Definiciones de magnitudes eléctricas en libros para 1º de la eso

[arivasm]

Re: Definiciones de magnitudes eléctricas en libros para 1º de la eso

¿Cuál sería la resistencia de un voltímetro ideal?

[visitante20160513]

Re: Definiciones de magnitudes eléctricas en libros para 1º de la eso

Infinita

[arivasm]

Re: Definiciones de magnitudes eléctricas en libros para 1º de la eso

Cierto: luego en un voltímetro ideal no habría corriente a través del mismo. Con esto quiero decir que el voltaje en la pila existe aunque no haya corriente, con lo que el razonamiento que hacía Julián no sirve.

Aprovecho para comentar que el voltaje de un generador nunca procede de la existencia de carga libre. En términos de las ecuaciones de Maxwell, no se debe a un flujo eléctrico.

Sobre el tema del hilo se me ocurre una manera sencilla de tirar abajo esa incorrección que es decir que (cito literalmente del libro del primer mensaje)"entre los extremos de la pila existe una diferencia de tensión (diferencia de cargas)". Evidentemente ello será falso si la carga en ambos electrodos es nula, ¿verdad? (pues 0-0=0). ¿Cómo podemos demostrar que NO hay carga neta en los electrodos? (al menos si no cerramos el circuito): frotando un globo atraemos papelitos debido a la carga que adquiere, ¿por qué no sucede lo mismo al aproximar un polo de una pila?

[visitante20160513]

Re: Definiciones de magnitudes eléctricas en libros para 1º de la eso

Veamos, el potencial eléctrico hace referencia a la existencia de un campo (ya veremos de que tipo), el voltaje hace referencia normalmente a la diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito y por lo tanto no es necesario que haya corriente para que exista un voltaje entre dos puntos de un circuito. El campo puede ser eléctrico, generado por cargas electricas o magnetomotriz (magnético pero variable que es lo que genera una fuerza electromotriz FEM). Allí donde existe un campo eléctrico o un campo magnético variable se producen potenciales eléctricos y por lo tanto el espacio físico se energiza mostrando la propiedad que denominamos potencial electrico, que habitualmente se muestra en forma de voltaje o diferencias de potencial entre unos puntos y otros del espacio. El fenómeno puede producirse sin que haya desplazamiento de carga eléctrica y por lo tanto sin que existan corrientes aunque también es posible diseñar el sistema de forma que aparezcan corrientes eléctricas.

[Julián]

Re: Definiciones de magnitudes eléctricas en libros para 1º de la eso

Es que tienes razón Arivams en cuanto a que al no exitir carga y como dice Jabato no habrá campo y por lo tanto diferencia de potencial eléctricico. Si en cambio existe potencial químico y la energía depende de los reactivos pero no hay energía sobre unidad de carga porque no hay carga neta. En cuanto se cierra el circuito "aparece" una densidad de carga en los electrodos que establecen un campo eléctrico sobre el conductor que luego de un tiempo denominado transistorio dicho campo deja de existir en el conductor (porque hubo una redistribución de las cargas libres) para aplicar esa densidad de carga en la carga (resistencia) y el campo eléctrico se estable a lo largo de esta.

En el caso de existir un generador, se establece un campo eléctrico en el conductor debido a la variación de flujo magnético variable durante el transistorio hasta que halla una redistribución de carga que anule dicho campo en el conductor y todo el campo se aplique en la resistencia, nuevamente el el potencial en la carga es debido a una redistribución y deslavace de carga en los extremos de la resistencia.

Obviamente no se está teniendo en cuenta en el cálculo anterior los fenómenos inductivos y capacitaros solo resistivos en régimen continuo.

Para medir la resistencia interna de un voltimetro es fácil. Setea la fuente de tensión a una tensión conocida y coloca una resistencia de 10MOhs (la más grande) en serie con el voltimetro. Necesitarás otro para medir las caidas de tensiones en ambos y se observará que aproximadamente cae la misma tensión en el voltimetro que en la resistencia de 10MOhm. Si es cierto que la resistencia interna debería ser infinita pero no existe galvametro que no necesiten algo de corriente o amplificiiador operacional que tenga resistencia interna mayor a los 100Mohms.

[arivasm]

Re: Definiciones de magnitudes eléctricas en libros para 1º de la eso

Es que tienes razón Arivams en cuanto a que al no exitir carga y como dice Jabato no habrá campo y por lo tanto diferencia de potencial eléctricico. Si en cambio existe potencial químico y la energía depende de los reactivos pero no hay energía sobre unidad de carga porque no hay carga neta

Ahora ya casi estamos de acuerdo! Coincido totalmente contigo en que existe potencial químico. Por tanto, existe una diferencia de energía interna entre el estado correspondiente a los reactivos y el correspondiente a los productos. La expresión de esa energía interna por unidad de carga es el potencial de la pila (bien, en realidad no, hay que hacer la correspondiente transformada de Legendre para retirar la parte de la energía dependiente del cambio de volumen y la dependiente del cambio de entropía, es decir, hemos de quedarnos con la energía libre de Gibbs, y de ahí el conocido $\Delta G=-nFE$).

Por supuesto, lo que acabo de decir no deja de ser una traducción a una magnitud eléctrica de una diferencia en energía libre de Gibbs por unidad de carga, que se convierte inmediatamente en fuerza electromotriz (de toda la vida y con su campo eléctrico asociado) en cuanto la reacción química sí tiene lugar (lo que, obviamente, exige de cerrar el circuito para que los electrones que se generan en una de las semirreacciones -electrodo- sean captados en la otra).

[Julián]

Re: Definiciones de magnitudes eléctricas en libros para 1º de la eso

Bueno para estar de acuerdo totalmente solo hace falta y a mi entender es que a estudiantes de escuela que se le intenta explicar concepto eléctricos simples solamente toman parte desde que comienza el fenómeno eléctrico. Es decir cuando ese potencial químico produce un exceso de cargas que se redistribuyen en los conductores hasta las cargas (resistencias). Y dicha redistribuciones (densidades de carga positiva a partir del ánodO y densidades de carga negativa a partir del cátodo) y movimiento es producido por el campo eléctrico que es debido a las cargas (en el caso de electroquímica). Todo análisis partiría a partir del campo eléctrico.

[arivasm]

Re: Definiciones de magnitudes eléctricas en libros para 1º de la eso

Quizá convenga distinguir planos. Nuestra discusión era acerca de lo que es en realidad el potencial de una pila electroquímica. Por supuesto, no tiene sentido tratar de explicarle eso a un alumno de 1º de ESO. Pero también se debería tener cuidado de no establecer conceptos erróneos, que después impidan la verdadera comprensión de los mismos. Es pan para hoy pero hambre, y quizá mucha, para mañana.

Por desgracia la enseñanza de la ciencia está llena de "peliculitas" semejantes a las que se expone en el libro que motiva este hilo. Y lo peor es cuando, como en este caso, son fáciles de recordar pero sumamente incorrectas.

Permitidme que ponga un ejemplo. Hace un mes entregué como lectura a mis alumnos de 4º de ESO un fragmento de "¿Qué es la Teoría de la Relatividad?", de Landau y Rumer, para que hiciesen sobre él un breve resumen. Aquéllos que quisieron salir del paso rápidamente, y tratar de colármela, me escribieron de manera más o menos explícita el topicazo: "todo es relativo". ¿El motivo? es una frase muy sencilla, fácil de recordar, aunque sea una solemne estupidez, y desde luego mucho más simple de asimilar que "la luz no cumple la adición de las velocidades", por decir alguna de las ideas básicas del texto y cuya importancia no es tan complicada de asimilar (pero que requiere de pararse a pensar en lo que se ha leído!).

Llevo unos cuantos días corrigiendo exámenes, de 4º de ESO. Estamos con la cinemática. La gran mayoría de los fracasos se deben a no manejar correctamente las ecuaciones de movimiento, como relaciones entre coordenadas y lo que señala un reloj. ¿El motivo? el que en cursos anteriores se hayan manejado en Matemáticas ejercicios de encuentros de móviles basados en el "espacio es igual a la velocidad por el tiempo" y que dificulta extraordinariamente el aprendizaje de qué es y cómo se usan las ecuaciones de movimiento, en particular en los movimientos uniformemente acelerados (sobre todo si tienes que lidiar con 10 asignaturas más). ¿No habría sido mejor haber empleado en su momento un par de minutos más y explicar que "el desplazamiento es igual a la velocidad media por el tiempo transcurrido". ¿Qué se gana con el tópico "espacio igual a velocidad por tiempo"? quizá hacer cálculos de proporcionalidad o resolver ecuaciones de primer grado, pero ¿a cambio de qué? ¿Es que no hay otros ejemplos con los que trabajar esas herramientas?

El campo eléctrico y sus conceptos son de los más difíciles para los alumnos de secundaria. Y es lógico: hace uso de una magnitud que, como es obvio, jamás se define: la carga eléctrica. Por supuesto, la estrategia "didáctica" consiste en repetir una buena colección de veces cosas como "cargas del mismo signo se repelen y de distinto signo se atraen" como para que al final el alumno hasta llegue a tener la ilusión de que sabe lo qué es la carga eléctrica. No es honrado. Pero al menos no hace daño, que no es lo mismo que pasa cuando se dice que "el voltaje es una diferencia de cargas".

Como bien ha dicho Álex en un post anterior quizá la razón sea otra: el objetivo es la ley de Ohm, con la que se pueden hacer experiencias. ¿Por qué no, entonces, hacer una introducción fenomenológica de las magnitudes? es decir, basándose en la experiencias, en que la lectura de dos cantidades cumplen cierta proporcionalidad y después aproximar al significado. Quizá no me esté expresando bien: si soy electricista me importa tres narices el significado físico del potencial y no digamos ya de su relación, vía gradiente, con el campo eléctrico.

Fijaos que son muchos los conceptos que se introducen de esa manera. Decía Álex que un profesor suyo mencionaba que el término "energía" no es un tecnicismo. Por supuesto, es un término común, pero ¿qué porcentaje de la población sabe realmente qué es la energía? ¿Sería correcto "evitarle" a los alumnos el trago de entender que "la energía es la capacidad para realizar trabajo" (que es como se suele introducir en los cursos inferiores) e inventar alguna "aventurita" fácil de recordar pero incorrecta? Lo que hacen los profesores en ese nivel es asociar energía con cambios y poner ejemplos, no se empeñan demasiado en el concepto de trabajo, etc...

Es por eso que preferiría que el discurso fuese "el voltaje es la energía por unidad de carga" de la misma manera que, por ejemplo, la densidad es la masa por unidad de volumen (o semejante). Quizá inicialmente no lo entiendan, pero lo acabarán asimilando y, sobre todo, lo tendrán interiorizado para que, si llega el momento, deban entender exactamente qué es eso que han aprendido. Lo contrario es hacer mala didáctica!

[inakigarber]

Re: Definiciones de magnitudes eléctricas en libros para 1º de la eso

Buenas tardes;
Hace muchísimo tiempo que no repaso estos conceptos, o sea que igual meto la pata en algo. En ese caso me vendrá bien refrescar la memoria. Yo compararía la diferencia de potencial entre los polos de una pila con dos depósitos de agua comunicados por una tubería, si ambos depósitos tienen alturas diferentes el agua fluirá del que tiene el nivel mas alto al del nivel mas bajo. La diferencia de presiones equivaldría a la diferencia de potencial (o tensión). La intensidad de corriente a la cantidad de agua que circula por unidad de tiempo en una sección de la tubería, y la resistencia es la dificultad que esta tubería opone al flujo de agua (en función de su sección, de su longitud y del material de que esta hecha). Si queremos que el agua fluya permanentemente necesitaremos de una fuente de energía que vaya manteniendo constante la diferencia de presiones entre los depósitos.
¿es así?

[arivasm]

Re: Definiciones de magnitudes eléctricas en libros para 1º de la eso

La analogía sólo tiene validez en la medida en que identifiques "altura del agua" con energía.

Ahora bien, si nos ponemos realmente rigurosos, y estamos hablando de una pila electroquímica, no es que haya una diferencia de energía entre los polos, sino entre las substancias actualmente existentes en la pila (reactivos) y las que resultan de la reacción química que se produce en ella (que requerirá de que ambos polos estén conectados entre sí, es decir, que se cierre el circuito).

[inakigarber]

Re: Definiciones de magnitudes eléctricas en libros para 1º de la eso

La analogía sólo tiene validez en la medida en que identifiques "altura del agua" con energía.

Ahora bien, si nos ponemos realmente rigurosos, y estamos hablando de una pila electroquímica, no es que haya una diferencia de energía entre los polos, sino entre las substancias actualmente existentes en la pila (reactivos) y las que resultan de la reacción química que se produce en ella (que requerirá de que ambos polos estén conectados entre sí, es decir, que se cierre el circuito).

Totalmente de acuerdo en lo relativo a la analogía. Por lo que respecta a lo segundo, yo estaba pensando en un generador eléctrico en general sin tener en cuenta el tipo de generador.
Saludos.

[Julián]

Re: Definiciones de magnitudes eléctricas en libros para 1º de la eso

Sin lugar a dudas tu definición de la diferencia de potencial como la energía sobre unidad de carga es correcta y elegante y a su vez es la más abstracta de todas. Si bien yo no soy docente y no tengo estudios sobre didáctica pero a mi me parece y quizás lo podrías tener en cuenta es que no siempre definir lo más abstracto sea lo correcto.

Para una escuela técnica es más recomendable definir la diferencia de potencial como el gradiente del campo escalar.

$\vec{E} = - \nabla V$

De esta manera se constituye en los alumnos que donde existe potencial o diferencia de potencial está implicito un campo eléctrico.

$\dst W = -{\int}_{a}^{b} q \nabla V . d \hat{r}$ (1)

En esta definición el trabajo está desarrollado completamente en función de los parámetros eléctricos como la carga y la diferencia de potencial. ¿qué más se puede desprender de esto? pues si se deja de la lado la fuerza electromotriz y como

$\dst \nabla. \vec{E} = Q / \varepsilon \Rightarrow {\nabla}^{2} V = - Q/ \varepsilon$ (2)

Todo el integrando de (1) viendo la ecuación (2) queda definido en función de la carga y del espacio (distancia). Porque la diferencia de potencial dependerá de la distribución de las cargas en una cierta geometría. Para una carga de 1C, su diferencia de potencial entre 2 puntos será diferente según la densidad de carga y la disposición, si es en untre planos, que entre esferas, etc.

Y de aquí se desprende algo fundamental, La geometría tiene gran importancia y el espacio ya que el cociente entre

$\dst \frac{Q}{V} = C$. C dependerá del material y de su geometría solamente. Es decir, una diferencia de cargas de 1[C] generará un potencial diferente si son 2 esferas separas por 1 metro en el vacio o por 2 placas rectangulares separadas por 1 metro en el vacio.

Tendriamos un análisis similar con respecto al campo magnético y la inductancia.

Esto sin lugar a dudas tiene más utilidad en la técnica debido a que da conocimiento en cuanto al diseño de circuito, a los acoplamientos capacitivos entre las diferentes partes, y por supuesto a los sistemas radiantes que sin lugar a dudas la geometría de las antenas tiene vital importancia.

¿donde metemos la energía acá? En cuanto a utilidad, la energía da la posibilidad de considerar modelos diferentes dando un puente entre el análisis químico, análisis mecánico, análisis termodinámico y en este caso un análisis eléctromangético. Con esto ante un generador que se aplique una potencia mecánica de $\tau \omega$ se sabe que es la máxima potencia que se podrá obtener electricamente será $\nu \tau \omega$ donde $\nu$ es el rendimiento.

¿Significa eso que no existe diferencia de potencial entre los electrodos? Claro que existe diferencia de potencial! Concretamente, si las concentraciones de las disoluciones son 1 M habrá una diferencia de potencial de 1,10 V.

Lo mismo para una pila donde tenemos los potenciales de reacción serán como vos decís 1.1V. Ahora bien, eso no quiere decir que al conectar una resistencia tendremos 1.1[V] de caida en dicha resistencia. ¿Por qué? Pues porque toda pila así como toda fuente de tensión o generador tienen una resistencia interna. De esta manera la caida de tensión dependerá del valor de la resistencia, que si es del mismo valor que la resistencia interna de la pila caerá 0.55[V] y si la resistencia es mucho mayor a la resistencia interna tendremos 1.1[V] de caida en esta. Con el voltimetro mediremos 1.1[V] ya que la resistencia interna del voltimetro es de 10MOhms y la de la pila está entre 2 y 5 Ohms

Has la prueba, coloca una resistencia de 1Ohms o menor (por ejemplo una de 0.1Ohms como las usadas para audio) a una pila de 1.5[V] AAA y mide la caida de tensión.

Así que de esta manera la caida de tensión en la carga(resistencia), para un régimen continuo dependera del valor del campo eléctrico a lo largo de esta, que no es otra cosa que las densidades de carga en sus extremos, geometría de la resistencia y de su material.

El concepto de energía es muy bonito pero tirado así nomás de forma abstracta no es muy útil. De esta manera para transferir la máxima energía desde la pila a la resistencia la resistencia debe ser de igual valor a la resistencia interna de la pila. La energía solo nos dice cuanto cambio podemos obtener pero no como.



Decir que la diferencia de potencial es la energía sobre unidad de carga es correcto pero insuficiente. Por ejemplo la energía de carga acumulado o la que existe entre las placas de un condensador no es qV. Sino la integral de Vdq.

[arivasm]

Re: Definiciones de magnitudes eléctricas en libros para 1º de la eso

Para una escuela técnica es más recomendable definir la diferencia de potencial como el gradiente del campo escalar.

Insisto en que todos mis comentarios, salvo aquellos que se refieren al "cómo" de la pila electroquímica, deben entenderse referidos al nivel que marca el libro del primer mensaje.

Lo mismo para una pila donde tenemos los potenciales de reacción serán como vos decís 1.1V. Ahora bien, eso no quiere decir que al conectar una resistencia tendremos 1.1[V] de caida en dicha resistencia.

Por eso es importante entender que el potencial de una pila electroquímica es el que corresponde a cuando no circula la corriente y, por tanto, no hay reacciones en ella.

toda pila así como toda fuente de tensión o generador tienen una resistencia interna.

Y en el caso de la pila electroquímica entran en juego aspectos que también son muy interesantes: ¡la conductancia de las disoluciones!, puente salino incluido.

El concepto de energía es muy bonito pero tirado así nomás de forma abstracta no es muy útil. De esta manera para transferir la máxima energía desde la pila a la resistencia la resistencia debe ser de igual valor a la resistencia interna de la pila. La energía solo nos dice cuanto cambio podemos obtener pero no como.

¡Qué va! La energía que produce la reacción se invierte en mover los electrones, pero también en mover los iones en las disoluciones. Entiendo que a un ingeniero le importe tres pepinos el origen de la resistencia interna de una pila electroquímica. Pero al hacer así está haciendo lo mismo que el electricista, sólo le interesa la fenomenología.

Ahora bien, ¿por qué no ser capaces de predecir (o al menos estimar) la resistencia interna de una pila a partir de su estructura? Es Física y también muy bonita e interesante. Renunciar a ella no es muy distinto de que alguien ante un problema de una bobina que gira en un campo magnético diga "quita, quita, déjate de ley de Faraday y demás cuentos y dime qué voltaje produce este generador, que es lo que a mí me interesa"

Decir que la diferencia de potencial es la energía sobre unidad de carga es correcto pero insuficiente.

La insuficiencia no está en eso, sino en omitir otras cosas, como acabo de explicar.

Por ejemplo la energía de carga acumulado o la que existe entre las placas de un condensador no es qV. Sino la integral de Vdq.

Obviamente la definición debe hacerse en forma diferencial pero, repito, eso sí que no tiene cabida en un nivel elemental como el que motiva este hilo.

[alexpglez]

Re: Definiciones de magnitudes eléctricas en libros para 1º de la eso

He ido siguiendo el hilo, y por lo que veo lo que intentas Julián es aportar argumentos para que aunque sea falsa la definición diferencia de potencial tal y como viene en el libro del primer mensaje, tampoco es tan falsa porque campo eléctrico implica que hay cierta distribución de densidad de carga. Y además puede ser incluso positivo para obviar conceptos más complicados como el de energía para chicos de 1º de la eso, de 12-13 años.

Yo tengo el contra-argumento de que, implicar no es ser. Puedes decir que una diferencia de "nivel de carga" implique un campo eléctrico, pero no es un campo eléctrico. Si yo quisiese interpretar la definición dada en el libro del primer mensaje, y me pidiesen "¿calcula la diferencia de potencial entre A y B?", tendría que contar la cantidad de carga en A y en B y restar, y el número obtenido es la diferencia de potencial entre A y B. Esto es lo que interpreto yo de la definición del libro.

Saludos.