ACTIVIDADES DE ELECTRICIDAD. NIVEL MEDIO.

ELECTROSTÁTICA

1.- Objetivo: Observar, identificar e interpretar fenómenos electrostáticos.

1.1.- Al acercar una barra de plástico, previamente frotada con piel de gato, a la cabeza de un electrómetro el indicador se mueve (electrización por inducción) aun sin tocalo, pero al alejar la barra el electrómetro vuelve a la posición inicial de equilibrio. Utiliza el modelo de cargas para explicar esta experiencia.

1.2.- ¿Qué sucede si la barra toca al electrómetro? ¿Y si separamos después la barra? Explica también el hecho con el modelo de cargas.

1.3.- Al acercar una placa de plástico cargada a unos trocitos pequeños de papel éstos se ven atraídos y quedan pegados un buen espacio de tiempo. En cambio si se acerca la placa a la bolita de un péndulo electrostático (cuya superficie está metalizada) inicialmente atrae a la bolita, se pone en contacto con ella y muy pronto se ve repelida . Interpreta el diferente comportamiento de los trocitos de papel y de la bolita del péndulo.

1.4.- De entre las acciones a distancia que se presentan a continuación, indica las que son de carácter electrostático:

a)       La caída libre de un cuerpo desde lo alto de una torre.

b)       Un imán atrae a unos clavos de hierro.

c)       Dos globos hinchados se frotan con un paño de lana y luego se atraen.

d)       Un peine atrae los pelos de la cabeza después de peinarlos.

e)       Una barra frotada hace desviarse un chorro de agua al acercarse a él.

1.5.- Indica con un “Sí” en qué situaciones atraerá una barra de vidrio cargada positivamente si se acerca a un pequeño cilindro hueco que descansa encima de una mesa:

a)       El cilindro es metálico y está cargado negativamente.

b)       El cilindro es no metálico y está cargado negativamente.

c)       El cilindro es neutro y metálico.

d)       El cilindro es neutro y no metálico.

1.6.- La unidad de carga en el Sistema Internacional es:

                a) La del electrón                 b) La del protón                   c) El culombio                      d) El Amperio.

1.7.- Contesta Verdadero o Falso a cada una de las frases siguientes. En el caso de que la respuesta sea falsa, modificar la expresión para que sea correcta.:

a)       Cuando un cuerpo se carga lo que hace es ganar o perder protones.

b)       Un cuerpo cargado negativamente solamente tiene electrones.

c)       Un cuerpo neutro tiene tantos protones como electrones.

d)       Un cuerpo puede tener una carga de 3,4 electrones.

e)       Todos los cuerpos tienen protones y electrones, luego todos conducen bien la electricidad.

f)        Con el electroscopio se distingue si la carga de un cuerpo es positiva o negativa.

1.8.- Explica los distintos tipos de electrización: por contacto, por frotamiento y por inducción.

1.9.- Explica por qué no podemos cargar una barra metálica por frotamiento si la sujetamos con la mano.

1.10.- Indica un procedimiento para cargar un electróforo.

1.11.- Indica en qué consiste el efecto puntas y señala alguna aplicación.

1.12.- Dos bolsas metálicas iguales, A y B que se encuentran cargadas se ponen en contacto. Determinar la carga final de cada una de las bolas, sabiendo que inicialmente su carga era:

                a)  A: + 6 mC     B: + 4 mC

                b)  A: + 6 mC     B: - 4 mC

                c)  A: + 5 mC     B: + 5 mC

Objetivo nº 2: Expresar las cargas en el Sistema Internacional de unidades y aplicar la ley de Coulomb

2.1.- Expresar en culombios las siguientes cargas:

a)       3,2.10⁸ electrones

b)       2 Megaelectrones.

c)       3,1 miliculombios.

d)       .12. 10²⁰ electrones.

2.2.- Hallar a cuántos electrones equivale una carga de :

a)       2 microculombios.

b)       3 nanoculombios.

c)       3 culombios.

2.3.- Se ponen en contacto dos conductores esféricos cargados de igual radio. Si la carga inicial del 1º era de 6 mC y del 2º de –2 mC , hallar la carga final de cada uno.

2.4.- Se tienen dos partículas con cargas positivas, q₁ y q₂, separadas una distancia r . Dibuja en rojo la fuerza que soporta la carga q₁  y en azul la fuerza que soporta la carga q_2.

                Repite la operación si q₁es positiva y q₂ es negativa.

                Idem si q₁ es negativa y q₂ positiva.

                Idem si las dos cargas son negativas.

2.5.- ¿De qué factores depende la fuerza con que dos cuerpos cargados se atraen o repelen?.

2.6.- Si la carga q₁ es mayor que q₂ la fuerza que la primera ejerce sobre la segunda ¿también será mayor?. Razónalo.

2.7.- Se tienen dos partículas cargadas positivamente, una con 3 microculombios y otra con 2 nanoculombios, separadas una distancia de 20 cm. Determinar la fuerza con que se repelerán si:

a)       Se encuentran en el vacío. ( K= 9.10⁹ N.m²/C²

b)       Se encuentran en el agua. ( K´= K/80).

2.8.- Hallar la fuerza con que atrae el protón del núcleo de hidrógeno al electrón de la corteza, si el radio de la órbita es de 5.10^-11 m . Datos :  q_e = - 1,6.10^-19 C.

2.9.- Señalar la respuesta correcta en cada caso . Dos cargas se repelen con una fuerza F. Si se duplica la carga q_1:

a)       Se duplicará solamente la fuerza que soportará la carga q₂  .

b)       Se duplicará solamente la fuerza que soportará la carga q₁ .

c)       Se duplicarán las dos fuerzas.

2.10.- Si en el caso del ejercicio anterior se triplica la distancia entre las cargas:

a)       Se triplicará la fuerza.

b)       Se divide la fuerza por 3.

c)       Se divide la fuerza por 9.

d)       Se multiplica la fuerza por 9.

2.11.-Dos objetos cargados se repelen con una fuerza de 0,6 N, en el vacío, cuando están separados una distancia de 4 cm. ¿Con qué fuerza se repelerán si los separamos hasta que la distancia entre ellos sea de 12 cm?.

2.12.- Completar la tabla siguiente, aplicando la ley de Coulomb.:

Q1	Q2	R	MEDIO	F
3 C	2 C	12 m	Vacío
	-4 mC	2 m	Aire	24.10-3 N atractiva
10 nC		6 cm	Vidrio	32.10-4 N

2.13.- En caso de tormenta ,¿ en qué lugar encontrarías mayor seguridad?

-          En el interior de un automóvil.

-          Debajo de un árbol.

-          En pleno campo, lejos de los árboles.

 

CIRCUITOS ELÉCTRICOS. NIVEL MEDIO

Objetivo nº 1: Montar y representar circuitos eléctricos de corriente continua y aplicar las condiciones necesarias para su funcionamiento:

*1.1.- Indicar qué bombillas lucirán en cada caso y justificarlo:

1.2.- Si tenemos la bombilla A conectada a una pila y añadimos la bombilla B, tal y como se indica en la figura, ¿qué ocurrirá?. Indica las afirmaciones correctas:

a)       A brillará igual que antes..

b)       A brillará menos que antes.

c)       A y B brillarán igual.

d)       B brillará menos que A.

e)       B no brillará.

 

1.3.- Estudio de la conductividad de sólidos:(Prácticas de laboratorio)

Realizar el montaje siguiente:

                Ir colocando barras de distintos materiales y la bombilla hará de testigo para comprobar si el material es o no es conductor. Si se desea un estudio cuantitativo , se puede añadir al circuito un amperímetro.

1.4.- Estudio de la solubilidad de disoluciones.

Realizar el montaje siguiente:

a) Clasifica los líquidos siguientes en buenos y malos conductores, una vez comprobado en la práctica:

                - Agua destilada. - Disolución de sal en agua destilada                             - Agua del grifo

                - Alcohol                              - Disolución de azucar en agua destilada.

b) Describe lo que sucede en una de las disoluciones conductoras si acercamos los electrodos.

c)En la disolución de sal en agua,¿qué ocurre si vamos añadiendo mas sal a la disolución?..

Objetivo nº 2: Utilizar correctamente los amperímetros y los voltímetros y apicar los conceptos de intensidad y voltaje en la resolución de problemas:

*2.1.- Si una pila tiene 3V, ¿qué energía ha comunicado al circuito si ha circulado por ella una corriente de 0,4 A durante un tiempo de 5 minutos.?.

2.2.- Señala las afirmaciones correctas acerca de una pila:

a)       Es una fuente de cargas que se gasta cuando se acaban las cargas almacenadas en ella.

b)       Es un dispositivo que transforma la energía química en energía eléctrica.

c)       Una pila solamente proporciona una diferencia de potencial si se conecta a un circuito.

*2.3.- Hallar la intensidad de la corriente que circula por un conductor si atraviesa una sección del mismo una carga de 10   electrones en un tiempo de 5 segundos.

*2.4.- Hallar el número de electrones que circulan por la sección de un conductor en 2 minutos si la intensidad de la corriente es de 3 mA.

*2.5.- La siguiente tabla contiene datos de la carga que circula por la sección de un conductor en función del tiempo transcurrido. Suponiendo constante la intensidad de la corriente,ompletar la tabla, calcular la intensidad  y representar la gráfica Q-t.

Q ( culombios)		5	7	9
T ( Segundos)	2	4

2.6.- Para que estén bien conectados los amperímetros y los voltímetros, indicar con la letra V cuáles deben ser voltímetros y con A los amperímetros.

Objetivo nº 3: Aplicar la ley de Ohm y reconocer los factores que influyen en la resistencia de un conductor.

*3.1.- Por una resistencia circula una corriente eléctrica que podemos variar a voluntad. Al medir la intensidad de la corriente y el voltaje de la resistencia obtenemos unos datos que vienen dados en la siguiente tabla:

V (Voltios)			30	48	64
I (Amperios)	0,3	0,5		1,2

                a) Completar los datos de la tabla y calcular el valor de la resistencia.

b) Representar gráficamente I en función de V.

*3.2.- La gráfica representa los valores de la diferencia de potencial entre los extremos de una resistencia en función de la intensidad que circula por ella. Hallar la resistencia y el valor de la intensidad para una diferencia de potencial de 35 voltios.

3.3.- La gráfica representa el voltaje en función de la intensidad para dos resistencias distintas. ¿Cuál de ellas tiene una resistencia mayor? Justifícalo.

3.4.- El voltaje en los extremos de una resistencia es de 5 V cuando circula por la misma una intensidad de 0,2 A. Determinar el valor de la resistencia , así como el voltaje de la misma cuando la intensidad sea de 1,4 A.

3.5.- Comprobación de la Ley de Ohm. (Práctica de laboratorio).

Variando la posición del cursor del reostato vamos obteniendo valores distintos para la intensidad y el voltaje , que llevaremos a la tabla de datos correspondiente.

V ( Voltios)
I ( mA)

                Representar la gráfica de V en función de I . ¿Observas alguna relación sencilla entre las dos variables?. Expresa numéricamente esa relación. Determina el valor de la resistencia.

*3.5.- Montar el circuito de la figura para hallar la resistencia del hilo conductor, realizar varias medidas de V y de I , para los correspondientes valores de la longitud del hilo, y completar la tabla siguiente:

 

V(Voltios)
I(Amperios)
V/I = R (Ohmios)
L (metros)

-Hacer la representación gráfica de R en función de l.

- ¿ Encuentras alguna relación matemática entre ambas magnitudes?.

3.6.- Se realizan medidas de la resistencia de un conductor en función de su longitud, obteniendo los siguientes resultados:

R (Ohmios)	29,25	36,90	40,95	54,00	60,75	72,00
L (metros)	0,65	0,82	0,91	1,20	1,35	1,60

¿Encuentras alguna relación entre R y L?.

¿ Qué resistencia tendrá 1 metro de dicho conductor?.

Objetivo nº 4: Conectar resistencias y pilas en serie y en paralelo y calcular intensidades y voltajes como aplicación de los principios de conservación de la carga y de la energía:

4.1.- En el circuito de la figura, hallar:a)La resistencia R1.b)El voltaje de la resistencia de 15 ohmios.c)La f.e.m. de la pila.

4.2.- En el circuito representado en la figura, calcular:a)La intensidad que marcará el amperímetro mudo.b)El voltaje de la pila.c)La resistencia R2.

4.3.- Hallar la intensidad que circulará por los amperímetros “mudos” en el circuito de la figura.

4.4.- En el circuito de la figura, indicar qué afirmación es la correcta:

a) I₁  > I₂ > I₃  

b)    I₁=0

c)    I₁ < I₂ < I₃

d)       I₃ =0 

e)       ) I₁= I₂= I₃

 

*4.4.- Suponiendo que las tres resistencias son iguales calcular las indicaciones de cada amperímetro:

*4.5.- Dibuja un circuito con los siguientes elementos: dos pilas conectadas en paralelo, tres bombillas iguales, una bombilla en serie y las otras dos en paralelo, un interruptor que permita o no el paso de la corriente a una de las bombillas en paralelo y un voltímetro que mida el voltaje de la primera bombilla.

*4.6.- A una pila de 12 V se conectan en serie tres resistencias de 20 W, 10 W y 6 W, respectivamente. Determinar la intensidad de la corriente, así como el voltaje en cada una de las resistencias. Dibujar el circuito con un amperímetro y tres voltímetros que midan las magnitudes que se piden.

4.7.- En el circuito de la figura la resistencia R es variable. Si aumentamos el valor de ésta resistencia, ¿qué ocurrirá con el voltaje medido por el voltímetro?

*4.8.- Si todas las pilas son de 1,5 voltios, determinar  en cada uno de estos circuitos la indicación del voltímetro:

¿Qué marcará en cada caso el voltímetro si se desconecta la bombilla?.

**4.9.- En el circuito de la figura, hallar la indicación del voltímetro mudo, así como el valor de las dos resistencias.

      

*4.10.- Hallar la resistencia equivalente al conjunto de resistencias de la figura:

*4.11.- Con tres resistencias iguales de 20 W, ¿qué combinaciones de resistencias se pueden obtener?.

*4.12.- Conectamos tres bombillas iguales en paralelo y el conjunto se conecta a los polos de una pila, tal y como se indica en la figura; si desconectamos una de las bombillas, indicar qué sucede con el brillo de las otras bombillas (será mayor, menor o igual que antes) , así como el valor de la intensidad que marcará el amperímetro (mayor, menor o igual) y razona la respuesta.

4.13.- En un circuito están conectadas en paralelo tres resistencias de 4, 6 y 10 W  Si circula por la resistencia de 6 ohmios una intensidad de 0,4 A, determinar la intensidad que circula por cada una de las otras dos resistencias, así como el voltaje del generador. Representar el circuito con los respectivos amperímetros.

*4.14.- En el circuito de la figura el voltímetro marca 4 voltios.

a)¿Cuánto marcará el otro voltímetro?.

b)       ¿Qué marcará el amperímetro?.

c)       ´¿Qué carga circulará por el amperímetro en un tiempo de 15 s?.

d)       ¿ Cuánto vale la resistencia R₂?.

4.15.- Conexión de resistencias en serie. Prácticas de laboratorio

Montar el circuito siguiente:       

1.- Antes de cerrar el interruptor y sabiendo que las tres bombillas son iguales, determinar  qué bombilla brillará más.

2.- Cierra el interruptor,¿qué sucede?.

3.- Conecta un amperímetro entre la pila y la bombilla A y mide la intensidad, I₁ .

Conéctalo ahora entre las bombillas A y B y mide la intensidad I₂  .

Por último conecta el amperímetro entre las bombillas B y C y anota la medida I₃ .

4.- ¿Qué sucede con las intensidades?

El resultado está relacionado con un principio de conservación, ¿con cuál?.

5.- Utiliza el voltímetro ahora para medir 4 diferencias de potencial, las de cada una de las bombillas y la de la pila. (Recuerda que el voltímetro se conecta en paralelo ).

6.- ¿Encuentras alguna relación entre los voltajes?.

                     El resultado está relacionado con un principio de conservación, ¿con cuál?.

4.16.- Conexión de resistencias en paralelo:

                Montar el circuito de la figura::

                                                  

1.- Si conectamos un amperímetro en el punto 1 y cerramos el interruptor obtendremos una intensidad de corriente I₁ .

Si lo conectamos en la rama de la bombilla A mediremos la intensidad I_A  ; del mismo modo mediremos I_B  e I_C .

2.- ¿Encuentras alguna relación entre las intensidades?. 

El resultado está relacionado con un principio de conservación, ¿con cuál?.

3.- Conectar un voltímetro entre los extremos de la bombilla A y medir V_A  . Del mismo modo medir V_B  y V_C.

4.- ¿Encuentras alguna relación entre los voltajes?.

4.17.- Conexión de pilas en serie:

                Si montamos los dos circuitos de la figura, suponiendo las pilas y las resistencias iguales ,¿ en cuál de ellos marcará el amperímetro un mayor valor? . Compruébalo en la práctica.

4.18.- Conexión de pilas en paralelo:

 Para comprobar el efecto de la conexión de dos pilas iguales en paralelo realizar el siguiente montaje:

1.- Medimos la intensidad y el voltaje cuando el interruptor está abierto (solamente funciona una

    pila) :  I   y V  .

2.- ¿Qué crees que sucederá con el brillo de la bombilla al conectar la segunda pila?.

3.- Conectamos la otra pila cerrando el interruptor y medimos de nuevo la intensidad y el voltaje.

4.- ¿Qué observamos?. ¿Qué sentido tendrá conectar pilas en paralelo?.

Objetivo nº 5.- Interpretar las transformaciones energéticas que tienen lugar en distintos elementos de un circuito eléctrico y realizar cálculos de potencia, energía y calor desprendido en resistencias, aplicando la definición de potencia y la ley de Joule.

*5.1.- Se conectan a la red de 220 V los siguientes aparatos: Dos bombillas de 40 W, la lavadora de 920 W y el frigorífico de 240 W. . A lo largo de un día completo una bombilla ha estado funcionando 3 horas, la otra 2 horas y media, la lavadora 40 minutos y el frigorífico ha funcionado todo el tiempo. Determinar la energía consumida en la vivienda en ese día, así como el coste económico, a razón de 24 pts el kwh.

Si en un momento determinado han funcionado todos los aparatos a la vez, ¿Cuál es la intensidad total de la corriente que entra en la casa en ese momento?.

*5.2.- Un hornillo tiene las siguientes especificaciones: 520 W-125 V. Si se conecta a 125 V, determinar:

a)       La intensidad que circula por el hornillo.

b)       Su resistencia.

c)       La energía calorífica desprendida en el hornillo en 25 minutos.

*20.- Una bombilla de 40 w y 220 V se conecta a la red de 220V. Hallar:

a)       La intensidad que circula por la bombilla, así como su resistencia.

b)       La energía eléctrica “consumida” por la bombilla en un tiempo de 15 minutos.

c)       El gasto en pts si el kw.h cuesta 24 pts.

5.3.- ¿Qué ocurrirá si conectamos una bombilla de 12 V a la red de 220 V?:

a) Brillará igual                     b) Brillará menos  c) Se fundirá.

5.4.- Si conectamos una bombilla de 220V- 100W a una tensión de 125V, determinar:

a)       La intensidad que circulará.

b)       La resistencia antes y después de conectar a 125 V.

c)       La potencia de la bombilla.

d)       El consumo de energía eléctrica en 3 horas.

**5.5.- Compara las resistencias de una bombilla de 60W-220V  y de una plancha de 850W –220 V.

Haz un esquema de la instalación doméstica que incluya la bombilla y la plancha , con un fusible, un contador y con interruptores para cada aparato.

Determinar la intensidad que marcará el contador si funcionan los dos aparatos simultáneamente.

*5.6.- En una resistencia se han desprendido 3450 julios en un tiempo de 2 minutos. Si la intensidad de la corriente que circulaba por la resistencia es de 0,4 A, determinar :

a)       El valor de la resistencia .

b)       La diferencia de potencial entre los extremos de la misma.

c)       La carga que ha circulado por la resistencia en los 2 minutos.

**5.7.- Una pila de 9 V se conecta en serie a dos resistencias, una de 25 ohmios y otra de 50 ohmios. Hallar la potencia proporcionada por la pila y la potencia desarrollada en cada resistencia.

**5.8.- Una resistencia se conecta a la red de 220 V. Si se desprenden 254.500 julios en un tiempo de 6 minutos, determinar:

a)       La potencia desarrollada por la bombilla.

b)       La intensidad que circula por ella.

c)       Su resistencia.

d)       El gasto en pesetas si el kw.h se paga a 24 pts.

*5.9.- Una estufa de 1200 W se conecta a 220 V y está funcionando 3 horas. ¿Qué cantidad de energía se ha desprendido?. Expresarla en julios, kw.h y en calorías.

*5.10.- Una bombilla de ahorro de 25 W produce la misma luminosidad que una de incandescencia de 100 W. Comparar las energías transformadas en cada una de ellas al cabo de 150 horas, que es el tiempo que estarían funcionando en un mes. Si el kw.h cuesta 24 pts, ¿cuánto dinero se ahorra con la bombilla de 25 W?.

**5.11.- Si disponemos de un contador eléctrico y queremos determinar la potencia de un aparato,describe el procedimiento que seguirías para lograrlo.

*5.12.- Conectamos una estufa de 60 ohmios de resistencia durante 4 horas a la red de 220 V. Determinar la energía cedida por la estufa .

*5.13.- ¿Cuánto tiempo deberá circular por una resistencia de 120 ohmios una corriente de 2 A para que se desprendan un total de 24.500 calorías?.

5.14.- Si el fusible que protege una instalación doméstica es de 10 A, podrá funcionar un lavavajillas de 2800 w si la red es de 220 V?.

5.15.- Un televisor de 125 W de potencia se quedó encendido por la noche un total de 9 horas. Si el kw.h cuesta 24 pts, ¿ cuánto nos ha costado el descuido?.

*5.16.- Se conectan simultáneamente en una casa los siguientes aparatos: 2 estufas de 1100 W, una plancha de 850 w, 3 bombillas de 60 W y el televisor de 180 W. Determinar si saltará el interruptor magnetotérmico si admite una intensidad máxima de 15 A.

5.17.- Efecto calorífico de la corriente eléctrica (Efecto Joule).(Práctica de laboratorio)

                Introducir una resistencia en el interior de un vaso de agua, tal y como se indica en la figura. Medir ,con un termómetro, la temperatura del agua cada 30 segundos y realizar una gráfica de la temperatura en función del tiempo transcurrido.