Guía del docente. 1. Descripción curricular: - Nivel: 4º medio. - Subsector: Ciencias Físicas. - Unidad temática: Fuerzas entre cargas. - Palabras claves: fuerza eléctrica, cargas eléctricas, electrones, átomos, partículas subatómicas, electroscopio. - Contenidos curriculares: Cargas en reposo. Fuerza de Coulomb en distintas situaciones. Campo y potencial eléctrico. Aplicaciones a la electricidad atmosférica. 2. Contenidos relacionados: - 1º medio: La presencia de la electricidad en el entorno: la casa, el pueblo, la ciudad. Debate sobre su importancia en la vida moderna. Carga eléctrica: separación de cargas por fricción. Atracción y repulsión entre cargas. - 4º medio: Cargas en reposo. Fuerza de Coulomb en distintas situaciones. Campo y potencial eléctrico. Aplicaciones a la electricidad atmosférica. 3. Aprendizajes esperados: Los alumnos y alumnas: - Discriminan entre cuerpos cargados y neutros en base al tipo de interacción que se produce entre ellos y distinguir el rol diverso de electrones e iones ante el carácter eléctrico de los cuerpos.
4. Recursos digitales asociados de www.educarchile.cl: - Presentación PowerPoint: Atracción y repulsión. 5. Descripción general de las actividades: La actividad de este tema trata principalmente de los contenidos que se encuentran en la presentación PowerPoint atracción y repulsión. En ella se muestra como reaccionas las cargas eléctricas cuando se acercan algunas de igual signo o con diferente signo. Este material, además sirve para realizar la actividad construyendo un electroscopio. Esta actividad está hecha para poder realizarla en 2 horas pedagógicas. Actividad: Construyendo un electroscopio. 1. Introducción. Qué son las cargas eléctricas? Las cargas eléctricas están asociadas a las partículas subatómicas que poseen los átomos. El núcleo posee los neutrones con carga eléctrica neutra, y los protones con raga positiva. En la envoltura se encuentra el electrón con carga eléctrica negativa. Dentro de las características de las cargas eléctricas es que ellas interactúan entre sí, (observa la figura a continuación).
A continuación es posible conocer tres tipos de electrización. - Electrización por frotamiento. Al frotar dos cuerpos eléctricamente neutros (número de electrones = número de protones), ambos se cargan, uno con carga positiva y el otro con carga negativa. - Electrización por contacto Se puede cargar un cuerpo con sólo tocarlo con otro previamente cargado. En este caso, ambos quedan con el mismo tipo de carga, es decir, si se toca un cuerpo neutro con otro con carga positiva, el primero también queda con carga positiva. Esto se debe a que habrá transferencia de electrones libres desde el cuerpo que los posea en mayor cantidad hacia el que los contenga en menor proporción y manteniéndose este flujo hasta que la magnitud de la carga sea la misma en ambos cuerpos. - Electrización por inducción La inducción es un proceso de carga de un objeto sin contacto directo. Un cuerpo cargado eléctricamente puede atraer a otro cuerpo que está neutro. Cuando se acerca un cuerpo electrizado a un cuerpo neutro, se establece una interacción eléctrica entre las cargas del primero y las del cuerpo neutro. Como resultado de esta interacción, la distribución inicial se altera: el cuerpo electrizado provoca el desplazamiento de los electrones libres del cuerpo neutro. En este proceso de redistribución de cargas, la carga neta inicial no ha variado en el cuerpo neutro, pero en algunas zonas se carga positivamente y en otras negativamente. Se dice que aparecen cargas eléctricas inducidas. Entonces el cuerpo electrizado, denominado inductor, induce una carga con signo contrario en el cuerpo neutro y por lo tanto lo atrae.
El dibujo que se muestra a continuación presenta el procedimiento para electrificar un cuerpo por inducción. Es importante tener en cuenta que la carga obtenida por este método es de signo opuesto a la carga del inductor. Si se acerca un inductor I, con carga positiva, a un conductor C en estado neutro, aparecen las cargas inducidas A y B Manteniendo el inductor I fijo, se efectúa una conexión T a tierra. Esto se puede hacer tocando C. Hay, así, un flujo de electrones libres hacia C que anula la carga positiva inducida y produce un exceso de carga negativa. Al eliminar la conexiona tierra y retirar el inductor, el exceso de electrones se distribuye por el cuerpo.
LEY DE COULOMB: El enunciado que describe la ley de Coulomb es el siguiente: "La magnitud de cada una de las fuerzas eléctricas con que interactúan dos cargas puntuales es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa." Esta ley es válida sólo en condiciones estacionarias, es decir, cuando no hay movimiento de las cargas o, como aproximación, el movimiento se realiza a velocidades bajas y trayectorias rectilíneas uniformes. Se le llama a esta Fuerza Electrostática. Su unidad de medida en el sistema internacional es el Newton. 2. Desarrollo de la actividad: Fabricando un electroscopio. Esta actividad está relacionada con la presentación PowerPoint Atracción y repulsión. En donde se explica claramente las interacciones de las cargas eléctricas. En esta actividad se recomienda trabajar en parejas para una mejor comprensión. Los alumnos y alumnas tendrán que fabricar con materiales sencillos un electroscopio y comprobar de forma experimental la fuerza eléctrica entre cargas. Materiales: Un envase de mermelada de boca ancha. Alambre grueso o varios finos enrollados. Papel aluminio. Un corcho. Un globo.
Montaje: 1. Romper la tapa del frasco con la ayuda del profesor. El agujero debe ser del tamaño del tapón de corcho. 2. Doblar el alambre grueso de cobre en forma de L, para luego meterlo por el tapón de corcho. 3. Hacer una esfera con el papel aluminio y colocarla sobre el alambre grueso. 4. Tomar el tapón de corcho (armado con los otros materiales) y luego colocarlo sobre la el envase de vidrio como se observa en la figura. Cómo podemos hacer que funcione? Se infla el globo y se frota con algo de lana, o sobre una cabeza limpia y seca. Luego se acerca pausadamente al electroscopio.
Cuestionario: 1. Qué ocurre con la lámina de aluminio dentro del envase? Por qué? 2. Desde qué distancia logras ver efectos en la lámina? 3. Qué relación tiene lo observado con la ley de Coulomb? 4. A qué tipo de electrización asocias lo acontecido? 5. Qué función cumple el Tapón de corcho? 6. Qué le ocurre a las cargas del globo cuando es frotado?