CIENCIAS NATURALES 5 BÁSICO

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1 CIENCIAS NATURALES 5 BÁSICO ELECTRICIDAD Y CORRIENTE ELÉCTRICA Material elaborado por: Edwin Salazar P. Universidad Metropolitana de Ciencias de la Educación.

2 ACTIVIDAD 1 GUÍA 1. FUERZA ELÉCTRICA La electricidad es fundamental en la vida moderna. Permite iluminar nuestros hogares, hace posible el funcionamiento de múltiples aparatos, aporta la energía que requieren las industrias, etc. Ejercicio 1. Seguramente recuerdas algún apagón, es decir, la suspensión del servicio de provisión de energía eléctrica, por alguna falla en el sistema que la proporciona. Si no recuerdas alguno, entrevista a amigos o familiares para responder las siguientes preguntas: a) Cómo se vieron afectadas las actividades de la casa? b) De qué manera afectó el apagón la vida en el barrio en que vives? c) Qué problemas se habrán presentado en la ciudad? d) Compara tus respuestas con las de un par de compañeros y juntos completen, con la información de los tres, las preguntas anteriores. Si bien la electricidad te resulta muy familiar debido a la gran cantidad de aparatos que funcionan con electricidad, este fenómeno físico está presente en la naturaleza sin que la intervención del hombre sea necesaria: los rayos, truenos y relámpagos son manifestaciones de fenómenos eléctricos. También es un fenómeno eléctrico la atracción, que habrás observado, entre objetos, como un globo de goma y el muro o el cielo raso de una habitación. Suele usarse esta atracción para adornar con globos una fiesta de cumpleaños. No lo has visto? Entonces te invitamos a realizar la siguiente actividad. Ejercicio 2. Materiales: 2 globos de goma e hilo. Infla los globos y ciérralos atando un hilo en la boquilla de entrada del aire. a) Coloca uno de los globos sobre el pupitre y acerca a él el otro globo. Ocurre algo? b) Luego frota ambos globos con un paño de lana o simplemente frótalos en tu suéter o polera y en seguida deja un globo sobre tu mesa y acerca el otro globo a él. Qué ocurre? Anota en tu cuaderno lo observado. c) Luego acerca uno de los globos a la cabellera de un compañero, o mejor, de una compañera que tenga el cabello largo. Qué ocurre? Anota eso. 2

3 d) A continuación apoya los globos en el cielo raso de la sala. (Puede ser necesario que vuelvas a frotar el globo). Para hacer esto tendrás que subirte a una silla. Ten cuidado de no caer y pide ayuda a uno de tus compañeros. Qué ocurre? Lo que has observado puede describirse diciendo que en algunos casos hubo atracción y en otros repulsión. e) En qué caso o casos observaste atracción? En qué caso hubo repulsión? Si dos cuerpos se atraen diremos que entre ellos hay fuerzas eléctricas de atracción y si dos cuerpos se repelen diremos que entre ellos hay fuerzas eléctricas de repulsión. Es decir, si en la figura siguiente, el globo gris y el globo blanco se separan espontáneamente al poner uno junto al otro, es porque el globo gris ejerce una fuerza de repulsión al globo blanco y el globo blanco ejerce fuerza de repulsión al globo gris. En la figura de la derecha se han representado las fuerzas que se ejercen los globos mediante flechas. Recuerda que antes de frotar los globos, entre ellos no había ni atracción ni repulsión y después de frotarlos se repelieron. O sea, cuando los globos se frotan adquieren algo que hace que se repelan. A ese algo se le llama carga eléctrica. Para estudiar mejor las fuerzas eléctricas realizaremos algunos experimentos sencillos con los siguientes materiales: dos globos de diferente color, hilo, un trozo de tubo de plástico (PVC) o una regla de plástico y una bolsa plástica (polietileno). 3

4 Ejercicio 3. Ata un hilo de más o menos un metro de largo a uno de los globos de modo que puedas colgarlo como muestra la figura. a) Frota ambos globos en tu suéter o polera y mientras uno de tus compañeros sostiene un globo mediante el hilo, acércale el otro globo. Qué ocurre? Puede llegar a tocar un globo al otro? b) Anota en tu cuaderno lo observado. Hay atracción o repulsión entre los globos? c) Repite la experiencia anterior pero ahora acerca poco a poco el globo al que está colgado. Cuándo es mayor la repulsión? Cuándo están más lejos o más cerca los globos? Cómo te das cuenta de eso? d) Ahora frota la regla o el tubo de plástico y acércala al globo colgado. Qué ocurre? Hay atracción o repulsión? Anota lo observado. Analicemos lo observado en el experimento anterior. 1. Puesto que se observa que puede haber fuerzas de atracción o de repulsión, debe existir dos tipos de carga eléctrica. 2. Cuando ambos globos se frotaron con el mismo tipo de tela deben haber adquirido el mismo tipo de carga eléctrica. En este caso se observó repulsión entre los globos. Entonces se puede concluir que cuando dos cuerpos tienen el mismo tipo de carga, los cuerpos se repelen. 3. Cuando se acercó la regla frotada con plástico al globo, se observó atracción entre el globo y la regla. En este caso el globo y la regla deben tener diferente tipo de carga. Ahora se puede concluir que cuando dos cuerpos tienen diferente tipo de carga, los cuerpos se atraen. Ahora te proponemos una serie de experimentos sencillos que podrás realizar con un compañero. 4

5 Ejercicio 4. Para realizar estos experimentos necesitarás los siguientes materiales: dos bombillas plásticas, de esas que se usan para beber líquidos, hilo, una bolsa de polietileno, tijeras. a) Con una bombilla plástica y un trozo de hilo has el montaje de la figura. Mientras tu compañero sostiene esa bombilla por el hilo, frota la bombilla con la bolsa de polietileno. También frota otra bombilla. b) Acerca la segunda bombilla a la que está colgada. Qué ocurre? Las bombillas adquirieron cargas del mismo tipo o diferente? Cómo lo sabes? c) Ahora frota la regla plástica con el polietileno y acércala a la bombilla colgada. Qué ocurre? La regla adquirió carga del mismo tipo o diferente? cómo lo sabes? d) Ahora corta una tira de polietileno y luego hazle varios cortes a lo largo como muestra la figura. Luego frota la tira a lo largo de ella con los dedos. Qué ocurre? Puedes explicar por qué sucede esto? e) Ahora frota una bombilla de plástico y apégala a la pizarra blanca que seguramente hay en tu sala. Qué ocurre? Cómo explicas lo sucedido? 5

6 Ya está claro que todos los fenómenos observados se pueden explicar por la existencia de carga eléctrica. La carga eléctrica la adquieren los objetos de diversa manera, una de ellas es por frotación Como ya lo dedujimos antes, hay dos tipos de carga eléctrica. Las llamaremos carga positiva (+) y carga negativa (-). Entonces, los experimentos observados se explican del siguiente modo: 1. Si dos cuerpos poseen carga positiva, se repelen. 2. Si dos cuerpos poseen carga negativa, también se repelen. 3. Si un cuerpo tiene carga positiva y otro cuerpo tiene carga negativa, entonces se atraen. Actividad 5 Se tienen tres globos con carga eléctrica: uno gris, uno con pintas y uno blanco. Al acercar el globo gris al con pintas se observa que se atraen. Luego, al acercar el globo gris al globo blanco se observa que se repelen. a) Qué ocurrirá si se acerca el globo con pintas al globo blanco? b) Dibuja las flechas que representan las fuerzas en la última figura c) Si se sabe que el globo blanco tiene carga negativa, qué tipos de carga tienen el globos gris y el con pintas?? 6

7 Ejercicio 6. Cuatro objetos A, B, C y D, poseen carga eléctrica. Se observa que A atrae a B, atrae a C y atrae a D. a. Entonces, B y C, se deben atraer o repeler? b. C y D, se atraen o repelen? c. Si se sabe que el objeto A tiene carga positiva, qué tipo de carga tienen los objetos B, C y D? Ejercicio 7. Y una última actividad: a. Acerca a un globo colgado y frotado previamente, otro globo también frotado. Acércalo poco a poco. Y observa lo que ocurre. La fuerza eléctrica aumenta o disminuye cuando los globos están más cerca? Cómo lo sabes? b. Entonces, depende la fuerza eléctrica de la distancia entre los cuerpos cargados? Cómo es esa dependencia? 7

8 ACTIVIDAD 1 GUÍA 2. CONDUCTORES Y AISLANTES Hemos visto que frotando diversos objetos, éstos adquieren carga eléctrica. Pero, cualquier material se carga al frotarlo? Para responder a esta pregunta te proponemos realizar una serie de experimentos, para los que necesitarás los siguientes materiales: Un globo pequeño inflado y colgado mediante un hilo (puede estar colgado de algún soporte o sostenerlo un estudiante). Una bolsa de polietileno. Otro globo inflado. Una regla plástica. Un tubo de aluminio. Un tubo de PVC. Una regla o varilla de madera. Una varilla de fierro. Un tubo de cobre o bronce. Una varilla de vidrio. Un trozo de tela de lana. Papel de aluminio (papel plateado) Un trozo de tela de material sintético. Un trozo de plumavit y otros objetos que tengas a mano. 8

9 Ejercicio 1. En primer lugar asegúrate que el globo esté cargado, para eso frótalo con un trozo de polietileno (bolsa plástica). A continuación, una vez colgado el globo, acerca a él la regla de plástico, sin frotarla previamente. a) Se observa alguna acción sobre el globo? b) Frota la regla con un paño de lana y acércala al globo. Qué ocurre? c) Entonces, la regla adquirió carga del mismo signo que la carga del globo? Cómo lo sabes? d) En seguida acerca al globo el trozo de género de lana con que frotaste la regla. Qué ocurre? Hay atracción, repulsión o nada? De acuerdo con lo observado, al frotar un objeto con un paño, tanto el objeto como el paño se cargan. e) El objeto y el paño adquieren cargas de igual signo o de signos contrarios? Que al frotar un objeto, tanto él como el paño se carguen, se puede explicar de la siguiente manera. Cuando un cuerpo está neutro, no es que no tenga carga eléctrica sino que posee igual cantidad de carga eléctrica positiva (+) que carga eléctrica negativa (-). Al frotarlo, las cargas positivas y negativas se separan. Unas quedan en el objeto y las otras en el paño Por lo tanto, el objeto y el paño quedan con cargas opuestas. 9

10 Ejercicio 2. Ahora toma un tubo de PVC y sin frotarlo acércalo al globo. Qué se observa? En seguida toma un trozo de tubo de aluminio y, sin frotarlo, acércalo al globo. Qué ocurre? Repite este experimento empleando un tubo de cobre, de bronce o de otro metal. Se observa lo mismo que con el tubo de aluminio? Aquí estamos observando un fenómeno novedoso: un objeto con carga eléctrica (el globo) no es atraído ni repelido por objetos de plástico que no se hayan frotado, pero puede ser atraído por un tubo de metal que no ha sido frotado. Cómo podemos explicar esto? Ocurre que hay materiales en que la carga eléctrica, tanto positiva como negativa, permanece fija al material (los plásticos por ejemplo). En cambio, hay otros materiales en que la carga no está fija sino que puede moverse en el material (los metales, por ejemplo). Por lo tanto, al acercar una barra metálica al globo cargado ocurre lo que ilustra la figura siguiente: La carga del globo atrae la carga eléctrica de signo contrario que posee la barra de metal, y como la carga se puede mover en la barra, se acumula en el extremo de la barra más cercano al globo. La carga de igual signo que la del globo es repelida y se acumula en el extremo alejado de la barra. Como la carga de diferente signo quedó más cerca del globo, predomina la atracción y el globo y la barra se aproximan. Aquellos materiales en que la carga eléctrica se mueve con facilidad se denominan materiales conductores. Los metales son buenos conductores de la carga eléctrica. En cambio, los plásticos, el vidrio, la lana y muchos otros, son materiales aislantes, en ellos la carga no circula o lo hace con más dificultad. 10

11 Ejercicio 3. En esta actividad se utilizará nuevamente un globo inflado y colgado de un soporte mediante un hilo. Procura que el globo, una vez inflado, no tenga un diámetro mayor de 10 cm. En seguida envuelve el globo completamente con un trozo de papel de aluminio. Toma otro globo inflado, frótalo con un trozo de polietileno y acércalo al globo colgado. Qué sucede? Cómo se explica lo observado? Ten presente que el globo colgado y forrado con aluminio está neutro. A continuación acerca al globo, uno a uno, los demás objetos, primero sin frotarlos y luego después de frotados con alguno de los paños o con polietileno. También acerca al globo los paños que usas al frotar Ejercicio 4. Haz una tabla, como la siguiente, en tu cuaderno y anota en ella todas tus observaciones. Objeto Regla plástica Paño de lana Tubo de aluminio Polietileno Varilla de fierro Paño de lana Frotado con... paño de lana después de frotar la regla polietileno después de frotar el aluminio Después de frotar con paño de lana Después de frotar la varilla de fierro Se observó que con el globo hay: atracción repulsión nada 11

12 Ejercicio 5. Qué tienen en común los cuerpos que después de haber sido frotados no atraen al globo? Si estos objetos no atraen al globo quiere decir que están neutros, a pesar de haber sido frotados. Tratemos de encontrar una explicación para esto. Toma uno de los objetos de metal pero hazlo con un trozo de polietileno y luego frótalo con un paño de lana. A continuación, sin dejar de sostenerlo con el plástico, acerca el metal al globo colgado. Acércalo bastante Qué se observa? Acerca el paño con que frotaste la varilla al globo. Qué se observa? Ejercicio 6. Como has podido ver, los metales también se pueden cargar por frotamiento, siempre que no estén en contacto con la mano. Cómo explicar esto? Ya sabemos que la carga eléctrica es una propiedad que los cuerpos pueden adquirir y también pueden perder. Por qué los metales pierden la carga que pudieran adquirir al frotarlos, cuando se los sostiene con la mano desnuda? Ejercicio 7. Para verificar tu respuesta repite la experiencia anterior: Frota la varilla de metal sujetándola con la lámina de polietileno y acércala al globo colgado. Verifica que atrae al globo y estando cerca del globo toca la varilla con un dedo. Qué pasa? Cómo explicas esto? Recuerda que los metales son buenos conductores de la carga eléctrica. 12

13 ACTIVIDAD 1 GUÍA 3. CIRCUITOS ELÉCTRICOS Sabes cómo funciona una linterna? La siguiente actividad te permitirá averiguar por ti mismo, cómo es que una linterna utiliza la Ejercicio 1. Intégrate a un grupo de 3 ó 4 estudiantes y soliciten al profesor o profesora que les entregue una pila, cables y una ampolleta colocada en un soquete. a) Empleando el material indicado y con la ayuda de tus compañeros, enciende la ampolleta. b) Haz en tu cuaderno un dibujo de la instalación que tú y tus compañeros hicieron para encender la ampolleta. En el dibujo deben aparecer la pila, la ampolleta y los cables, de modo que represente las conexiones que hicieron para encender la ampolleta. energía eléctrica que le proporcionan las pilas. Para no tener que dibujar detalles innecesarios, se acostumbra utilizar símbolos que representen los elementos empleados. Usaremos los siguientes símbolos para no tener que dibujar la pila y la ampolleta. En el símbolo de la pila, la línea más gruesa identifica el polo negativo (-) de la pila y la línea delgada, más larga, corresponde al polo positivo (+). Pila: Ampolleta : Cable: Con esos símbolos, el dibujo que tú realizaste se puede reemplazar por el esquema de la figura 1. Ese esquema representa el circuito eléctrico de la linterna. - + Figura 1 Figura 2 Figura 3 Figura 4 13

14 Ejercicio 2. También se enciende la ampolleta si se invierte la polaridad en el circuito, como muestra la figura 2? Verifica experimentalmente tu respuesta. Y se enciende la ampolleta si los cables se conectan a la pila como muestra la figura 3? Y si los cables se conectan a la ampolleta como muestra la figura 4? En un circuito eléctrico la pila proporciona energía a las cargas eléctricas, las que circulan por los cables del mismo modo que el agua circula por una cañería. No estamos diciendo que la carga eléctrica sea un líquido, es sólo una analogía que permite entender por qué no funciona el circuito si hacemos la conexión como en la figura 3 o como en la figura 4. A este movimiento de la carga eléctrica se le llama corriente eléctrica. Para representar la corriente eléctrica se ha convenido representarla como muestra la figura 5. Es decir, que la - corriente eléctrica sale por el polo positivo de la pila y entra + por el polo negativo, que es el sentido en que se mueven las cargas positivas, según el mismo acuerdo. En la figura 5 hemos representado mediante flechas el sentido de la corriente eléctrica. Figura 5 La corriente eléctrica va del polo positivo de la pila a la ampolleta, pasa por la ampolleta y llega al polo negativo. Circula por los alambres que, al ser de metal, son buenos conductores de la corriente eléctrica. Ejercicio 3. Ahora solicita al profesor o profesora que te proporcione, dos ampolletas con sus respectivos soquetes y más cable, si es necesario. a) Con este material arma un circuito de modo que enciendan las dos ampolletas. Hay una sola manera de lograr que enciendan ambas ampolletas? b) Dibujen en su cuaderno los circuitos que les permitieron encender las dos ampolletas. Háganlos empleando los símbolos correspondientes. c) Comparen los circuitos que ustedes dibujaron con los que se muestran a continuación. Equivalen a alguno de los dos circuitos de la figura siguiente? Es probable que no sean exactamente iguales, pero observen que sean equivalentes a los dibujados por ustedes. 14

15 Circuito de ampolletas en paralelo Circuito de ampolletas en serie d) Estos dos circuitos permiten que ambas ampolletas enciendan, pero, resultan igualmente luminosas las ampolletas con cualquiera de los dos circuitos? Verifiquen experimentalmente sus respuestas. e) Si en el circuito de ampolletas en paralelo se suelta una de las ampolletas, la otra permanece encendida? Ocurre lo mismo en el circuito de ampolletas en serie? Explica a que se debe esto. Ten presente que para que un circuito funcione la corriente eléctrica debe circular por los cables, desde un polo de la pila al otro, sin interrupciones. Ejercicio 4. Las linternas o cualquier otro dispositivo eléctrico semejante (las lámparas del hogar, por ejemplo) poseen un interruptor. a) Cuál es el propósito del interruptor? b) Dibuja el circuito de una linterna, incluyendo un interruptor. Para representar un interruptor se emplea el símbolo que muestra la figura siguiente de la derecha. Ejercicio 5. Observa el circuito de la derecha en que el interruptor está abierto. a) En estas condiciones, están encendidas las ampolletas? Explica. b) Si se cierra el interruptor, Qué le ocurre a la ampolleta 1? Y qué le ocurre a la ampolleta 2? c) Verifica experimentalmente tus respuestas

16 1 2 3 Ejercicio 6. A la izquierda te presentamos un circuito eléctrico con tres ampolletas iguales. a) Las tres ampolletas estarán encendidas? Las tres estarán igualmente luminosas? b) Si se suelta la ampolleta 2, Qué le ocurre a la ampolleta 1? Y a la ampolleta 3? Solicita al profesor o profesora los materiales necesarios para verificar experimentalmente las respuestas que has dado. 16

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