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Cómo funciona un circuito eléctrico
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La carga eléctrica es la propiedad física de la materia que hace que ésta experimente una fuerza cuando se coloca en un campo electromagnético. La carga eléctrica puede ser positiva o negativa (comúnmente transportada por protones y electrones respectivamente). Las cargas similares se repelen y las cargas diferentes se atraen. Un objeto con ausencia de carga neta se denomina neutro. Los primeros conocimientos sobre cómo interactúan las sustancias cargadas se denominan ahora electrodinámica clásica, y siguen siendo precisos para los problemas que no requieren la consideración de los efectos cuánticos.
La carga eléctrica es una propiedad que se conserva; la carga neta de un sistema aislado, la cantidad de carga positiva menos la cantidad de carga negativa, no puede cambiar. La carga eléctrica es transportada por las partículas subatómicas. En la materia ordinaria, la carga negativa la llevan los electrones y la carga positiva la llevan los protones del núcleo de los átomos. Si hay más electrones que protones en un trozo de materia, tendrá carga negativa, si hay menos tendrá carga positiva, y si hay igual número será neutra. La carga está cuantificada; se presenta en múltiplos enteros de pequeñas unidades individuales llamadas carga elemental, e, aproximadamente 1,602×10-19 culombios,[1] que es la carga más pequeña que puede existir libremente (las partículas llamadas quarks tienen cargas más pequeñas, múltiplos de 1/3e, pero sólo se encuentran en combinación, y siempre se combinan para formar partículas con carga entera). El protón tiene una carga de +e, y el electrón tiene una carga de -e.
Cómo funciona la electricidad
Cuando se frota un globo en la cabeza, los electrones pasan de los átomos y moléculas del cabello al globo. Los electrones tienen una carga negativa, por lo que el globo se carga negativamente y el pelo queda con una carga positiva. Esta «separación de cargas» es la razón del conjunto de efectos que llamamos electricidad estática.
Todo lo que vemos está formado por pequeñas partículas de materia llamadas átomos. Los átomos están formados por partes aún más pequeñas llamadas protones, electrones y neutrones. Un átomo suele tener el mismo número de protones y electrones, pero a veces los electrones pueden alejarse de sus átomos.
Si te peinas, por ejemplo, los electrones abandonan los átomos y las moléculas de tu pelo y viajan hasta el peine de plástico. El peine, cubierto de electrones cargados negativamente, también se carga negativamente, y el pelo queda con una carga positiva. Esta «separación de cargas» es la razón del conjunto de efectos que llamamos electricidad estática.
Si dos objetos tienen cargas diferentes, se atraen (o tiran) el uno del otro. Si dos objetos tienen la misma carga, se repelen (o se alejan). Después de peinarte, todos los pelos tienen la misma carga positiva. Como las cosas con la misma carga se repelen, los pelos intentan alejarse unos de otros poniéndose de pie y alejándose de todos los demás pelos, lo que hace que tengas un peinado de aspecto muy gracioso.
Electricidad estática
La energía eléctrica es un concepto importante en la ciencia, pero que a menudo se malinterpreta. ¿Qué es exactamente la energía eléctrica y cuáles son algunas de las reglas que se aplican al utilizarla en los cálculos?
La energía eléctrica es una forma de energía resultante del flujo de carga eléctrica. La energía es la capacidad de realizar un trabajo o aplicar una fuerza para mover un objeto. En el caso de la energía eléctrica, la fuerza es la atracción o repulsión eléctrica entre partículas cargadas. La energía eléctrica puede ser energía potencial o cinética, pero normalmente se encuentra como energía potencial, que es la energía almacenada debido a las posiciones relativas de las partículas cargadas o los campos eléctricos. El movimiento de partículas cargadas a través de un cable u otro medio se denomina corriente o electricidad. También existe la electricidad estática, que resulta de un desequilibrio o separación de las cargas positivas y negativas de un objeto. La electricidad estática es una forma de energía potencial eléctrica. Si se acumula suficiente carga, la energía eléctrica puede descargarse para formar una chispa (o incluso un rayo), que tiene energía cinética eléctrica.
Cómo funciona la electricidad física
Mapas de Desarrollo Conceptual – Electricidad y MagnetismoEn este nivel, el objetivo principal debe ser animar a los alumnos a observar y explorar los fenómenos electrostáticos a través del juego, lo que lleva al desarrollo de explicaciones sencillas para la atracción y repulsión observada de los objetos cargados. Hay que animar a los alumnos a distinguir entre las fuerzas electrostáticas y las fuerzas magnéticas como ejemplos diferentes de fuerzas sin contacto.La inclusión de actividades que impliquen el frotamiento de
La inclusión de actividades que impliquen el frotamiento de dos objetos de plástico similares con el mismo material es importante, ya que sólo en estos casos se puede ver que los dos objetos cargados similares se empujan mutuamente como muestra de la repulsión de las cargas similares.Una idea central para que los alumnos comprendan es que las fuerzas electrostáticas son fuerzas sin contacto; no es importante en este nivel recalcar a los alumnos que «las cargas similares se repelen y las cargas diferentes se atraen». Es más apropiado demostrar que los objetos cargados atraen a los no cargados y que pueden atraer o repeler a otros objetos cargados. Éstas suelen consistir en que un objeto se cargue por frotamiento y otro que no lo esté. Los peines de plástico frotados y las reglas que atraen trozos de papel son ejemplos habituales, pero las investigaciones de los alumnos no deben limitarse a ellos. El uso de demostraciones y el pedir a los alumnos que predigan lo que puede ocurrir suelen ser enfoques sólidos para identificar las ideas existentes de los alumnos sobre la electrostática en este nivel.Investigación: Guisasola (1995), McIntyre (1974)