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Introducción a la Física
Guía de lectura nº 3 “La energía eléctrica”
1) Leé atentamente el artículo “Las aves y la electricidad” en la página 101 del texto
y tratá de responder las preguntas referidas a él que se encuentran debajo, en la
misma página.
2) Leé atentamente el artículo “La energía y los circuitos eléctricos” en la página 102
y tratá de responder las preguntas que se formulan en la misma página.
3) ¿Por qué razón el desarrollo de la electricidad fue tan lento hasta el año 1800?
¿Qué descubrimiento realizado en ese año, modificó drásticamente la situación?
4) ¿Cuál es el origen de la palabra “electricidad”?
5) ¿Quién propuso la existencia de dos tipos de cargas eléctricas? ¿Cómo las llamó?
6) ¿Qué ocurre si se acercan cargas del mismo tipo? ¿Y de distinto tipo?
7) ¿Cómo considera la ciencia actual que está constituida la materia? En este
contexto, ¿Qué partículas constituyen los átomos? ¿Cómo se distribuyen en él de
acuerdo con el modelo de Bohr? ¿Qué carga tiene cada una de esas partículas?
8) ¿Por qué la materia es, en general, eléctricamente neutra en las condiciones
reinantes en la superficie terrestre?
9) ¿Qué equilibrio hay que “romper” para que se manifiesten fenómenos eléctricos?
10) ¿Por qué los electrones tienen un papel tan importante en la producción de los
fenómenos eléctricos?
11) ¿Qué ocurre cuando se frota con una franela una varilla de vidrio y luego se le
acercan pequeños trozos de papel? ¿Cómo se explica este fenómeno en el texto?
12) Cuando se frota con un paño la superficie de distintos cuerpos, algunos materiales,
como el vidrio, tienden a perder electrones quedando con un defecto de cargas
negativas o un exceso de cargas positivas. (antiguamente electricidad vítrea).
Otros materiales tienden a ganar electrones, quedando con un exceso de carga
negativa (antes: resinosa). Fue el científico Benjamín Franklin quién primero
identificó las cargas como positivas y negativas.
Completá: a) Los cuerpos con un defecto de electrones quedan cargados con
carga………..
b) Cargas del mismo signo, se…………..
c) Cargas de………….. signo, se atraen.
13) ¿Cuándo decimos que se establece una corriente eléctrica a través de un material?
¿Tendría sentido llamar a la corriente establecida en la forma descrita en el primer
párrafo de la página 105 del texto, “corriente transitoria”? Justificá tu respuesta.
14) ¿A qué se llaman materiales conductores? Da tres ejemplos.
15) ¿A qué se llaman materiales dieléctricos o aislantes? Da tres ejemplos.
16) ¿A qué se llama conductividad de un material?
17) ¿Cómo se explica la diferencia de conductividad entre los materiales conductores
y aisladores de acuerdo con el comportamiento de la capa más externa de
electrones?
18) ¿Cómo varía la conductividad de los conductores al variar la temperatura? ¿Se te
ocurre como justificar este comportamiento a nivel microscópico?
19) ¿Qué tipo de portadores de carga poseen los líquidos?
20) ¿Qué es un ión?
21) ¿A qué se llaman materiales semiconductores? ¿Cuál es el más utilizado en la
actualidad?
22) ¿Cuál es el comportamiento eléctrico de un semiconductor en estado natural? ¿Por
qué se los llama entonces, “semiconductores”? ¿Para que adquieran este
comportamiento, que se hace durante su fabricación?
23) ¿Cómo se aíslan cables y herramientas?
24) ¿Qué es un circuito eléctrico?
25) En un circuito eléctrico, además de los cables, ¿que otros elementos son
necesarios? ¿Cuál es la función de cada uno de ellos?
26) Citá dos ejemplos de fuentes de tensión o generadores y dos de “resistencias”.
27) ¿A qué se llaman bornes de un generador? ¿Cómo se identifican?
28) Una corriente eléctrica es un movimiento de electrones a través de un material
(comúnmente un alambre conductor) a lo largo de un camino cerrado (por lo
menos) ¿En qué sentido se mueven los electrones, teniendo en cuenta los bornes
del generador?
29) En el interior de una pila, que es un tipo de generador, se producen las reacciones
químicas necesarias para que, al conectar sus terminales (bornes) a un circuito, por
él se muevan los electrones, es decir, se produzca una corriente eléctrica. Es decir
que una pila (o cualquier otro tipo de generador) es el elemento del circuito que
inyecta la energía al circuito. Por este motivo, los generadores se dicen que son los
elementos activos de un circuito. ¿Qué nombre recibe esta capacidad para mover
a los electrones? ¿En qué unidades se mide? Los demás elementos de un circuito,
utilizan de diversas maneras la energía que reciben de los generadores y la
transforman en otras formas: calor, en una estufa o una plancha, movimiento en un
ventilador, luz en una lamparita o una linterna, etc. Todos estos dispositivos que
consumen la energía se llaman resistores y se dice que son los elementos pasivos
del circuito.
30) ¿Por qué se agota una pila?
31) ¿Cómo se comercializan las pilas secas comunes en la actualidad? ¿Qué tensión
entrega cada una de ellas?
32) ¿Qué diferencia hay entre una pila D y una C o entre una C y una AA?
33) ¿Qué ventajas ofrecen las pilas alcalinas, respecto de las comunes?
34) Teniendo en cuenta los símbolos empleados para la representación de circuitos,
dibujá: a) Un circuito serie con una pila, una lámpara, dos resistencias y un
interruptor. b) Un circuito con dos lámparas en serie L1 y L2, que estén en
paralelo con una tercera lámpara L3. Todo este conjunto que sea alimentado por
una única pila. Y ubicá tres interruptores I1, I2, I3 de modo que: si se abre solo I1,
todas las lámparas se apaguen. Si se abre solo I2, se apaguen L1 y L2, pero no L3.
Y si se abre solo I3, se apague L3 pero no L1 y L2.
35) Indicá si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas: en un circuito de tres
lámparas en serie a) si se quema una resistencia las otras dos siguen encendidas. b)
pasa la misma corriente por todas ellas. c) cada lámpara se enciende con menos
intensidad que si estuviera conectada sola.
En un circuito de tres lámparas en paralelo a) si se apaga una, las otras continúan
encendidas. b) si las tres lámparas son iguales, se encienden con la misma
intensidad. c) si se quema una lámpara, la intensidad luminosa de las otras dos
aumenta.
36) Cuando se conectan dos o más fuentes en serie ¿Qué ocurre con la tensión total del
conjunto?
37) Observá el circuito mixto de la figura 5-13, suponiendo que las tres lamparitas
sean iguales:
a) ¿Cómo son comparativamente las intensidades de cada una de las
lamparitas?
b) ¿Qué sucederá si se intercala un interruptor entre las lamparitas A y C y
se abre? ¿Qué ocurre con la intensidad luminosa de cada una de las
lamparitas?
38) Lo repetimos una vez más: las pilas (y otros generadores eléctricos) son los
elementos del circuito que mantienen una diferencia de potencial o tensión
eléctrica entre sus terminales de modo que aseguran un flujo de electrones
permanente, es decir una corriente permanente en el circuito. Las pilas, por
ejemplo, mantienen una diferencia de potencial constante entre sus bornes
mientras dura su vida útil, que aseguran una corriente constante en el circuito a
que se hallan conectadas. Si la diferencia de potencial entre los bornes de un
generador fuera variable, entonces originaría una corriente variable en el circuito.
La magnitud que mide la cantidad de corriente que atraviesa un conductor
(número de electrones que atraviesan una sección de conductor por unidad de
tiempo) se llama intensidad de la corriente y se mide en Amperes (A). ¿Cuándo
decimos que un circuito es atravesado por una corriente de 1 A?
39) Los electrones, como vimos, transportan carga negativa. La carga de 6,24.
1018electrones decimos que es de 1 Coulomb. ¿Cuál es la carga de un electrón?
40) El físico alemán Georg Simon Ohm efectuó una serie de experimentos en los que
variaba la tensión que aplicaba sobre una resistencia fija (por ejemplo una lámpara
común) y observaba que la intensidad de la corriente que atravesaba el circuito
variaba también. Los resultados de una posible experiencia como la descrita
podrían resumirse en la siguiente tabla:
V (volt)
1,5
3
4,5
6
I (Amperes: A)
0,5
1,0
1,5
2,0
V/I (V/A)
a) Completá la tabla
b) ¿Cómo llamó Ohm al cociente constante entre V e I? ¿Con qué letra lo
simbolizó?
41) ¿Con qué nombre se conoce actualmente a la expresión R = V/I?
42) ¿Cómo se define en el texto la unidad de resistencia?
43) ¿Qué ocurre con la intensidad de la corriente en un circuito simple formado por un
generador, una resistencia y los cables de conexión necesarios para cerrar el circuito
cuando:
a) se aumenta la diferencia de potencial entre los bornes del generador.
b) se aumenta el valor de la resistencia.
44) ¿Qué dispositivo se cita en el texto, que no cumple con la ley de Ohm?
45) La oposición que presenta un elemento de un circuito eléctrico a ser atravesado por
una corriente eléctrica es, entonces, su resistencia y depende del tipo de material que
constituye el elemento y de sus dimensiones. Si consideramos un trozo de cable de
cierto material (por ejemplo, cobre) de longitud l y sección transversal A, resulta que la
resistencia de ese trozo de cable viene dada por la siguiente expresión:
R = ρ.l/A siendo R: la resistencia, l: longitud del cable, A: área de la sección
transversal y ρ: la resistividad del material. La expresión matemática anterior significa
que la resistencia de un conductor es directamente proporcional a su resistividad y su
longitud e inversamente proporcional al área de su sección transversal. Desde el punto
de vista microscópico podemos imaginar a los electrones tratando de atravesar una
estructura llena de obstáculos: si el comino se alarga (aumenta la longitud del
conductor), crece el número de obstáculos a superar (crece la resistencia). Si el área de
la sección aumenta, entonces los electrones tendrán mayores posibilidades de encontrar
“espacios libres” por donde avanzar (disminuye la resistencia). La resistividad del
material es una propiedad característica de la misma y tiene que ver con su estructura,
con el tipo de átomos que lo forman y con la manera con que esos átomos se relacionan
entre si. Así por ejemplo la resistividad del cobre es menor que la del hierro. Podemos
cuantificar esta noción definiendo la resistividad de un material como la resistencia que
ofrece una muestra de ese material de un metro de longitud (1m) y un área de su sección
transversal de un metro cuadrado (1m2). “Despejando” de la fórmula anterior queda:
ρ = R.A/l y la unidad de la resistividad en el sistema internacional es Ω.m como podrás
comprobar. Las resistividades de los distintos materiales son muy diferentes. Dichas
diferencias pueden ser de varios órdenes de magnitud como por ejemplo las que hay
entre un conductor y un aislador. Algunas de esas diferencias podrás notarlas en la tabla
adjunta.
46) ¿En qué consiste la analogía hidráulica utilizada en el texto para representar la
relación dada por la ley de Ohm?