0 y E = –(200 N/C) i para x < 0. Un cilindro circular ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ recto de 20 cm de longitud y 5 cm de radio tiene su centro en el origen y su eje está a lo largo del eje x de modo que una de las caras está en x = 10 cm y la otra x = –10 cm. Determina: a) ¿Cuál es el flujo saliente que atraviesa cada cara? Átomos de los elementos Ø = 1,57 Nm /C metálicos 2 2 b) ¿Cuál es el flujo a través de la superficie lateral Electrones libres del cilindro? Ø = 0 Nm /C 2 L c) ¿Cuál es el flujo neto que atraviesa toda la super- Neutrones ficie cilíndrica? Ø = 3,14 Nm /C Protones Shutterstock, 168612650 2 N La corriente eléctrica es el flujo de electrones. En los circuitos eléctricos, esta carga se lleva moviendo electrones en un cable. 12 Competencia a o mp C i nc e e t Trabajo colaborativo c om u nic a c ion a socioemocionall En parejas, resuelvan el siguiente problema. Existen tres tipos de alambres: uno de cobre, uno de latón y Cuando nos comunica- otro de aluminio. Los tres tienen diámetros de 1 mm, 1,03 mm mos de manera oral, expresa- y 1,04 mm respectivamente; y los tres transportan una corrien- mos nuestras cargas positivas te de 1,78 A. o negativas. Por ello, es funda- Determinen: mental buscar un equilibrio y promover una comunicación a) La magnitud del campo eléctrico en cada material. asertiva. b) La diferencia de potencial entre dos puntos separados 40 m Comparte una experiencia en el alambre. comunicativa en la que haya c) La resistencia de los tres alambres en un tramo de 20 m cada pesado tu carga negativa al uno. momento de expresarte. Obtengan conclusiones sobre las resistencias y expliquen por a) ECu = 0,04 N/C b) VAu = 2,05 V qué suceden dichos cambios. EAu = 0,05 N/C VCu = 1,56 V Ela = 0,15 N/C VLa = 5,98 V c) RCu=0,88 Ω El orden de la conductividad es: co- RLa=3,36 Ω bre, oro y latón. El cobre es mejorado RAu=1,15 Ω en su conductividad por la plata. 49 21/1/25 12:20 Fisica 3 BG Plus+ MinEduc.indb 49 21/1/25 12:20 Fisica 3 BG Plus+ MinEduc.indb 49]]>10 13 11 la relación de la intensidad de corriente I por sección transversal A; mien- Mica 10 – 10 15 16 75 x 10 Cuarzo (fundido) tras que la resistividad se relaciona con las propiedades del material en Azufre 10 15 >10 resistencia al flujo eléctrico en el medio conductor. Existe un fenómeno Teflón 10 –10 13 11 Young y Freedman Madera 8 sumamente curioso, y es que nosotros entendemos a las cargas negati- vas como electrones que se mueven en la corriente eléctrica, pero es- tos electrones, al ser sometidos a diferentes tipos de materiales y a unos Competencia cambios de temperatura altos, obligan a que estos se transporten dentro matemática del conductor de una manera muy brusca y rápida, lo que provoca una Casi todos los fenóme- mayor resistividad. Vale la pena recordar que los electrones tienen tra- nos físicos deben traducirse a yectorias arbitrarias, nunca siguen un flujo ordenado y la resistencia de- datos numéricos. penderá de la sección transversal del conductor y de la longitud de este. La resistencia se mide con un óhmetro y se conecta entre los A la densidad de corriente J podemos expresarla con la siguiente dos extremos de la resistencia ecuación: que vamos a medir, desconec- tada del circuito eléctrico. J= I = nqV .. A d El voltaje se mide con un Y a la resistencia la expresamos de la siguiente manera, en función de voltímetro y se lo conecta en el la longitud y el área: circuito en paralelo. R= . r L A , La intensidad de corriente se donde la resistividad ρ: mide con un amperímetro y se r= E . lo conecta en serie en donde se I quiera medir. La resistencia se mide en Ohmios (Ω) y se trata de la relación entre 1 Voltio (V) y Amperios (A). Debemos tomar en cuenta que una cosa es la velocidad de deriva, es decir, la rapidez con la que se mueven los electrones, un movi- miento muy lento de apenas unos centímetros por segundo, y otra muy diferente es la velocidad de la energía eléctrica que se mueve casi a la velocidad de la luz, 300 000 km/s. Pero, ¿cómo puede ser posible? Cuando existe una diferencia de potencial, inmediatamente Pixabay, 41740 se produce la energía eléctrica de tal modo que todos los electrones se movilizan muy lentamente, pero casi en el mismo instante. A 51 21/1/25 12:20 Fisica 3 BG Plus+ MinEduc.indb 51 Fisica 3 BG Plus+ MinEduc.indb 51 21/1/25 12:20]]>30 EHz Tabla 2 126 Fisica 3 BG Plus+ MinEduc.indb 126 21/1/25 12:21 21/1/25 12:21 Fisica 3 BG Plus+ MinEduc.indb 126]]> 0 c T < 0 mínima pérdida de energía po- Q T > 0 sible, intentando que sea una Q c máquina más eficiente, es decir, b c que evite el proceso irreversi- T ble. A esto se lo conoce como 3) d c t t c 2) “el ciclo de Carnot”. Dicho ciclo c → d: 0 |Q| f V f b → c: compresión compresión consiste en cuatro pasos: dos isotérmica adiabática ©maya®EDUCACIÓN – Libro resuelto solo para fines didácticos – Prohibida su reproducción procesos isotérmicos y dos adia- Q = Q < 0 Q = 0 f T < 0 T > 0 báticos. La Figura 5.3. muestra el |Q| f Archivo editorial ciclo de Carnot detalladamente. Figura 5.3. Ciclo de Carnot. El proceso es el siguiente: 1. El gas se expande isotérmicamente a temperatura t , absorbiendo c calor Q a( ® b) . c 2. El gas se expande adiabáticamente hasta que su temperatura baja a t b( ® c). f 3. El gas se comprime isotérmicamente a t , expulsando calor f Q c( ® d). Ejercicio resuelto f 4. El gas se comprime adiabáticamente hasta su estado inicial a tem- peratura T d( ® a) . La fuente de temperatura c de una máquina de Carnot se encuentra a 700 K, adquiere 500 Como sabemos, en procesos isotérmicos (entre a y b, c y d), la energía J y expulsa 200 J a la fuente de interna U es igual a 0 y Q = T. Como el sistema se encuentra a una menor temperatura. presión constante, T = pV. De acuerdo con la ecuación de estado de ¿Qué cantidad de trabajo reali- los gases, pΔV = nrt, resultando T = nrt. za?, ¿cuál es la temperatura de la fuente fría? Para el proceso isotérmico de gases: Calcula la eficiencia de la V máquina. Q = T = nrt ln b , c ab V a e=− Q s donde Q es el calor que entra, n es el número de moles, el logaritmo 1 Q e c natural es la relación entre volumen final (V ) e inicial (V ), y r es la 200 J b a 1 constante universal de los gases. En el caso de c a d, lo que está a la e=− = 0,6 izquierda de T tendrá signo negativo, debido a que este es calor que 500 J sale. Haciendo relación entre el calor que sale con el que entra, la efi- e= T T = ⋅ ciencia del ciclo de Carnot será igual a: Q e Q e T e e =− f . T = 0,6 500 J= 300 J ⋅ 1 T c ⋅ Como el ciclo de Carnot es reversible, se lo puede considerar como e= 0,6 100%= 60% un refrigerador, con el siguiente rendimiento: La eficiencia es del 60% Q Q T K = f = f = f T Q − Q f T − T f c c A 161 21/1/25 12:22 Fisica 3 BG Plus+ MinEduc.indb 161 Fisica 3 BG Plus+ MinEduc.indb 161 21/1/25 12:22]]>