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Tema 8: Carga eléctrica — criterios, objetivos y saberes previos

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Respuesta rápida

Carga eléctrica de origen atómico ( $e = 1{,}602\times10^{-19}\text{ C}$ ); $m_p/m_e \approx 1836$ ; cargas del mismo signo se repelen y de signo opuesto se atraen (ley de Coulomb).

fisica ⭐ Dificultad 1/5 ⏱ 3 min lectura

Solución — Página 115

Fisica 2° · 2024

Ejercicio 1

Página 114 — Apertura del Tema 8: Carga eléctrica

Esta página no contiene actividades de cálculo; presenta los criterios de evaluación, los objetivos y las preguntas de saberes previos del tema.

Criterio de evaluación (CE.CN.F.5.9)

El estudiante debe argumentar, mediante experimentación y el análisis del modelo de gas de electrones, cuatro ideas clave:

El origen atómico de la carga eléctrica: la carga aparece porque los átomos poseen partículas subatómicas cargadas, protones ( $+e$ ) y electrones ( $-e$ ), con $e = 1{,}602 imes 10^{-19} ext{ C}$ .
La clasificación de materiales según su capacidad de conducción de carga: conductores, semiconductores e aislantes (aislantes).
La relación de masa entre protón y electrón: $\frac{m_p}{m_e} \approx 1836$ , es decir, el protón es unas $1836$ veces más masivo que el electrón.
La identificación de aparatos de uso cotidiano que separan cargas eléctricas (máquinas de Van de Graaff, generadores electrostáticos, fotocopiadoras, precipitadores de humo, purificadores de aire).

Objetivo (OG.CN.6)

Usar las TIC para la búsqueda crítica de información, el análisis y la comunicación de conclusiones sobre fenómenos naturales.

Saberes previos

Ejercicio 1

¿Has notado alguna vez una sensación de electricidad estática?

Respuesta orientativa: Sí, es muy común. Al deslizar los pies por una alfombra con suelas sintéticas y luego tocar un objeto metálico (o a otra persona) se percibe una pequeña descarga. También ocurre al quitarse un suéter de lana y acercar las manos al cabello, que se levanta. En todos los casos se debe a una transferencia de electrones por rozamiento (electrificación por frotamiento): los cuerpos quedan cargados y, al acercarse, el potencial (tensión) se iguala mediante una descarga breve.

Ejercicio 2

¿Cómo crees que se comportan los objetos cargados eléctricamente entre sí?

Respuesta orientativa: Los objetos con cargas del mismo signo se repelen (dos positivos o dos negativos), y los de signos opuestos se atraen (un positivo y un negativo). Esta es la primera ley de la electrostática. Cuanto mayor es el valor absoluto de cada carga y menor la distancia entre ellas, más fuerte es la interacción; puede expresarse con la ley de Coulomb: $F = k \, \frac{|q_1 q_2|}{r^{2}}$ , con $k = 8{,}99 imes 10^{9} ext{ N·m}^{2}/\text{C}^{2}$ .

Conclusión: los cuerpos neutros no experimentan fuerza neta apreciable; la carga neta de un cuerpo neutro es cero porque $n_p = n_e$ .

Contenido de la página

TEMA 8: Carga eléctrica

Ilustración de un átomo con electrón orbitando el núcleo

CRITERIOS DE EVALUACIÓN

CE.CN.F.5.9. Argumenta, mediante la experimentación y análisis del modelo de gas de electrones, el origen atómico de la carga eléctrica, el tipo de materiales según su capacidad de conducción de carga, la relación de masa entre protón y electrón e identifica aparatos de uso cotidiano que separan cargas eléctricas.

OBJETIVOS

OG.CN.6. Usar las tecnologías de la información y la comunicación (TIC) como herramientas para la búsqueda crítica de información, el análisis y la comunicación de sus experiencias y conclusiones sobre los fenómenos y hechos naturales y sociales.

Saberes previos

¿Has notado alguna vez una sensación de electricidad estática?
¿Cómo crees que se comportan los objetos cargados eléctricamente entre sí?

Página 114 — Texto de Física

Ejemplos resueltos

Al frotar un globo de látex con un paño de lana y acercarlo a un trozo de papel, el papel se adhiere al globo. Explica el fenómeno.

El frotamiento transfiere electrones del globo al paño (o viceversa), dejando al globo cargado negativamente.
Al acercar el globo al papel (neutro), los electrones libres del papel se repelen al extremo cercano, quedando carga positiva en esa zona.
La atracción entre la carga negativa del globo y la positiva del extremo cercano del papel supera a la repulsión con la carga negativa más lejana.
Resultado: el papel se levanta y se adhiere al globo. Respuesta: electrificación por frotamiento + inducción electrostática; cargas opuestas se atraen.

Tabla

| Partícula | Símbolo | Carga | Masa $|\n|---|---|---|---|\n|$ Protón | $p^{+}$ | $+e = +1{,}602\times10^{-19}\,\text{C}$ | $1{,}673\times10^{-27}\,\text{kg}$ $|\n|$ Electrón | $e^{-}$ | $-e = -1{,}602\times10^{-19}\,\text{C}$ | $9{,}109\times10^{-31}\,\text{kg}$ $|\n|$ Relación de masas | — | — | $m_p/m_e \approx 1836$ |

Diagrama

mindmap
  root((Carga eléctrica))
    Origen atómico
      Protón +e
      Electrón -e
      Carga elemental e
    Conducción
      Conductores
      Semiconductores
      Aislantes
    Interacción
      Atracción opuestos
      Repulsión iguales
      Ley de Coulomb
    Aparatos cotidianos
      Máquina de Van de Graaff
      Precipitador de humo
      Fotocopiadora

Fórmulas y ecuaciones

Ley de Coulomb: $F = k \, \frac{|q_1 q_2|}{r^{2}}$

F = k $\$ , $\frac{|q_1 q_2|}{r^{2}}$

k = 8{,}99 $\times$ $10^{9}$ $\text{ N·m}@@MATH_0@@\text{C}$ $^{2}$

e = 1{,}602 $\times$ $10^{-19}$ $\text{ C}$

$\frac{m_p}{m_e}$ $\approx$ 1836

Glosario (5)

Carga eléctrica: Propiedad intrínseca de la materia que hace que una partícula experimente una fuerza en un campo eléctrico; se mide en couliombs (C).
Electricidad estática: Electricidad en reposo, acumulada en la superficie de un cuerpo aislante como consecuencia de una transferencia de electrones.
Modelo de gas de electrones: Modelo en el que los electrones de valencia de un metal se desplazan libremente como un gas dentro de la red de iones positivos, lo que explica la conducción eléctrica.
Carga elemental: Valor absoluto de la carga del protón y del electrón, $e = 1{,}602 \times 10^{-19} \text{ C}$.
Aislante eléctrico: Material que permite el paso de muy pocos electrones libres y dificulta el flujo de carga.

Preguntas para practicar

¿Has notado alguna vez una sensación de electricidad estática?

Sí: al caminar sobre alfombra y tocar un metal se siente una pequeña descarga, o al quitarse un suéter el cabello se levanta. Se debe a la transferencia de electrones por frotamiento entre materiales distintos; los cuerpos quedan cargados y la descarga ocurre al igualarse el potencial eléctrico.

¿Cómo crees que se comportan los objetos cargados eléctricamente entre sí?

Los objetos con cargas del mismo signo se repelen y los de signo opuesto se atraen; la intensidad de la interacción crece con el producto de las cargas y disminuye con el cuadrado de la distancia (ley de Coulomb).

Temas y conceptos clave

Carga eléctricaElectricidad estáticaCriterios de evaluación BGUObjetivos de aprendizaje con TICcarga eléctricaprotónelectróncarga elemental eelectricidad estáticaatracción y repulsión de cargasmodelo de gas de electronesmateriales conductores y aislantes

Fuentes y referencias

https://acortar.link/Daofty

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Preguntas que la gente también hace

¿Cuál es el origen atómico de la carga eléctrica?

Consulta la solución completa arriba o explora el libro entero para temas relacionados.

¿Por qué se produce la sensación de electricidad estática?

Consulta la solución completa arriba o explora el libro entero para temas relacionados.

¿Cómo se comportan dos objetos con cargas del mismo signo?

Consulta la solución completa arriba o explora el libro entero para temas relacionados.

📌 Antes de leer esto

• Estructura del átomo: núcleo, protones y electrones
• Unidades del Sistema Internacional y notación científica
• Concepto de fuerza y de masa

Siguiente tema sugerido

Origen atómico de la carga eléctrica, modelo de gas de electrones y tipos de materiales según su conducción de carga

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TEMA 8:

Carga eléctrica

Fuente: https://acortar.link/Daofty

CRITERIOS DE EVALUACIÓN

CE.CN.F.5.9. Argumenta, mediante la experimentación y análisis del modelo de gas de electrones, el origen atómico de la carga eléctrica, el tipo de materiales según su capacidad de conducción de carga, la relación de masa entre protón y electrón e identifica aparatos de uso cotidiano que separan cargas eléctricas.

OBJETIVOS

OG.CN.6. Usar las tecnologías de la información y la comunicación (TIC) como herramientas para la búsqueda crítica de información, el análisis y la comunicación de sus experiencias y conclusiones sobre los fenómenos y hechos naturales y sociales.

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