Marco conceptual:
La electricidad es originada por las cargas eléctricas, en
reposo o en movimiento, y las interacciones entre ellas. Cuando varias cargas
eléctricas están en reposo relativo se ejercen entre ellas fuerzas
electrostáticas. Cuando las cargas eléctricas están en movimiento relativo se
ejercen también fuerzas magnéticas. Se conocen dos tipos de cargas eléctricas:
positivas y negativas. Los átomos que conforman la materia contienen partículas
subatómicas positivas (protones), negativas (electrones) y neutras (neutrones).
También hay partículas elementales cargadas que en condiciones normales no son
estables, por lo que se manifiestan sólo en determinados procesos como los
rayos cósmicos y las desintegraciones radiactivas.
La historia de la electricidad como rama de la física
comenzó con observaciones aisladas y simples especulaciones o intuiciones
médicas, como el uso de peces eléctricos en enfermedades como la gota y el
dolor de cabeza, u objetos arqueológicos de interpretación discutible (la
batería de Bagdad). Tales de Mileto fue el primero en observar los fenómenos
eléctricos cuando, al frotar una barra de ámbar con un paño, notó que la barra
podía atraer objetos livianos.
Marco procedimental:
Es un fenómeno físico cuyo origen son las cargas eléctricas
y cuya energía se manifiesta en fenómenos mecánicos, térmicos, luminosos y
químicos, entre otros. Se puede observar de forma natural en fenómenos
atmosféricos, por ejemplo los rayos, que son descargas eléctricas producidas
por la transferencia de energía entre la ionosfera y la superficie terrestre.
Otros mecanismos eléctricos naturales los podemos encontrar en procesos
biológicos, como el funcionamiento del sistema nervioso. Es la base del
funcionamiento de muchas máquinas, desde pequeños electrodomésticos hasta
sistemas de gran potencia como los trenes de alta velocidad, y asimismo de
todos los dispositivos electrónicos. Además es esencial para la producción de
sustancias químicas como el aluminio y el cloro.
Hay dos tipos de carga
eléctrica, la positiva y la negativa.
Dos cargas eléctricas del mismo signo (las dos positivas o
las dos negativas) se repelen. Por el contrario, si las dos cargas eléctricas
son de distinto signo (una positiva y la otra negativa), habrá atracción entre
ellas.
Las cargas eléctricas se explican a partir de la estructura
atómica de la materia. La carga positiva la llevan los protones y la negativa
los electrones. Si un cuerpo está cargado positivamente es por tener un exceso
de protones; es decir, como lo que se mueve suelen ser los electrones, por
tener menos electrones que protones. Por otro lado, si un cuerpo está cargado
negativamente es por tener más electrones que protones. Los cuerpos sin carga
son aquellos que tienen el mismo número de protones que de electrones.
La materia por defecto es eléctricamente neutra. Un cuerpo
se encuentra cargado cuando ha perdido o ganado electrones, de manera que
algunos átomos ya no tienen el mismo número de electrones que de protones y por
tanto se denominan iones. Un átomo se cargará positivamente si pierde
electrones y se cargará negativamente si gana electrones.
Unidades de carga eléctrica
Las cargas eléctricas se
detectan mediante un electroscopio o péndulo eléctrico. La carga
eléctrica o cantidad de energía, Q, es una magnitud que se puede medir. Por
definición, los electrones tienen carga -1, también notada –e. Los protones
tienen la carga opuesta, +1 o +e. En el Sistema Internacional de Unidades la
unidad de carga eléctrica se denomina culombio (símbolo C). Se define como la
cantidad de carga que pasa por una sección en 1 segundo cuando la corriente
eléctrica es de 1 amperio, y se corresponde con la carga de 6,25 × 1018
electrones aproximadamente. Por tanto, la carga de un electrón equivale a 1,6 x
10-9 C.
Métodos de electrización
Cargar o electrizar un cuerpo consiste en conseguir que el
número de electrones de algunos de sus átomos no sea igual al número de
protones.
Existen dos métodos fundamentales para cargar un cuerpo: por
contacto y por inducción o frotamiento.
Para el estudio de la electrización se emplean dos
instrumentos muy útiles, el péndulo eléctrico y el electroscopio.
El
electroscopio consta de dos láminas delgadas de oro o aluminio A que están
fijas en el extremo de una varilla metálica B que pasa a través de un soporte C
de ebonita, ámbar o azufre. Cuando se toca la bola del electroscopio con un
cuerpo cargado, las hojas adquieren carga del mismo signo y se repelen siendo
su divergencia una medida de la cantidad de carga que ha recibido. La fuerza de
repulsión electrostática se equilibra con el peso de las hojas.
Un
péndulo eléctrico consiste de una esfera de médula de saúco sostenida por un
soporte con un hilo de seda aislante.
Electrización por contacto:
Cuando un cuerpo cargado se pone en contacto con otro, la
carga eléctrica se distribuye entre los dos y, de esta manera, los dos cuerpos
quedan cargados con el mismo tipo de carga.
La figura muestra un electroscopio. Al tocar con un cuerpo
cargado la esfera superior, la carga penetra hasta las láminas, éstas al
adquirir la misma carga se repelen y se separan.
Electrización por frotamiento:
Al frotar un cuerpo fuertemente con un paño, este se carga
positiva o negativamente dependiendo de su tendencia a perder o ganar
electrones respectivamente. Por ejemplo al frotar una barra de vidrio, ésta se
cargará positivamente.
Electrización por inducción:
Un cuerpo cargado eléctricamente puede atraer a otro cuerpo
que está neutro. Cuando acercamos un cuerpo electrizado a un cuerpo neutro, se
establece una interacción eléctrica entre las cargas del primero y el cuerpo
neutro.
Como resultado de esta relación, la redistribución inicial
se ve alterada: las cargas con signo opuesto a la carga del cuerpo electrizado
se acercan a éste.
En este proceso de redistribución de cargas, la carga neta
inicial no ha variado en el cuerpo neutro, pero en algunas zonas está cargado
positivamente y en otras negativamente
Decimos entonces que aparecen cargas eléctricas inducidas.
Entonces el cuerpo electrizado induce una carga con signo contrario en el
cuerpo neutro y por lo tanto lo atrae.
Campo eléctrico
Todos los cuerpos cargados modifican las propiedades del
espacio en una zona próxima a ellos. Esa zona constituye un campo eléctrico.
La intensidad de campo eléctrico, E, en un punto es la
fuerza que actuaría sobre una hipotética carga positiva de un culombio que
estuviera en dicho punto. La intensidad de campo eléctrico se mide en newton
por metro, N/C:
E= F/Q´
El campo eléctrico se representa gráficamente mediante
líneas de fuerza.
Campo eléctrico creado por una moneda positiva
Las líneas de fuerza del campo creado por una carga positiva
son salientes. Las líneas de fuerza del campo creado por una carga negativa son
entrantes.
Líneas de campo de una carga positiva y de una carga
negativa
Potencial y diferencia de potencial.
El potencial eléctrico, V, de un punto del campo de trabajo,
W, que hay que realizar para transportar la unidad de carga positiva desde el
infinito hasta dicho punto:
potencial eléctrico = trabajo/carga V=W/Q´
La unidad de potencial eléctrico en el SI es el julio por
culombio (J/C), que se denomina voltio, V.
Un punto tiene un potencial de un voltio si se realiza un
trabajo de un julio para transportar un culombio de carga positiva desde el
infinito a dicho punto.
La diferencia de potencial (ddp), VAB´ entre dos puntos
cualesquiera de un campo eléctrico, Ay B, es el trabajo que hay que realizar
para desplazar la unidad de carga eléctrica positiva de B hasta A.
Código 1:
#include<iostream>
#include<cmath>
using namespace std;
#define SIN_TIPO float
int main() {
float KWH;
float cargofijo;
float totalcasas;
float i;
float consumo;
float preciop;
float total;
int casas;
float l1,l2;
cout<<"Se ira a calcular el consumo de un # determinado de casas"<<endl;
cout<<"Ingrese el numero de casas "<<endl;
cin>>casas;
KWH=176.19;
cargofijo=1230.06;
totalcasas=0;
i=1;
while (i<=casas) {
cout<<"Ingrese lectura inicial casa"<<i<<endl;
cin>>l1;
cout<<"Ingrese lectura final casa"<<i<<endl;
cin>>l2;
if (l2<l1) {
consumo=l1-l2;
} else {
consumo=l2-l1;
}
preciop=KWH*consumo;
total=cargofijo+preciop;
cout<<"La factura de las casa "<<i<<"es:"<<total<<endl;
totalcasas=total+totalcasas;
i=i+1;
}
cout<<"El total de consumo mensual del Determinado numero casas es: "<<totalcasas<<endl;
system("pause");
}
#include<cmath>
using namespace std;
#define SIN_TIPO float
int main() {
float KWH;
float cargofijo;
float totalcasas;
float i;
float consumo;
float preciop;
float total;
int casas;
float l1,l2;
cout<<"Se ira a calcular el consumo de un # determinado de casas"<<endl;
cout<<"Ingrese el numero de casas "<<endl;
cin>>casas;
KWH=176.19;
cargofijo=1230.06;
totalcasas=0;
i=1;
while (i<=casas) {
cout<<"Ingrese lectura inicial casa"<<i<<endl;
cin>>l1;
cout<<"Ingrese lectura final casa"<<i<<endl;
cin>>l2;
if (l2<l1) {
consumo=l1-l2;
} else {
consumo=l2-l1;
}
preciop=KWH*consumo;
total=cargofijo+preciop;
cout<<"La factura de las casa "<<i<<"es:"<<total<<endl;
totalcasas=total+totalcasas;
i=i+1;
}
cout<<"El total de consumo mensual del Determinado numero casas es: "<<totalcasas<<endl;
system("pause");
}
Código 2:
#include <stdio.h>
- #include <string.h>
- int main ()
- {
- char nombre[40];
- float anterior, actual, consumo;
- float costo;
- printf("Nombre de usuario: ");
- gets(nombre);
- printf("Lectura Anterior (Kwh): ");
- scanf("%f", &anterior);
- printf("Lectura Actual (Kwh): ");
- scanf("%f", &actual);
- //Si el consumo es menor o igual a 100 kwh se
- //paga 0.25 por cada Kwh.
- consumo = actual - anterior;
- if(consumo <= 100)
- costo = 0.25*consumo;
- //Si el consumo es mayor a 100 Kwh y menor o
- //igual 200 kwh el exceso se paga a 0.35 kwh.
- else if(consumo > 100 && consumo <= 200)
- costo = 0.35*(consumo - 100) + 0.25*100;
- //Si el consumo es mayor a 200 Kwh el nuevo
- //exceso se paga a 0.45 por cada kwh
- else if(consumo > 200)
- costo = 0.45*(consumo - 200) + 0.35*100 + 0.25*100;
-
- printf("Sr(a): %s\n", nombre);
- printf("Consumo: %0.2f\n", consumo);
- printf("Monto: %0.2f\n", costo);
-
- return 0;
- }
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