Física II

    TRABAJO PRÁCTICO  

Consignas:
1) Explique e ilustre las diferentes formas que existen para realizar la electrisacion de los cuerpos.
2)Utilice su conocimiento acerca de cargas electricas para explicar el fenómeno de las tromentas elctricas. Incluya imagenes.
3) Mencione y explique cuáles fueron los conocimientos cientificos que utilizo Mary Shelly para escribir su novela " Frankenstein o El Moderno Prometeo".

4) Explique como se clasifican los materiales conductores de aislantes que existen. Incluya

imagenes.

 DESARROLLO

1) Existen diversas formas para poder electrizar los cuerpos las mas resaltantes son:


1. Por fricción:En la carga por fricción se transfieren electrones por la fricción del contacto de un material con el otro. Aun cuando los electrones más internos de un átomo están fuertemente unidos al núcleo, de carga opuesta, los más externos de muchos átomos están unidos muy débilmente y pueden desalojarse con facilidad. La fuerza que retiene a los electrones exteriores en el átomo varia de una sustancia a otra.

2.Por contacto:Es posible transferir electrones de un material a otro por simple contacto. Por ejemplo, si se pone en contacto una varilla cargada con un cuerpo neutro, se transferirá la carga a este. Si el cuerpo es un buen conductor, la carga se dispersara hacia todas las partes de su superficie, debido a que las cargas del mismo tipo se repelen entre si. Si es un mal conductor, es posible que sea necesario hacer que la varilla toque varios puntos del cuerpo para obtener una distribución mas o menos uniforme de la carga.

3.Por inducción: Podemos cargar un cuerpo por un procedimiento sencillo que comienza con el acercamiento a él de una varilla cargada.. Al acercarle la varilla cargada negativamente, los electrones de conducción que se encuentran el la superficie de la esfera emigran hacia el lado lejano de esta; como resultado, el lado lejano de las esfera se carga negativamente y el cercano queda con carga positiva. La esfera oscila acercándose a la varilla, porque la fuerza de atracción entre el lado cercano de aquella y la propia varilla es mayor que la de repulsión entre el lado lejano y la varilla. La carga por inducción no se restringe a los conductores, si no que se puede presentar en todos los materiales.





4.Por efecto fotoeléctrico: Es un efecto de formación y liberación de partículas eléctricamente cargadas que se produce en la materia cuando es irradiada con luz u otra radiación electromagnética. En el efecto fotoeléctrico externo se liberan electrones en la superficie de un conductor metálico al absorber energía de la luz que incide sobre dicha superficie. Este efecto se emplea en la célula fotoeléctrica, donde los electrones liberados por un polo de la célula, el fotocátodo, se mueven hacia el otro polo, el ánodo, bajo la influencia de un campo eléctrico.

5.Por electrolisis: La mayoría de los compuestos inorgánicos y algunos de los orgánicos se ionizan al fundirse o cuando se disuelven en agua u otros líquidos; es decir, sus moléculas se disocian en especies químicas cargadas positiva y negativamente Si se coloca un par de electrodos en una disolución de un electrólito (compuesto ionizable) y se conecta una fuente de corriente continua entre ellos, los iones positivos de la disolución se mueven hacia el electrodo negativo y los iones negativos hacia el positivo. Al llegar a los electrodos, los iones pueden ganar o perder electrones y transformarse en átomos neutros o moléculas; la naturaleza de las reacciones del electrodo depende de la diferencia de potencial o voltaje aplicado.

6.Por efecto termoeléctrico: 
Es la electricidad generada por la aplicación de calor a la unión de dos materiales diferentes. Si se unen por ambos extremos dos alambres de distinto material (este circuito se denomina termopar), y una de las uniones se mantiene a una temperatura superior a la otra, surge una diferencia de tensión que hace fluir una corriente eléctrica entre las uniones caliente y fría. Este fenómeno fue observado por primera vez en 1821 por el físico alemán Thomas Seebeck, y se conoce como efecto Seebeck.

2)TORMENTAS ELÉCTRICAS
Introducción:
Para comprender cómo se originan las tormentas eléctricas, primero es necesario entender que “la Tierra está cargada eléctricamente y actúa como un enorme capacitor esférico, lo que da origen a lo que se conoce como el Circuito Eléctrico Global. La Tierra posee una carga negativa de aproximadamente un millón de coulombs, mientras que una carga positiva de igual magnitud reside en la atmósfera, lo cual da origen a que exista un flujo de corriente” , en el cual, siempre se buscará un equilibrio de éstas cargas A la vez, la atmósfera presenta resistividad que decrece con la altura. Dicho esto, a una altitud cercana a los 48 km., la resistividad es más o menos constante, debido a que hay partículas ionizadas. A esta región se le conoce como electrósfera.

“Dado a que la atmósfera no está completamente aislada, existe una pequeña corriente entre la Tierra y la electrosfera.”  Posteriormente, comienzan a ocurrir cambios entre ellos y buscan un equilibrio, las cargas negativas provenientes de la Tierra, regresan por medio de las tormentas eléctricas, las cuáles producen cerca de 50 a 100 descargas eléctricas de las nubes a tierra cada segundo, lo cual recarga a la superficie de la Tierra. De igual manera, “Las tormentas eléctricas están asociadas a la actividad conectiva. Las nubes cumulonimbos son las formas más grandes de nubes conectivas –que son aquellas formadas por el transporte de partículas cargadas desde el suelo a la base de la nube– y típicamente producen descargas eléctricas.” De esta manera, se puede definir como una nube que produce truenos, debido a que los truenos son la evidencia audible de que existe actividad eléctrica y éstos a su vez son producto de los relámpagos o rayos.

“Las tormentas eléctricas sólo se producen en nubes de crecimiento vertical o conectivas. Las de conectivas suceden regularmente por una diferencia de temperatura; por ejemplo: cuando la radiación solar calienta el agua del mar y provoca una evaporación. Otra forma es cuando el viento horizontal –al encontrarse con una montaña– asciende y contribuye a la convección vertical.” La distribución geográfica de las tormentas es muy irregular. Son escasas en las superficies oceánicas frías y zonas con estabilidad. En las regiones ecuatoriales y tropicales son muy frecuentes y se presentan en los meses de primavera y verano. “En general, las regiones montañosas se caracterizan por una mayor actividad de los fenómenos tormentosos, debido, en parte, a que la propia orografía es un factor que favorece la inestabilidad condicional, que es uno de los estados atmosféricos que pueden originar tormentas.”
¿Cómo se originan?

La mayoría de las tormentas eléctricas se forman por un ciclo de tres etapas: etapa cumulus, etapa madura, y etapa de disipación.

Etapa Cumulus
El sol calienta la superficie de la Tierra durante el día. El calor de la superficie calienta el aire cercano. Como el aire caliente es más ligero que aire fresco, comienza a elevarse (conocido como corriente ascendente). Si el aire es húmedo, entonces el aire caliente se condensa en una nube cumulus. La nube continuará creciendo mientras haya aire cálido ascendiendo.

¿Cómo se originan?

La mayoría de las tormentas eléctricas se forman por un ciclo de tres etapas: etapa cumulus, etapa madura, y etapa de disipación.

Etapa Cumulus
El sol calienta la superficie de la Tierra durante el día. El calor de la superficie calienta el aire cercano. Como el aire caliente es más ligero que aire fresco, comienza a elevarse (conocido como corriente ascendente). Si el aire es húmedo, entonces el aire caliente se condensa en una nube cumulus. La nube continuará creciendo mientras haya aire cálido ascendiendo.

Etapa Madura
Cuando la nube cumulus se hace muy grande, el agua en ella se hace muy pesada. Gotas de lluvia comienzan a caer por la nube cuando el aire ascendente ya no puede sostenerlas. Mientras, aire frío comienza a entrar en la nube. Como el aire frío es más pesado que el aire caliente, comienza a descender en la nube (conocido como corriente descendente). La corriente descendente arrastra la pesada agua hacia abajo, provocando lluvia. Esta nube se ha convertido en una nube cumulonimbus porque tiene una corriente ascendente, una corriente descendente, y lluvia. Comienzan a ocurrir truenos y rayos, junto a fuerte lluvia. La cumulonimbus es ahora una celda de tormenta.

Etapa de Disipación
Después de unos 30 minutos, la tormenta comienza a disiparse. Esto ocurre cuando la corriente descendente empieza a dominar sobre la ascendente. Como el aire caliente ya no puede elevarse, no se pueden formar más gotas de lluvias. La tormenta desaparece con una lluvia débil mientras las nubes desaparecen de abajo hacia arriba. El proceso completo demora cerca de una hora para tormentas ordinarias. Tormentas súper celdas son mucho mayores y más poderosas, y duran varias horas.

 Descarga eléctrica

Las cargas que se forman en la nube de la tormenta eléctrica son acumuladas –debido a que el aire es un buen aislante– de tal manera que se forman grandes diferencias de potencial. A su vez, los campos eléctricos generados por estas cargas acumuladas empiezan a ser demasiado intensos y el aire llega entonces a un punto de ruptura en el cual conduce y hay un intercambio de carga, ya sea dentro de la nube, o hacia la tierra, y de esta manera, la carga es neutralizada y se genera una descarga eléctrica.

La descarga eléctrica puede ocurrir por cuatro caminos. Éstos pueden ser: intra-nube –dentro de la nube–, nube-aire –de una nube al aire–, nube-nube –de una nube a otra nube adyacente–, y nube-tierra –de una nube a tierra–. Una descarga intra-nube, redistribuye la carga dentro de la nube. De igual forma, en las descargas nube-nube sucede lo mismo, sólo que es entre nubes, éstas dos son las más frecuentes, mientras que las descargas nube-aire son menos usuales. Por otro lado, estas últimas tienen un pequeño efecto sobre las personas. Las descargas nube-tierra son las más documentadas y en éstas se da el intercambio de carga entre la nube y la superficie de la Tierra, ya sean de carga negativa o positiva, siendo estas últimas menos frecuentes. Esta puede ser determinada por la polaridad de la corriente que golpea, las descargas se dan hacia abajo y hacia arriba, pueden originarse de la tierra. Estas descargas afectan gravemente a las personas, transforman la energía y las comunicaciones. Cuando el campo eléctrico se intensifica, los electrones presentes en la atmósfera pueden acelerarse y de esta manera desprender electrones que chocan con más moléculas. “Entonces, una corriente eléctrica intensa puede fluir entre la superficie de la tierra y la nube o entre tope de la nube y el centro de la misma.”10 La formación de las descargas eléctricas –rayos– implica la formación de un flujo electrónico “guía”, y dependiendo del potencial generado es la luminosidad. Conforme los electrones se aproximan a tierra, un flujo de carga positiva es emitido por objetos como árboles. A medida que los electrones chocan con los átomos y moléculas del aire, éstos absorben energía y son excitados, por lo cual emiten fotones, dando origen a luz del rayo.

3) El género de la Ciencia Ficción nació con la novela Frankenstein o el moderno Prometeo, de Mary Shelley, publicada en 1818. Si bien por entonces no existía un nombre para denominar a este nuevo género, importantes estudiosos consideran que esta es la verdadera primera novela de Ciencia Ficción como tal. Aunque concebida inicialmente como historia de terror —parece que Shelley se inspiró en un sueño— Frankenstein o el moderno Prometeo describe las posibles consecuencias de unos experimentos científicos que estaban muy de boga en aquellos tiempos: el galvanismo, o sea el uso de la electricidad para darle movilidad a miembros de animales muertos. La ciencia de entonces sugería que la electricidad podría terminar utilizándose algún día para revivir a los difuntos, así que la jovencísima Mary Shelley aplicó esta idea en su relato, elucubrando sobre un posible desarrollo futuro del galvanismo (hoy sabemos que su predicción no se cumplió, pero en su momento resultaba perfectamente razonable como hipótesis). El argumento de la historia se ajusta a lo que por entonces se consideraba científicamente plausible, o al menos científicamente imaginable. En Frankenstein, la ciencia y la tecnología son los desencadenantes y protagonistas de un argumento que reflexiona precisamente sobre las posibles consecuencias de su uso y abuso. La acción ya no estaba impulsada por un resorte fantástico, sino por un resorte científico. Mary Shelley había alumbrado así todo un nuevo género, pero eso no significa que ese género se estableciese de inmediato como algo extendido y popular. La eclosión definitiva de la Ciencia Ficción no se produjo hasta varias décadas después y de hecho Mary Shelley tuvo que esperar bastante más de un siglo para que los estudiosos se pusieran de acuerdo en reconocerla como la madre de todo el invento. Mientras tanto, otros se llevarían los laureles.
4) AISLANTES: Se denomina aislante eléctrico al material con escasa conductividad eléctrica. El comportamiento de los aislantes se debe a la barrera de potencial que se establece entre las bandas de valencia y conducción que dificulta la existencia de electrones libres capaces de conducir la electricidad a través del material, el aislante es el que posee más de 4 electrones en su última capa de valencia. TIPOS Y CARACTERISTICAS: Aislantes Sólidos: Un buen aislante entre vueltas de las bobinas de transformadores es el cartón prensado, el cual da forma a estructuras de aislamiento rígidas. En los sistemas de aislamiento de transformadores destacan las cintas sintéticas, que se utilizan para envolver los conductores magnéticos de los bobinados. Aislantes Líquidos: Los fluidos o líquidos dieléctricos cumplen la doble función de aislar los bobinados en los transformadores y disipar el calor al interior de estos equipos. El líquido dieléctrico más empleado es el aceite mineral. El problema es que es altamente inflamable. Fluidos dieléctricos sintéticos, (hidrocarburos) con alto punto de inflamación. Aislantes Gaseosos: Los gases aislantes más utilizados en los transformadores son el aire y el nitrógeno, este último a presiones de 1 atmósfera. Estos transformadores son generalmente de construcción sellada. El aire y otros gases tienen elevadísima resistividad y están prácticamente exentos de pérdidas dieléctricas. El comportamiento de los aislantes se debe a la barrera de potencial que se establece entre las bandas de valencia y conducción que dificulta la existencia de electrones libres capaces de conducir la electricidad a través del material (para más detalles ver semiconductor). Los materiales aislantes son mejor conocidos como aquellos que tiene sus electrones de valencia relativamente fijos formando enlaces no conductores eléctricos. Ejemplos: Oxigeno, azufre, diamante. El aislante perfecto para las aplicaciones eléctricas sería un material absolutamente no conductor, pero ese material no existe. Los materiales empleados como aislantes siempre conducen algo la electricidad, pero presentan una resistencia al paso de corriente eléctrica hasta 2,5 × 1024 veces mayor que la de los buenos conductores eléctricos como la plata o el cobre. Estos materiales conductores tienen un gran número de electrones libres (electrones no estrechamente ligados a los núcleos) que pueden transportar la corriente; los buenos aislantes apenas poseen estos electrones. Algunos materiales, como el silicio o el germanio, que tienen un número limitado de electrones libres, se comportan como semiconductores, y son la materia básica de los transistores. En los circuitos eléctricos normales suelen usarse plásticos como revestimiento aislante para los cables. Los cables muy finos, como los empleados en las bobinas (por ejemplo, en un transformador), pueden aislarse con una capa delgada de barniz. El aislamiento interno de los equipos eléctricos puede efectuarse con mica o mediante fibras de vidrio con un aglutinador plástico. En los equipos electrónicos y transformadores se emplea en ocasiones un papel especial para aplicaciones eléctricas. Las líneas de alta tensión se aíslan con vidrio, porcelana u otro material cerámico. La elección del material aislante suele venir determinada por la aplicación. El polietileno y polietileno se emplean en instalaciones de alta frecuencia, y el millar se emplea en condensadores eléctricos. También hay que seleccionar los aislantes según la temperatura máxima que deban resistir. El teflón se emplea para temperaturas altas, entre 175 y 230 ºC. Las condiciones mecánicas o químicas adversas pueden exigir otros materiales. El nylon tiene una excelente resistencia a la abrasión, y el neopreno, la goma de silicona, los poliésteres de epoxi y los poliuretanos pueden proteger contra los productos químicos y la humedad.