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

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La electricidad estática se siente tras roces que transfieren electrones. Objetos cargados del mismo signo se repelen y de signo opuesto se atraen; los electrones son móviles y pesan ~1836 veces menos que los protones.

fisica ⭐ Dificultad 1/5 ⏱ 3 min lectura

Solución — Página 115

Fisica 3° · 2024

Tema 8: Carga eléctrica

Página introductoria del tema que incluye el criterio de evaluación, el objetivo y las preguntas de saberes previos.

Criterio de evaluación

CE.CN.F.5.9. Argumenta, mediante la experimentación y el 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.

Objetivo

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

1. ¿Has notado alguna vez una sensación de electricidad estática?

Respuesta orientativa: Sí es muy frecuente: al quitar un suéter de fibra sintética en ambiente seco, al tocar la manilla de un auto o a una persona después de caminar sobre una alfombra de lana, se siente un pequeño "chispazo" o cosquilla. Ocurre porque roces entre dos materiales transfieren electrones: uno queda con exceso de carga negativa y el otro con déficit (carga positiva). Al acercarnos a un conductor, esas cargas se reparten o se neutralizan en forma de una pequeña descarga. Por eso la electricidad estática es más intensa en días secos y con baja humedad.

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

Respuesta orientativa: Siguen la regla de las cargas semejantes: las cargas del mismo signo se repelen y las de signo opuesto se atraen. Por eso dos globos frotados con lana (ambos negativos) se separan, mientras que un globro frotado atrae a trozos de papel (neutros que quedan polarizados) o a una carga de signo contrario. Esta interacción es la Ley de Coulomb y se explica porque los electrones se reubican sobre la superficie de los cuerpos.

Contexto conceptual del tema

La carga eléctrica es una propiedad de la materia que nace en el átomo: los electrones del modelo de gas de electrones (electrón de valencia) son móviles, mientras que los protones permanecen fijos en el núcleo. En un átomo neutro hay igual número de protones (carga $+e$ ) y electrones (carga $-e$ ):

$Q_{\text{atómico}} = N_p (+e) + N_e (-e) = 0 \quad \text{si } N_p = N_e$

Donde $e = 1.6 \times 10^{-19} \, \text{C}$ . Cuando un cuerpo gana o pierde electrones queda cargado. La relación de masa entre protón y electrón es:

$\frac{m_p}{m_e} = \frac{1.673 \times 10^{-27} \, \text{kg}}{9.109 \times 10^{-31} \, \text{kg}} \approx 1836$

Por ello los electrones son las únicas partículas que se mueven con facilidad y producen la corriente eléctrica. Según su capacidad de conducción de carga, los materiales se clasifican en conductores (metales, grafito, soluciones iónicas), semiconductores (silicio, germanio) y aislantes (plásticos, vidrio, caucho). Los aparatos que separan cargas en la vida cotidiana incluyen generadores Van de Graaff, fotocopiadoras, precipitadores electrostáticos, fotocopiadoras y placas fotovoltaicas.

Contenido de la página

TEMA 8: Carga eléctrica

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

Saberes previos

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

Ejemplos resueltos

Un cuerpo adquiere exceso de 5 electrones. ¿Cuál es su carga neta?

Cada electrón tiene carga $q_e = -1.6 \times 10^{-19} \, \text{C}$ .
Multiplicar el número de electrones por la carga unitaria: $Q = 5 \times (-1.6 \times 10^{-19} \, \text{C})$ .
$Q = -8.0 \times 10^{-19} \, \text{C}$ .

Respuesta: el cuerpo queda cargado negativamente con $-8.0 \times 10^{-19} \, \text{C}$ .

Tabla

Clase de carga	Signo	Comportamiento entre sí
Cargas del mismo signo (+ + o − −)	Igual	Se repelen
Cargas de signo opuesto (+ −)	Distinto	Se atraen
Carga y cuerpo neutro	0	Se atrae por polarización

Diagrama

graph LR
    A[Materia] --> B[Conductores: metales, grafito, disoluciones iónicas]
    A --> C[Semiconductores: silicio, germanio]
    A --> D[Aislantes: plásticos, vidrio, caucho]
    B --> E[Electrones de valencia libres → carga móvil]
    C --> F[Conductividad intermedia, modificable]
    D --> G[Electrones fuertemente ligados → carga inmóvil]

Fórmulas y ecuaciones

Carga neta de un cuerpo: $Q = N_{e^-}(-e) + N_{p^+}(+e)$

Relación de masa protón-electrón: $m_p/m_e \approx 1836$

e = 1.6 $\times$ $10^{-19}$ $\$ , $\text{C}$

$Q_{$ $\text{atómico}$ } = $N_p$ (+e) + $N_e$ (-e) = 0 $\quad$ $\text{si }$ $N_p$ = $N_e$

$\frac{m_p}{m_e}$ = $\frac{1.673 \times 10^{-27}\,\text{kg}}{9.109 \times 10^{-31}\,\text{kg}}$ $\approx$ 1836

Glosario (6)

Carga eléctrica: Propiedad intrínseca de la materia que hace que una partícula experimente fuerza en un campo eléctrico; se mide en coulombs (C).
Electricidad estática: Cargas eléctricas acumuladas en reposo sobre la superficie de un cuerpo, generadas normalmente por roce o fricción.
Modelo de gas de electrones: Modelo atómico que trata los electrones de valencia como un 'gas' de partículas móviles que rodean al núcleo y permiten explicar la conductividad eléctrica.
Conductor: Material que permite el flujo de carga eléctrica con facilidad, como los metales, porque posee electrones de valencia libres.
Aislante: Material que opone gran resistencia al paso de la carga eléctrica, como los plásticos, el vidrio o el caucho.
Semiconductor: Material con conductividad intermedia entre conductores e aislantes, como el silicio o el germanio, cuya conducción puede modificarse con impurezas o luz.

Preguntas para practicar

¿Has notado alguna vez una sensación de electricidad estática?

Sí: al quitarse un suéter de fibra sintética en clima seco o al tocar una manilla metálica después de caminar sobre una alfombra se siente un pequeño chispazo. Ocurre porque el roce transfirió electrones de un material a otro; uno quedó con exceso de carga negativa y el otro con déficit. Al acercarnos a un conductor, esas cargas se redistribuyen o se neutralizan en una pequeña descarga, por eso la sensación es mayor en ambientes secos.

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

Se atraen si tienen cargas de signos opuestos y se repelen si tienen cargas del mismo signo (regla de las cargas semejantes). Un globos frotados con lana quedan con carga negativa y se repelen, mientras que uno de ellos atrae trozos de papel, que quedan polarizados (su lado más cercano al globo toma carga del signo opuesto). Esta interacción se explica porque los electrones de valencia se reubican en la superficie de los cuerpos, como plantea el modelo de gas de electrones.

Temas y conceptos clave

Carga eléctricaElectricidad estáticaModelo atómico y cargaClasificación de materiales según conducción de cargacarga eléctricaelectricidad estáticamodelo de gas de electroneselectrón de valenciaconductoressemiconductoresaislantesatracción y repulsión de cargasrelación de masa protón-electrón

Fuentes y referencias

https://acortar.link/Daofty

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Preguntas que la gente también hace

¿Qué es la carga eléctrica y cómo aparece en los átomos?

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

¿Cómo se comportan dos objetos cargados eléctricamente entre sí?

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

¿Por qué sentimos electricidad estática al quitar un suéter?

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

📌 Antes de leer esto

• Estructura del átomo (núcleo, protones, electrones)
• Carga eléctrica elemental e = 1.6×10⁻¹⁹ C
• Noción de masa atómica relativa
• Fracciones y notación científica

Siguiente tema sugerido

El modelo de gas de electrones: por qué los electrones de valencia son móviles y cómo explican la conductividad y la carga eléctrica.

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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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