s23-sec-5tocytrecurso1semana23

Vista previa del material en texto

1
Educación Secundaria
SEMANA 23
Descubrimos la corriente eléctrica 
5.° grado: Ciencia y Tecnología
Quizás ya te hayas enterado que para el 
sostenimiento de la vida moderna en el planeta 
se utilizan esencialmente diez fuentes de 
energía, entre las que podemos mencionar: solar, 
eólica, geotérmica, hidrógeno, marea, de olas, 
hidroeléctrica, biomasa, nuclear y de combustibles 
fósiles (carbón, petróleo y gas natural). Todas 
estas fuentes de energía sirven para la producción 
de energía eléctrica. Asimismo, casi todos los 
aparatos que usamos en la casa usan energía 
eléctrica, como las computadoras, televisores, 
teléfonos fijos y móviles, aire acondicionado, 
refrigeradora, licuadora, lavadora, entre otros. 
Actualmente, vehículos de transporte como el tren utilizan la energía eléctrica para su 
funcionamiento. Ya están en circulación los automóviles eléctricos, y hay modelos de 
aviones que funcionan totalmente con esta energía. La tendencia es que en las próximas 
décadas todos los medios de transporte la utilicen, porque es la más limpia, en comparación 
con otro tipo de energía, y ayuda a la conservación de la salud y del ambiente.
Los fenómenos de la electricidad y el magnetismo se originaron con los trabajos del 
científico francés Charles-Augustin de Coulomb, cuando en 1777 midió con exactitud 
la fuerza entre cargas eléctricas. Más adelante, en 1827, el físico alemán Georg Simon 
Ohm descubrió la relación entre tensión eléctrica, corriente y resistencia, lo que ahora 
se conoce como ley de Ohm. El siguiente hito importante fue el descubrimiento de la 
inducción electromagnética por Michael Faraday1, científico inglés, en 1831. 
A pesar de que las evidencias de los fenómenos eléctricos y magnéticos, y las leyes 
que los explican, ya tienen más de dos siglos desde sus primeros descubrimientos, 
y de que hacemos uso de esta energía a diario, no sabemos responder algunas 
preguntas: ¿Cómo se genera la energía eléctrica? ¿Cómo se transmite la energía 
eléctrica mediante cables? ¿Cómo se calcula el consumo mensual de energía en el 
hogar? ¿Cómo sabemos la cantidad de energía consumida por los electrodomésticos? 
¿Cómo estimamos la cantidad de electricidad consumida en el alumbrado en nuestra 
casa? ¿Qué significan los kWh que aparecen en los recibos de luz? ¿Cómo podemos 
ahorrar energía eléctrica en el hogar? 
Para responder estas preguntas y otras que propongas, deberás usar conceptos, 
datos, modelos y evidencias científicas. Tu reto será escribir un texto argumentativo y 
construir un tríptico sobre los fundamentos científicos de generación y transmisión de 
la energía eléctrica, y sus beneficios para la convivencia en el hogar y el uso responsable 
de este recurso.
Lee la siguiente situación y, a continuación, responde las preguntas.
Electrodomésticos más usados 
en el hogar 
1 Sabadell, M. Á. (2013). Maxwell. La síntesis electromagnética. Magnetismo de alto voltaje. España: Editec.
Descubrimos la corriente eléctrica
EDUCACIÓN SECUNDARIA
5.° grado: Ciencia y Tecnología
2
1. ¿A qué se llama electrostática?
Para comenzar con el estudio de las leyes cuantitativas de las interacciones 
electromagnéticas, consideremos el caso más simple, en el cual los cuerpos eléctricamente 
cargados se hallan en reposo. La parte de la electrodinámica dedicada al estudio de las 
cargas eléctricas en reposo se llama electrostática. La ley fundamental de la electrostática, 
que es la ley de interacción de dos cuerpos puntuales, o partículas cargadas y en reposo, 
fue establecida por el físico francés Charles-Augustin Coulomb en 17852. 
En realidad, los cuerpos puntuales no existen; es una abstracción que se utiliza para 
modelar el caso en el que, si la distancia entre los cuerpos es muchas veces mayor que 
sus dimensiones, ni la forma ni las dimensiones de los cuerpos cargados influyen de modo 
notorio en la acción mutua entre ellos. En este caso, los cuerpos se pueden considerar 
como puntuales. Recordemos que la ley de atracción universal de Newton también fue 
enunciada para los cuerpos puntuales.
2. ¿Cómo se dedujo la ley de Coulomb?
Para el establecimiento de la ley de interacción entre cargas en 
reposo, Coulomb utilizó una balanza de torsión. Esta consta de 
una varilla de vidrio suspendida en una fina cuerda de elástico 
(figura 1). En un extremo de la varilla, está sujeta una esferita 
metálica a, y en el otro, un contrapeso c. Otra esferita metálica 
b está sujeta rígidamente en la tapa de la balanza. 
Si a las esferitas se le comunican cargas de igual signo, 
empiezan a repelerse una a otra. Para mantenerlas a una 
distancia fija hay que torcer la cuerda elástica a cierto ángulo. 
Por el ángulo de torsión de la cuerda de elástico se determina 
la fuerza de interacción de las esferitas. 
La balanza de torsión dio la posibilidad de estudiar la 
dependencia de la fuerza de interacción de las esferas 
cargadas con respecto a las cargas y la distancia entre ellas. 
En aquel tiempo, ya sabían medir la distancia y el tiempo. La 
única dificultad era ofrecida por la carga, ya que ni siquiera existía la unidad de medida. 
Coulomb halló el procedimiento sencillo para hacer 2, 4, etc. veces menor la carga 
de una de las esferitas, poniéndola en contacto con otra igual descargada. En estas 
condiciones, la carga se distribuye en partes iguales entre las esferitas y se consigue la 
disminución en una proporción conocida de la carga a investigar. El nuevo valor de la 
fuerza, correspondiente a la nueva carga, se determina experimentalmente. 
Sin duda, el desarrollo de la electricidad y el magnetismo se deben a Michael 
Faraday, quien en 1831 descubrió la ley de la inducción electromagnética. Este 
hecho marcó un hito, no solamente para el desarrollo de la ciencia, sino para 
la sociedad, porque hoy se utiliza esta ley para la generación de energía 
eléctrica a gran escala en las centrales hidroeléctricas. Pero ¿qué es el campo 
eléctrico, introducido por Faraday? Para responder estas y otras preguntas 
que formules, lee con atención las siguientes preguntas y sus respuestas, a fin 
de que puedas construir tus propias explicaciones sobre electricidad. 
Figura 1. Balanza de torsión
2 Bújovtsev, B. B.; Klimóntovich, Yu. L. y Miákishev, G. Ya. (1995). Física 3. Fundamentos de electrodinámica (traducción del ruso al español). 
Moscú: Mir. 
ab c
3
EDUCACIÓN SECUNDARIA
5.° grado: Ciencia y Tecnología
3. ¿Cómo se expresa matemáticamente la ley de Coulomb?
La fuerza de interacción en el vacío de dos cuerpos puntuales en reposo cargados es 
directamente proporcional al producto de los módulos de las cargas e inversamente 
proporcional al cuadrado de la distancia entre ellas. A esta fuerza se la denomina fuerza 
de Coulomb. Si los módulos de las cargas se designan por |q1| y |q2|, y la distancia entre 
ellas, por r, la ley de Coulomb se puede expresar de la siguiente manera:
F = k 
|q1||q2|
r2 (1)
Donde k es el coeficiente de proporcionalidad, numéricamente igual a la fuerza con que 
se interaccionan las cargas unitarias a una distancia igual a la unidad de longitud. 
4. ¿Cuál es la unidad de carga eléctrica? 
En el sistema internacional de unidades (SI), la unidad de carga no es fundamental, sino 
derivada, y no se introduce patrón de ella. En el SI, junto al metro, el segundo y el kilogramo, 
se ha introducido como unidad de intensidad de corriente al amperio. El valor patrón del 
amperio se establece por medio de las interacciones magnéticas de las corrientes. 
La unidad de carga en el sistema internacional es el culombio y se establece valiéndose de 
la unidad intensidad de corriente. Un culombio (C) es la carga que pasa en un segundo por 
la sección transversal de un conductor cuando la intensidad de corriente es un amperio (A).
El coeficiente k de la ley de Coulomb, si esta se describe en unidades del SI, tiene la 
expresión N ∙ m2/C2. De acuerdo a la ecuación (1), despejando del valor de k, se tiene:
k = 
Fr2
|q1||q2|(2)
La fuerza se mide en newtons; la distancia en metros y la carga, en culombios. El valor 
numérico de este coeficiente se puede determinar empíricamente. Para ello, basta medir 
la fuerza con que interaccionan dos cargas conocidas, situadas a una distancia dada 
entre sí, y sustituir en la fórmula (2), F, r, |q1| y |q2|. Por sus valores, se obtiene el valor 
para k = 9 ∙ 109 N ∙ m2/C2.
5. ¿Qué es una corriente eléctrica?
Cuando hablamos sobre el uso de la energía eléctrica en la vida cotidiana, en la producción 
o en el transporte, se sobreentiende que nos referimos al trabajo realizado por la corriente 
eléctrica. Esta se suministra a los diversos aparatos desde las centrales eléctricas por 
cables. Por esta razón, cuando inesperadamente se apagan los focos de la casa o los 
trenes dejan de funcionar, se dice que en los cables desapareció la corriente eléctrica.3
Es natural que surjan preguntas como ¿qué es la corriente eléctrica?, ¿qué es lo imprescindible 
para que aparezca?, ¿qué es imprescindible para que exista durante el tiempo en que la 
necesitamos? La palabra “corriente” significa movimiento, desplazamiento o circulación 
de algo. En los ríos y cañerías, se desplaza el agua; en este caso, por ejemplo, se habla de 
corriente o flujo de agua. Y a fin de cuentas, ¿qué se desplaza o circula en los cables que 
unen los aparatos que consumen energía con la central eléctrica? 
Es sabido que en los cuerpos hay electrones, con cuyo movimiento se explican diversos 
fenómenos de la electrización de los cuerpos. También sabemos que los electrones tienen 
carga negativa y que partículas más grandes, como los iones, poseen también cargas 
eléctricas. Por lo tanto, en los conductores pueden desplazarse diversas partículas cargadas. 
Descubrimos la corriente eléctrica
3 Piórishkin, A. V. y Ródina, N. A. (1995). Física 1. Estructura de la materia. Electricidad (traducido del ruso al español). Moscú: Mir. 
4
EDUCACIÓN SECUNDARIA
5.° grado: Ciencia y Tecnología
Denominamos corriente eléctrica al movimiento ordenado de partículas cargadas. Para 
que en un conductor haya corriente eléctrica, en él hay que crear un campo eléctrico. Por 
acción de este campo, las partículas cargadas pueden desplazarse libremente por este 
conductor y se ponen en movimiento en la dirección de acción de las fuerzas eléctricas; 
de esta manera surge la corriente eléctrica. 
6. ¿Cómo funcionan las fuentes de corriente?
Las fuentes de corriente pueden ser muy distintas, pero en cada una se realiza el trabajo 
para dividir las partículas cargadas, positivas y negativas. Las partículas divididas se 
acumulan en los polos de las fuentes de corriente; así son llamados los lugares a los que, 
con ayuda de bornes o sujetadores, se conectan los cables. Uno de los polos de la fuente 
de corriente tiene carga positiva, y el otro, negativa. 
Entre los polos de la fuente se forma el campo eléctrico. Si los polos se unen con un 
cable, el campo eléctrico surgirá también en este cable. Bajo la acción de este campo, las 
partículas cargadas libres en el cable se pondrán en movimiento; de esta manera surgirá 
la corriente eléctrica. 
7. ¿Cómo se transforman las distintas fuentes en energía eléctrica?
En las fuentes de corriente, durante el trabajo 
de dividir las partículas cargadas, ocurre la 
transformación de las distintas formas de 
energía en energía eléctrica. Por ejemplo, 
se puede transformar la energía mecánica, 
química, térmica o de cualquier otro tipo en 
energía eléctrica. Al iluminar ciertas sustancias, 
por ejemplo, el selenio, óxido cuproso o silicio, la 
energía luminosa se transforma directamente en 
energía eléctrica. Este fenómeno lleva el nombre 
de efecto fotoeléctrico. En este fenómeno se 
basa la estructura y el funcionamiento de las 
células fotoeléctricas (figura 2). 
La transformación de la energía química en eléctrica tiene 
lugar en los elementos galvánicos y en los acumuladores, 
cuya estructura y funcionamiento veremos a continuación. 
El elemento galvánico más sencillo de Volta consta de 
placas de zinc y de cobre, sumergidas en una disolución 
acuosa de ácido sulfúrico (figura 3). Durante la reacción 
del zinc con el ácido, en el interior del elemento, se 
produce la división de las partículas con carga eléctrica. 
Con ello, la placa de zinc adquiere carga negativa y la 
de cobre, positiva. Entre las placas cargadas, llamadas 
electrodos, surge un campo eléctrico.
Si unimos con un cable las placas de zinc y de cobre del 
elemento, por toda su longitud comenzarán a moverse 
los electrones y en el circuito surge la corriente eléctrica. 
En la figura 3 vemos los polos del elemento unidos por 
intermedio de una bombilla eléctrica.
Descubrimos la corriente eléctrica
Figura 2. Efecto fotoeléctrico. La energía 
del Sol es convertida en energía fotoeléctrica.
Figura 3. Elemento galvánico
Zinc Cobre
Disolución en ácido 
sulfúrico
+–
5
EDUCACIÓN SECUNDARIA
5.° grado: Ciencia y Tecnología
8. ¿Qué es un circuito eléctrico y cuáles son sus componentes?
Con el fin de utilizar la energía de 
la corriente eléctrica, ante todo hay 
que tener una fuente eléctrica. Los 
electromotores, las bombillas, los 
infiernillos y toda clase de aparatos 
que funcionan con corriente eléctrica, 
reciben el nombre de receptores o 
consumidores de energía eléctrica. 
Esta energía debe ser transmitida al 
receptor. Para que esto ocurra, se lo 
debe unir con cables a la fuente de 
energía eléctrica.
Cuando es necesario conectar y desconectar los receptores de energía eléctrica, son 
empleados los interruptores. La fuente de corriente, los consumidores e interruptores, 
unidos entre sí con cables, son conductores, y en su conjunto forman el circuito eléctrico. 
Para que en el circuito haya corriente, este debe estar cerrado, es decir, constar solo de 
conductores de electricidad. Si en cualquier lugar el cable se corta, o en su lugar se ubica 
un aislador, en el circuito cesará la corriente. Este es el principio de funcionamiento de 
los interruptores.
Los planos en los que se representan los procedimientos de unión de los aparatos 
eléctricos en los circuitos se denominan esquemas. En estos, los aparatos se designan 
con signos convencionales. Algunos de ellos se muestran en la figura 4. En la figura 5 está 
representado el esquema de un circuito eléctrico sencillo. 
En la figura 4 se muestran las designaciones convencionales en los esquemas: 1 – 
elemento galvánico o bien acumulador, 2 – pila de elementos o acumuladores, 3 – unión 
de conductores, 4 – cruce de conductores (sin conexión), 5 – bornes para la conexión de 
un aparato, 6 – interruptor, 7 – bombilla eléctrica y 8 – timbre eléctrico. 
9. ¿Cuál es el sentido de la corriente eléctrica?
Como ya sabemos, la corriente eléctrica es el movimiento ordenado de partículas cargadas 
por un conductor. En los conductores metálicos, la corriente eléctrica es el movimiento 
ordenado de electrones, partículas que poseen carga negativa. En las disoluciones de 
electrolitos, la corriente eléctrica está condicionada por el movimiento de los iones de 
ambos signos. ¿Qué tipo de partícula, según su carga, es la que se toma en cuenta en el 
sentido de la corriente eléctrica? 
En la mayoría de los casos nos encontramos con la corriente eléctrica en los metales. 
Sería razonable tomar como sentido de la corriente el del movimiento de los electrones 
en el campo eléctrico, es decir, considerar que la corriente está dirigida del polo negativo 
al polo positivo de la fuente. No obstante, el problema del sentido de la corriente fue 
planteado cuando nada se sabía acerca de los electrones ni de los iones. En aquellos 
tiempos, suponían que en todos los conductores podían desplazarse tanto cargas 
eléctricas positivas como negativas. Por este motivo, convencionalmente, por sentido 
de la corriente se entiende aquel por el que se mueven o podrían moverse las cargas 
positivas a través del conductor, es decir, el sentido del polo positivo al polo negativo de 
la fuente de corriente.Aun hoy se considera de esta manera. 
El contenido del presente documento tiene finalidad educativa y pedagógica, formando parte de la estrategia de educación a distancia y gratuita 
que imparte el Ministerio de Educación.
Descubrimos la corriente eléctrica
Figura 4. 
Figura 5. 
Figura 6. 
+–
+–
1
2
3
4
5
6
7
8
+–
+
–