MÒDULO 12 SEMANA 4
VENTAS 922-220-00-44
CADA ACTIVIDAD EN 150 PESOS Y 250 EL PROYECTO INTEGRADOR.
Proyecto integrador.
Electricidad y magnetismo en la vida diaria.
A partir del siguiente caso, responde los
planteamientos:
En la casa de Rosalía se encuentran
funcionando una bomba de agua, 2 focos ahorradores de 60 vatios o watts ( W ) y un foco incandescente de 100 W. En las terminales de la bomba de agua
existe una diferencia de potencial de 120 voltios ( V ) y circula una corriente de 5 amperes ( A ).
Después de 30 minutos, la energía eléctrica en
casa de Rosalía queda suspendida, debido a una descarga atmosférica sobre el
transformador que proporciona el suministro eléctrico, lo que también ocasiona
que éste se aísle de la red eléctrica y adquiera una carga eléctrica de -6000
microcoulombs ( μC ). La bomba de agua también queda cargada después de su operación
con una intensidad de +600 μC. Considera que la bomba de agua de la casa de
Rosalía se encuentra 12 metros al norte del transformador de suministro
eléctrico y 5 metros al este.
1. ¿Qué
potencia eléctrica desarrolla la bomba de agua de acuerdo con las
características señaladas?
Para hallar la potencia eléctrica de la bomba
de agua, utilizaremos la ecuación que vincula potencia (P), corriente (I) y
diferencia de potencial (V), que es:
Como tengo los valores de la corriente, que es
de 5 amperios (A), y de la diferencia de potencial, que es de 120 voltios (V),
puedo emplear esos datos en la fórmula para hallar la potencia:
En consecuencia, la potencia eléctrica de la
bomba de agua es de 600 vatios.
1.1. Anota
tu resultado anterior en kilowatts ( kW
).
Para convertir la potencia de vatios (W) a
kilovatios (kW), divido el valor en vatios entre 1000:
2. ¿Cuánta
energía gastaron los aparatos antes de la descarga atmosférica, es decir, al
estar encendidos 30 minutos?
2.1.
Primero calcula la energía gastada por la bomba en kilowatts-hora ( kW-h ).
Dado que la potencia de la bomba es
de 0.3 kW y el tiempo de funcionamiento es de 30 minutos (0.5 horas), podemos
calcular la energía gastada de la siguiente manera:
2.2. Ahora,
indica el gasto de energía de los focos ahorradores en kilowatts-hora ( kW-h ).
El consumo de energía por cada foco
ahorrador, que cuenta con una potencia de 0.06 kW y funciona durante 30 minutos
(equivalentes a 0.5 horas), se calcula multiplicando su potencia por el tiempo
de uso. Luego, para determinar el gasto total de energía de los dos focos,
simplemente duplicamos el resultado obtenido para un foco. En consecuencia, los
dos focos ahorradores gastan 0.06 kW-h de energía en total durante el período
de funcionamiento de 0.5 horas.
2.3.
Posteriormente, resuelve cuál es la energía gastada para el foco incandescente
en kilowatts-hora ( kW-h ).
Si la potencia del foco incandescente es de
0.1 kW y el tiempo de funcionamiento es de 30 minutos (0.5 horas), podemos
calcular la energía gastada por el foco incandescente de la siguiente manera:
2.4.
Finalmente, suma la energía utilizada por los dispositivos eléctricos presentes
en la casa de Rosalía para obtener la energía total en kilowatts-hora ( kW-h ).
Primero, calculamos la suma de las energías
individuales:
Energía total = 0.3 kW/h + 0.06 kW/h + 0.05
kW/h
Energía total = 0,41 kW/h
3. ¿Cuál es
el costo del consumo de energía eléctrica de los aparatos, si el precio de 1
kilowatt-hora ( kW ∙ h ) es de $
0.956? Recuerda que para calcular los kW
∙ h se debe multiplicar la potencia
de cada aparato en kW por la fracción
de hora que estuvieron funcionando:
kWh = kW ∙ h
Para calcular el costo del consumo de energía
eléctrica de los aparatos, utilizarè la fórmula:
Dado que el consumo de energía total es de
0.41 kilovatios-hora y el precio por kilovatio-hora es de $0.956, podemos
calcular el costo de la siguiente manera:
4. Si tanto
el transformador como la bomba de agua quedaron eléctricamente cargadas, ¿cuál
es la fuerza de atracción entre éstas? Recuerda que la distancia d es la
distancia más corta entre las cargas: la hipotenusa del triángulo rectángulo
cuyos catetos son 12 m al norte y 5 m al este, los cuales separan al
transformador de la bomba de agua.
Para calcular la fuerza de atracción entre el
transformador y la bomba de agua, puedo utilizar la ley de Coulomb, que
establece que la fuerza eléctrica entre dos cargas es directamente proporcional
al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la
distancia entre ellas.
La fórmula
para calcular la fuerza de atracción entre dos cargas es:
Donde:
F es la fuerza de atracción,
k es la constante de Coulomb (aproximadamente
9 × 10^9 N m^2/C^2),
q1 y q2 son las cargas eléctricas, y
d es la distancia entre las cargas.
En este
caso, el transformador tiene una carga eléctrica de -6000 μC (-6 × 10^-6 C) y
la bomba de agua tiene una carga eléctrica de +600 μC (+6 × 10^-4 C). La
distancia entre ellas es la hipotenusa de un triángulo rectángulo con catetos
de 12 m y 5 m. Puedo calcular la distancia utilizando el teorema de Pitágoras:
Datos:
Utilizando
la fórmula de la ley de Coulomb:
Donde:
q1 y q2 son
las cargas eléctricas del transformador y la bomba de agua, respectivamente.
r es la
distancia entre el transformador y la bomba de agua.
En este caso, tenemos:
Sustituyendo
los valores en la fórmula:
F = (9 × 10^9 N m^2/C^2) * |(6000
× 10^-6 C) * (600 × 10^-6 C)| / (13m)^2
F = 191.7159
N
5. ¿Cuál es
la intensidad del campo eléctrico generado por el transformador en el punto
donde se sitúa la bomba de agua?
Dado
que la fórmula para la intensidad del campo eléctrico es E = F / q, donde F es
la fuerza de atracción y q es la carga de prueba, y los datos proporcionados 
Sustituyendo
los valores en la fórmula:
E = F/q1
6. ¿Cuál
fue la intensidad de corriente eléctrica del relámpago, si duró 0.0016
segundos?
Si tenemos la carga eléctrica adquirida por el
transformador (-6000 μC) y sabemos que duró 0.0016 segundos, podemos calcular
la intensidad de corriente del relámpago.
La fórmula para calcular la intensidad de
corriente es:
Dado que la
carga eléctrica es -6000 μC y el tiempo es 0.0016 segundos, podemos sustituir
estos valores en la fórmula:
Antes de
continuar, es importante convertir la carga eléctrica a coulombs dividiendo por
1 millón 
Simplificando:
7. Debido a
la descarga atmosférica, la bomba de agua se averió y debe remplazarse el
devanado del motor. ¿Qué valor de resistencia debe tener este devanado para que
la bomba de agua funcione perfectamente?
La corriente suministrada a la bomba de agua
es de 5 amperios (A) y la diferencia de potencial de 120 voltios (V). Puedo
utilizar estos valores para calcular la resistencia:
8. Por lo
sucedido, Rosalía se percata de que sus gastos por mes, serán de $ 375.00, por
lo que decide ahorrar diariamente $ 30.00 durante 15 días.
8.1. Construye la gráfica que representa el
ahorro de Rosalía. Considera que el eje 
son los días y el eje 
son los ahorros.
Tabla 1.Ahorros de Rosalìa.
|
x dìas
|
y ahorros
|
Total ahorro
|
|
1
|
30
|
30
|
|
2
|
30
|
60
|
|
3
|
30
|
90
|
|
4
|
30
|
120
|
|
5
|
30
|
150
|
|
6
|
30
|
180
|
|
7
|
30
|
210
|
|
8
|
30
|
240
|
|
9
|
30
|
270
|
|
10
|
30
|
300
|
|
11
|
30
|
330
|
|
12
|
30
|
360
|
|
13
|
30
|
390
|
|
14
|
30
|
420
|
|
15
|
30
|
450
|
Nota.
(12-06-2026).Elaboraciòn propia con herramienta Excel.
Figura 1.Gràfica de lìnea de ahorros:
Nota.(12-06-2026).Elaboraciòn
propia con herramienta Excel.
8.2 Con
base en la gráfica anterior:
8.2.1
¿Cuánto habrá ahorrado Rosalía hasta el día 7?
Segùn gràfica 210 pesos.
8.2.2 ¿Cuál
fue el total de su ahorro durante los 15 días?
Segùn gràfica 450 pesitos.
8.2.3 ¿En
qué día pudo haber cubierto el total de los gastos?
En
el día 13 de acuerdo a la
gràfica..
9. Responde
las preguntas siguientes sobre el electromagnetismo y las matemática
9.1 Redacta
en mínimo 5 renglones ¿Cuál es la importancia de las matemáticas en el estudio
de fenómenos electromagnéticos?
Las matemáticas tienen una
importancia central en el estudio de fenómenos electromagnéticos, ya que las
ecuaciones apropiadas brindan una precisa descripción de las interacciones
entre campos eléctricos y magnéticos. Estos modelos matemáticos facilitan la
comprensión y predicción del comportamiento de estos fenómenos.
9.2 Menciona en 5 renglones ¿Cuál ley electromagnética utilizas más
en tu vida diaria? ¿por qué?
La ley electromagnética que utilizo
con mayor frecuencia es la ley de Watt. Esta ley establece que la potencia
eléctrica se calcula multiplicando la corriente por la diferencia de potencial
. La uso regularmente cuando quiero determinar
la potencia de un dispositivo eléctrico, como una lámpara, un electrodoméstico
o incluso mi teléfono móvil.
Fuentes:
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Recuperado de https://e1.portalacademico.cch.unam.mx/alumno/aprende/fisica2/circuitoselectricos
Planas, O. (2021, diciembre 16).
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eléctricas y campo eléctrico. México: Pearson Educación.
Castillo, L. G. (2019). Electricidad
y magnetismo. México: McGraw-Hill.
Elizondo, E. (2018). Cargas y
campos eléctricos. México: UNAM.
Flores, H. (2017). Electricidad
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Rangel, R. (2019). Física para
ingenieros. Vol. 2. México: McGraw-Hill.
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Recuperado de https://prepaenlinea.sep.gob.mx (Consultado el 14/02/2024).
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cartesiano. Prepa en línea-SEP, Módulo 12, semana 4. Recuperado de
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Funciones trigonométricas. Prepa en línea-SEP, Módulo 12, semana 4. Recuperado
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Trigonometría. Prepa en línea-SEP, Módulo 12, semana 4. Recuperado de https://prepaenlinea.sep.gob.mx (Consultado el 12/06/2024).
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Graficación. Prepa en línea-SEP, Módulo 12, semana 4. Recuperado de https://prepaenlinea.sep.gob.mx
(Consultado el 12/06/2024).
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