La Magia de la Electricidad: Secretos Básicos para tu Bachiller

Pregunta 1 (0 pts) — Explica con tus palabras qué significa que un objeto esté cargado eléctricamente y por qué las cargas iguales se repelen

1. Explicación cualitativa — Cuando un objeto gana electrones, tiene más cargas negativas que positivas, por lo que su carga neta es negativa. Dos objetos con carga negativa se repelen porque las cargas del mismo signo siempre se repelen, mientras que cargas opuestas se atraen.

→ Un objeto está cargado eléctricamente cuando tiene un exceso o defecto de electrones respecto a los protones. Las cargas iguales se repelen porque la fuerza eléctrica entre ellas es repulsiva según la ley de Coulomb, mientras que cargas opuestas se atraen.

Pregunta 2 (1 pts) — Calcula la carga neta total del objeto después de ganar esos electrones

1. Cálculo de carga neta — Multiplicamos el número de electrones por la carga de cada electrón. Recordemos que la carga del electrón es negativa.
   $$Q=n\times q_e=5\times {10}^{18}\times (-1.6\times {10}^{-19}\text{C})=-0.8\text{ C}$$

$$-0.8\text{ C}$$

→ -0.8 culombios

Pregunta 3 (1 pts) — Si conectas este objeto a tierra con un cable, ¿qué crees que sucederá con la carga? Justifica tu respuesta

1. Conexión a tierra — Al conectar el objeto a tierra, los electrones en exceso fluirán hacia la tierra (que tiene carga neutra) hasta que el objeto quede con carga neutra. La tierra actúa como un 'sumidero' infinito de cargas.

→ Los electrones fluirán hacia la tierra hasta que el objeto quede neutro, porque la tierra neutraliza el exceso de carga.

Pregunta 1 (1 pts) — Define qué es la intensidad de corriente eléctrica y en qué unidades se mide

1. Definición — La intensidad de corriente eléctrica es la cantidad de carga eléctrica que fluye por un conductor en la unidad de tiempo. Se mide en amperios (A), donde 1 A = 1 C/s.

→ La intensidad de corriente es la cantidad de carga que pasa por un punto del circuito cada segundo. Se mide en amperios (A).

Pregunta 2 (1 pts) — Calcula la intensidad de corriente en el cable

1. Cálculo de I — Convertimos el tiempo a segundos y aplicamos la fórmula I = Q/t.
   $$I=\frac{1500\text{ C}}{300\text{ s}}=5\text{ A}$$

$$5\text{ A}$$

→ 5 amperios

Pregunta 3 (1 pts) — Explica por qué se transmite la electricidad a alta tensión (por ejemplo, 765 kV) en lugar de baja tensión (120 V)

1. Explicación de alta tensión — La transmisión a alta tensión (765 kV) reduce la corriente necesaria para transmitir la misma potencia. Como las pérdidas por efecto Joule son proporcionales al cuadrado de la corriente (Ppérdidas = I²·R), al reducir I disminuyen las pérdidas. Además, se usan cables más delgados y torres más altas para soportar el voltaje.

→ Se usa alta tensión para reducir las pérdidas por efecto Joule y permitir cables más delgados y torres más altas.

Pregunta 1 (1 pts) — Calcula la energía consumida diariamente por cada electrodoméstico en kWh

1. Cálculos diarios — Convertimos vatios a kilovatios y calculamos energía diaria para cada aparato.
   $$E_{AA}=\frac{1500}{1000}\times 8=12\text{ kWh/día}$$
2. Cálculo refrigerador — El refrigerador funciona las 24 horas del día.
   $$E_{REF}=\frac{300}{1000}\times 24=7.2\text{ kWh/día}$$
3. Cálculo bombillas — Cinco bombillas de 12 W cada una funcionando 6 horas.
   $$E_{LED}=5\times \frac{12}{1000}\times 6=0.36\text{ kWh/día}$$

$$12\text{ kWh/día},7.2\text{ kWh/día},0.36\text{ kWh/día}$$

→ Aire acondicionado: 12 kWh/día, Refrigerador: 7.2 kWh/día, Bombillas: 0.36 kWh/día

Pregunta 2 (1 pts) — Determina la energía total mensual consumida por todos los aparatos

1. Energía mensual total — Sumamos las energías diarias y multiplicamos por 30 días.
   $$E_{total}=(12+7.2+0.36)\times 30=19.56\times 30=586.8\text{ kWh/mes}$$

$$586.8\text{ kWh}$$

→ 586.8 kWh al mes

Pregunta 3 (1 pts) — Calcula el costo total mensual en Bolívares

1. Costo mensual — Multiplicamos la energía total por el costo por kWh.
   $$Costo=586.8\times 0.0004=0.23472\text{ VES}$$

$$0.23\text{ VES}$$

→ 0.23 VES (redondeando a dos decimales)

Pregunta 4 (1 pts) — Si CORPOELEC anuncia un aumento del 20% en la tarifa, ¿cuál sería el nuevo costo mensual?

1. Nuevo costo con aumento — Aplicamos un aumento del 20% al costo actual.
   $$Cost{o}_{nuevo}=0.23472\times 1.20=0.281664\text{ VES}$$

$$0.28\text{ VES}$$

→ 0.28 VES (redondeando a dos decimales)

Pregunta 1 (0 pts) — Dibuja un esquema del circuito en serie con las tres bombillas

1. Esquema del circuito — Dibuja tres resistencias (bombillas) en línea recta conectadas a una batería de 12 V. La corriente fluye desde el polo positivo de la batería a través de cada bombilla y regresa al polo negativo.

→ Diagrama: [Batería 12V] ---[R=60Ω]---[R=60Ω]---[R=60Ω]--- (regreso a batería)

Pregunta 2 (1 pts) — Calcula la resistencia equivalente del circuito

1. Cálculo de resistencia equivalente — En un circuito en serie, las resistencias se suman.
   $$R_{eq}=60+60+60=180\text{ Ω}$$

$$180\text{ Ω}$$

→ 180 ohmios

Pregunta 3 (1 pts) — Determina la corriente total que circula por el circuito

1. Cálculo de corriente — Aplicamos la Ley de Ohm con el voltaje total y la resistencia equivalente.
   $$I=\frac{12\text{ V}}{180\text{ Ω}}=0.0667\text{ A}=66.7\text{ mA}$$

$$0.0667\text{ A}$$

→ 0.0667 amperios (66.7 miliamperios)

Pregunta 4 (1 pts) — Calcula el voltaje en cada bombilla

1. Voltaje en cada bombilla — Como todas las bombillas tienen la misma resistencia, el voltaje se divide en partes iguales.
   $$V_{cada}=I\times R=0.0667\times 60=4\text{ V}$$

$$4\text{ V}$$

→ 4 voltios en cada bombilla

Pregunta 1 (1 pts) — Calcula la energía cinética final del tren usando $E_c=\frac{1}{2}m{v}^2$

1. Cálculo de energía cinética — Convertimos la velocidad a m/s y aplicamos la fórmula.
   $$E_c=\frac{1}{2}\times 200000\times {(22.22)}^2=49.38\times {10}^6\text{ J}=49.38\text{ MJ}$$

$$49.38\text{ MJ}$$

→ 49.38 megajulios

Pregunta 2 (1 pts) — Determina la potencia promedio requerida para acelerar el tren en ese tiempo

1. Potencia requerida — Dividimos la energía cinética por el tiempo de aceleración.
   $$P_{requerida}=\frac{49.38\times {10}^6\text{ J}}{30\text{ s}}=1.646\times {10}^6\text{ W}=1646\text{ kW}$$

$$1646\text{ kW}$$

→ 1646 kW

Pregunta 3 (1 pts) — Calcula la potencia real que debe suministrar el motor considerando la eficiencia

1. Potencia real del motor — Como el motor es 85% eficiente, la potencia real debe ser mayor.
   $$P_{real}=\frac{1646\text{ kW}}{0.85}=1936.5\text{ kW}$$

$$1936.5\text{ kW}$$

→ 1936.5 kW

Pregunta 4 (1 pts) — ¿Es suficiente el motor de 150 kW para esta tarea?

1. Suficiencia del motor — Comparamos la potencia real requerida (1936.5 kW) con la potencia del motor (150 kW).

→ No es suficiente. El motor de 150 kW no puede suministrar la potencia requerida para acelerar el tren en 30 segundos.

Pregunta 1 (1 pts) — Calcula la fuerza magnética sobre la partícula usando $F=qvB$

1. Cálculo de fuerza — Sustituimos los valores en la fórmula F = qvB.
   $$F=(3.2\times {10}^{-19})\times (2\times {10}^6)\times 0.1=6.4\times {10}^{-14}\text{ N}$$

$$6.4\times {10}^{-14}\text{ N}$$

→ 6.4 × 10⁻¹⁴ newtons

Pregunta 2 (1 pts) — Describe qué tipo de trayectoria sigue la partícula y por qué

1. Descripción de trayectoria — La fuerza magnética es perpendicular a la velocidad, por lo que actúa como fuerza centrípeta, haciendo que la partícula describa un círculo.

→ La partícula describe una trayectoria circular porque la fuerza magnética actúa como fuerza centrípeta, siendo siempre perpendicular a la velocidad.

Pregunta 1 (1 pts) — Calcula la corriente que circularía por tu cuerpo usando $I=V/R$

1. Cálculo de I — Sustituimos los valores en la Ley de Ohm.
   $$I=\frac{120\text{ V}}{1000\text{ Ω}}=0.12\text{ A}=120\text{ mA}$$

$$120\text{ mA}$$

→ 120 miliamperios

Pregunta 2 (1 pts) — Explica por qué esta corriente es peligrosa para los humanos

1. Análisis de peligro — Una corriente de 120 mA es más del doble del umbral mortal de 50 mA. Puede causar fibrilación ventricular y paro cardíaco. Además, con las manos mojadas, la resistencia disminuye aún más, aumentando la corriente.

→ La corriente de 120 mA es extremadamente peligrosa porque supera ampliamente el umbral mortal de 50 mA, pudiendo causar la muerte por fibrilación cardíaca.