Alumnos:
Francisco Javier Ramírez Mogollón
Davies David Córdova Sánchez
Preguntas:
1.- ¿Cómo se origina la corriente eléctrica?
Se ha dicho que las cargas eléctricas pueden moverse a través de diferencias de potencial. Naturalmente, deberán de hacerlo por medio de los conductores (excepto en el caso especial de las válvulas de vacio, pero también éstas están terminadas en conductores). A este movimiento de cargas se le denomina corriente eléctrica. La causa que origina la corriente eléctrica es la diferencia de potencial.
Las cargas caen del potencial más alto al más bajo. Las únicas partículas que pueden desplazarse a lo largo de los conductores, debido a su pequeño tamaño, son los electrones, que como se sabe, son cargas de signo negativo. Entonces, la corriente eléctrica se mueve desde el potencial negativo, que es la fuente de electrones, hacia el positivo, que atrae las cargas negativas. Esta circulación recibe el nombre de CORRIENTE ELECTRONICA, para distinguirla de la CORRIENTE ELECTRICA, que fluye al revés, de positivo a negativo.
La corriente eléctrica es el flujo de portadores de carga eléctrica, normalmente a través de un cable metálico o cualquier otro conductor eléctrico, debido a la diferencia de potencial creada por un generador de corriente.
La ecuación que la describe en electromagnetismo, en donde 
es la densidad de corriente de conducción y 
es el vector normal a la superficie, es 
Una corriente eléctrica, puesto que se trata de un movimiento de cargas, produce un campo magnético.
En el Sistema Internacional de Unidades, la unidad de medida de la intensidad de corriente eléctrica es el amperio, representado con el símbolo A.
El aparato utilizado para medir corrientes eléctricas pequeñas es el galvanómetro.
Cuando la intensidad a medir supera el límite que los galvanómetros, por sus características, aceptan, se utiliza el Amperímetro.
Los divisores más usuales del amperio son:
El miliamperio (mA) que es la milésima parte del amperio, por lo que: 1 A. = 1.000 mA.
El microamperio (mA) que es la millonésima parte del amperio, por lo que: 1 A. = 1.000.000 mA.
| Amperios A | Miliamperios mA | Microamperios mA | |
| 1 Amperio = | 1 | 103 | 106 |
| 1 Miliamperio = | 10-3 | 1 | 103 |
| 1 Microamperio = | 10-6 | 10-3 | 1 |
Citas y referencias bibliográficas:
http://www.ifent.org/lecciones/electrodinamica/eldinami31.asp
es.wikipedia.org/wiki/Corriente_eléctrica
omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen2/ciencia3/107/htm/sec_16.htm
www.solomantenimiento.com/diccionario_electrico.htm
2.- Clases de corriente eléctrica:
En la práctica, los dos tipos de corrientes eléctricas más comunes son: corriente directa (CD) o continua y corriente alterna (CA). La corriente directa circula siempre en un solo sentido, es decir, del polo negativo al positivo de la fuente de fuerza electromotriz (FEM) que la suministra. Esa corriente mantiene siempre fija su polaridad, como es el caso de las pilas, baterías y dinamos.
Gráfico de una corriente directa (C.D.) o continua (C.C.).
Gráfico de la sinusoide que posee una corriente alterna (C.A.)
La corriente alterna se diferencia de la directa en que cambia su sentido de circulación periódicamente y, por tanto, su polaridad. Esto ocurre tantas veces como frecuencia en hertz (Hz) tenga esa corriente . A la corriente directa (C.D.) también se le llama "corriente continua" (C.C.).
La corriente alterna es el tipo de corriente más empleado en la industria y es también la que consumimos en nuestros hogares. La corriente alterna de uso doméstico e industrial cambia su polaridad o sentido de circulación 50 ó 60 veces por segundo, según el país de que se trate. Esto se conoce como frecuencia de la corriente alterna.
En los países de Europa la corriente alterna posee 50 ciclos o hertz (Hz) por segundo de frecuencia, mientras que los en los países de América la frecuencia es de 60 ciclos o hertz.
Citas y referencias bibliográficas:
www.html.rincondelvago.com/mediciones-electricas_voltaje-de-corriente-alterna.html
http://www.asifunciona.com/electrotecnia/ke_corriente_electrica/ke_corriente_electrica_5.htm
www.electronica2000.com/temas/pregresp.htm
3.- Elementos de la electrólisis
Esencialmente, la electrólisis es la descomposición química de una sustancia, producida por el paso de una corriente eléctrica continua.
Para que tenga lugar la electrólisis de un compuesto es preciso que éste sea un ácido, una base o una sal disociable en iones, y que se halle en estado líquido o en disolución. Dicho compuesto, llamado electrólitos, se coloca en un recipiente (cuba electrolítica) en el que existen dos electrodos entre los que se establece una diferencia de potencial, bajo el influjo de la cual los iones positivos (cationes) son atraídos hacia el cátodo (negativo), donde adquieren el o los electrones que precisan para convertirse en átomos del elemento, mientras que los iones negativos (aniones) se dirigen hacia el ánodo (positivo), donde ceden sus electrones sobrantes para alcanzar la estructura atómica estable.
Las leyes de Faraday sobre la electrólisis indican que la cantidad de un elemento químico depositado sobre un electrodo es proporcional a la cantidad de carga eléctrica que atraviesa la disolución, y que el peso de los distintos elementos que deposita en los electrodos una cantidad constante de electricidad es proporcional a los equivalentes químicos de las sustancias consideradas.
Electrólisis procede de dos radicales, electro que hace referencia a electricidad y lisis que quiere decir ruptura.
Elementos de la electrólisis:
Corriente eléctrica:
La intensidad de una corriente eléctrica es la carga que atraviesa una sección de conductor por unidad de tiempo.
La corriente eléctrica más generalizada consiste en el transporte de cargas negativas a través de un conductor metálico y sin que se produzca ninguna alteración de éste, que actúa únicamente como sostén de los electrones. A veces, sin embargo, el conductor puede ser de naturaleza distinta (una disolución electrolítica, un gas ionizado o un semiconductor), en cuyo caso las cargas eléctricas que constituyen la corriente pueden ser negativas o positivas y alterar o no la naturaleza física y química del elemento conductor.
Electrolito:
Es sustancia en disolución acuosa que se descompone al paso de una corriente eléctrica.
Los electrólitos son, principalmente, los ácidos, las bases y las sales disueltas en agua o en otro disolvente apropiado.
Estas sustancias en disolución se encuentran parcialmente ionizadas, teniendo los iones de distinta carga comportamiento eléctrico opuesto.
Electrodo:
En electroquímica, electrodo es una pieza de metal que se encuentra sumergido en una disolución acuosa con un ion de su mismo metal.
Los potenciales de los electrodos se suelen dar en relación al potencial del llamado electrodo normal de hidrógeno. Un electrodo de hidrógeno está formado por un metal noble (generalmente platino) de gran superficie, recubierto de hidrógeno gaseoso, en una solución de iones de hidrógeno saturada de gas. Por lo general, el metal noble se presenta en forma de hoja, recubierta de espuma de platino para obtener mayor superficie, soldada a un hilo fijado en la parte inferior de un tubo de vidrio que contiene mercurio.
Citas y referencias bibliográficas:
http://html.rincondelvago.com/electrolisis_2.html
http://es.wikipedia.org/wiki/Electrolito
http://es.wikipedia.org/wiki/Electrólisis
http://html.rincondelvago.com/electroquimica.html
4.- Investigadores,científicos que han aportado al estudio y desarrollo de la electricidad
* Thales de Miletus (630-
* Theophrastus (374-
* Willian Gilbert (1544-1603) estudió los imanes para mejorar la exactitud de las Brújulas usadas en la navegación, siendo éste trabajo la base principal para la definición de los fundamentos de
* Otto von Guericke (1602-1686) desarrolló la primera máquina electrostática para producir cargas eléctricas.
* Francois de Cisternay Du Fay (14/Sep/1698 - 1739) fue el primero en identificar la existencia de dos cargas eléctricas, las cuales denominó electricidad vitria y resinosa:
* Se desarrolla lo que daría paso al Condensador Eléctrico, la botella de Leyden por E. G. Von Kleist (1700-1748) y Pieter Van Musschenbroeck (1692-1761) en
* Benjamín Franklin (1706-1790) demostró la naturaleza eléctrica de los rayos.
* El Químico Joseph Priestley (1733-1804) prueba que la fuerza que se ejerce entre las cargas eléctricas varía inversamente proporcional a la distancia que la separan.
* Charles Agustín de Coulomb (1736-1806) inventó la balanza de torsión con la cual, midió con exactitud la fuerza entre las cargas eléctricas y corroboró que dicha fuerza era proporcional al producto de las cargas individuales e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.
* Alejandro Volta (1745-1827) construye la primera celda Electrostática y la batería capaz de producir corriente eléctrica. Su inspiración le vino del estudio realizado por el Físico Italiano Luigi Galvani (1737-1798) sobre las corrientes nerviosas-eléctricas en las ancas de ranas.
* El científico Danés Hans Christian Oersted (1777-1851) descubre el electromagnetismo, cuando en un experimento para sus estudiantes, la aguja de la brújula colocada accidentalmente cerca de un cable energizado por una pila voltáica, se movió. Este descubrimiento fué crucial en el desarrollo de
* Andre-Marie Ampere (1775-1836) establece los principios de la electrodinámica, cuando llega a la conclusión de que
* El físico Alemán Georg Simon Ohm (1789-1854) fué quien formuló con exactitud la ley de las corrrientes eléctricas, definiendo la relación exacta entre la tensión y la corriente. Desde entonces, esta ley se conoce como la ley de Ohm.
* El matemático Inglés George Green (1793-1841) publicó el trabajo "An Essay on the Application of Mathematical Analysis to the Theories of Electricity and Magnetism" en el cual amplió el trabajo de Poisson obteniendo una solución general para el cálculo de los potenciales.
* El Americano Joseph Henry (1799-1878) perfeccionó los electroimanes, observó que la polaridad cambiaba al cambiar la dirección del flujo de corriente, y desarrolló el concepto de Inductancia Propia. En 1846 fue nombrado como el primer Director del Museo Smithsonian.
* Michael Faraday (1791-1867) a los 14 años trabajaba como encuadernador, lo cual le permitió tener el tiempo necesario para leer y desarrollar su interes por
* Samuel F.B. Morse (1791-1867), mientras regresaba de uno de sus viajes, concibe la idea de un simple circuito electromagnético para transmitir información, El Telégrafo.
*James Prescott Joule (1818-1889) Físico Inglés, quien descubrió la equivalencia entre trabajo mecánico y la caloría, y el científico Alemán Hermann Ludwig Ferdinand Helmholtz (1821-1894), quien definió la primera ley de la termodinámica demostraron que los circuitos eléctricos cumplían con la ley de la conservación de la energía y que
* Gustav Robert Kirchhoff (1824-1887) Físico Alemán a los 21 años de edad, anunció las leyes que permiten calcular las corrientes, y tensiones en redes eléctricas. Conocidas como Leyes de Kirchhoff I y II.
* Heinrich Rudolf Hertz (1847-1894) demostró la validez de las ecuaciones de Maxwell y las reescribió, en la forma que hoy en día es conocida.
*John Henry Poynting (1852-1914) Físico Inglés, alumno de Maxwell. Publicó un artículo en el cual demostró que el flujo de Energía podía calcularse mediante una ecuación que representa la interrelación entre el campo Eléctrico y Magnético. Ecuación que representa el llamado Vector de Poynting
* Nikola Tesla (1857-1943) Serbio-Americano inventor e investigador quien desarrolló la teoría de campos rotantes, base de los generadores y motores polifásicos de corriente alterna.
Citas y referencias bibliográficas:
http://vicentelopez0.tripod.com/Electric.html
5.- ¿Qué es la electroquímica?
Electroquímica es una rama de la química que estudia las reacciones que toman lugar en la interfase de un conductor electrónico (donde el electrodo está compuesto de un metal o un semiconductor, incluyendo el grafito) y un conductor iónico (el electrolito).Si una reacción química es causada por un voltaje externo, o si el voltaje es causado por una reacción química, como lo que sucede en una batería, se trata de una reacción electroquímica. Por lo general la electroquímica se encarga de estudiar las situaciones donde las reacciones redox ocurren en dos compartimentos separados. La transferencia directa de cargas de una molécula a otra no es de interés en la electroquímica.
Citas y referencias bibliográficas:
http://es.wikipedia.org/wiki/ElectroquÃmica
http://es.wikipedia.org/wiki/Electroquímica
http://es.encarta.msn.com/encyclopedia_761569809/ElectroquÃmica.html
http://es.encarta.msn.com/encyclopedia_761569809/ElectroquÃmica.html
6.- Unidades electoquímicas
Electroquímica:
Es una rama de la química que trata los procesos químicos producidos por el pasaje de la corriente eléctrica y la producción de la energía eléctrica a partir de energía puesta en libertad en una reacción química.
También es una disciplina científica que estudia y valora las relaciones existentes entre las reacciones químicas y fenómenos eléctricos.
Es muy usado en diversos campos debido a que no produce contaminación del ambiente. Hoy en día se emplean procedimientos Electrolíticos para obtener metales alcalinos y alcalinoterrios como el magnesio a partir de sus sales fundidas.
También se utilizan en la industria de electro recubrimiento, ya sea de tipo anticorrosivo o de naturaleza decorativa.
La electrólisis constituye la base teórica y practica de la construcción de pilas y acumuladores de corriente continua, también cuentan con un amplisimo numero de usos en la industria química y de materiales de construcción.
Unidades y Ecuaciones Fundamentales:
La intensidad de una corriente que pasa por un conductor se expresa en amperios (A).
La diferencia potencial en los puntos extremos de un conductor se expresa en voltios (V).
La cantidad de energía transportada esta dada en coulomb (COUL).
Otra unidad de cantidad de energía que se emplea con frecuencia es el Faraday (F), que equivale a 96500 coulomb.
La cantidad de electricidad transportada en la intensidad (I) Amperios en un tiempo (+) de + segundos, es igual a 9=I.T
Citas y referencias bibliográficas:
www.fqgralparafarmacia.uns.edu.ar/programa.htm
http://html.rincondelvago.com/electrolisis_3.html
www.scielo.oces.mctes.pt/pdf/pea/v22n4/v22n4a09.pdf
www.uc.cl/expertos/expertos/fac-qui.html
7.-Describe las leyes de la electroquímica
El físico y químico inglés Faraday, en la primera mitad del siglo XIX, estableció las leyes de la electroquímica, poniendo en relación cuantitativa algunas transformaciones químicas y la electricidad e intentó hacer pasar electricidad a través del vacío (lo que demostraría la existencia de partículas de electricidad), fracasando al no lograr un vacío lo bastante perfecto.
Leyes de la ElectrólisisLos siguientes conceptos son referidos a la corriente eléctrica necesarios para comprender el significado de las leyes de Faraday:
1) La cantidad de electrones (electricidad) que circulan por un conductor se mide en Coulomb.
q = carga -> [q] = coulomb
2) La intensidad de la corriente (caudal de electrones) expresa la cantidad de electricidad que circula por un conductor por unidad de tiempo. La intensidad de la corriente se mide en Amperes.
i = q/t=>q = i.t -> [i] = A
3) Cuando una fuente fuerza a los electrones a circular por un conductor, se presenta una resistencia al flujo de corriente y se produce una caída de potencial. La resistencia eléctrica se mide en Ohms,y la diferencia de potencial en Voltios.
E = i.R -> [E] = V y [R] = ohm
LEYES DE FARADAY:
PRIMERA LEY:
La masa de una sustancia producida en la electrólisis, por unareacción anódica o catódica, es directamente proporcionala la cantidad de electricidad utilizada en dicha reacción.
m = c.i.t
Donde # es una constante que depende del catión y se denomina equivalente electroquímico (se verá más adelante). Cuando se realiza, por ejemplo, la electrólisis de una solución de sulfato cúprico (CuSO4).
Cu2SO4 + H2O -> Cu++ + SO4= + H+ + HO-
Al aplicar una diferencia de potencial a los electrodos, el ion cobre se mueve hacia el cátodo, adquiere dos electrones y se deposita en el electrodo como elemento cobre. El ion sulfato, al descargarse en el electrodo positivo, es inestable y se combina con el agua de la disolución formando ácido sulfúrico y oxígeno.
2Cu++ -> 2Cu ° - 4e-
2HO- -> O2 + 2H+ + 4e-
2Cu2SO4 + 2H2O -> 2Cu ° + 2H2SO4 + O2
Cuando circula más corriente (más coulombios) más cobre se deposita, pues más electrones han circulado permitiendo que más iones cobre (Cu++) se conviertan en elemento cobre (Cu°).
SEGUNDA LEY:
Las masas de diferentes sustancias producidas por la misma cantidad de electricidad, son directamente proporcionales a lasmasas equivalentes de las mismas.
q = Pa/V
Para probar esta segunda ley se hace pasar la misma cantidad de electricidad a través de varias cubas con diferentes soluciones salinas, como indica la figura. Midiendo la cantidad de plata y de cobre depositados en el cátodo se llega a la comprobación de la ley:
m Ag+ / m Cu++ = Eq Ag/ Eq Cu
m Ag+ / m Cu++ = 107,8/31,75
O sea que las masas de plata y de cobre depositadas en los electrodos se hallan en relación de: 107,8 /31,75.
Citas y referencias bibliográficas:
http://www.fisicanet.com.ar/quimica/electrolisis/ap01_electrolisis.php
http://cabierta.uchile.cl/~cabierta/revista/25/articulos/pdf/edu6.pdf
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/elecmagnet/fem/fem.htm
8.- Básicamente, grafica y explica las partes de una batería o pila desde la física y la química.
Los elementos que forman una batería se ven el la figura de arriba. El liquido que hay dentro de la batería, se llama electrólito esta compuesto por una mezcla de agua destilada y acido sulfúrico, con una proporción del 34% de acido sulfúrico y el resto de agua destilada. El nivel del electrólito debe de estar un centímetro por encima de las placas.
9.- En una pila o batería, hay compuestos que reaccionan, Explica y escribe las ecuaciones que suceden.
Pilas secas:
Una pila voltaica aprovecha la electricidad de una reacción química espontánea para encender una foco.
Una pila de linterna tiene en su interior un cilindro de cinc y barras de carbón. El cinc sirve como ánodo y se oxida en una reacción redox.
Cuando el circuito entre los dos sistemas se completa, la reacción genera una corriente eléctrica. El flujo de electrones va del cinc a la barra de carbón y de ahí retorna a la pasta de carbón favoreciendo la reacción de reducción. El flujo de electrones ocasionado por el cilindro de cinc a través del circuito aporta 1,5 V de electricidad para las linternas, radios, juguetes, relojes y otros productos. Cuando los electrones dejan la pila, el metal de cinc se oxida. (Zn ! Zn 2+ + 2e-).
Pilas de botón:
Las pilas de botón, empleadas en relojes, calculadoras e infinidad de equipos, están hechas a base de un electrolito de hidróxido de potasio, el electrodo negativo es zinc, y el positivo es de grafito y óxido de mercurio. Las pilas recargables empleadas en los celulares son, en cambio, de ion litio con un cátodo de cobalto.
Los acumuladores:
Las baterías de los carros están hechas de plomo y ácido sulfúrico, almacenando 12 V.
Éstas, baterías que contienen cada una seis celdas de dos voltios conectadas en serie, por lo tanto son de mayor tamaño, resistencia y recargables que las pilas secas.
Las baterías están fabricadas de placas de óxido de plomo (PbO2) y plomo metálico. En cada celda el plomo metálico es oxidado a óxido de plomo reducido.
El plomo metálico oxidado a iones Pb2+ libera sus electrones al ánodo.
El ion Pb4+ del óxido de plomo gana dos electrones, provenientes de los iones Pb2+ al cátodo.
Los iones Pb2+ combinados con los iones de SO4- provienen de la disociación del ácido sulfúrico en la solución electrolítica para formar sulfato de plomo (PbSO4) en cada electrodo.
La reacción neta cuando la batería está descargada resulta en la formación de sulfato de plomo en ambos electrodos. (PbO2 + Pb+ 2H2SO4 ! 2PbSO4 + 2H2O)
Citas y referencias bibliográficas:
http://html.rincondelvago.com/acumuladores_2.html
10.- En nuestro cuerpo, ¿existe corriente eléctrica: ¿Cómo se presenta? ¿Dónde es más notoria?
Sí existe corriente eléctrica en nuestros cuerpos. Sabemos que nuestro cuerpo funciona mediante impulsos eléctricos. Podemos comprobar que algunos están asociados al funcionamiento de corazón, (ECG), y otros al funcionamiento del cerebro (EEG). Las leyes de la física se aplican como a cualquier otra sustancia material. Cuando una corriente eléctrica circula por un cable, siempre existe un campo electromagnético alrededor. De esto se deduce que existe una corriente eléctrica circulando por nuestro cuerpo con su energía electromagnética asociada. Actualmente se puede visualizar ese campo mediante la fotografía Kirlian.
El cerebro humano, como el de cualquier animal cerebrado, funcionalmente puede compararse a un generador eléctrico en acción continua. Todas sus neuronas, que son sus células funcionales, producen energía eléctrica de microvoltaje y frecuencia baja, diferentes según el sitio en que se genere y variables en distintos estados fisiológicos, pero con una tendencia muy clara a ser rítmica.
Según el sitio en que se genere esta actividad, la forma en que se difunda y las estructuras sobre las que actúe, son las funciones que realizamos. Todo aquello de lo que estamos concientes, todo aquello que hacemos con voluntad y mucho de lo que ni estamos concientes ni tenemos voluntad de hacer, se realiza a través de estos mecanismos de producción y distribución de electricidad. Mover, sentir, dormir, imaginar, crear, hablar, pensar, soñar, se hacen a través de complejos sistemas de flujo de electrones. Cuando el cerebro deja de generar electricidad en forma irreversible, ha ocurrido la muerte cerebral, que es la muerte misma.
Citas y referencias bibliográficas:
http://www.ccu.umich.mx/univ/publica/contacto/sept/cien-tec-5.html
Anexos:
En la siguiente página, les presentamos como anexo un interesante glosario relacionado al tema:
http://ciencias.huascaran.edu.pe/modulos/m_pilas/glosario.htm
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