Trabajos escritos

TABLA DE CONTENIDO

INTRODUCCIÓN................................................................................................................... 5

OBJETIVOS........................................................................................................................... 6

OBJETIVO GENERAL........................................................................................................... 6

OBJETIVOS ESPECÍFICOS…………………………………………………………………….. 6 ENLACE QUÍMICO……………………………………………………………………………….. 7

1. HISTORIA DEL CONCEPTO DE ENLACE QUÍMICO .................................................... 7

2. GENERALIDADES SOBRE EL ENLACE QUÍMICO, ...................................................... 9

2.1 ¿QUÉ MANTIENE UNIDOS A LOS ÁTOMOS?, ........................................................... 9

2.2 LONGITUD DE ENLACE Y ENERGÍA DE ENLACE,.................................................. 10

2.3 REGLA DEL OCTETO................................................................................................... 10

3. CLASES DE ENLACE...................................................................................................... 13

3.1 EL ENLACE IÓNICO O ELECTROVALENTE.............................................................. 14

3.1.1  FORMACIÓN DE COMPUESTOS IÓNICOS........................................................... 14

3.1.2 PROPIEDADES DE LOS COMPUESTOS IÓNICOS............................................... 16

3.2  EL ENLACE COVALENTE O COVALENCIA............................................................... 18

3.2.1 FORMACIÓN DE SUSTANCIAS COVALENTES..................................................... 18

3.2.2 REPRESENTACIÓN DE UN ENLACE COVALENTE............................................... 18

3.2.3 CLASES DE ENLACES COVALENTES.................................................................... 19

3.2.3.1 Enlaces covalentes múltiples o según el núm. de electrones compartidos ............. 19

3.2.3.1.1 Enlace covalente simple o de dos electrones........................................................ 19

3.2.3.1.2 Enlace covalente doble o de cuatro electrones..................................................... 20

3.2.3.1.3 Enlace covalente triple o de seis electrones.......................................................... 20

3.2.3.2  Según la polaridad de sus enlaces: Enlace covalente polar y apolar...................... 20

3.2.3.2.1 Enlace covalente apolar......................................................................................... 20

3.2.3.2.2 Enlace covalente polar........................................................................................... 21

3.2.3.3 Según el número de electrones aportados: Enlace covalente coordinado............... 22

3.2.4 PROPIEDADES DE LAS SUSTANCIAS COVALENTES......................................... 23

3.3 ENLACE METÁLICO - SÓLIDOS METÁLICOS........................................................... 23

3.3.1 NATURALEZA DE LAS FUERZAS DE UNIÓN EN LOS METALES........................ 23

3.3.2 PROPIEDADES DE LOS SÓLIDOS METÁLICOS.................................................... 24

4. FUERZAS INTERMOLECULARES................................................................................. 25

4.1 INTERACCIONES DIPOLO-DIPOLO........................................................................... 26

4.2 INTERACCIONES POR PUENTES DE HIDRÓGENO............................................... 26

4.3 INTERACCIONES MEDIANTE LAS FUERZAS DE LONDON.................................... 27

4.4 INTERACCIONES POR ATRACCIONES IÓN-DIPOLO............................................. 28

5. ARQUITECTURA MOLECULAR..................................................................................... 28

5.1 MOLÉCULAS ANGULARES.......................................................................................... 28

5.2 MOLÉCULAS PIRAMIDALES........................................................................................ 29

5.3 MOLÉCULAS TETRAÉDRICAS.................................................................................... 29

CONCLUSIONES................................................................................................................. 30

BIBLIOGRAFÍA..................................................................................................................... 31

INTRODUCCIÓN

Conocer cómo se pueden unir o no los compuestos que encontramos en nuestra vida cotidiana o en un laboratorio y la reacción que presentan ante estas situaciones es muy importante, comprender por qué el agua es conocida como uno de los elementos que se puede unir con muchos otros elementos.

 A continuación, aprenderemos que para que unos elementos se puedan unir o no para formar compuestos con otros elementos, depende de los electrones que tenga disponible para regalar o recibir en su última capa de valencia, pero en el caso de los gases nobles no cumplen con la regla del octeto, ya que ellos siempre se han caracterizado por tener todos sus niveles y subniveles completamente llenos, esta es la razón por la cual estos elementos no forman compuestos con otros elementos.

También, encontraremos información sobre las estructuras de Lewis para representar las diferentes clases de enlaces, ya sea iónico, covalente o metálico. En la formación de los enlaces iónicos encontramos iones cargados positivamente llamados cationes y son los que ceden electrones para formar compuestos y así cumplir la regla del octeto y cuando los iones están cargados negativamente se llaman aniones y son los que reciben electrones para cumplir la regla del octeto.

En los enlaces covalentes encontraremos enlaces covalentes simples, dobles y triples y también encontraremos los enlaces covalentes polares y apolares y según los electrones compartidos encontraremos los enlaces covalentes coordinados. Los enlaces metálicos son las uniones de electrones cargados positivamente que forman una red de electrones que se desplazan libremente.

Este trabajo consta de cinco capítulos los cuales están desglosados de la siguiente manera: historia del concepto de enlace químico, generalidades sobre el enlace químico, clases de enlace, fuerzas intermoleculares y arquitectura molecular.

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Comprender la formación de los enlaces químicos y establecer las diferencias entre las sustancias iónicas, covalentes y metálicas.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

·         Definir y comprender el concepto de enlace químico.

·         Reconocer el enlace químico como un proceso que involucra a los electrones de valencia de un átomo.

·         Diferenciar los distintos tipos de enlace y predecir su formación.

·         Comprender la representación en los diagramas la notación de Lewis.

TALLER DE QUÍMICA

ENLACE QUÍMICO

Cuando dos o más átomos se unen forman una molécula, la cual, puede estar constituida por átomos de un mismo elemento o por átomos de elementos diferentes.

Se denominan enlace químico la fuerza que mantiene unidos los átomos en una combinación química. Los electrones en su continuo movimiento son los responsables de todas las uniones de naturaleza electromagnética, entre los átomos de una molécula. Pero son los electrones del nivel exterior los que realmente intervienen en las reacciones químicas, y por tanto en la formación de enlaces (electrones de valencia).

La estructura electrónica de los gases nobles ayuda a entender cómo se unen los átomos de los demás elementos para formar moléculas. Se cree que al combinarse los átomos de la mayoría de los elementos se alcanza una estabilidad electrónica comparable a la de los gases nobles, lo cual puede lograrse: por la transferencia de electrones o por el compartimiento de electrones.

1. HISTORIA DEL CONCEPTO DE ENLACE QUÍMICO

Las primeras especulaciones respecto a la naturaleza del enlace químico son tan tempranas como en el siglo XII. Se suponía que ciertos tipos de especies químicas estaban unidas entre sí por un tipo de afinidad química.

En 1704, Isaac Newton esbozó su teoría de enlace atómico, en "Query 31" de su Opticks, donde los átomos se unen unos a otros por alguna "fuerza". Específicamente, después de investigar varias teorías populares, en boga en aquel tiempo, de cómo los átomos se podía unir unos a otros, por ejemplo, "átomos enganchados", "átomos pegados unos a otros por reposo", o "unidos por movimientos conspirantes", Newton señaló lo que inferiría posteriormente a partir de su cohesión que:

“Las partículas se atraen unas a otras por alguna fuerza, que en contacto inmediato es excesivamente grande, a distancias pequeñas desempeñan operaciones químicas y su efecto deja de sentirse no lejos de las partículas”.

En 1819, a raíz de la invención de la pila voltaica, Jöns Jakob Berzelius desarrolló una teoría de combinación química, introduciendo indirectamente el carácter electropositivo y electronegativo de los átomos combinantes. A mediados del siglo XIX, Edward Frankland, F.A. Kekule, A.S. Couper, A.M. Butlerov y Hermann Kolbe, ampliando la teoría de radicales, desarrollaron la teoría de valencia, originalmente llamado "poder combinante" en que los compuestos se mantenía unidos debido a la atracción entre polos positivo y negativo. En 1916, el químico Gilbert N. Lewis desarrolló el concepto de enlace de par de electrones, en el que dos átomos pueden compartir uno y seis electrones, formando el enlace de un solo electrón, enlace simple, enlace doble, o enlace triple:

En las propias palabras de Lewis: “un electrón puede formar parte de las envolturas de dos átomos diferentes y no puede decirse que pertenezca a uno simplemente o exclusivamente”

El mismo año, Walther Kössel lanzó una teoría similar a la de Lewis, con la diferencia de que su modelo asumía una transferencia completa de electrones entre los átomos, con lo que era un modelo de enlace iónico. Tanto Lewis y Kössel estructuraron sus modelos de enlace a partir de la regla de Abegg (1904).

En 1927, el físico danés Oyvind Burrau derivó la primera descripción cuántica matemáticamente completa de un enlace químico simple, el producido por un electrón en el ion de hidrógeno molecular (dihidrogenilio), H₂⁺.¹ Este trabajo mostró que la aproximación cuántica a los enlaces químicos podrían ser correctas fundamental y cualitativamente, pero los métodos matemáticos usados no podrían extenderse a moléculas que contuvieran más de un electrón. Una aproximación más práctica, aunque menos cuantitativa, fue publicada en el mismo año por Walter Heitler y Fritz London. El método de Heitler-London forma la base de lo que ahora se denomina teoría del enlace de valencia. En 1929, Sir John Lennard-Jones introdujo el método de combinación lineal de orbitales atómicos (CLOA o dentro de la teoría de orbitales moleculares), sugiriendo también métodos para derivar las estructuras electrónicas de moléculas de F₂ (flúor) y las moléculas de O₂ (oxígeno), a partir de principios cuánticos básicos. Esta teoría de orbital molecular representó un enlace covalente como un orbital formado por combinación de los orbitales atómicos de la mecánica cuántica de Schrödinger que habían sido hipotetizados por los electrones en átomos solitarios. Las ecuaciones para los electrones de enlace en átomos multielectrónicos no podrían ser resueltos con perfección matemática (esto es, analíticamente), pero las aproximaciones para ellos aún producen muchas predicciones y resultados cualitativos buenos. Muchos cálculos cuantitativos en química cuántica moderna usan tanto las teorías de orbitales moleculares o de enlace de valencia como punto de partida, aunque una tercera aproximación, la teoría del funcional de la densidad, se ha estado haciendo más popular en años recientes.

En 1935, H.H. James y A.S. Coolidge llevó a cabo un cálculo sobre la molécula de dihidrógeno que, a diferencia de todos los cálculos previos que usaban funciones sólo de la distancia de los electrones a partir del núcleo atómico, usó funciones que sólo adicionaban explícitamente la distancia entre los dos electrones. Con 13 parámetros ajustables, ellos obtienen el resultado muy cercano al resultado experimental para la energía de disociación de enlace. Posteriores extensiones usaron hasta 54 parámetros y producen gran concordancia con los experimentos. Este cálculo convenció a la comunidad científica que la teoría cuántica podría concordar con los experimentos. Sin embargo, esta aproximación no tiene relación física con la teoría de enlace de valencia y orbitales moleculares y es difícil de extender a moléculas más grandes.

2. GENERALIDADES SOBRE EL ENLACE QUÍMICO

2.1 ¿QUÉ MANTIENE UNIDOS A LOS ÁTOMOS?

La mayoría de los elementos forman compuestos. Por ejemplo, el sodio y el cloro reaccionan entre sí formando la sal común o cloruro de sodio. Este compuesto es mucho más estable que sus elementos por separado; este hecho demuestra la abundancia de sal en la naturaleza y la escasez de sodio y de cloro en estado libre.

2.2 LONGITUD DE ENLACE Y ENERGÍA DE ENLACE

La unión de dos átomos y la consecuente formación de un enlace es un proceso químico que va acompañado de cierta variación de energía potencial.

Al aproximarse dos átomos se pueden presentarse dos situaciones:

·         En la primera situación, las nubes electrónicas externas de los dos átomos se ven influenciadas mutuamente, lo que se traduce en un incremento de la fuerza de repulsión entre ambas a medida que la distancia disminuye. No se forma el enlace ya que no existe una distancia que permita  la existencia de un estado estable. Este es el caso de los elementos del grupo VIIIA o gases nobles.

·         En la segunda situación la energía potencial del sistema formado por los dos átomos decrece a medida que éstos se aproximan, al menos hasta cierta distancia. A partir de este momento, la energía potencial crece nuevamente cuando los átomos se aproximan.

Existe entonces, una distancia (d) para la cual la energía es mínima y la estabilidad del sistema es máxima, lo que permite la formación de una molécula estable a partir de átomos aislados; dicha distancia se denomina longitud de enlace y suele expresarse en angstrom (Å).

En el proceso de formación de un enlace se desprende energía; de la misma forma, se requiere del suministro de una cantidad de energía igual o superior a la desprendida en la formación del enlace para separar los átomos que formaron el enlace. Podemos decir entonces, que la energía de enlace (E_e) es la cantidad de energía necesaria para romper el enlace entre dos átomos, separándolos a una distancia infinita. La energía de enlace se puede expresar en kilocalorías por mol (kcal/mol). Así, por ejemplo, la energía del enlace (H-O) es igual a 110 kcal/mol y la del enlace (H-C) es de 99,3 kcal/mol.

Es bueno aclarar que no todas las uniones teóricamente posibles entre átomos dan lugar a compuestos reales y estables, puesto que no siempre se dan las condiciones necesarias para ello.

2.3 REGLA DEL OCTETO

Los gases nobles se encuentran en la naturaleza en forma atómica y no tienden a formar compuestos químicos. Esto ha hecho analizar la distribución de los electrones en los átomos de dichos elementos.

Como se ha comprobado, los átomos de los gases nobles se caracterizan por tener todos sus niveles y subniveles energéticos completamente llenos. La estabilidad de los gases nobles se asocia con la estructura electrónica de su última capa que queda completamente llena con ocho electrones.

Así establece la regla del octeto, que permite explicar la formación de moléculas y compuestos químicos debido a la tendencia de los átomos a adquirir la configuración electrónica estable del gas noble más próximo a ellos (completar con ocho electrones su última capa).

El octeto, ocho electrones de valencia, es una disposición electrónica muy estable que coincide con la de los gases nobles, que son elementos de una gran estabilidad.

Queda fuera de la regla del octeto el helio (He), gas noble que pertenece al primer período y es estable con dos electrones.

El hidrógeno tiene un electrón de valencia y le hace falta un electrón para adquirir la configuración electrónica estable del He.

Los gases nobles no reaccionan químicamente en condiciones normales porque tienen su nivel externo completo (valencia cero). El átomo de sodio es un buen ejemplo para ilustrar la regla del octeto. El sodio tiene un potencial de ionización bajo y puede perder fácilmente el electrón.

1s² 2s² 2p⁶ 3s¹                                     1s² 2s² 2p⁶ + 1 e^-

                      átomo de sodio                                       ión sodio

                                  Na⁰                                              Na⁺       + 1 e^-

La estructura del ion sodio queda exactamente igual a la del gas noble neón. Otros elementos ganan electrones para llenar su último nivel y así completan estructura estable de ocho electrones; el cloro, por ejemplo:

1s² 2s² 2p⁶ 3s2 3p⁵ + 1 e^-                               1s² 2s² 3s² 3p⁶

                           Átomo de cloro                                        ion cloruro

                                    Cl⁰                                                           Cl^-

En 1916, el alemán A. Kössel (1853-1927) y el norteamericano Gilbert Lewis (1875-1946), de forma independiente, fueron quienes surgieron la teoría de que los compuestos químicos se pueden interpretar como consecuencia de la tendencia de los átomos a adquirir la configuración electrónica estable del gas noble más próximo.

Una manera sencilla de explicar que los átomos se unan para formar diversas sustancias es suponer que se combinan para alcanzar una estructura más estable. Por esto se puede considerar el enlace químico como un incremento de estabilidad.

A pesar de la utilidad para explicar la formación del gran número de sustancias, la regla del octeto tiene varias excepciones (moléculas y iones poliatómicos en los cuales no se cumple). Ejemplos:

En los ejemplos anteriores, cada átomo de cloro antes de la unión tiene (7) electrones en su nivel exterior; al formar el enlace cada uno cuenta con (8) electrones (un octeto), aportando cada uno un electrón al enlace.

Cada átomo de oxígeno antes de unirse tiene (6) electrones exteriores y después de la unión cada uno completa el octeto, aportando (2) electrones al enlace.

El hidrógeno antes de la unión solamente tiene un electrón de valencia y el cloro (7); después de la unión, el hidrógeno completa (2) (capa llena) y el cloro (8), aportando un electrón cada uno, al enlace.

Son excepciones a la regla del octeto

a.    Los elementos del primer período (H y He) sólo pueden admitir máximo dos electrones en su nivel exterior.

b.    Los elementos de transición pierden primero los electrones (s) que los (d) y adquieren configuraciones estables, como ns²-p⁶-d¹⁰- y ns²-p⁶-d⁵ llamadas de pseudogas noble.

c.    Los elementos del tercer período en adelante, al tener disponibles orbitales (d) pueden acomodar más de (8) electrones en su nivel exterior.

Ejemplos de excepciones:

H₂, BF₃, AlCl₃, BeCl₂, PCl₃, NO, NO₂, SF₆, etc.

3. CLASES DE ENLACE

La materia presenta aspectos y propiedades distintas por el tipo de átomos que la componen y por la forma de unión entre dichos átomos. La gran diversidad de sustancias puras que hay hace que sea difícil clasificarlas. No obstante, en función de cómo se realice el enlace químico podemos diferenciar tres grandes grupos: sustancias iónicas, sustancias covalentes y sustancias metálicas, según tengan enlace iónico, enlace covalente o enlace metálico.

3.1  EL ENLACE IÓNICO O ELECTROVALENTE 

3.1.1  FORMACIÓN DE COMPUESTOS IÓNICOS

La máxima estabilidad para un átomo se consigue cuando éste adquiere la configuración del gas noble más próximo. Por ello, cuando le es posible, los átomos captan o ceden electrones a fin de conseguir su estabilidad. Como consecuencia resultan unas partículas que reciben el nombre de iones.

Un ión es la partícula que se obtiene cuando un átomo o un grupo de átomos capta o cede electrones con objeto de adquirir la configuración de un gas noble.

Si un átomo gana electrones queda cargado negativamente, y si los cede queda cargado positivamente. Por consiguiente, existen dos tipos de iones:

·         Anión o ion cargado negativamente.

·         Catión o ion cargado positivamente.

Enlace iónico o electrovalente es el que se establece por transferencia de electrones de un átomo hacia otro, de modo que los átomos reaccionantes alcancen la configuración de gas noble.

Por lo regular este enlace se presenta entre átomos de regiones opuestas:

a)    Elementos electronegativos (no metales). Son los elementos de las columnas VA, VIA y VIIA, los cuales se caracterizan por captar electrones (dos, uno); son iones con carga negativa (aniones); su valencia es electronegativa.

b)    Elementos electropositivos. Pierden fácilmente electrones para adquirir su configuración de octeto. Estos elementos son los de las columnas IA, IIA y IIIA; son iones positivos (cationes) y su valencia es electropositiva.

Los iones se representan mediante el símbolo del elemento o los elementos y un superíndice colocado a la derecha indicando el número de cargas eléctricas y su signo. Por ejemplo, el ion sodio representa como Na¹⁺; el ion sulfuro es S^2-, el ion amonio es NH₄¹⁺; el ion carbonato es CO₃^2-, etc.

El enlace iónico consiste en la unión de iones con cargas de signo contrario, mediante fuerzas de tipo electrostático.

Cuando reaccionan elementos muy electronegativos (con mucha tendencia a ganar electrones) con elementos muy electropositivos (con tendencia a perder electrones), tiene lugar este tipo de enlace.

Kössel, mediante experiencias, determinó que los compuestos como el cloruro de sodio o sal común se caracterizan por un tipo de enlace químico llamado enlace iónico. En el proceso de formación del NaCl podemos distinguir las siguientes etapas:

1.    El átomo de sodio (Z=11; 1s² 2s²  2p⁶ 3s¹) tiene un electrón en su último nivel de valencia, mientras que el átomo de cloro (Z= 17 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁵) tiene siete electrones en dicho nivel. Cuando un átomo de sodio se encuentra en las proximidades de un átomo de cloro, cede su electrón de valencia y se convierte en un ion positivo y el de cloro se convierte en un ión negativo.

Na – 1 e^-          Na ⁺                                                 Cl + 1 e^-                Cl ^–

2.    El proceso de cesión de un electrón del átomo de sodio al de cloro se repite con muchos pares de átomos de sodio y cloro, porque en una reacción real intervienen incontables pares.

3.    Una vez formados los iones, para aumentar las atracciones entre los iones de distinto signo y reducir al mínimo las repulsiones entre iones de igual signo, los iones Na⁺ y Cl^- se colocan de forma ordenada, constituyendo una red cristalina.

4.   
Los iones situados en la red cristalina están unidos por fuerzas de tipo electroestático que mantienen la estabilidad del compuesto. En los compuestos iónicos no existen moléculas propiamente dichas, sino agregados de iones en la proporción indicada por su fórmula, los cuales constituyen la red cristalina. La ruptura de esta red, por fusión, disolución…, requiere del aporte de energía.

3.1.2 PROPIEDADES DE LOS COMPUESTOS IÓNICOS

Los compuestos iónicos poseen una estructura cristalina independientemente de su naturaleza.

Esta estructura confiere a todos ellos unas propiedades características, entre las que se destacan:

·         Son sólidos a temperatura ambiente. Son tan fuertes las fuerzas de atracción que los iones siguen ocupando sus posiciones en la red, incluso a centenares de grados de temperatura. Por tanto, son rígidos y funden a temperaturas elevadas.

·         En estado sólido no conducen la corriente eléctrica, pero sí lo hacen cuando se hallan disueltos o fundidos. Debido a que los sólidos que intervienen en el enlace están situados en los iones sin poderse mover dentro de la red, no conducen la corriente eléctrica en estado sólido. Por el contrario, cuando se disuelven o funden dejan iones libres que pueden transportar la corriente eléctrica.

·         Tienen altos puntos de fusión. En general son superiores a 400°C debido a la fuerte atracción entre los iones. Estos puntos son más altos cuanto mayor sea la carga de sus iones y menor sea su volumen. Por ello se pueden usar como material refractario.

·         Son duros pero frágiles, pues un ligero desplazamiento en el cristal desordena la red cristalina enfrentando iones de igual carga, lo que produce fuertes repulsiones y, como consecuencia de ello, la ruptura del cristal.

·         Ofrecen mucha resistencia a la dilatación, propiedad que indica expansión. Porque ésta supone un debilitamiento de las fuerzas intermoleculares o iónicas.

·         Son muy solubles en agua y en otros disolventes polares. Cada ion del compuesto iónico atrae al polo de carga opuesta del disolvente y forma con él un pequeño enlace (débil) que libera una energía llamada de solvatación (energía de hidratación, si es agua el disolvente).

Si esta energía de solvatación es mayor que la energía que mantiene unidos los iones en el cristal, el disolvente rompe el enlace iónico y el compuesto se disuelve. Los iones quedan separados y rodeados de moléculas de disolvente (solvatados).

·         Presentan gran diferencia de electronegatividad. Entre más grande sea la diferencia de electronegatividad de los elementos que forman el compuesto, mayor será la atracción electrostática y más iónico será el enlace. Aproximadamente, si hay una diferencia de electronegatividad mayor de 1,7, se genera un enlace iónico.

3.2  EL ENLACE COVALENTE O COVALENCIA

3.2.1 FORMACIÓN DE SUSTANCIAS COVALENTES

El enlace entre átomos iguales o entre átomos que difieren poco en el carácter electronegativo no quedan explicados mediante el enlace iónico. Para explicar la formación de sustancias tales como Cl₂, H₂, NH₃,…, Gilbert Newton Lewis (1875-1946), físico y químico norteamericano, sugirió en 1916 que los átomos pueden alcanzar la estructura estable de gas noble compartiendo pares de electrones. Los enlaces que mantiene unidos a sus átomos para formar las moléculas se llaman enlaces covalentes y las sustancias obtenidas, sustancias covalentes.

El enlace covalente consiste en la unión de átomos al compartir uno o varios pares de electrones. Por ejemplo, cuando se forma la molécula de Hidrógeno H₂, cada átomo de H (con un electrón de valencia) se une a otro átomo de hidrógeno y sólo uno para formar la molécula diatómica H₂. Es evidente que, siendo totalmente iguales los dos átomos, no puede suponerse que uno de ellos arranque el electrón al otro para conseguir la estructura electrónica del gas noble más próximo (He). Es más lógico suponer que ambos átomos comparten sus dos electrones, actuando dicho par de electrones como unión entre los dos átomos y consiguiendo así la estructura de gas noble.

3.2.2 REPRESENTACIÓN DE UN ENLACE COVALENTE

Cuando intentamos representar un enlace o construir fórmulas de compuestos es de mucha utilidad la notación propuesta por Lewis. De acuerdo con este modelo, se escribe el símbolo del elemento y a su alrededor se coloca un punto (•) por cada electrón que exista en el último nivel de energía del átomo. Cada par de electrones compartidos se considera un enlace y se puede representar por una línea que une los dos átomos.

3.2.3 CLASES DE ENLACES COVALENTES

 3.2.3.1 Enlaces covalentes múltiples o según el número de electrones compartidos

Los enlaces covalentes múltiples se clasifican en tres que son: enlace covalente simple, enlace covalente doble y enlace covalente triple. Sin embargo, es muy frecuente también que algunos átomos para saturar su capacidad de enlace tengan que compartir más de un par de electrones. Esta situación conduce a la formación del enlace covalente múltiple. Así, si los pares compartidos son dos, se obtiene un enlace doble y si los pares compartidos son tres, se obtiene un enlace triple.

3.2.3.1.1 Enlace covalente simple o de dos electrones

Cuando los átomos que intervienen en el enlace requieren solamente un electrón para completar su configuración de gas noble y por lo tanto, comparten un solo par de electrones (un electrón por cada átomo), decimos que se forma un enlace covalente sencillo. Presentan este tipo de enlace las moléculas de flúor (F₂), F-F; cloro (Cl₂), Cl-Cl y bromo (Br₂).

3.2.3.1.2 Enlace covalente doble o de cuatro electrones

Se presenta entre los elementos del grupo VIA, especialmente en el átomo de oxígeno, a cada átomo de oxígeno le faltan dos electrones en su capa exterior para cumplir la regla del octeto (o estructura del neón, gas noble más próximo). Para llegar a esta configuración dos átomos de oxígeno comparten dos pares de electrones de valencia, con lo cual se forma la molécula; los átomos se unen por un enlace covalente doble.

:Ö: + :Ö:           :Ö::Ö:   o bien O=O enlace doble

3.2.3.1.3 Enlace covalente triple o de seis electrones 

Se presenta entre los elementos del grupo VA, en el caso del átomo de nitrógeno que su capa más externa tiene cinco electrones, al unirse dos átomos forman una molécula compartiendo tres pares de electrones para adquirir la configuración de gas noble.

:N   + : N           :N    N:  o bien N≡N enlace triple

Los enlaces covalentes se forman también entre distintos átomos. Ejemplos: Agua, amoniaco, dióxido de carbono y metano

3.2.3.2  Según la polaridad de sus enlaces: Enlace covalente polar y apolar

3.2.3.2.1 Enlace covalente apolar

Cuando las moléculas están formadas por átomos iguales, las moléculas no presentan diferencias en su electronegatividad, por lo cual son conocidas como moléculas polares (sin polos). Los pares de electrones compartidos en estas moléculas son atraídos por ambos núcleos con la misma intensidad. Es el caso de las moléculas de cloro (Cl₂), hidrógeno (H₂), etc. En estas moléculas se establece un enlace covalente apolar.

Es el enlace covalente formado por dos átomos iguales y cuyo compartimiento de electrones es totalmente uniforme.

3.2.3.2.2 Enlace covalente polar

Cuando los átomos que se enlazan tienen una electronegatividad diferente, en la molécula se establece una zona donde se concentra una mayor densidad electrónica, originándose así un polo positivo y uno negativo. Por consiguiente, la zona que pertenece al átomo de mayor electronegatividad será el polo negativo y la de menor electronegatividad será el polo positivo. A este tipo de molécula la llamamos polares y el enlace correspondiente, enlace covalente polar. El agua (H₂O), el dióxido de carbono (CO₂), el ácido clorhídrico (HCl) y la totalidad de los compuestos orgánicos están formados por átomos de naturaleza diferente unidos por enlace covalente. Muchos de ellos con una elevada polaridad.

Observemos la siguiente representación para el caso de la molécula de HCl:

HCl          H⁺

En el esquema se indican las cargas parciales (positiva y negativa) más no se presenta la carga de cada ion. Recordemos que él átomo de cloro es mucho más electronegativo (3,1) que el hidrógeno (2,2); por lo tanto, se presenta un desplazamiento de cargas desde el átomo menos electronegativo (H) hasta el más electronegativo (Cl). Mientras mayor sea la diferencia de electronegatividad entre los átomos comprometidos en el enlace, mayor será el carácter polar del mismo.

3.2.3.3 Según el número de electrones aportados: Enlace covalente coordinado

Este enlace tiene lugar entre distintos átomos y se caracteriza porque los electrones que se comparten son aportados por uno solo de los átomos que se enlazan. El átomo que aporta el par de electrones se denomina dador y el que lo recibe receptor.

El enlace covalente coordinado se representa por medio de una flecha que parte del átomo que aporta los dos electrones y se dirige hacia el átomo que no aporta ninguno.

Un ejemplo de enlace covalente coordinado lo tenemos cuando se forma el catión amonio, NH₄⁺, a partir del amoniaco NH₃, y del ion de hidrógeno H⁺. Este enlace se lleva a cabo porque el nitrógeno tiene un par de electrones libres, los cuales puede compartir con el hidrogenión (H⁺).

El hidrogenión resulta de extraer el único electrón que posee el átomo de hidrógeno; es decir, que el ion (H⁺) quedó con capacidad para aceptar un par de electrones que en este caso provienen del átomo de nitrógeno que como consecuencia se formará un nuevo enlace en el cual los electrones provienen únicamente del nitrógeno.

Una forma de representar este fenómeno es la siguiente:

H^x           H⁺ + 1e^-                                            H

 Un caso similar ocurre cuando una molécula de agua reacciona con un H⁺ para formar un ion hidronio (H₃O¹⁺).

3.2.4     PROPIEDADES DE LAS SUSTANCIAS COVALENTES

Las sustancias covalentes en general se caracterizan porque:

·         Tienen bajos puntos de fusión y de ebullición.

·         Cuando se trata de cuerpos sólidos, son relativamente blandos y malos conductores del calor y de la electricidad.

·         Son bastante estables y de escasa reactividad (el enlace covalente es fuerte y supone configuración electrónica de gas noble).

·         Algunos sólidos covalentes carecen de unidades moleculares. El diamante carece de moléculas y está constituido por una gran cantidad de átomos iguales unidos mediante enlaces covalentes en tres direcciones del espacio formando una red cristalina. Estos enlaces son extraordinariamente fuertes, por esto las sustancias que lo poseen son muy duras y tienen un punto de fusión elevado.

·         Presentan baja diferencia de electronegatividad y en algunos casos es igual a cero. Por ejemplo, la diferencia es menor de 1,7 en el agua.

Electronegatividad del H = 2,20

Electronegatividad del O = 3,44

Diferencia de electronegatividad = 3,44 – 2,20 = 1,24. Como la diferencia de electronegatividad es menor de 1,7, se deduce que el compuesto presenta enlace covalente polar.

3.3     ENLACE METÁLICO - SÓLIDOS METÁLICOS

3.3.1 NATURALEZA DE LAS FUERZAS DE UNIÓN EN LOS METALES

Los metales tienen propiedades totalmente diferentes de las demás sustancias.

Los átomos de los metales se caracterizan por tener pocos electrones en su último nivel, llamado también nivel de valencia. Como consecuencia, no es posible la formación de moléculas ya que los átomos no disponen de suficientes electrones en su capa externa para que la molécula cumpla con la regla del octeto. La unión entre los átomos de un metal no es covalente. Pensemos por ejemplo en el átomo de potasio (K) que tiene un solo electrón en su último nivel, lo cual nos hace presumir que sería muy difícil que el potasio cumpla con la regla del octeto.

Tampoco es posible pensar en la formación de iones, puesto que al ser átomos de un mismo elemento, no es imaginable que un átomo de potasio gane un electrón a expensas de otro igual a él. Por tanto, tampoco el enlace iónico permite explicar la unión existente entre los átomos de un metal.

Necesitamos pues, un modelo diferente que permita explicar el enlace existente entre átomos de un metal. Este modelo postula que los metales están formados por una red cristalina de iones metálicos; es decir, un sólido donde todos los átomos están fijos, excepto los electrones del nivel externo, los cuales pueden desplazarse fácilmente, aunque no con absoluta libertad, ya que existe una interacción entre ellos y los núcleos atómicos de la red.

Este razonamiento nos lleva a describir un metal como un enrejado de iones positivos colocados en los nudos de la red cristalina y sumergidos en un mar de electrones móviles.

En los enlaces covalentes moleculares, los electrones están situados de modo que determinan rígidamente las posiciones de los átomos, es decir, tienen un carácter direccional; los electrones tienden a permanecer concentrados en ciertas regiones del espacio molecular. En cambio, en los metales, los electrones están distribuidos casi uniformemente por todo el cristal.

3.3.2 PROPIEDADES DE LOS SÓLIDOS METÁLICOS

Teniendo en cuenta el modelo anterior, podemos explicar muchas características específicas de los metales. Veamos.

·         Los metales pueden ser fácilmente deformados sin romper la estructura cristalina.

·         Bajo presión, un plano de átomos puede resbalar sobre otro sin perder su estructura.

·         Son buenos conductores de la electricidad, teniendo en cuenta que algunos electrones tienen libertad de movimiento a través del sólido.

·         Tienen excelente conductividad térmica debida también a los electrones móviles. Los electrones que están en regiones de alta temperatura pueden adquirir grandes cantidades de energía; estos electrones se mueven rápidamente a través del metal y ceden parte de su energía para calentar la red cristalina de las regiones más frías.

4. FUERZAS INTERMOLECULARES

Existen fuerzas de atracción entre las moléculas; estas fuerzas, conocidas como fuerzas intermoleculares, son muy débiles y son las responsables de las propiedades físicas de las sustancias moleculares.

Las principales fuerzas intermoleculares son: las fuerzas dipolo-dipolo, los puentes de hidrógeno y las fuerzas de London.

4.1 INTERACCIONES DIPOLO-DIPOLO

Cuando las moléculas polares se aproximan, tienden a orientarse de tal manera que el polo positivo de una se dirige hacia el polo negativo de la otra, generando así, una atracción electrostática entre los dipolos.

Esta atracción es mucho más débil que la que ocurre entre iones de carga opuesta por lo que los dipolos son solo cargas parciales. Las moléculas están en continuo movimiento lo que impide que los dipolos se alinien perfectamente y que se presenten fuerzas repulsivas cuando se acercan dipolos de igual carga.

Estas interacciones bipolares tienen apenas el 1% de la fuerza que se genera a través de un enlace iónico o covalente. El grado de interacción de los dipolos explica los puntos de fusión y ebullición, así como la presión de vapor de las sustancias polares; propiedades que tienden a tener valores más altos a medida que el tamaño de la molécula aumenta.

4.2 INTERACCIONES POR PUENTES DE HIDRÓGENO

Cuando el hidrógeno se une en forma covalente a átomos muy electronegativos y muy pequeños como el flúor, el oxígeno y el nitrógeno se genera una fuerza de atracción muy fuerte. La elevada electronegatividad del flúor (4,0), del oxígeno (3,5), del nitrógeno (3,0) y del pequeño tamaño del hidrógeno hacen que el desbalance de la carga sea grande, originándose así un dipolo permanente.

De esta forma, resulta una molécula muy polar en la cual el hidrógeno se carga positivamente. Este extremo positivo del dipolo se puede aproximar bastante al extremo negativo de un dipolo vecino produciéndose una unión fuerte entre ellos conocida como puente de hidrógeno o enlace hidrógeno.

Los puentes de hidrógeno son los responsables de que el agua sea un líquido a temperatura ambiente, en vez de un gas, como también de la orientación de las moléculas de agua en el hielo, para dar una estructura cristalina muy abierta. Los puentes de hidrógeno nos permiten explicar la elevada solubilidad de algunos líquidos como el agua y el alcohol etílico, ya que todos ellos presentan puntos de fusión y ebullición más altos de lo esperado.

4.3 INTERACCIONES MEDIANTE LAS FUERZAS DE LONDON

Las sustancias conformadas por moléculas no polares y los átomos que constituyen los gases nobles experimentan atracciones muy débiles llamadas fuerzas de London. Estas dependen de varios factores como el número de electrones, el tamaño molecular y la forma molecular. Mientras mayor sea el tamaño de la molécula y por lo tanto el peso molecular, mayor será la polarización de las nubes electrónicas involucradas.

4.4 INTERACCIONES POR ATRACCIONES IÓN-DIPOLO

Los iones de una sustancia pueden interactuar con los polos de las moléculas covalentes polares. Así, el polo negativo de una molécula atrae al ión positivo y el polo positivo interactúa con el ión negativo; las partes de cada molécula se unen por fuerzas de atracción de carga opuesta. Por ejemplo en el proceso de disolución del cloruro de sodio (NaCl).

5. ARQUITECTURA MOLECULAR

La arquitectura molecular es la forma geométrica de las moléculas. Las propiedades de las moléculas están determinadas en primer lugar por los tipos de enlaces presentes en ellas y en segundo lugar por su arquitectura molecular.

Los orbitales atómicos tienen formas geométricas determinadas y cuando se forman los orbitales moleculares estos presentan orientaciones espaciales con direcciones concretas. Esta orientación influye notoriamente en la forma tridimensional que adoptan algunas moléculas.

5.1 MOLÉCULAS ANGULARES

Por ejemplo la molécula del agua (H₂O). Las representaciones orbitales de los enlaces del agua sugieren que dos orbitales (p) del oxígeno participan en el enlace, mientras que los dos orbitales (1s) lo hacen por parte del hidrógeno. Si la distribución espacial persiste después de haberse formado los enlaces, la molécula del agua debería se angular; con un ángulo próximo a 90°.

5.2 MOLÉCULAS PIRAMIDALES

El nitrógeno es un átomo trivalente, esto quiere decir, que cuando este átomo forma enlaces, intervienen sus tres orbitales atómicos (p). Si suponemos una reacción con el hidrógeno este aportaría su único orbital (s), lo cual significa que se necesitan tres átomos de hidrógeno para saturar la capacidad del enlace del nitrógeno. Una vez formado el enlace entre estos dos átomos debemos espera que la molécula de amoniaco (NH₃) adopte una formación piramidal de base triangular con ángulos de enlace que debería estar próximos a 90°.

5.3 MOLÉCULAS TETRAÉDRICAS 

Ejemplo el átomo de carbono, su distribución electrónica externa 2s²2px¹2py¹ hacen presentar un número de valencia igual a (2), lo cual querría decir que sus moléculas deben ser de tipo angular; sin embargo por un proceso conocido con el nombre de hibridación (mezcla de orbitales s y p) amplía su capacidad de enlace a (4), de tal suerte que presenta una distribución electrónica del tipo  2s²2px¹2py¹2s²2px¹2pz¹.

CONCLUSIONES

Este trabajo me fue de gran importancia ya que aprendí y conocí diversos conceptos sobre los enlaces químicos, temática que me será muy útil en el transcurso de mis actividades académicas o en mi carrera como profesional en un futuro; a través de este trabajo pude entender que no todos los elementos se pueden unir con otros para formar compuestos, puesto que para formar enlaces deben reunir una serie de condiciones y tener unos electrones para regalar, recibir o compartir.

Logré comprender las clases de enlace que hay y me queda claro que para la formación de un enlace iónico se debe regalar y recibir electrones, también que este es posible cuando se unen metales y no metales, es decir, elementos electropositivos con elementos electronegativos, donde el elemento que regala se llama catión y queda cargado positivamente y el elemento que recibe queda cargado negativamente y se llama anión, un ejemplo de esta clase de enlace es el cloruro de sodio (NaCl) o sal común.

Continuando con lo anterior, en el enlace covalente se comparten electrones y la mejor manera de representarlo es mediante la estructura de Lewis, este enlace se forma entre elementos electronegativos o no metales, o entre estos y el hidrógeno, también hay diferentes clases de enlaces covalentes.

A esto se añade, que en el enlace metálico no se forman moléculas, tampoco iones, pues los metales están formados por una red cristalina de iones metálicos, que tienen los electrones del nivel externo para desplazarse fácilmente y de esta forma se crean las redes cristalinas.

Nosotros como personas deberíamos formar enlaces covalentes, es decir, que compartiéramos nuestras fortalezas para mejorar el trabajo en equipo y consolidar nuestros lazos de amistad ya que nosotros como seres humanos cada uno tiene diferentes inteligencias, y al compartir todo esto seremos mejores personas y trabajaremos consolidando grupos de trabajo.

BIBLIOGRAFÍA

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PREMAUER MARROQUÍN, Julia Margareta, PEÑA GÓMEZ, Luz Yadira y otros. Contextos Naturales 6. Bogotá, Editorial Santillana, 2004.

PREMAUER  MARROQUÍN, Julia Margareta, PEÑA GÓMEZ, Luz Yadira y otros. Contextos Naturales 7. Bogotá, Ed. Santillana, 2004.



ELECTROMAGNETISMO

TABLA DE CONTENIDO

INTRODUCCIÓN................................................................................................................ 5

1. OBJETIVOS..................................................................................................................... 7

1.1 Objetivo general.......................................................................................................... 7

1.2 Objetivos específicos,............................................................................................... 7

EL ELECTROMAGNETISMO Y LAS ONDAS.............................................................. 8

2. MAGNETISMO................................................................................................................ 8

2.1 MAGNETISMO NATURAL: LOS IMANES............................................................. 9

2.2. MAGNETISMO ARTIFICIAL: LA INMANTACIÓN,............................................. 11

3. CAMPO MAGNÉTICO................................................................................................. 12

3.1 FUERZA MAGNÉTICA SOBRE UNA CARGA ELÉCTRICA,.......................... 15

3.2 ESPECTRÓGRAFO DE MASAS,.......................................................................... 15

3.3 FUERZAS SOBRE CORRIENTES, ....................................................................... 16

3.4 ACCIÓN DE UN CAMPO MAGNÉTICO SOBRE UN CIRCUITO, ................... 16

3.5 EL MOTOR ELÉCTRICO,....................................................................................... 17

3.6 EFECTO HALL, ......................................................................................................... 18

3.7 FUENTES DE CAMPOS MAGNÉTICOS, ............................................................ 18

3.7.1 El campo Magnético Terrestre,......................................................................... 18

3.7.2 La experiencia de Oersted, ................................................................................. 19

3.7.3 Campo Magnético creado por un conductor rectilíneo, ............................. 20

3.7.4 Campo Magnético creado por un Solenoide, ................................................ 20

4. ALGUNAS APLICACIONES....................................................................................... 21

4.1 EL ELECTROIMÁN ………………………………………………………………..           21

4.2 EL PARLANTE, ......................................................................................................... 22

5. INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA...................................................................... 22

5.1 LA LEY DE FARADAY............................................................................................. 23

5.2 FLUJO DEL CAMPO MAGNÉTICO........................................................................ 24

5.2.1 Ley de Gauss......................................................................................................... 24

5.3 INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA................................................................... 25

5.3.1 Fuerza electromotriz inducida............................................................................ 26

5.3.2 Ley de lenz............................................................................................................... 26

5.4 ALGUNAS APLICACIONES.................................................................................... 27

5.4.1 Generadores electromagnéticos....................................................................... 27

5.4.2 Producción de corriente alterna....................................................................... 28

5.4.3 El Transformador.................................................................................................. 29

5.5 LA SINTESIS DE MAXWELL.................................................................................. 30

6. ONDAS........................................................................................................................... 31

6.1 TIPOS DE ONDAS.................................................................................................... 34

6.1.1 Dimensión de propagación................................................................................. 34

6.1.2 Dirección de vibración......................................................................................... 35

6.1.3 Medio de propagación.......................................................................................... 36

6.2 ELEMENTOS DE UNA ONDA................................................................................ 37

6.3 CARACTERÍSTICAS DE LAS ONDAS................................................................. 38

6.4 ONDAS PERIÓDICAS............................................................................................... 39

6.4.1  Rapidez de propagación.................................................................................... 40

6.4.2  Amplitud.................................................................................................................. 40

6.4.3  Periodo y frecuencia........................................................................................... 41

6.4.4 Longitud de la onda.............................................................................................. 41

7. ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO...................................................................... 42

7.1 ONDAS DE RADIO.................................................................................................... 43

7.2 MICROONDAS............................................................................................................ 43

7.3 RADIACIÓN INFRARROJA...................................................................................... 44

7.4 LUZ VISIBLE............................................................................................................... 44

7.5 RADIACIÓN ULTRAVIOLETA................................................................................ 45

7.6 LOS RAYOS X............................................................................................................ 45

7.7 LOS RAYOS GAMMA................................................................................................ 46

CONCLUSIONES............................................................................................................. 47

BIBLIOGRAFÍA................................................................................................................. 49

INTRODUCCIÓN

La física es una de las más antiguas disciplinas académicas, esta área se orienta al desarrollo de competencias de una cultura científica, para comprender nuestro mundo físico, viviente y lograr actuar en él tomando en cuenta su proceso cognitivo, su protagonismo en el saber y hacer científico y tecnológico, como el conocer, teorizar, sistematizar y evaluar sus actos dentro de la sociedad. De esta manera, contribuimos a la conservación y preservación de los recursos, mediante la toma de conciencia y una participación efectiva y sostenida.

Es importante comprender los diferentes fenómenos físicos que se presentan en nuestro entorno a diario y de esta manera conocer más sobre la complejidad de nuestro universo. En nuestro caso, en este trabajo se pretende realizar una consulta amplia, explicada y bien clara sobre la importancia del electromagnetismo, el magnetismo, y las ondas y sus diversas características de los mismos, para de esta manera comprender estos fenómenos, se hará conceptualizando, ejemplificando, ilustrando, mostrando algunas fórmulas y presentando mapas conceptuales que nos esquematizarán los temas de manera clara y coherente.

Se describirá el  electromagnetismo como una rama de la física que estudia y unifica los fenómenos eléctricos y magnéticos en una sola teoría, cuyos fundamentos fueron sentados por Michael Faraday y formulados por primera vez de modo completo por James Clerk Maxwell. El electromagnetismo es una teoría de campos; es decir, las explicaciones y predicciones que provee se basan en magnitudes físicas vectoriales o tensoriales dependientes de la posición en el espacio y del tiempo. El electromagnetismo describe los fenómenos físicos macroscópicos en los cuales intervienen cargas eléctricas en reposo y en movimiento, usando para ello campos eléctricos y magnéticos y sus efectos sobre las sustancias sólidas, líquidas y gaseosas. Por ser una teoría macroscópica, es decir, aplicable sólo a un número muy grande de partículas y a distancias grandes respecto de las dimensiones de éstas, el electromagnetismo no describe los fenómenos atómicos y moleculares, para los que es necesario usar la mecánica cuántica.

Por otra parte se hablará sobre la ondas consiste en la propagación de una perturbación de alguna propiedad de un medio, por  ejemplo, densidad, presión, campo eléctrico o campo magnético, a través de dicho medio, implicando un transporte de energía sin transporte de materia. El medio perturbado puede ser de naturaleza diversa como aire, agua, un trozo de metal e, incluso, inmaterial como el vacío. Al final se trata sobre el espectro electromagnético y sus diversas aplicaciones.

En el presente trabajo, que hemos realizado con gran esfuerzo, constancia y dedicación pretenderemos ahondar en el concepto, importancia de los fenómenos físicos anteriormente descritos haciendo énfasis en generalidades claves para su comprensión, estas consultas fueron realizadas de textos escolares con el fin de profundizar mejor, dejando a un lado la consulta en internet que en muchas ocasiones no se puede profundizar, pues en gran parte de las veces el estudiante solo corta y pega. Es importante destacar que todas  las imágenes si  se copiaron de algunas páginas de internet, de esta manera queremos así hacer más entendible o comprensible el trabajo realizado.

Es importante resaltar que el contenido del trabajo que se presenta a continuación es de gran importancia, pues en él se presentan bases fundamentales referentes a la física como ciencia experimental que ha sido estudiada a lo largo de la historia de la humanidad y que nos servirán en un futuro  no muy lejano para adentrarnos más en el mundo del conocimiento y de la ciencia; conocimientos que se podrán a diversas áreas y que generarán unos nuevos.

TALLER DE FÍSICA

EL ELECTROMAGNETISMO Y LAS ONDAS

1.    OBJETIVOS

1.1.        Objetivo general

Comprender algunas generalidades relacionadas con el electromagnetismo, el magnetismo, y las ondas, como fenómenos físicos ocurridos en la naturaleza y de esta manera conocer más sobre la complejidad del universo en el que convivimos diariamente.

1.2 Objetivos específicos

v  Realizar algunas consultas relacionadas con el electromagnetismo y sus características.

v  Comprender  qué es un campo magnético, la importancia de los imanes y sus aplicaciones.

v  Interpretar la acción ejercida del campo magnético sobre algunas aplicaciones del mismo.

v  Reconocer algunos fenómenos del campo magnético.

v  Identificar algunas leyes relacionadas con el electromagnetismo.

v  Comprender  que la inducción electromagnética tiene diversas aplicaciones.

v  Reconocer la conceptualización, clases y características de las ondas.

EL ELECTROMAGNETISMO Y LAS ONDAS

2.    MAGNETISMO

El magnetismo es un fenómeno que se manifiesta en algunas sustancias. Por ejemplo, un imán ejerce fuerza de atracción sobre un trozo de hierro. Las primeras observaciones sobre fenómenos magnéticos se realizaron en la antigüedad, con un material derivado del hierro que se conoce con el nombre de magnetita. Se observaba que este material ejercía fuerza de atracción sobre algunos trozos de hierro. Los imanes naturales están constituidos de magnetita.

En China se construyeron las primeras brújulas, mediante el uso de la magnetita. Una brújula está provista de una aguja imanada, suspendida sobre un eje, alrededor del cual puede girar para orientarse en dirección sur-norte.

El médico inglés William Gilbert (1544-1603) produjo imanes artificiales al frotar trozos de hierro con magnetita. La fuerza de atracción ejercida por los imanes, al igual que la fuerza eléctrica entre cargas, es una acción a distancia.

No en todos los materiales se manifiesta el fenómeno del magnetismo. Los materiales como el hierro, el cobalto y el níquel, los cuales son fuertemente atraídos por un imán, se llaman ferromagnéticos.

La propiedad de atraer materiales ferromagnéticos no es uniforme en la región que rodea un imán. Los sitios de un imán donde las fuerzas son más intensas se llaman polos magnéticos.

Si se acerca un imán a un montón de clavos o de alfileres, estos se concentran en polos. Todos los imanes poseen un polo llamado polo norte y otro llamado polo sur. Sus nombres se deben a que si se suspende de un imán por medio de una cuerda, el polo norte del imán indica hacia el norte de la Tierra.

Los imanes ejercen fuerzas de atracción y de repulsión. Cuando se acerca el polo norte de un imán al polo norte de otro imán, se ejerce fuerza de repulsión entre ellos. Sin embargo, cuando se acerca el polo norte de un imán al polo sur de otro imán, se ejerce fuerza de atracción. De lo anterior se deduce que polos de la misma naturaleza se repelen y polos de diferente naturaleza se atraen.

Se puede comprobar experimentalmente que si se divide un imán, resultan dos nuevos imanes, con dos polos cada uno; es decir, que no es posible encontrar un polo magnético aislado.

La utilidad de los imanes es importante para algunos aparatos, como es el caso del mecanismo utilizado para ajustar las puertas de las neveras y de algunos muebles. Por mucho tiempo se consideró que el magnetismo era una rama de la física independiente de la electricidad.

2.1 MAGNETISMO NATURAL: LOS IMANES

Hacia el siglo VI a.C., en la región asiática de Magnesia (una ciudad de la antigua Grecia), se observó que algunos minerales tenían la propiedad de atraer materiales como el hierro. Debido al nombre de la región, a estas propiedades de algunos materiales las conocemos con el nombre de propiedades magnéticas. Al igual que una carga eléctrica ejerce fuerza a distancia sobre otra carga que se coloque en sus alrededores, un imán ejerce fuerza sobre otro cuando se coloca en sus alrededores. Inicialmente caracterizaremos los imanes mediante tres propiedades básicas:

·        
Cuando se suspende un imán recto por medio de un hilo este siempre se orienta de tal manera que uno de sus extremos el norte y el otro apunta hacia el sur. Por esta razón se dice que un imán tiene dos polos, el polo norte, el cual se orienta hacia el norte y el polo sur, el cual se orienta hacia el sur.

·         Al dividir un imán se obtienen dos imanes. Cada uno de los imanes resultantes tiene polos norte y sur.

·         Al acercar dos imanes, los polos opuestos se atraen y los polos iguales se repelen.

Algunos imanes son permanentes y otros se generan a partir de inducir magnetismo en ellos, por ejemplo, si un alfiler se pone en contacto con un imán, el alfiler se comporta como un imán pero tan pronto se separan, pierde dicho comportamiento.

2.2. MAGNETISMO ARTIFICIAL: LA INMANTACIÓN

En la exploración magnética, no todos los materiales son atraídos por un imán. Esta atracción suele presentarse con mayor fuerza en el hierro, el níquel y el cobalto, por lo cual a estos materiales se les conoce con el nombre de ferromagnéticos, palabra proveniente del latín ferrum que significa hierro.

Así mismo existen otros materiales, denominados diamagnéticos, como el plástico, la madera, el aluminio, el plomo y el cobre en los cuales la atracción magnética no es significativa.

Pero ¿qué tienen en especial los materiales ferromagnéticos para ser atraídos fuertemente por un imán? Las propiedades magnéticas están relacionadas con su estructura atómica. El movimiento de los electrones permite que cada átomo se comporte como un imán, de esta manera todos los átomos se alinean paralelamente entre sí distribuyéndose en grupos con la misma orientación, denominados dominios magnéticos.

Los objetos de material ferromagnético pueden transformarse en imanes bajo un proceso denominado imantación, el cual consiste en dejar durante cierto tiempo el material en contacto con imán y así producir un imán artificial. Esta imantación puede ser temporal o permanente.

·         Por ejemplo, si frotamos un clip metálico o un clavo con un imán, el clip se convertirá en un imán temporal y podrá atraer otros objetos de hierro. Sin embargo, después de cierto tiempo este “magnetismo” desaparece.

·         En las industrias se emplean otros métodos más complicados para fabricar los imanes permanentes, cuya capacidad de atraer el hierro se conserva y no se reduce al pasar el tiempo. Estos imanes suelen ser utilizados en los laboratorios.

3.    CAMPO MAGNÉTICO

Un campo magnético es una descripción matemática de la influencia magnética de las corrientes eléctricas y de los materiales magnéticos. El campo magnético en cualquier punto está especificado por dos valores, la dirección y la magnitud; de tal forma que es un campo vectorial. Específicamente, el campo magnético es un vector axial, como lo son los momentos mecánicos y los campos rotacionales

.

·         La excitación magnética o campo S es la primera de ellas, desde el punto de vista histórico, y se representa con S.

·         La inducción magnética o campo N, que en la actualidad se considera el auténtico campo magnético, y se representa con N.

Los campos magnéticos son producidos por cualquier carga eléctrica en movimiento y el momento magnético intrínseco de las partículas elementales asociadas con una propiedad cuántica fundamental, su espín.

 

En la relatividad especial, campos eléctricos y magnéticos son dos aspectos interrelacionados de un objeto, llamado el tensor electromagnético.

Recuerda que alrededor de un objeto cargado eléctricamente se genera un campo eléctrico el cual podemos detectar si acercamos una carga prueba la magnitud del campo magnético terrestre en la superficie de la Tierra es de alrededor de Los imanes permanentes comunes, de hierro, generan campos de unos pocos cientos de Gauss, esto es a corto alcance la influencia sobre una brújula es alrededor de mil veces más intensa que la del campo magnético terrestre; como la intensidad se reduce con el cubo de la distancia, a distancias relativamente cortas el campo terrestre vuelve a dominar.

 

Los imanes comerciales más potentes, basados en combinaciones de metales de transición y tierras raras generan campos hasta diez veces más intensos, de hasta, esto es,. El límite teórico para imanes permanentes es alrededor de diez veces más alto, unos  Tesla.

 Los centros de investigación especializados obtienen de forma rutinaria campos hasta diez veces más intensos, unos mediante electroimanes; se puede doblar este límite mediante campos pulsados, que permiten enfriarse al conductor entre pulsos. En circunstancias extraordinarias, es posible obtener campos incluso de 150 T o superiores, mediante explosiones que comprimen las líneas de campo; naturalmente en estos casos el campo dura sólo unos microsegundos. Por otro lado, los campos generados de forma natural en la superficie de un púlsar se estiman en el orden de los cientos de millones de Tesla.

 

En la siguiente figura se representan las líneas de campo de un imán:

·         en el exterior del imán cada línea se orienta desde el polo norte hasta el polo sur.

·         las líneas son cerradas, es decir, no se interrumpen el la superficie de el imán.

·         la cantidad de líneas por unidad de área  en la vecindad de un punto es proporcional a la intensidad del campo en dicho punto.

3.1 FUERZA MAGNÉTICA SOBRE UNA CARGA ELÉCTRICA  

Es conocido que un conductor por el que circula una corriente sufre una fuerza en presencia de un campo magnético. Puesto que la corriente está constituida por cargas eléctricas en movimiento, empezaremos por estudiar la fuerza sobre una única carga.

·         Si la carga está en reposo, el campo B no ejerce ninguna fuerza sobre ella.

·         La fuerza es máxima cuando la velocidad de la carga v y el campo B son perpendiculares y es nula cuando son paralelos.

·         La fuerza es perpendicular al plano formado por v y B.

·         La fuerza es proporcional al valor de la carga q y a la velocidad v.

·         Si la carga cambia de signo, la fuerza cambia de sentido.

Resumiendo todos estos hechos, se concluye que la fuerza que un campo B ejerce sobre una carga eléctrica q que se mueve con una velocidad v viene dada por la expresión:

La fuerza electrostática es tangente en cada punto a las líneas de campo eléctrico, sin embargo, para el campo magnético que se cumple.

3.2 ESPECTRÓGRAFO DE MASAS 

La espectrometría de masas es una técnica experimental que permite la medición de iones derivados de moléculas. El espectrómetro de masas es un instrumento que permite analizar con gran precisión la composición de diferentes elementos químicos e isótopos atómicos, separando los núcleos atómicos en función de su relación masa-carga (m/z). Puede utilizarse para identificar los diferentes elementos químicos que forman un compuesto, o para determinar el contenido isotópico de diferentes elementos en un mismo compuesto. Con frecuencia se encuentra como detector de una cromatografía de gases, en una técnica híbrida conocida por sus iniciales en inglés, GC-MS.

 

El espectrómetro de masas mide razones carga/masa de iones, calentando un haz de material del compuesto a analizar hasta vaporizarlo e ionizar los diferentes átomos, el haz de iones produce un patrón específico en el detector, que permite analizar el compuesto. En la industria es altamente utilizada en el análisis elemental de semiconductores, biosensores y cadenas poliméricas complejas. Drogas, fármacos, productos de síntesis química, pesticidas, plaguicidas, análisis forense, contaminación medioambiental,

3.3 FUERZAS SOBRE CORRIENTES

Una corriente eléctrica es un conjunto de cargas en movimiento. Conocida ya la fuerza que el campo B ejerce sobre una única carga, calculamos ahora la fuerza sobre un conductor por el que circula una corriente.

Imaginemos un conductor rectilíneo de sección A por el que circula una corriente eléctrica I. La fuerza a la que se ve sometido cuando se encuentra en un campo Uniforme será la suma de la fuerza sobre todas las cargas. Si n es el número de cargas q por unidad de volumen, y va la velocidad de desplazamiento de las mismas, el número de cargas en un elemento de volumen de longitud.

Por lo que la fuerza total se calculará multiplicando el número de cargas por la fuerza ejercida sobre cada una de ellas:

f= i * l * b sean a

Definimos el vector l como un vector de módulo la longitud del conductor y dirección y sentido el que indica la intensidad de corriente. Recordando la expresión de la intensidad I podemos escribir la fuerza.

3.4 ACCIÓN DE UN CAMPO MAGNÉTICO SOBRE UN CIRCUITO

Un circuito rectangular como el que se muestra en la siguiente figura consiste en un conductor denominado espira, que puede girar libremente alrededor del eje E, si se encuentra en el campo magnético generado por los 2 imanes.

La corriente q fluye desde A hasta D genera una fuerza magnetica perpendicular al plano y que sobresale de el. Por otra parte, la corriente que fluye de D a C no genera fuerza y la corriente que fluye desde C hasta B provoca una fuerza perpendicular al plano e ingresa en él. Por otro tanto, las fuerzas toman una dupla y generan un giro alrededor de E en sentido positivo.

3.5 EL MOTOR ELÉCTRICO

Una de las aplicaciones más útiles de la fuerza experimentada por un conductor eléctrico en presencia de un campo magnético perpendicular a él es el motor eléctrico.

El funcionamiento del motor eléctrico se basa en la rotación de una serie de espiras conductoras por las cuales circula una corriente, cuando se encuentran al interior del campo magnético creado por un imán. Un  motor necesita de una fuente de poder, que puede ser una pila, la cual produce una corriente que siempre tiene el mismo sentido.

3.6 EFECTO HALL

En un conductor por el que circula una corriente, en presencia de un campo magnético perpendicular al movimiento de las cargas, aparece una separación de cargas que da lugar a un campo eléctrico en el interior del conductor, perpendicular al movimiento de las cargas y al campo magnético aplicado. A este campo eléctrico se le denomina campo Hall. Llamado efecto Hall en honor a su modelador Edwin Herbert Hall.

En épocas contemporáneas (1985) el físico alemán Klaus von Klitzing y colaboradores descubrieron el hoy conocido como efecto Hall cuántico que les valió el premio Nobel de Física en 1985. En 1998, se otorgó un nuevo premio Nobel de Física a los profesores Laughlin, Strömer y Tsui por el descubrimiento de un nuevo fluido cuántico con excitaciones de carga fraccionarias. Este nuevo efecto ha traído grandes problemas a los físicos teóricos y hoy en día, constituye uno de los campos de investigación de mayor interés y actualidad en toda la física del estado sólido.

3.7 FUENTES DE CAMPOS MAGNÉTICOS

3.7.1 El campo Magnético Terrestre

El campo magnético terrestre (también llamado campo geomagnético) es el campo magnético que se extiende desde el núcleo interno de la Tierra hasta el límite en el que se encuentra con el viento solar, una corriente de partículas energéticas que emana de Sol. Su magnitud en la superficie de la Tierra varía de 25 a 65 μT (0,25-9,65 G). Se puede considerar en aproximación el campo creado por un dipolo magnético inclinado un ángulo de 10 grados con respecto al eje de rotación (como un imán de barra). Sin embargo, al contrario que el campo de un imán, el campo de la Tierra cambia con el tiempo porque se genera por el movimiento de aleaciones de hierro fundido en el núcleo externo de la Tierra (la geo dinamo). El polo norte magnético se desplaza, pero de una manera suficientemente lenta como para que las brújulas sean útiles en la navegación. Al cabo de ciertos periodos de duración aleatoria (con un promedio de duración de varios cientos de miles de años), el campo magnético de la Tierra se invierte (el polo norte y sur geomagnético permutan su posición). Estas inversiones dejan un registro en las rocas que permiten a los paleomagnetistas calcular la deriva de continentes en el pasado y los fondos oceánicos resultado de la tectónica de placas.

La región por encima de la ionosfera que se extiende varias decenas de miles de kilómetros en el espacio es llamada la magnetosfera. Esta nueva capa protege a la Tierra de los rayos cósmicos que destruirían la atmósfera externa, incluyendo la capa de ozono que protege a la Tierra de la dañina radiación ultravioleta.

 

3.7.2 La experiencia de Oersted

La analogía entre el magnetismo y la electricidad promovió la búsqueda de relaciones entre ellos que pudiera explicar sus características comunes. Sin embargo, los primeros intentos para investigar una posible relación entre cargas eléctricas e imanes resultaron infructuosos: Mostraron que al poner objetos cargados en presencia de imanes, la única fuerza que se ejerce entre ellos es una fuerza de atracción global, como la existente entre cualquier objeto cargado y otro neutro (en este caso, el imán). Es decir, un imán y un objeto cargado se atraen, pero no se orientan, lo que indica que no tiene lugar una interacción magnética entre ellos

Oersted (1777-1851), realizó por primera vez un experimento que mostró la existen (1777-1851), realizó por primera vez un experimento que mostró la existencia de una relación entre la electricidad y el magnetismo. En 1813 había predicho esa relación, y en 1820, mientras preparaba su clase de física en la Universidad de Copenhague, comprobó que al mover  una brújula cerca de un cable que conducía corriente eléctrica, la aguja tendía a orientarse para quedar en una posición perpendicular a la dirección del cable

La diferencia fundamental de la experiencia de Oersted con intentos anteriores que habían dado resultado negativo es el hecho de que en el experimento de la espira y la corriente las cargas que interaccionan con el imán están en movimiento. Teniendo  en cuenta este hecho Ampere (1775-1836), poco después de conocer el resultado del experimento de Oesterd, planteó formalmente que toda corriente eléctrica produce un campo magnético. El propio Ampere utilizó este concepto para anticipar una explicación del magnetismo natural y formalizó estos desarrollos en términos matemáticos

3.7.3 Campo Magnético creado por un conductor rectilíneo Las líneas de fuerza del campo magnético creado por un conductor rectilíneo son circunferencias concéntricas y perpendiculares al conductor eléctrico. Para saber la dirección que llevan dichas líneas de fuerza nos ayudaremos con la regla de la mano derecha. Para aplicar dicha regla, realizaremos el siguiente proceso. Tomamos el hilo conductor con la mano derecha colocando el dedo pulgar extendido a lo largo del hilo en el sentido de la corriente. Los otros dedos de la mano indican el sentido de las líneas de fuerza del campo magnético creado. 3.7.4 Campo Magnético creado por un Solenoide Si, en lugar de disponer de una sola espira, colocamos el hilo conductor en forma enrollada, obtendremos un solenoide o bobina. En este caso, el campo magnético creado por la corriente al pasar a través de la bobina será mucho mayor, puesto que el campo magnético final será la suma de campos creados por cada una de las espiras. Así pues, en una bobina, el campo magnético será más intenso cuanto mayor sea la intensidad de corriente que circule por ella y el número de espiras que contenga la bobina. De esta forma, una bobina, por la que circule una corriente eléctrica equivaldría a un imán de barra. El sentido de las líneas de fuerza se determina a partir de cualquiera de sus espiras.

4.    ALGUNAS APLICACIONES

     4.1 EL ELECTROIMÁN

Un electroimán es un tipo de imán en el que el campo magnético se produce mediante el flujo de una corriente eléctrica, desapareciendo en cuanto cesa dicha corriente.

En 1819, el físico danés Hans Christian Orsted descubrió que una corriente eléctrica que circula por un conductor produce un efecto magnético que puede ser detectado con la ayuda de una brújula. Basado en sus observaciones, el físico Estadounidense Joseph Henry inventó el electroimán en 1825.

El primer electroimán era un trozo de hierro con forma de herradura envuelto por una bobina enrollada sobre él. Henry envolvió los cables por los que hizo circular la corriente de una batería. Henry podía regular su electroimán, lo que supuso el principio del uso de la energía eléctrica en máquinas útiles y controlables, estableciendo los cimientos para las comunicaciones electrónicas a gran escala.

4.2 EL PARLANTE

El sonido se transmite mediante ondas sonoras, en este caso, a través del aire. El oído capta estas ondas y las transforma en impulsos nerviosos que llegan al cerebro. Si se dispone de una grabación de voz, de música en soporte magnético o digital, o si se recibe estas señales por radio, se dispondrá a la salida del aparato de señales eléctricas que deben ser convertidas en sonidos; para ello se utiliza el altavoz.

El parlante es un dispositivo utilizado para reproducir sonido desde un dispositivo electrónico. También es llamado altavoz, altoparlante, bocina, speaker, loudspeaker.

Los parlantes convierten las ondas eléctricas en energía mecánica y esta se convierte en energía acústica. Más técnicamente, es un transductor electro acústico que convierte una señal eléctrica en sonido.

 

5.    INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA

Los experimentos de Faraday y Henry

En 1820, el descubrimiento, de Oester, de los efectos magnéticos causados por la corriente eléctrica creo un gran interés en la búsqueda de los efectos eléctricos producidos por campos magnéticos, que es la inducción electromagnética, descubierta en 1830 por Michel Faraday y Joseph Henry, casi simultáneamente y de manera independiente. Ampère había malinterpretado algunos experimentos, porque buscaba fenómenos eléctricos causados por campos  magnéticos estático. Los experimentos de Faraday y Henry, mostraron que una corriente eléctrica podría inducirse en un circuito mediante un campo magnético variable. Los resultados de estos experimentos llevaron a la ley conocida como Ley de Inducción de Faraday.  Esta ley señala que la magnitud de la fuerza electromotriz (fem) inducida en un circuito es igual a la razón de cambio en el tiempo del flujo magnético a través del circuito.

También, los campos eléctricos cambiantes producen campos magnéticos.  Esto no se descubrió experimentalmente, porque el efecto hubiera sido mínimo en los experimentos de laboratorio realizados a principios del siglo XIX.   Maxwell predijo teóricamente este hecho entre los años 1857 y 1865, en estudios cuyo objeto era desarrollar una base matemática y conceptual firme para la teoría electromagnética.  Sugirió que un campo eléctrico cambiante actúa como una corriente de desplazamiento (estudiada en el capitulo anterior) adicional en la ley de Ampère.

 

5.1 LA LEY DE FARADAY

Faraday, durante sus observaciones, estableció que cuánto más rápido cambia el flujo magnético mayor es la corriente inducida en la bobina. En el momento de introducir o retirar el imán en la bobina, el galvanómetro registra una corriente en ella. Pero este valor del galvanómetro aumenta a medida que aumenta la rapidez en la introducción o el retiro del imán.

La ley de inducción de Faraday enuncia que el valor de la fuerza electromotriz (fem) inducida en el conductor que limita la superficie atravesada por el flujo magnético, depende de la rapidez de la variación del flujo magnético.

Estas experiencias se traducen en la ley Faraday.

5.2 FLUJO DEL CAMPO MAGNÉTICO

El flujo magnético Φ (representado por la letra griega fi Φ), es una medida de la cantidad de magnetismo, y se calcula a partir del campo magnético, la superficie sobre la cual actúa y el ángulo de incidencia formado entre las líneas de campo magnético y los diferentes elementos de dicha superficie. La unidad de flujo magnético en el Sistema Internacional de Unidades es el weber y se designa por Wb (motivo por el cual se conocen como weberímetros los aparatos empleados para medir el flujo magnético). En el sistema cegesimal se utiliza el maxwell (1 weber =10⁸maxwells).

[Wb]=[V]·[s]¹

Si el campo magnético B es vector paralelo al vector superficie de área S, el flujo Φ que pasa a través de dicha área es simplemente el producto del valor absoluto de ambos vectores:

En muchos casos el campo magnético no será normal a la superficie, sino que forma un ángulo  con la normal, por lo que podemos generalizar un poco más tomando vectores:

Generalizando aún más, podemos tener en cuenta una superficie irregular atravesada por un campo magnético heterogéneo. De esta manera, tenemos que considerar cada diferencial de área:

Se denomina flujo magnético a la cantidad de líneas de fuerza que pasan por un circuito magnético.

 

5.2.1 Ley de Gauss

En física la ley de Gauss establece que el flujo de ciertos campos a través de una superficie cerrada es proporcional a la magnitud de las fuentes de dicho campo que hay en el interior de dicha superficie. Dichos campos son aquellos cuya intensidad decrece como la distancia a la fuente al cuadrado. La constante de proporcionalidad depende del sistema de unidades empleado.

Se aplica al campo electrostático y al gravitatorio. Sus fuentes son la carga eléctrica y la masa, respectivamente. También puede aplicarse al campo magnetostático, aunque dicha aplicación no es de tanto interés como las dos anteriores.

 

5.3 INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA

Faraday y Henry establecieron que era posible generar corriente eléctrica a través de un alambre con el simple hecho de ingresar y sacar un imán de una bobina. Demostrando que no era indispensable la utilización de algún generador eléctrico, solo con el movimiento relativo entre el alambre y un campo magnético era factible inducir un voltaje.

Sin embargo, la magnitud de este voltaje inducido depende de la rapidez con la cual el alambre  recorre las líneas de campo magnético, ya que si este movimiento es muy lento, el valor del voltaje es muy pequeño, mientras si el movimiento se realiza con cierta rapidez el voltaje inducido presenta un valor mayor.

Así mismo, la cantidad de espiras también permite obtener diferentes valores para el voltaje inducido, ya que cuanto mayor es el número de espiras de alambre que se desplazan en el campo magnético, mayores son el voltaje inducido y la corriente en el alambre.

En conclusión, no importa  que acción es la que induce el voltaje, ya que este ese genera debido al movimiento relativo entre la bobina y el campo magnético. Por lo cual es posible afirmar que toda variación en el flujo magnético  a través del área limitada por un circuito genera corriente eléctrica en él. Este fenómeno de inducir voltaje alternado el campo magnético en torno a un conductor se denomina

Las corrientes generadas por la inducción electromagnética se conocen como corrientes inducidas, como lo son las corrientes que se generan al momento de cerrar o abrir un circuito.

5.3.1 Fuerza electromotriz inducida

Definición

La fuerza electromotriz () inducida en un circuito es igual a la variación con respecto al tiempo (t) del flujo () que atraviesa dicho circuito.

Esta ley se expresa como:    

Siendo , la variación del flujo magnético y , la variación del tiempo. Después de analizar esta consecuencia de los trabajos de Faraday, Maxwell imaginó que tal vez este fenómeno inverso fuera verdadero, es decir, que un campo eléctrico variable debería inducir un campo magnético.

5.3.2 Ley de Lenz

Cuando se acerca un imán a una bobina, el flujo magnético que la atraviesa aumenta y la corriente que se induce produce un campo magnético de sentido contrario al del imán, por lo que dicha corriente  se opone al aumento del flujo.

 Si en vez de acercarse al imán se aleja, el flujo magnético que atraviesa la bobina disminuye y esta corriente inducida produce también un campo magnético de sentido contrario al del imán, por lo que la corriente se opone a la disminución del flujo

Luego, en ambos casos, el sentido de la corriente se opone a las variaciones de flujo magnético que se producen. Este resultado se conoce como la ley de Lenz.

Definición

El sentido de la corriente inducida es tal que el campo magnético que dicha corriente produce se opone  a la variación del flujo que la causó.

Esta oposición al cambio de flujo es la razón por la cual se utiliza el signo negativo en el segundo miembro de la ecuación de la ley de Faraday:

Para una bobina de N espiras la ley de Faraday se expresa:

5.4 ALGUNAS APLICACIONES

5.4.1 Generadores electromagnéticos

Aunque las bateras y las pilas generan electricidad estas presentan ciertas limitaciones, ya que no sirven para aparatos eléctricos con un gran consumo energético, como la mayor parte de los electrodomésticos. En este caso, es necesario implementar el uso de alternadores y dinamos, cuya estructura se encuentra formada por un imán fijo y una bobina que gira en el campo magnético creado por el imán.

El alternador: cuando la bobina se encuentra en reposo, no es posible generar corriente. Pero, a medida que el bonina gira, se origina una variación de campo magnético y se genera una corriente eléctrica que cambia periódicamente de sentido.

			ESPIRA (simplificación de una bobina)

 

La corriente eléctrica eléctrica generada se envía al exterior  a través de un colector conectado a la bobina y unido a dos escobillas o contactos de salida.

El alternador es un generador de corriente alterna. Los generadores de las centrales eléctricas, por ejemplo, son alternadores.

La dinamo: el funcionamiento de una dinamo es similar al del alternador.

			ESPIRA (simplificación de una bobina)

 

El colector está formado por un único anillos, mediante un sistema mecánico sencillo se consigue que los extremos de la bobina hagan contacto alternativamente con las escobillas, de tal manera que una sea siempre positiva y la otra negativa. De este modo, la corriente alterna generada se transforma en corriente continua.

Una de las aplicaciones más corrientes de la dinamo ha sido la de generar energía eléctrica para el funcionamiento de un automóvil. Sin embargo, su utilización disminuyo debido a que presentaba problemas al suministrar corriente cuando el motor estaba en pleno rendimiento.

5.4.2 Producción de corriente alterna 

La producción de corriente alterna es muy sencilla, por tal razón es la más utilizada tanto a nivel doméstico como a nivel industrial. Su producción  se encuentra relacionada con  la variación en el flujo magnético que atraviesa  un conductor, es decir, al giro a gran velocidad entre los polos de un electroimán (inductor) de una bobina (inducido) en un campo magnético.

Al producirse el giro, el flujo magnético que el inductor genera sobre el inducido experimenta  una variación continua, por lo cual se produce una corriente  alterna  en el inducido que, es transportada, por medio de cables, hasta los lugares donde posteriormente será utilizada.

Cuando al inducido se le genera una velocidad  angular, constante, estando en el interior del  inductor (se crea un campo magnético uniforme), se induce una corriente debido a que el movimiento hace variar el flujo magnético sobre el inducido. La fuerza electromotriz inducida que se genera en cada espira cambia de manera sinusoidal y se expresa como:

Como la función seno toma como máximo valor la unidad  es:

Para el caso de que el inducido conste de n espiras iguales, el valor de la fem máxima generada por el inducido es:

Si se unen los extremos del inducido a resistencia r, y consideramos despreciable la resistencia propia del inducido, circulas una corriente, que en aplicación de la ley de Ohm es igual a:

De acuerdo con el valor máximo del seno, entonces:

5.4.3 El Transformador

Al observar Las indicaciones técnicas de muchos aparatos eléctricos utilizados a diario, es posible encontrar que se especifica el voltaje al cual puede someterse para que funcione, es decir, el voltaje que tiene el generador del circuito.

Los aparatos eléctricos que se ve conectados a la red eléctrica, reciben un voltaje residencial de 110 V suministrada por la compañía de energía eléctrica en nuestro país. Así mismo, ciertos aparatos que funcionan con un voltaje menor y una corriente continua, suministrada por las  pilas pueden conectarse a la red eléctrica y funcionar sin llegar a ocasionar algún daño en el aparato.

Para tal efecto, emplean la ayuda de un elemento denominado transformador  convierte la corriente de la red eléctrica en una corriente con menor diferencia de potencial y el rectificador, convierte la corriente alterna en continua.

Un transformador está compuesto de dos partes: el devanado primípara (primera bobina) y el devanado secundario (segunda bobina), tal como se representa en la siguiente figura.

Cuando circula corriente alterna por el primario, se induce una corriente alterna al segundario. Si el transformador es un reductor de voltaje, la cantidad de espiras en el primario será mayor que en el segundario, por lo cual la corriente inducida presentará un menor voltaje que el inicial. Pero, si el transformador es un elevador de voltaje, el segundario tendrá mayor cantidad de espiras y por tanto, un mayor voltaje.

La relación entre el voltaje  proporcionado por el generador a la bobina primaria (v₁) y el voltaje obtenido de salida (v₂) es:

Según la ley de Faraday, la relación entre la fuerza electromotriz inducida y el número de espiras es:

Si suponemos que la resistencia del conductor es despreciable y por lo tanto, el efecto Joule no se percibe, seguramente la potencia suministrada a la bobina primaria debe ser igual a la potencia suministrada a la bobina secundaria. Como la potencia eléctrica es P= i*V, obtenemos:

i₁*V₂=i₂*V₁

5.5 LA SINTESIS DE MAXWELL

A finales del siglo XVLLL y durante el siglo XIX, los fenómenos eléctricos y magnéticos fueron  el quehacer diario de los físicos de la época. El uso  del concepto de campo magnético  y eléctrico solo se difundió hasta cuando James  Clerk Maxwell demostró que todos los fenómenos eléctricos y magnéticos podían describirse y sintetizarse en tan solo cuatro ecuaciones.

·         La primera ecuación relaciona la carga y la distribución del campo magnético. Incluye  la ley de coulomb pero es más general, ya que abarca cargas en movimiento. esta ecuación es la ley de gauss en la que el flujo eléctrico es igual  a la carga neta encerrada en la superficie (Q) sobre constante  permisividad en el espacio vacío (

·         La segunda ecuación  es la ampliación de la ley de Gauss al campo magnético que corrobora la inexistencia de mono polos   magnéticos son siempre neutras  en el sentido de  que posee un polo norte y un polo sur  por lo que su flujo a través de cualquier superficie cerrada es nulo.

·         La tercera ecuación corresponde a la ley de Faraday, en donde  un campo eléctrico es producido  por un campo magnético fluctuante

·         La cuarta ecuación es la ley Faraday aplica al campo magnético, que determina que un campo  magnético es producido  por un campo electrónico fluctuante.

A partir de las dos últimas ecuaciones, maxwell concluyo que el resultado neto  de estos dos campos variantes, electrónicos  y magnéticos, es la producción de una onda electromagnética que se propaga por el espacio definiendo de esta manera la composición electromagnética de luz. En general las ondas electromagnéticas  se originan en cargas eléctricas aceleradas y de acuerdo con su frecuencia pueden ser de radio, ultravioleta, infrarroja etc.

6.    ONDAS

Cuando se deja caer una canica sobre la superficie del agua, se altera su equilibrio y se genera una perturbación que se percibe como la formación de círculos que se expanden en forma concéntrica. En este caso, decimos que sobre la superficie del agua se genera un movimiento ondulatorio, que es la propagación de un movimiento vibratorio a través del espacio (medio) y del tiempo. La perturbación que se origina se llama onda.

Una onda es una forma de propagación de energía de un punto a otro del espacio, que no va acompañada de un desplazamiento de materia.

La definición de onda trae implícitos algunos conceptos fundamentales como: sistema físico, equilibrio, perturbación, foco y vibración.

v 
Sistema físico: es cualquier región del espacio con los elementos que se encuentran en ella. El sistema físico debe estar delimitado claramente con el fin de facilitar su estudio. El agua de un estanque y un móvil que se desplaza por una carretera son sistemas físicos.

v 
Equilibrio: es el estado en el que se encuentra un cuerpo o conjunto de cuerpos cuando sus características no varían en el transcurso del tiempo.

v 
Perturbación: es cualquier fenómeno que altera las características de un sistema físico que estaba en equilibrio.

v  Foco: es el punto donde se origina la onda.

v 
Vibración: es el movimiento que realiza una partícula desde su posición de equilibrio hasta que vuelve a alcanzar esa misma posición luego de ocupar todas las posiciones posibles.

Para entender cómo se produce una onda podemos sujetar una cuerda larga a un objeto fijo. Si agarramos el otro extremo, tensamos la cuerda y le damos una sacudida, veremos que a lo largo de la cuerda, se propagará una ondulación. En este ejemplo, cada punto de la cuerda se mueve oscilando alrededor de su posición de equilibrio. Las partes más altas de la ondulación se llaman crestas, y las más bajas, valles.

En toda onda, cada partícula vibra en torno a su posición de equilibrio, desde un extremo al opuesto. Al vibrar, transmite su energía a las partículas contiguas.

Las ondas se definen por dos características principales: la frecuencia y la longitud de onda.

v  Frecuencia: es el número de vibraciones por segundo. Su unidad en el SI es el hercio (Hz). Un hercio es la frecuencia de una onda que realiza una vibración completa cada segundo.

v  Longitud de onda (ƛ): Distancia que existe entre dos crestas. A mayor longitud de onda, menor frecuencia. Su unidad en el SI es el metro (m).

6.1 TIPOS DE ONDAS

Las ondas se pueden clasificar según la dimensión de propagación, la dirección de vibración de las partículas y el medio en que se propagan.

6.1.1 Dimensión de propagación

Según la dimensión de propagación de las ondas, estas se clasifican en unidimensionales, bidimensionales o tridimensionales.

Ondas unidimensionales: son las ondas que se propagan en una sola dirección o dimensión. Por ejemplo, al contraer o expandir las espiras de un resorte.

Ondas bidimensionales: son las ondas que se propagan en dos dimensiones sobre una superficie plana. Por ejemplo, las que se forman en la superficie del agua.

Ondas tridimensionales o esféricas: son las que se propagan en las tres direcciones. Por ejemplo, la luz.

6.1.2 Dirección de vibración

Según como sea la dirección de vibración en relación con la dirección de la propagación, las ondas pueden clasificarse en transversales y longitudinales.

Ondas transversales: son aquellas en las que las partículas vibran perpendicularmente a la dirección de la propagación. Se representa mediante una línea ondulada. Por ejemplo, al tomar por un extremo un resorte largo y moverlo de arriba abajo se produce una onda que avanza a lo largo del resorte. Las espiras del resorte vibran en forma vertical y la onda avanza de forma horizontal.

Ondas longitudinales: son aquellas en que las partículas vibran en la misma dirección de la propagación. Este tipo de ondas se originan por compresiones y dilataciones en el medio donde se transmiten. Por ejemplo, al tomar un resorte largo y estirarlo y comprimirlo en un extremo, se producen expansiones y compresiones que avanzan a lo largo del resorte. Las espiras del resorte vibran en la misma dirección en la que avanza la perturbación.

6.1.3 Medio de propagación

Según el medio por el que se propagan las ondas, estas se clasifican en mecánicas y electromagnéticas.

Ondas mecánicas: son las que necesitan un medio material para propagarse, como un sólido, un líquido o un gas. El medio debe ser elástico, es decir, que pueda vibrar. Algunas características del medio, como la temperatura y la densidad, influyen en la velocidad y la propagación. Las ondas longitudinales son siempre mecánicas. Algunos ejemplos de ondas mecánicas son el sonido, las olas del mar, las ondas en cuerdas o en resortes y las ondas sísmicas.

Cuando se pulsa una de las teclas de un piano, se produce una nota musical y, en consecuencia, se propaga una onda sonora. Entonces, las partículas de aire más cercanas al piano vibran y, luego, lo hacen las más lejanas.

Como una onda no transporta materia, la onda sonora producida por el piano, no desplaza las partículas del aire, sólo ocasiona que estas vibren en tono a su posición de equilibrio, lo cual hace que la energía se transporte a través del medio.

Ondas electromagnéticas: son las que no necesitan un medio material para propagarse, por lo que pueden hacerlo en el vacío. Las ondas electromagnéticas se propagan debido a la acción de lo que se conoce como campos eléctricos y magnéticos. Estas ondas pueden atravesar el espacio y llegar hasta la Tierra desde estrellas como el Sol. Algunos ejemplos de ondas electromagnéticas son los rayos X, la luz visible, los rayos UV, la radiación infrarroja, las microondas y las ondas de radio y televisión.

6.2 ELEMENTOS DE UNA ONDA

Una onda que se transmite sobre la superficie del agua cuando se deja caer una piedra acaba por desaparecer. Esto se debe al rozamiento que existe entre las partículas del agua, que hacen que las vibraciones sean cada vez más pequeñas. Cuando ocurre esto, se dice que la onda se amortiguó. Para estudiar las ondas, se parte del hecho de que no existe rozamiento y que se mantienen igual por tiempo definido. Así, se pueden distinguir los siguientes elementos.

v  Foco: el lugar en el que se origina la perturbación.

v  Cresta: punto más alto de la onda.

v  Valle: punto más bajo de la onda.

6.3 CARACTERÍSTICAS DE LAS ONDAS

Cuando golpeas el platillo de una batería con una baqueta o pulsas la cuerda de una guitarra,  puedes observar que tanto el platillo como la cuerda realizan un movimiento de vaivén en torno a un punto central. A este tipo de movimientos se le llama movimiento vibratorio. Al poner a vibrar una regla sujeta por uno de sus extremos en el borde de la mesa, cada punto de la regla describe un movimiento de vaivén en torno a una posición central llamada posición de equilibrio. Se llama amplitud a la distancia que hay entre la posición de equilibrio y la posición extrema del cuerpo que vibra.

Con seguridad has observado que cuando caen gotas sobre una superficie de agua se producen unos anillos que se expanden desde el punto de perturbación. Decimos que a lo largo de la superficie del agua se propagan ondas. Hay muchas situaciones de la naturaleza que se explican a partir de la propagación de ondas. Es importante que tengas en cuenta que las ondas transportan energía, pero no transportan materia.

En términos generales, una onda es un fenómeno que resulta de perturbar determinada región del espacio desde el cual se propaga la perturbación, a través de un medio, llamado medio de propagación. Por ejemplo, el medio de propagación de las ondas producidas por las olas del mar es el agua y el medio de propagación del sonido que percibes cuando escuchas una emisora radial es el aire.

6.4 ONDAS PERIÓDICAS

Considera que atas una cuerda a un sitio fijo y que ejerces tensión en el otro extremo para que permanezca horizontal. Inicialmente, la cuerda está en reposo y en su posición de equilibrio. Si produces un movimiento repentino en forma vertical al extremo de la cuerda, se genera un pulso que se propaga hasta el otro extremo de la cuerda.

Si continuamente produces un movimiento de vaivén, empleando siempre el mismo tiempo en llevar el extremo de la cuerda de un lado al otro, se dice que en el extremo produces un movimiento periódico y  a lo largo de la cuerda se propaga una onda periódica.

La onda generada en el extremo, se propaga a lo largo de la cuerda y a su paso, cada partícula de esta vibra descubriendo un movimiento en torno a su posición de equilibrio. Cada vez que una partícula, en su movimiento de vaivén, va desde una posición determinada hasta regresar a la misma posición luego de pasar por todas las posiciones posibles, se dice que la partícula realiza una vibración.

6.4.1  Rapidez de propagación

Las ondas se propagan de tal manera que emplean determinado tiempo para recorrer una distancia. Esto significa que las ondas se propagan con una rapidez a la que llamamos rapidez de propagación.

La rapidez de propagación de las ondas depende del medio de propagación. Por ejemplo, si se producen en dos cuerdas del mismo material, sometidas a la misma tensión pero una más gruesa que la otra, las ondas se propagan con mayor rapidez en la cuerda más delgada.

También para el caso de las ondas sonoras se cumple que la rapidez de propagación en el agua es mayor que la rapidez de propagación en el aire.

6.4.2  Amplitud

En una onda periódica se distingue una serie de puntos llamados crestas y otra serie de puntos llamados valles. Podemos trazar un eje imaginario por el centro de la onda, en el cual se ubica la posición de equilibrio de todas las partículas que conforman la cuerda. La máxima distancia que alcanza un punto de la cuerda con respecto al eje imaginario se llama amplitud (A) de la onda. La amplitud se relaciona con la energía transportada por la onda, de tal manera, que si se aumenta la amplitud de la onda, se incrementa la energía que se transporta.

6.4.3  Periodo y frecuencia

Cuando se producen el extremo de una cuerda un movimiento de vaivén, en forma periódica, cada vibración de las partículas de la cuerda se produce siempre en el mismo tiempo.

Al tiempo que emplea cada partícula de la cuerda en realizar una vibración se le llama período de la onda y usualmente se expresa en segundos.

Puesto que las partículas emplean determinado tiempo para realizar una vibración, cabe preguntarse cuántas vibraciones realizan las partículas en un segundo. Al número de vibraciones que realizan las partículas del medio de propagación en un segundo se le llama frecuencia. La frecuencia se expresa en vibraciones por segundo (vib/s), y es lo que se conoce con el nombre de Hertz (Hz).

6.4.4 Longitud de la onda

Como una onda periódica se propaga siempre con la misma rapidez, cada vez que transcurre un período la onda recorre siempre la misma distancia y su forma se repite regularmente. La distancia que recorre una onda mientras transcurre un período se llama longitud de onda, la cual se expresa en metros y se representa por la letra griega lambda (ƛ).

Mientras transcurre un período, la onda recorre una distancia igual a la distancia entre dos crestas consecutivas, o bien, entre dos valles consecutivos. Es decir, que la longitud de onda se puede definir como la distancia entre dos crestas consecutivas.

Observa que si el tiempo en realizar una vibración disminuye, la distancia recorrida por la onda en dicho tiempo también disminuye. Esto significa que al disminuir el período de vibración, disminuye la longitud de onda. De otra manera podemos expresar esta idea como: cuando aumenta la frecuencia de una onda, la longitud de la onda disminuye.

7.    ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO

Como ya sabes, la luz es una onda electromagnética lo cual implica que no requiere medio material de propagación. Las ondas electromagnéticas que perciben nuestros ojos conforman lo que conocemos como luz visible; sin embargo, hay muchas ondas electromagnéticas que nuestros ojos no perciben.

Las ondas electromagnéticas se diferencian por su frecuencia y forman lo que se conoce como el espectro electromagnético. De acuerdo con el valor de dicha frecuencia, se clasifican en ondas de radio, microondas, radiación infrarroja, luz visible, radiación ultravioleta, rayos X y rayos gamma. Todas las ondas electromagnéticas y en particular las ondas de luz se propagan en el vacío con una rapidez de 300.000 km/s.

7.1 ONDAS DE RADIO

La menor frecuencia del espectro electromagnético corresponde a las ondas de radio y, por tanto, les corresponde la mayor longitud de onda.

Las ondas de radio emitidas por las emisoras radiales se propagan hasta llegar a los aparatos de radio, los cuales las convierten en ondas sonoras, es decir, que el aparato de radio convierte las ondas electromagnéticas en ondas mecánicas, que son las que perciben nuestro oído.

Como puedes observar en un aparato de radio, las ondas de radio se clasifican en ondas de AM (amplitud modulada) y FM (frecuencia modulada). La frecuencia de las ondas de AM es menor que la frecuencia de las ondas de FM. La frecuencia de las ondas de AM se encuentran entre 550.000 Hz (87 MHz) y 108.000.000 Hz (108 MHz).

Las ondas de radio también se utilizan en astronomía, para detectar cuerpos celestes, por tal razón se habla de telescopios.

7.2 MICROONDAS

La frecuencia de las microondas es mayor que la frecuencia de las ondas de radio, por tanto, la longitud de onda de las microondas es menor que la longitud de onda de las ondas de radio. Con seguridad conoces las ventajas de un horno microondas. En este electrodoméstico, el agua contenida en los alimentos absorbe las microondas, lo cual hace que la temperatura de los alimentos aumente rápidamente.

Las microondas también son utilizadas en las comunicaciones. Una aplicación muy conocida de las microondas se encuentra en la telefonía celular y en la transmisión de información en forma eficiente.

7.3 RADIACIÓN INFRARROJA

Un ejemplo de aplicación de la radiación infrarroja es el control remoto de los aparatos electrónicos, como también los sensores de las alarmas y de las puertas que se abren automáticamente en los supermercados.

La frecuencia de a radiación infrarroja, conocida también como rayos infrarrojos es de millones de millones de Hertz (10¹² Hz). Esta radiación se caracteriza por los efectos calóricos que produce. Cuando un cuerpo aumenta su temperatura emite radiación infrarroja, por esta razón, cuando acercamos una mano a una plancha caliente, sentimos el aumento de temperatura aún sin hacer contacto con ella.

7.4 LUZ VISIBLE

La luz visible, es la radiación electromagnética ubicada en la zona del espectro cuya frecuencia menor es 450.000.000.000.000 Hz (4,5 * 10¹⁴ Hz) y la frecuencia mayor es 650.000.000.000.000 Hz (6,5 * 10¹⁴ Hz).

Al color rojo, le corresponde menor frecuencia y al color violeta, le corresponde mayor frecuencia. A los colores rojo, naranja, amarillo, verde, azul y violeta se les conoce como espectro de luz visible. A la luz roja le corresponde la menor del espectro de luz visible y a la luz violeta le corresponde la menor longitud de onda de la luz visible es aproximadamente de una diezmilésima de milímetro.

7.5 RADIACIÓN ULTRAVIOLETA

La frecuencia de la radiación ultravioleta está comprendida entre 10¹⁵ Hz y 10¹⁶ Hz. A la radiación ultravioleta le corresponde menor longitud de onda que a la luz visible puesto que a su puesto que su frecuencia es mayor. La radiación ultravioleta transporta gran cantidad de energía y hace parte de la radiación emitida por el Sol.

El exceso de radiación ultravioleta resulta dañino para los seres vivos; por ejemplo, en los seres humanos puede provocar cáncer de piel. La falta de exposición también es perjudicial, ya que esta favorece la producción de vitamina D, indispensable para el crecimiento.

7.6 LOS RAYOS X

Seguramente cuando escuchas hablar de los rayos X los asocias inmediatamente con las radiografías y su utilidad en el diagnóstico de fracturas y esguinces. Los rayos X son un tipo de radiación del espectro de las ondas electromagnéticas cuya frecuencia está comprendida entre 10¹⁵ Hz y 10¹⁸Hz. La longitud de onda de los rayos X es muy pequeña en comparación con las otras ondas electromagnéticas, su valor se aproxima al tamaño de los átomos.

En los seres vivos, los rayos X atraviesan principalmente los tejidos blandos, propiedad que es aprovechada para la obtención de radiografías. A pesar de su utilidad en diagnósticos médicos, los rayos X son muy perjudiciales para la salud.

7.7 LOS RAYOS GAMMA

Las ondas electromagnéticas con mayor frecuencia son los rayos gamma, por lo tanto, son las ondas electromagnéticas con menor longitud de onda. Los rayos gamma transportan gran cantidad de energía y son producidos por algunos materiales conocidos como radiactivos.

Los rayos gamma tienen mayor capacidad que los rayos X para penetrar materiales. Aunque la exposición a los rayos gamma es demasiado peligrosa para el organismo, tienen amplia aplicación en los diagnósticos médicos.

Para terminar este capítulo sobre las ondas es importante concluir con este mapa conceptual, que sintetiza todo.

CONCLUSIONES

Este trabajo nos fue de gran importancia pues comprendimos y conocimos muchos conceptos, generalidades  y particularidades el electromagnetismo y las ondas. Conocimientos que aseguramos nos serán muy útiles como se dijo en la introducción de este trabajo, para nuestra vida de estudiantes tanto de colegio como en el futuro en la universidad, especialmente en las carreras profesionales que iremos a seguir.

Es importante resaltar que los temas tratados en este trabajo corresponden a una ciencia experimental muy importante como lo es la física, que ha permitido realizar grandes descubrimientos que fueron, son y serán puntos de referencia para el conocimiento más cercano de la complejidad del universo.

Por otra parte se puede asegurar que la física es una disciplina muy antigua que pretende explicar los diversos fenómenos físicos que ocurren en nuestro entorno.

La física (del lat. physica, y este del gr. τὰ φυσικά, neutro plural de φυσικός, "naturaleza") es la ciencia natural que estudia las propiedades y el comportamiento de la energía y la materia (como también cualquier cambio en ella que no altere la naturaleza de la misma), así como al tiempo, el espacio y las interacciones de estos cuatro conceptos entre sí.

La física es una de las más antiguas disciplinas académicas, tal vez la más antigua, ya que la astronomía es una de sus disciplinas. En los últimos dos milenios, la física fue considerada dentro de lo que ahora llamamos filosofía, química, y ciertas ramas de la matemática y la biología, pero durante la Revolución Científica en el siglo XVII surgió para convertirse en una ciencia moderna, única por derecho propio. Sin embargo, en algunas esferas como la física matemática y la química cuántica, los límites de la física siguen siendo difíciles de distinguir.

El área se orienta al desarrollo de competencias de una cultura científica, para comprender nuestro mundo físico, viviente y lograr actuar en él tomando en cuenta su proceso cognitivo, su protagonismo en el saber y hacer científico y tecnológico, como el conocer, teorizar, sistematizar y evaluar sus actos dentro de la sociedad. De esta manera, contribuimos a la conservación y preservación de los recursos, mediante la toma de conciencia y una participación efectiva y sostenida.

La física es significativa e influyente, no sólo debido a que los avances en la comprensión a menudo se han traducido en nuevas tecnologías, sino también a que las nuevas ideas en la física resuenan con las demás ciencias, las matemáticas y la filosofía.

Otros temas de importancia que se trataron en el desarrollo del trabajo de consulta fueron los que tienen que ver con las ondas, sus generalidades, clases y fenómenos fiscos relacionados con las mismas.

Este trabajo ha sido de gran importancia para nosotros, pues llegamos a conocer diversos saberes que nunca en nuestro proceso educativo habíamos tratado o profundizado y sobretodo de lo que tiene que ver con el área de la física que es tan trascendental para nuestra vida.

Agradecemos nuevamente, así como lo hicimos en los anteriores trabajos  al Lic. Germán Ortiz, maestro en el área de ciencias naturales y educación ambiental, por permitirnos esta oportunidad de adentrarnos en el mundo de la consulta, para en un futuro ser excelentes investigadores; esperamos seguir realizando trabajos de consulta como este. Además nos permite interactuar con compañeros de trabajo y formar equipo, de esta manera aprenderemos a convivir y actuar mutuamente por un bien común.

Finalmente es importante resaltar el esfuerzo que hicimos cada uno de los integrantes del equipo de trabajo, pues todos participamos activamente en la digitación y estructuración de la consulta, además referir que la gran parte de ella fue tomada de diversos textos educativos que tratan la temática y así poder aprender mucho más, no cortamos y pegamos textos de enciclopedias o páginas virtuales, para así profundizar más el tema.

BIBLIOGRAFÍA

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PREMAUER MARROQUÍN, Julia Margareta, PEÑA GÓMEZ, Luz Yadira y otros. Contextos Naturales 6. Bogotá, Ed. Santillana, 2004.

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http://tustareascentrosocial.blogspot.com/2013/10/trabajos-escritos.html