctrica por él.

Actividad de aprendizaje 9En grupos de trabajo de tres integrantes, realiza una investigación y describe entu 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 estudiarla interrelación entremagnetismo y la elec-tricidad con todos losfenómenos que se leasocian.

Figura 4.23 Electroimán



16

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 seesparcían en el espacio a las cuales nombró líneas de fuerza magnética.Faraday observó que estas líneas se hacían más intensas en los extremos delimán (polos). El campo magnético también es llamado inducción magnética

El campo magnético se representa por medio de líneas de fuerzaque indican hacia dónde se dirigen y sobre qué actúan.

Figura 4.24 Campos eléctricos

Se pueden describir las propiedades del campo magnético B en ciertopunto en términos de la fuerza magnética ejercida sobre una carga de prueba enese 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 magnitudde la fuerza magnética sobre una carga es proporcional a la magnitud de la cargaq , 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 cargapositiva utilizamos la regla de la mano derecha, la cual consiste en colocar la manode 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 deAmpere Ley de Lenz

Figura 4.26 Regla de lamano derecha para deter-minar la dirección de lafuerza magnética .



16

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 Faraday Establece 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 lamano derecha.

Ley de AmpéreRelaciona el campo magnético con la corriente eléctrica que lo genera. Dada unaS por la que atraviesa una corriente eléctrica I, y dada la curvaCS, la forma original de la ley de Ampère paramedios 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 elcontorno.

Ley de Lenzmanera que se opone a la causa que produjo la variación”.

Para conseguir estos efectos, se generan corrientes eléctricas que a su vez creenuna 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 sise 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-



16

cas aisladas (monopolos), lo cual, en términos de imanes, quiere decir que no sepuede 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 semueve 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 núcleode hierro con una 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.



16

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 deproducirla, y por diseñar y construir máquinas que tuvieran un movimiento perpe-tuo. Gracias a esto se pudieron inventar tres aparatos que son de gran importanciay utilidad para realizar las numerosas actividades de nuestra vida. Estos aparatosson:

Generador eléctricoaparato que sirve para transformar la energíamecánica en energía eléctrica

aparato que sirve para elevar o disminuir el voltaje dela energía eléctrica

aparato que sirve para transformar la energía eléctricaen 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.

Actividad de síntesis

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 apliquetodo 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 enpasado e integrar tus conocimientos. Escribe dentro del paréntesis la respuestacorrecta.

1— Para transformar la energía mecánica en eléctrica se utiliza el aparatollamado: ( )

2— campo magnético producido por ella se opone al campo magnético delimán 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



16

Actividad Experimental 1. ELECTROMAGNETISMO

Propósito: Explicaré la relación entre la corriente eléctrica y el magnetismoa 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 fenómenosque resultan de las interacciones entre las corrientes eléctricas y el magnetismo.

En 1820, Oersted descubrió que cuando circula corriente eléctrica por unalambre conductor, se forma inmediatamente un campo magnético alrededor dealambre en forma de bobina. Asimismo, Faraday descubrió las corrientes eléctricas

inducidas al realizar experimentos con una bobina a la que se le acercaba y alejabaun imán recto. La corriente inducida era más intensa cuando se movía más rápidoel imán.

De acuerdo con Faraday, tenemos que: “La inducción electromagnéticaes el fenómeno producido cuando un conductor se mueve en sentido transversalcortando las líneas de fuerza de un campo magnético, con lo cual se genera unafuerza 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.



17

Procedimiento 3:

Figura 4.33

Paso 2. Introducir varias veces y con diferentes velocidades el polonorte 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 imánde 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 lavelocidad con que se mueve el imán? Explica tu respuesta.

6— ¿Qué se observa en la aguja del microamperímetro al introducir el polosur del imán de barra en la bobina?

7— ¿Qué sucede cuando el imán y la bobina permanecen quietos?

8—

9— -nética.



17

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 facilitadorubica 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 losantecedenteshistóricos másimportantes enel estudio del

electromagnetismo.

No identifico losantecedenteshistóricos másimportantes enel estudio del

electromagnetismo.

Identifico vagamentelos antecedentes

históricos másimportantes enel estudio del

electromagnetismo.

Identifico algunosantecedenteshistóricos másimportantes enel estudio del

electromagnetismo.

Identifico concerteza los

antecedenteshistóricos másimportantes enel estudio del

electromagnetismo.

Identifico y justificplenamente losantecedenteshistóricos másimportantes enel estudio del

electromagnetismo

Realizo, con baseen los antecedentes

históricos delelectromagnetismo,una presentacióncronológica de los

hechos y autores mássobresalientes quecontribuyeron a su

desarrollo.

No realizo, con baseen los antecedentes

históricos delelectromagnetismo,una presentacióncronológica de los

hechos y autores mássobresalientes quecontribuyeron a su

desarrollo.

Realizo vagamente,con base en losantecedenteshistóricos del

electromagnetismo,una presentacióncronológica de loshechos y autores

más sobresalientesque contribuyeron a

su desarrollo.

Realizo, con ciertosantecedenteshistóricos del

electromagnetismo,una presentacióncronológica de loshechos y autores


su desarrollo.

Realizo con certeza ycon los antecedentes

históricos delelectromagnetismo,una presentacióncronológica de loshechos y autores


su desarrollo.

Realizo y justificoplenamente, con basen los antecedente

históricos delelectromagnetismo

una presentacióncronológica de los

hechos y autores másobresalientes quecontribuyeron a su

desarrollo.

Participoactivamente en

grupos de trabajo

valorando laimportancia del

quehacer científicoy su importancia

actual en relacióncon el fenómeno delelectromagnetismo.

No participoactivamente en

grupos de trabajo




Participo vagamenteen grupos de

trabajo valorando

la importancia delquehacer científico

y su importanciaactual en relación

con el fenómeno delelectromagnetismo.

Participo enalgunos grupos detrabajo valorando



con el fenómeno delelectromagnetismo.

Participoactivamente en

grupos de trabajo




Participo activa yplenamente en grupode trabajo valorand



con el fenómeno deelectromagnetismo

Establezco lascaracterísticas de

los imanes y delas interacciones

magnéticas.

No establezco lascaracterísticas delos imanes ni delas interacciones

magnéticas.

Establezcovagamente las

características delos imanes y de

las interaccionesmagnéticas.

Establezco concerteza las

características delos imanes y de

las interaccionesmagnéticas.

Establezcopuntualmente lascaracterísticas de

los imanes y delas interacciones

magnéticas.

Establezco y justificlas característicasde los imanes y delas interacciones

magnéticas.



17

Diferencioimanes naturales

y artificiales;

materialesferromagnéticos,diamagnéticos y

paramagnéticos, así como interacciones

gravitatorias,eléctricas ymagnéticas.

No diferencioimanes naturales

ni artificiales;

materialesferromagnéticos,diamagnéticos o

paramagnéticos, nilas interacciones


Diferenciovagamente

imanes naturales

y artificiales;materialesferromagnéticos,diamagnéticos y



Diferencio algunosimanes naturales

y artificiales;




Diferencio concerteza imanes

naturales y

artificiales;materialesferromagnéticos,diamagnéticos y



Diferencio y justificoimanes naturales

y artificiales;




Utilizo líneas defuerza magnética

para representar elcampo magnético

generado por imanesen forma de barra,

circulares y deherradura.

No utilizo líneas defuerza magnética pararepresentar el campomagnético generadopor imanes en formade barra, circulares y

de herradura.

Utilizo vagamentelíneas de fuerzamagnética pararepresentar el

campo magnéticogenerado por imanesen forma de barra,

circulares y deherradura.

Utilizo algunasveces líneas de

fuerza magnéticapara representar elcampo magnético

generado porimanes en forma debarra, circulares y

de herradura.

Utilizo certeramentelíneas de fuerzamagnética para

representar el campomagnético generadopor imanes en formade barra, circulares y

de herradura.

Utilizo y justificolíneas de fuerzamagnética para

representar el campomagnético generadopor imanes en formade barra, circulares y

de herradura.

Valoro la importanciadel uso del

electromagnetismoen el mundo actual,

desarrollando unpensamiento crítico

y reflexivo y unaactitud científica

para aplicarlo en la

vida cotidiana.

No valoro laimportanciadel uso del


ni desarrollo unpensamiento crítico

o reflexivo ni unaactitud científica para

aplicarlo en la vidacotidiana.

Valoro vagamentela importancia

del uso delelectromagnetismoen el mundo actual,



para aplicarlo en lavida cotidiana.

Valoro algunasveces la

importanciadel uso del



y reflexivo y una

actitud científicapara aplicarlo en la

vida cotidiana.

Valoro certeramentela importancia




para aplicarlo en lavida cotidiana.

Valoro y justificola importancia


desarrollando unpensamiento crítico yreflexivo y una actitud

científica para

aplicarlo en la vidacotidiana.

Explico el conceptode campo magnético

generado poruna corriente

y lo representográficamente por

medio de líneas defuerza magnética.

No explico elconcepto de campomagnético generado

por una corrienteni lo represento

gráficamente pormedio de líneas defuerza magnética.

Explico vagamente elconcepto de campomagnético generado

por una corrientey no lo representográficamente por


Explico algunasveces el concepto

de campomagnético generado

por una corrientey lo represento


Explico certeramenteel concepto de

campo magnéticogenerado poruna corriente

y lo representográficamente por


Explico y justifico elconcepto de campomagnético generado

por una corrientey lo represento




176

Describo lascaracterísticas delcampo magnético

generado por unacorriente eléctrica,para diferenciarlosen una espira, un

solenoide y unelectroimán.

No describo lascaracterísticas delcampo magnético

generado por unacorriente eléctrica,para d iferenciarlosen una espira, un


Describo vagamentelas características

del campo

magnético generadopor una corrienteeléctrica, para

diferenciarlos enuna espira, unsolenoide y unelectroimán.

Describo algunascaracterísticas delcampo magnético

generado por unacorriente eléctrica,para diferenciarlosen una espira, un


Describo concerteza las

características del

campo magnéticogenerado por unacorriente eléctrica,para diferenciarlosen una espira, un


Describo y justificolas características

del campo magnétic

generado por unacorriente eléctricapara diferenciarlosen una espira, un


Comprendolas leyes del

electromagnetismo,que describen el

comportamiento dela corriente eléctrica

y los camposmagnéticos: Ley

de Biot-Savart, Leyde Ampère, Ley de

Gauss, Ley de Faradayy Ley de Lenz, ylas utilizo para

explicar fenómenosnaturales de origenelectromagnético.

No comprendolas leyes del

electromagnetismo,que describen elcomportamientode la corrienteeléctrica y los

campos magnéticos:Ley de Biot-Savart,Ley de Ampère, Ley

de Gauss, Ley deFaraday o Ley de Lenz,

ni las utilizo paraexplicar fenómenosnaturales de origenelectromagnético.

Comprendovagamente

las leyes delelectromagnetismo,

que describen elcomportamientode la corrienteeléctrica y los

campos magnéticos:Ley de Biot-Savart,

Ley de Ampère,Ley de Gauss,

Ley de Faradayy Ley de Lenz, ylas utilizo para


Comprendoalgunas leyes del

electromagnetismo,que describen elcomportamientode la corrienteeléctrica y los





Comprendo concerteza las leyes delelectromagnetismo,






Comprendo yjustifico las leyes deelectromagnetismo


campos magnéticosLey de Biot-Savart,Ley de Ampère, Ley

de Gauss, Ley deFaraday y Ley de

Lenz, y las utilizo paexplicar fenómenosnaturales de origenelectromagnético.

Comprendo elfuncionamiento

de un motor, ungenerador eléctricoy un transformador,

a partir de losconceptos ylas leyes del

electromagnetismo.

No comprendo elfuncionamiento

de un motor, ungenerador eléctriconi un transformador,


electromagnetismo.

Comprendovagamente el

funcionamientode un motor, un

generador eléctricoy un transformador,


electromagnetismo.

Comprendo algunosfuncionamientos

de un motor, ungenerador eléctricoy un transformador,


electromagnetismo.

Comprendocon certeza el

funcionamientode un motor, un

generador eléctricoy un transformador,


electromagnetismo.

Comprendo y justificel funcionamiento

de un motor, ungenerador eléctricoy un transformador


electromagnetismo

Relaciono elmagnetismo con la

electricidad a travésde experimentos

sencillos.

No relaciono elmagnetismo con la

electricidad a travésde experimentos

sencillos.

Relacionovagamente el

magnetismo con laelectricidad a través

de experimentos

sencillos.

Relacionoalgunas veces el


de experimentos

sencillos.

Relacionocerteramente el


de experimentos

sencillos.

Relaciono y justificel magnetismo con lelectricidad a travé

de experimentossencillos.

Valoro el impactodel estudio del

electromagnetismoen el diseño ydesarrollo de

equipos y aparatoselectrónicos.

No valoro el impactodel estudio del

electromagnetismo enel diseño y desarrollode equipos y aparatos

electrónicos.

Valoro vagamenteel impacto del

estudio delelectromagnetismo

en el diseño ydesarrollo de


Valoro algunasveces el impactodel estudio del

electromagnetismoen el diseño ydesarrollo de


Valoro concerteza el impacto

del estudio delelectromagnetismo

en el diseño ydesarrollo de


Valoro y justificoel impacto del

estudio delelectromagnetismo eel diseño y desarrollde equipos y aparato

electrónicos.



17

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.



178



17



Libro de Fisica II

Documents