Ejercicios última unidad

18.1 Un tanque de 20.0L contiene 0.225Kg de helio a 18 C. La masa molar del helio es de 4.00 g/mol.
a) ¿Cuántos moles de helio hay en el tanque?

b) Calcule la presión en el tanque en Pa y atm.

18.3 Un tanque cilindrico tiene un piston ajustado que permite cambiar el volumen del tanque. El tanque contiene originalmente 0.110 m3 de aire a 3.40 atm de presion. Se tira lentamente del piston hasta aumentar el volumen del aire a 0.390 m3. Si la temperatura no cambia, ¿ que valor final tiene la presion?

18.23 ¿Que volúmen tiene 3.00 moles de cobre?

18.33 Tenemos 2 cjas del mismo tamaño A yB. Cada caja contiene gas que se comporta como gas ideal. Insertamos un termometro en cada caja y vemos que el gas de la caja A esta a 50 C, mientras que el de la caja B esta a 10 C. Esto es todo lo que sabemos hacerca del gas contenido en las cajas. ¿cuales de las afirmaciones siguientes deben ser verdad? ¿cuales podrian ser verdad? a) la presion en A es mayor que en B?
b) Hay mas moleculas en A que en B?

c) A y B no pueden contener el mismo tipo de gas?
d) Las moleculas en A tienen en rpomedio mas energia cinetica por molecula que las de B?

e) Las moleculas en A se mueven con mayor rapidez que las de B?

18.41 a) Calcule la capacidad calorífica especifica a volumen constante del vapor de agua (M= 18 g/mol), suponiendo que la molécula triatómica no lineal tiene tres grados de libertad traslacionales y dos rotacionales y que el movimiento vibracional no contribuye.

b) La capacidad calorífica real del vapor de agua a baja presión es de cerca 2000 J*K. Compare esto con su calculo y comente el papel real del movimiento vibracional.

18.45 Para nitrógeno gaseoso (M= 28 g/mol), ¿Cual debe ser la temperatura si la rapidez del 94.7% de las moléculas es menor que:

a) 1500 m/s b) 1000 m/s c) 500 m/s

Ley Cero de la Termodinamica

1. Qué propiedades de la materia dependen de la temperatura?
-Punto de Fusión
-Punto de ebullición
-Densidad

2. A que se le llama equilibrio térmico?
Al poner en contacto dos cuerpos a distinta temperatura, el de mayor temperatura cede parte de su energía al de menos temperatura hasta que sus temperaturas se igualan.

3. Qué es un aislante ideal?
Todos los niveles de la banda de valencia estan ocupados, la banda esta llena y no contribuye a la conducción , y la banda de conducción esta vacia.

4. Dibujar un sistema que representa a la Ley cero de la Termodinamica, indicando el equilibrio térmico.

5. Cúando se dice que dos sistemas están en equilibrio térmico?
Un estado en el cual dos coordenadas termodinámicas independientes X e Y permanecen constantes mientras no se modifican las condiciones externas se dice que se encuentra en equilibrio térmico. Si dos sistemas se encuentran en equilibrio térmico se dice que tienen la misma temperatura. Entonces se puede definir la temperatura como una propiedad que permite determinar si un sistema se encuentra o no en equilibrio térmico con otro sistema.

6.- Porqué cuando una enfermera toma la temperatura de un paciente espera que la lectura del termómetro deje de cambiar?
La temperatura del cuerpo varía según el medio. La temperatura interna o central del cuerpo es regulada de forma precisa y se conserva dentro de límites muy estrechos. Por lo tanto al tomar la temperatura una enfermera espera que la lectura del termómetro deje de cambiar para lograr un equilibrio térmico entre el calor del cuerpo y el ambiente.

7.- Mencione tres tipos de dispositivos que miden la temperatura
-Termómetro infrarrojo
-Termómetro de vidrio
-Termómetro termopar

8.- ¿Cuál es la temperatura de congelación del agua en °F?
32 °F

9.- Calcular la temperatura Fahrenheit del planeta Venus si en grados Celsius corresponde a 460 ° C.
F= 1.8 (° C) +32
(1.8)(460°C)+ 32 = 860 °F

10.- Encontrar la temperatura en la que coinciden las escalas Fahrenheit y Celsius.

-40 Celsius
-40 Farenheit

11. La temperatura de la corona solar es de 2 x 107 °C, y la temperatura a la que el helio se licua a presion estandar es de 268.93 °C.

a) Expresar estas temperaturas en kelvin
K=C+273
K= (2 x 107 °C) + 273 =20000273 °K
K= (268.93 °C) +273= 541.93 °K

b) Explicar por que suele usarse la escala kelvin
La escala kelvin suele usarse solo para experimentos de temperatura de tipo científico.
El kelvin es la unidad de temperatura de la escala creada por William Thomson en el año 1848, sobre la base del grado Celsius, estableciendo el punto cero en el cero absoluto (−273,15 °C) y conservando la misma dimensión. William Thomson, quien más tarde sería Lord Kelvin, a sus 24 años introdujo la escala de temperatura termodinámica, y la unidad fue nombrada en su honor.

12.- Dos vasos de agua A, B estan inicialmente a la misma temperatura. La temperatura del agua del vaso se aumenta 10°F y la del vaso B 10 °K. ¿ cual vaso esta ahora a mayor temperatura?

°C= °F – 32 / 1.8
°C = 10°F – 32 / 1.8
°C= -12.22 10° C
°C = k-273
°C = 10 °K – 273 = -263 °C

El vaso A sigue estando a mayor temperatura.

Unidad 3-Problemas

1. Una bobina rectangular de 50 vueltas y dimensiones de 5cm. x 10cm se deja caer desde una posicion donde B= 0 hasta una nueva posición donde B=0.5 T y se dirige perpendicularmente al plano de la bobina. Calcule la magnitud de la fem promedio inducida en la bobina si el desplazamiento ocurre en 0.25 s

ØB= (B2-B1) l= (0.5T -0T) (0.005m)2 = 0.0025 Tm2

/ε/= NAØB/ AT = 50 (0.0025Tm2)/ 0.25 s = 0.5 volts

2. Una bobina circular de alambre de 25 vueltas tiene un diametro de 1m. La bobina se coloca con su eje a lo largo de la dirección de campo magnético de la tierra de 50µT, y luego, en 0.2s, se gira 180 º. Cual es la fem promedio generada en la bobina?
ε = -N ΔBA Cos θ /Δt = -NB πr2 (Cos θt - Cos θ) / Δt

ε = -25 (50x10-6 T) π (0.5m)2 (Cos 180 - Cos 0) / 0.2 s = 9.82 µ V

3. Un anillo de aluminio con un radio de 5cm y una resistencia de 3x10-4 ohms se coloca sobre la parte superior de un largo solenoide con núcleo de aire , 1000 vueltas por metro y un radio de 3cm, como se indica en la figura . Suponga que la componente axial del campo producido por el solenoide sobre el área del extremo del solenoide es la mitad de intensa que en el centro del solenoide. Suponga que el solenoide produce un campo despreciable afuera de su área de sección transversal. a) Si la corriente en el solenoide esta aumentando a razón de 270 A/s. ¿ cúal es la corriente inducida en el anillo?

/ ε/ = d(BA) /dt = 0.5 µ0 nA dI/ dt = 0.48x10-3 volts
I anillo= ε /R = 4.8x10-4 / 3x10-4 =1.6 A

b) En el centro del anillo ¿ cual es el campo magnético producido por la corriente inducida en el anillo?

B anillo = µ0 I / 2r anillo = 20.1 µT
c) ¿ Cúal es la dirección de este campo?
Hacia arriba

4. En la figura, encuentre la corriente que atraviesa la sección PQ la cual tiene una longitud a= 65 cm. El circuito se localiza en un campo magnético cuya magnitud varía con el tiempo de acuerdo con la expresión B= 1x10-3 T/s. Suponga que la resistencia por longitud del alambre es 0.1 ohm/m.

5.- Una bobina que se enrolla con 50 vueltas de alambre en la forma de un cuadrado se coloca en un campo magnetico de modo que la normal al plano de la bobina forme un angulo de 30 grados con la direccion del campo cuando el campo magnetico se incrementa uniformemente de 200 uT a 600uT. En 0.4 s. Una fem de 80 mv de magnitud se induce en la bobina ¿cual es la longitud total del alambre?
ε= d/dt (NBl2 Cosθ) = Nl2 ΔB Cosθ / Δt

l = √εΔt/ N ΔBCosθ = √(80x10-3V)(0.4s)/ 50(600x10-6 T -200x10-6 T) Cos 30
= 1.36 m

Distancia= 4lN= 4(1.36m)50= 272m

6. .-Una bobina circular que encierra una area de 100m2 esta integrada por 200 vueltas de alambre de cobre, al principio un campo magnetico uniforme de 1.10 T. apunta perpendicularmente hacia arriba a traves del plano de la bobina. la direccion del campo se invierte despues durante el tiempo que el campo esta cambiando su direccion. ¿ cuanta carga fluye a traves de la bobina si R= 5 homs?

7. Una bobina rectangular con resistencia R tiene N vueltas, cada una de longitud L y ancho w, la bobina se mueve dentro de un campo magnetico uniforme B a velocidad V ¿ cuales son la magnitud y direccion de la fuerza resultante sobre la bobina? a) Cuando esta entra al campo magnético, b) Cuando se mueve dentro del campo magnético, c) Cuando sale del campo.


8. Dos rieles que tienen resistencia despreciables estan separados a 10 cm por medio de un resitor de 5 homs. el circuito contiene tambien dos barras metalicas con resistencia de 10 homs y 15 homs que se desliza a lo largo de los rieles. Las barras se alejan del resitor con rapidez constante de 4m/s y 2 m/s respectivamente. se aplica un campo magnetico uniforme de 0.01 T de magnitud perpendicular al plano de los rieles, determine la corriente en el resistor de 5 homs.

9. Una bobina de 0.100m2 de area esta girando a 60 rev/s con el eje de rotacion perpendicular a un campo magnetico de 0.200 T. a) si hay 1000 vueltas en la bobina ¿cual es el maximo voltaje inducido en el ? b) cuando el maximo voltaje ocurre ¿ cual es la orientacion de la bobina repecto del campo magnetico?

10. Un largo solenoide, cuyo eje coincide con el eje x consta de 200 vueltas por metro de alambre que conduce una corriente estable de 15A. se forma una bobina enrollando 30 vueltas de lambre delgado alrededor de un armazon circular que tiene un radio de 8 cm. la bobina se supone dentro del solenoide y se monta sobre un eje que esta a un diametro de la bobina y coincide con el eje y, despues de la bobina se hace girar con una rapidez angular de 4 (3.1416) rad/s. el plano de la bobina esta en el plano yz en t=0. Determine la fem desarrollada en la bobina como funcion del tiempo.

11. En el ecuador cerca de la superficie de la tierra, el campo magnetico es aproximadamente de 50 homs/T. con direccion norte y el campo electrico es cercano a 100 N/C hacia abajo en clima favorable encuentre la fuerza gravitacional, electrica y magentica sobre un electron que se mueve a una velocidad instantanea de 6 x 10 6 m/s en direccion este en dicho ambiente.

12. Un alambre conduce una corriente estable de 2.40 A una seccion recta del alambre mide 0.750 m de largo y se encuentra a lo largo del eje x dentro de un campo magnetico uniforme de magnitud b= 160 T en la direccion x positiva si la corriente esta en la direccion +x ¿ cual es la fuerxa magnetica sobre la seccion positiva del alambre?

13. Una corriente de 1.70 mA se mantiene en una espira de circuito individual de 2 m de circunferencia un campo magnetico de 0.8 T se dirige paralelo al plano de la espira a) calcule el momento magnetico de la espira b) ¿cual es el momento de torsion ejercido sobre la espira por el campo magnetico?

14. Un alambre de 40 cm de largo conduce una corriente de 20 A se dobla en una espira y se coloca con su normal perperdicular a un campo magnetico con una intensidad de 0.520 T. ¿ cual es el momento de torsión sobre la espira si se dobla en la forma de a) Un triángulo equilatero b) Un cudrado c) Un circulo d) Cual momento de torsion es mas grande?

15. Un ión positivo con una sola carga tiene una masa de 3.20 x 10 -26 kg. despues de que es acelerado desde el reposo a traves de una diferencia de potencial de 833 v. el ion entra en un campo magnetico de 0.920 T. a lo largo de una direccion perpendicular a la direccion del campo. Calcule el radio de la trayectoria del ion en el campo.

13.6 Torque magnetico de un Bucle

13.6 Torque magnético de un lazo

El vector de color amarillo marcado es el momento de dipolo magnético, que se define perpendicular a la cara del bucle con una magnitud dada por el producto actual y de la zona. El tamaño del bucle puede ajustarse arrastrando al bucle.
B= campo magnético
A= area
I= intensidad de corriente
a= ángulo
τ= torsión
M= momento dipolar

Pregunta 1: fuerza magnética en la parte superior del lazo

Si un campo magnético se aplica en la positiva dirección-x, que la fuerza magnética sobre el alambre que comprende la parte superior de la bucle se dirige en el + x,-x, + y,-y, + z,-z o dirección?

-Desde que el campo magnetico esta en la direccion de x, la fuerza magnetica que siempre es perpendicular al campo no puede estar en la direccion de X.

Dado que la actual se encuentra en la-y-dirección, la fuerza magnética, que siempre es perpendicular a la actual, no puede ser y en la dirección.

Dado que la actual esta en la direccion y, y el campo magnetico en la direccion x, entonces la regla de la mano derecha especifica que la fuerza debe de estar en la direccion z.

Asesor
Para determinar la dirección de la fuerza magnética sobre una corriente portadora de alambre, imagine apuntando los dedos de su mano derecha en la dirección de la corriente. Curl los dedos hasta que punto en la dirección del campo magnético. Su pulgar apunta en la dirección de la fuerza magnética sobre el alambre.

Examinar las fuerzas magnéticas que actúan en los demás segmentos de cable del bucle. Compruebe que cada una de estas fuerzas apunta en la dirección predicha por la derecha de la regla.

Pregunta 2: Invertir el campo

Si la dirección del campo magnético se invierte, ¿qué pasará con la dirección de la fuerza magnética sobre cada uno de los cuatro lados del lazo? Compruebe su respuesta por revertir el terreno.

Si el campo magnetico se incrementa positivamente la fuerza magnetica actúa para los lado exteriores del campo donde se encuentra, en cambio si se incremente el campo magnetico negativamente, las fuerzas en z actuan hacia el exterior y las fuerzas en y actúan hacia el interior, en cambuo el campo magnético ca al medio de la figura, hacia adentro.

Pregunta 3: Red de Trabajo sobre el lazo

¿Cuál es la fuerza neta actuando sobre el lazo?

-Las fuerzas en la parte superior e inferior del bucle son iguales en magnitud (porque de igual magnitud actual, la duración y el campo magnético), pero en dirección opuesta, porque de lo contrario las direcciones de las corrientes. Por lo tanto, estas dos fuerzas de suma a cero. Lo mismo es cierto para las fuerzas de las dos partes en el cable de bucle. Por lo tanto, la fuerza neta en el bucle es igual a cero

Asesor
Las fuerzas en la parte superior e inferior del lazo son iguales en magnitud (porque de igual magnitud actual, la duración y el campo magnético), pero en dirección opuesta, porque de lo contrario las direcciones de las corrientes. Por lo tanto, estas dos fuerzas de suma a cero. Lo mismo es cierto para las fuerzas de las dos partes en el cable de bucle. Por lo tanto, la fuerza neta en el bucle es igual a cero


Crear un campo magnético en el + x-dirección.

Pregunta 4: Rotación del Lazo: Fuerzas

¿Qué va a pasar con la magnitud y la dirección de las fuerzas magnéticas que actúan en los cuatro segmentos del cable si rota el bucle a un pequeño ángulo positivo? Compruebe su respuesta, girar el lazo a un pequeño ángulo positivo



No se muestra ningún cambio aparente en las magnitud, ni en la dirección de las fuerzas magnéticas, el único cambio se da en la posición del cable.


Pregunta 5: Rotación del Bucle: 90 °

¿Qué va a pasar con la magnitud de la fuerza en la parte superior de alambre cuando el bucle se gira a +90 °? Compruebe su respuesta por girar el bucle a +90 °.



El momento bipolar cambia de posición. La fuerza sigue siendo cero.


Pregunta 6: Rotación del Buje: Más allá de 90 °

¿Qué va a pasar con la magnitud y la dirección de la fuerza en la parte superior de alambre cuando el bucle se gira más allá de +90 °? Compruebe su respuesta por girar el lazo más allá de 90 °.

La fuerza sigue siendo cero.

13.1 Campo magnético de un Cable

Los objetivos de esta actividad son : desarrollar una imagen visual del campo magnético en torno a una recta, actual portadora de cable y de comprender la dependencia del campo magnético sobre la distancia entre el alambre y la corriente.

Pregunta 1: La dirección del campo magnético
¿Cuál será el campo magnético de aspecto positivo cuando las corrientes actuan a través del alambre? (Los positivos se definen al fluir fuera de la pantalla.) Aumenta la corriente en el cable y comprueba tu predicción.

Conforme se aumenta la corriente positiva el campo magnetico aumenta hasta fluir fuera del margen del simulador y la direccion de B es hacia arriba y la direccion del campo es hacia la izq., en cambio si la misma carga la ponemos negativo, lo que cambia es la direccion que seria hacia abajo y las flechas estarian hacia la derecha, y si le disminuimos el flujo electrico, el campo se veria con menos lineas de campo magnetico.

Asesor
Para determinar la dirección del campo magnético producido por una corriente portadora de alambre, imaginar agarrar el cable con la mano derecha, con el pulgar apuntando en la dirección de la corriente. Sus dedos se enroscan en la dirección del campo magnético.

La simulación muestra las líneas de campo magnético en todo el espacio, así como el vector del campo magnético en un punto especificado en el espacio. Este punto se puede arrastrar alrededor de la ventana. Arrastre este punto alrededor de la ventana, manteniendo un ojo atento sobre la magnitud y la dirección del campo magnético vector.

Pregunta 2: Orientación del campo magnético
¿Qué hace el ángulo de campo magnético que en relación con la posición del vector que conecta el cable hasta el punto de interés?

El angulo es totalmente recto, es de 90º, si la distancia entre el punto de interes y el campo aumenta, la direccion (flecha roja), dismuira, si su corriente aumenta el campo magnetico estara las disperso y por lo tanto el campo magnetico disminuira.

Pregunta 3: Magnitud a lo largo de una línea radial
¿La magnitud de los cambios sobre el terreno a lo largo de una línea que se extiende radicalmente lejos de los cables? Cuidadosamente arrastre el vector del campo magnético sobre una recta, radial fuera de la línea del cable para comprobar su respuesta.

Si aplico un flujo de corriente de + 5 Ampere, y arrastro el vector a lo largo de una linea recta, B (intensidad , ira disminuyendo conforme alejo el vector del centro. En en centro el valor de B, es 100.
Pregunta 4: Magnitud de campo a lo largo de una línea
¿La magnitud de los cambios sobre el terreno a lo largo de las líneas de campo circular? Cuidadosamente arrastre el campo magnético en torno a un vector de líneas circular, de campo magnético para comprobar su respuesta.

Si le aplico un flujo electrico de + 15 Amperes y arrastro el vector a lo largo de una linea de campo circular, a la distancia de 4.3 cm, la intensidad de carga no sera la misma en todo el circulo, varia muy poco, por ejemplo: entre 87 y 88 (Miu.Teslas)

Examinar la magnitud y la dirección del vector campo magnético en un punto arbitrario en el espacio.
Pregunta 5: La dependencia de la actual
¿Qué va a pasar con la magnitud y la dirección del campo magnético, en el punto en el espacio que están estudiando, si la corriente es aumentada? Aumentar la corriente y comprobar su predicción.

La intensidad del campo Magnetico aumenta, yo situe el vector a la distancia de 7.5 cm primeramente con un flujo de corriente de 10 Amperes y esto me daba una intensidad de campo magnetico de 27 (MIU.TESLAS), al aumentarle esta a 15 A. la intensidad aumento a 40, entonces concluyo, que mientras el flujo de corriente aumente, la intensidad de campo electrico aumentara siempr ey cuando el vector se deje en el mismo sitio.
Pregunta 6: Flipping la actual
¿Qué va a pasar con la magnitud y la dirección del campo magnético, en el punto en el espacio que están estudiando, si la corriente es volteado de positivo a negativo? Voltear la corriente en el cable y comprobar su predicción.

Cambia la dirección de hacia donde tendía a ir la corriente, pero si es positivo se va hacia arriba y negativo derecha abajo, y mientras mas grande es el flujo de corriente mayor será la magnitud no importa si es negativo o positivo

Configurar la simulación para mostrar el patrón formado limaduras de hierro cuando se presentan cerca de la actual portadora de alambre. Examine el patrón realizado por el limaduras de hierro.
Pregunta 7: Plan Limaduras de hierro
¿Qué va a pasar con el patrón de limaduras de hierro, si la corriente es volteada a un valor positivo? Voltear la corriente en el alambre de vuelta a un valor positivo y comprobar su predicción.

Al cambiar de negativo a positivo cambia la dirección de la corriente y dependiendo del nivel de flujo aumentara o disminuirá la corriente variar la corriente a través del cable y registrar la evolución de la magnitud del campo magnético en un punto arbitrario en el espacio.
Variar la corriente a través del cable y registrar la evolución de la magnitud del campo magnético en un punto arbitrario en el espacio.

Pregunta 8:dependencia funcional en la actual
¿Cuál es la dependencia funcional de campo magnético sobre la corriente para un recto, corriente portadora de alambre?
El campo aumenta conforme la corriente hace lo mismo, si la la corriente llegara a ser 0 el campo será 0, entonces el campo es proporcional a la corriente, mientras mas intensa la corriente mas grande el campo

ASESOR
Dado que el campo magnético se incrementa en una cantidad constante, por un aumento constante en la actual, la dependencia debe ser lineal. Desde el campo se reduce a cero cuando la corriente es cero, entonces la dependencia lineal debe ser, de hecho, proporcional.

Variar la distancia entre el punto de interés y el alambre y registrar la evolución de la magnitud del campo magnético.
Pregunta 9: La dependencia funcional en la Distancia
¿Cuál es la dependencia funcional de campo magnético sobre una distancia de la recta, actual portadora de alambre?
Es proporcional, si se hace grande el campo, la distancia de la recta ira creciendo, debido a que afecta el campo magnético La combinación de los resultados de las dos últimas actividades conduce a una dependencia funcional de la forma B ~ I / R. De hecho, la relación matemática que rige la magnitud del campo magnético en función de la distancia y de la corriente a través de un conductor recto, conocido como el Biot-Savart Ley, tiene la forma: B = μI / 2πr.

ASESOR
Dado que el campo magnético disminuye en un factor de dos, cuando el aumento de la distancia por un factor de dos, la dependencia debe ser B ~ 1 / r.


La combinación de los resultados de las dos últimas actividades conduce a una dependencia funcional de la forma B ~ I / R. De hecho, la relación matemática que rige la magnitud del campo magnético en función de la distancia y de la corriente a través de un conductor recto, conocido como el Biot-Savart Ley, tiene la forma: B = μI / 2πr.

Pregunta 10: Biot-Savart Ley
¿Cuál es la distancia de un cable de llevar más allá de 10 A que el campo magnético es menos de 15 μT? Utilizar la simulación para comprobar su respuesta.

B = µI / 2πrr = µI / 2πBr = (4π x 10-7 Tm/A)(15 A) / 2π(35 x 10-6 T)r = 0.086 m.

Pregunta 11: Biot-Savart Rompecabezas
A 2 cm de largo objeto se coloca en el campo magnético de un alambre de 15 A. Un extremo del objeto está expuesto a un campo de 35 μT. ¿Qué gama de campos magnéticos de mayo, el otro extremo del objeto a ser expuestos? Utilizar la simulación para comprobar su respuesta.

ASESOR
Por el Biot-Savart Ley, el final del objeto en los 35 μT sobre el terreno deben estar ubicados en: B = μI / 2πr r = μI / 2πB r = (4π x 10-7 Tm / A) (15 A) / 2π (35 x 10-6 T) r = 0,086 m. Por lo tanto, el otro extremo del objeto debe estar entre 10,6 cm y 6,6 cm de alambre. Conectar estos dos en la distancia Biot-Savart Ley de los rendimientos campos magnéticos de 28 μT y 45 μT, respectivamente.

Ejercicios de repaso en clase

1.- Dos cargas puntuales estan situadas sobre el eje de las ¨y¨ como sigue la carga q1= -1.5 nC en y= -0.6m y q2= 3.2 nC en el origen. Cual es la fuerza total (magnitud y dirección) que estas dos cargas ejercen sobre una tercer carga q3= 5 nC que se encuentra en y= -0.4m ?
Datos:
q1= -1.5 nC ; q2= 3.2 nC ; q3= 5 nC

2.- El campo electrico uniforme de una carga de q= 9mC se localiza a 80mm a la derecha de una carga de +4mC. Determinar la intensidad del campo electrico en el punto medio de una línea que une las 2 cargas.

3.- En un campo electrico de magnitud E= 3.5KN/C es aplicado a lo largo del eje de las x, Calcular el flujo eléctrico atraves de un plano rectangular de l1=0.350m, l2= 0.7m.
a) Para cuando el plano es paralelo al plano yz

b) Paralelo al plano xy

4.- En el punto A se localiza a 40mm de una carga q1= 6x10-6C, el punto B esta a 25mm. Calcula la diferencia de potencial entre AB. Cuanto trabajo debe realizar, si una carga q2=5x10-6C se mueve de AB?

Cuestionario Unidad 2

Cuestionario Equipo 1
Fuerza Electrostática, Ley de Coulomb.
1.- Dos esferas metálicas cuelgan de hilos de nylon. Cuando se colocan próximas entre si tienden a atraerse. Con base sólo en esta información, analice los modos posibles en que podrían estar cargadas las esferas. Es posible que, luego de tocarse, las esferas permanezcan adheridas una a la otra? Explicar la respuesta.

Las esferas respectivamente tendrán que tener una carga positiva y la otra una carga negativa. Ambas esferas pueden quedar adheridas debido a que una de ellas posee mayor carga lo cual provoca que la atracción hacia la otra esfera sea mayor.

2.- Los buenos conductores elçtricos, como los metales, son típicamente buenos conductores del calor; los aisladores eléctricos, como la madera, son típicamente malos conductores del calor. Explicar por qué tendría que haber una relación entre la conducción eléctrica y la conducción térmica en estos materiales.

Por que son cuerpos conductores, en algunos casos los cuerpos conducen la energía por medio de calor o electricidad.

3.- Tres cargas puntuales están dispuestas en línea . La carga Q3 = + 5 nC está en el origen. La carga Q2 = - 3 nC está en x = 4 cm. La carga Q1 = está en x = + 2 cm. Cuál es la magnitud y el signo de Q1 , si la fuerza neta sobre Q3 es cero?

La fuerza en ambas cargas es la misma y la dirección de la fuerza es hacia afuera por que se repelen entre ellas, al ser ambas del mismo signo.

4.- Se coloca una carga puntual de 3.5 uC, a 0.8 m a la izquierda de una segunda carga puntual idéntica. Cuáles son las magnitudes y direcciones de las fuerzas que cada carga ejerce sobre la otra?

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Cuestionario Equipo 2
Fuerza Electrostática, Principio de Superposición.

1.- Dos cargas puntuales iguales ejercen fueras iguales una sobre la otra. Pero si una carga es el doble de la otra, siguen ejerciendo fuerzas iguales una sobre la otra, o una ejerce dos veces más fuerza que la otra?

Sigue habiendo fuerza ya que es la interacción que existe entre dos cuerpos, pero ya no será la misma fuerza debido a que una de las dos se encuentra oponiendo mayor resistencia que la otra, por lo tanto ya no son fuerzas iguales.

2.- Qué semejanza presentan las fuerzas eléctricas con las fuerzas gravitatorias?

La semejanza de estos conceptos radica en que en ambas se toma en cuenta las fuerzas que se ejercen entre dos cuerpos.

Cuáles son las diferencias más significativas?

La diferencia de estos conceptos es que la fuerza gravitatoria se basa con forme a la masa de los cuerpos mientras que la fuerza electrica es necesario que las particulas o cuerpos esten cargados ya sea positivamente o negativamente.

3.- A dos esferas pequeñas de plástico se les proporciona una carga eléctrica positiva. Cuando están a 15 cm de distancia una de la otra, la fuerza de repulsión entre ellas tiene una magnitud de 0.22 N. Qué carga tiene cada esfera,
a) Si las dos cargas son iguales?,

b) Si una esfera tiene cuatro veces más carga que la otra?

4.- Tres cargas puntuales están ordenadas a lo largo del eje de las “x”. La carga Q1= +3 uC está en el origen, y la carga Q2 = - 5 uC está en x = 0.2 m. La carga Q3 = - 8 uC . Dónde esta situada Q3 si la fuerza neta sobre Q1 es 7 N en la dirección – x?

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Cuestionario Equipo 3

Fuerza Eléctrica Superposición (Cuantitativa).

1.- Algunos de los electrones libres de un buen conductor (como un trozo de cobre, por ejemplo) se desplazan con una rapidez de 10^6 m/s ó más. Por qué estos electrones no escapan volando del conductor?

Pueden desarrollar esa velocidad cuando se aplica una diferencia de potencial entre los extremos de este (por ejemplo). Pero los electrones no podrían escapar de la red que conforma el sólido por las fuerzas interatómicas que los mantiene ligados, y solo se mueven los de las capas o niveles externos, y se alinean para dar lugar a una corriente eléctrica.

2.- Defina la aseveración siguiente: Si hubiese una sola partícula con carga eléctrica en todo el universo, el concepto de carga eléctrica carecería de significado?

El significado de carga eléctrica básicamente seria que se necesita otra partícula para generar la carga eléctrica que se representa por atracción y repulsión de partículas, entonces si no existiera otra partícula, no se generaría la carga eléctrica y por consecuente no aplicaría este significado.

3.- Dos cargas puntuales están situadas sobre el eje de las “y” como sigue: la carga Q1 = - 1.5 nC en y = - 0.6 m, y la carga Q2 = + 3.2 nC en el origen (y = 0). Cuál es la fuerza total (magnitud y dirección) que estas dos cargas ejercen sobre una tercera carga Q3 = + 5 nC que se encuentra en y = - 4 m?

Hacia abajo
4.- Dos cargas puntuales están situadas sobre el eje de las “x” como sigue: la carga Q1 = + 4 nC está en x = 0.2 m, y la carga Q2 = + 5 nC están en x = - 0.3 m. Cuáles son la magnitud y dirección de la fuerza total que estas dos cargas ejercen sobre una carga puntual negativa

Q3 = - 6 nC que se encuentra en el origen?

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Cuestionario Equipo 4
Campo Eléctrico: Carga Puntual.

1.- Se coloca un protón en un campo eléctrico uniforme y luego se libera. Después se coloca un electrón en el mismo punto y se libera. Experimentan estas dos partículas la misma fuerza?,
Si ya que el campo al que estan sometidos es el mismo para ambos casos y por lo tanto estan sometidas a la misma fuerza de esta.

Y la misma aceleración?,
No, ya que sus masas son diferentes y por lo tanto, aplicando la segunda Ley de Newton (F = mg), la aceleración depende de la masa y no solo de la fuerza que se aplique al proton y al electrón respectivamente .

Se desplazan en la misma dirección al ser liberadas?
No, ya que en caso de que el campo sea generado por una partícula negativa, el protón al liberarse se alejará de esta partícula (repulsión), y el electrón en cambio se vera atraído por esta partícula (atracción), si el campo es generado por una partícula positiva las fuerzas serian de manera viceversa.

2.- Los campos eléctricos suficientemente intensos pueden provocar que los átomos se ionicen positivamente, esto es, que pierdan uno ó más electrones. Explicar como ocurre esto.
Los campos eléctricos generan niveles de energía, al absorber la energía un electrón se excita y pasa a un mayor nivel de energía, si el campo eléctrico produce ‘‘demasiada energía’’, esta será suficiente para que el electrón no solo pase a otro nivel de energía sino que tendera a saltar del átomo para formar un enlace con otro enlace.

Qué es lo que determina la intensidad que el campo debe tener para que esto ocurra?

Los campos eléctricos generan niveles de energía, al absorber la energía un electrón se excita y pasa a un mayor nivel de energía, si el campo eléctrico produce ‘‘demasiada energía’’, esta será suficiente para que el electrón no solo pase a otro nivel de energía sino que tendera a saltar del átomo para formar un enlace con otro enlace.

3.- Cierta partícula tiene una carga – 3 nC.
a) Hallar la magnitud y dirección del campo eléctrico debido a esta partícula en un punto situado 0.25 m directamente arriba de ella,

b) A que distancia de esta partícula tiene su campo eléctrico una magnitud de 12 N/C?. .

4.- Un electrón inicialmente en reposo se deja libre en un campo eléctrico uniforme. El electrón se acelera verticalmente hacia arribar recorriendo 4.5 m en los primeros 3 us después de ser liberado. a) Cuáles son la magnitud y dirección del campo eléctrico?,

b) Se justifica no tener en cuenta los efectos de la gravedad?, justificar la respuesta cuantitativamente.

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Cuestionario Equipo 5
Campo Eléctrico: Debido a un Dipolo.

1.- La temperatura y velocidad del aire tiene valores diferentes en distintos lugares de la atmósfera terrestre. Es la velocidad del aire un campo vectorial?. Por que?

El campo vectorial es un conjunto infinito de cantidades que se encuentran asociadas con cada punto del espacio. Si decimos que la velocidad del aire es un campo vectorial estamos en lo incorrecto ya que la velocidad no se encuentra relacionada específicamente con un solo factor que se encuentre en el espacio.

Es la temperatura del aire un campo vectorial? Por que?

Ahora si decimos que la temperatura del aire es un campo vectorial estamos en lo correcto ya que la temperatura se encuentra relacionada con los factores en los que se manifiesta.

2.- Un objeto pequeño que tiene una carga de – 55 uC experimenta una fuerza hacia debajo de 6.2 x 10^9 N cuando se coloca en cierto punto de un campo eléctrico, a) Cuáles son la magnitud y dirección del campo eléctrico en este punto?, Cuáles serían la magnitud y dirección de la fuerza que actúa sobre un núcleo de cobre (número atómico = 29) masa atómica = 63.5 g/mol) situado en este mismo punto del campo eléctrico?

b.En un sistema de coordenadas rectangulares se coloca una carga positiva puntual Q = 6x10^-9 C en el punto x = + 0.15 m, y = 0, y una carga puntual idéntica en x = - 0.15 m, y = 0.

Hallar las componentes x y y, así como la magnitud y la dirección del campo eléctrico en los puntos siguientes:
a) el origen;

E=0

b) x = 0.3 m, y =0;

c) x = 0.15 m, y = - 0.4 m;

d) x = 0, y = 0.2

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Cuestionario Equipo 6

Campo Eléctrico: Problemas.

1.- Dos partículas con cargas Q1 = 0.5 nC y Q2 = 8 nC, están separadas por una distancia de 1.2 m. En qué punto a lo largo de la recta que une las dos cargas es igual a cero el campo eléctrico total debido a ambas cargas? .

2.- Una carga puntual de + 2 nC está en el origen, y una segunda carga puntual de – 5 nC está sobre el eje de las x en x = 8 m. a) Hallar el campo eléctrico (magnitud y dirección) en cada uno de los puntos siguientes sobre el eje de las x:

i) x = 0.2 m; .

ii) x = 1.2 m;

iii) x = - 0.2 m.

b) Hallar la fuerza eléctrica neta que las dos cargas ejercerían sobre un electrón colocado en cada punto del inciso a)

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Cuestionario Equipo 7
Flujo Eléctrico.

1.- Si se aumentan todas las dimensiones de la siguiente figura, por un factor de tres, Qué efecto tendrá este cambio en el flujo eléctrico a través de la caja? Carga positiva adentro de la caja, flujo saliente.

Ninguno, ya que la cantidad de líneas que atraviesen la caja serian las mismas sin importar las dimensiones de la caja, existiría un cambio en el flujo eléctrico si aumentáramos el valor de la carga ya que eta produciría una mayor cantidad de líneas que atravesaran la superficie de la caja.Carga positiva adentro de la caja, flujo saliente.

2.- A fin de generar la cantidad máxima de energía eléctrica, los paneles solares se instalan de modo que estén aproximadamente de cara al Sol como sea posible. Explicar en qué sentido esta orientación es análoga a la obtención del flujo eléctrico máximo a través de una superficie plana.

Esta orientación se relaciona con la relación en que entre mayor ángulo de captación del sol tengan los paneles solares, mayor será la cantidad de rayos recibidos por estos y mayor la cantidad de energía generada, esto es igual en relación al flujo eléctrico, entre mayor cantidad o mas líneas de fuerza atraviesen una superficie plana mayor será el valor del flujo eléctrico

3.- Una hoja plana de papel con área de 0.25 m^2 está orientada de modo tal que la normal a la hoja forma un ángulo de 60º con un campo eléctrico cauniforme cuya magnitud es de 14 N/C, a) Hallar la magnitud del flujo eléctrico a través de la hoja;

A= 0.25 m2
θ= 60̊ = (14N/C)(cos60̊)(0.25 m2 )=1.75 N m2 /C

E= 14 N/C
Φ= ¿?

b) Depende de la respuesta del inciso a) de la forma de la hoja? Por que?;

No, porque si se conoce el valor del área total, la respuesta no depende de la forma de la superficie

c) Con qué ángulo Φ entre la normal a la hoja y campo eléctrico es la magnitud del flujo a través de la hoja i) máxima? ii) mínima? Explicar las respuestas.
i) con un angulo totalmente perpendicular al flujo = 90̊ la magnitud del flujo es Maxima.
ii) con un angulo paralelo al flujo la magnitud del flujo es minima

4.- Un cubo tiene lados de longitud L. Está colocado con un vértice en el origen como se muestra en la figura. El campo eléctrico es uniforme y está dado por E = - Bi, + Cj – Dk, donde B, C y D son constantes positivas. A) Hallar el flujo eléctrico a través de cada una de las seis caras del cubo S1, S2, S3, S4, S5, S6.

b) Hallar el flujo eléctrico a través de todo el cubo
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Cuestionario Equipo 8

Ley de Gauss.

1.- Cuál es el flujo eléctrico total a través de una superficie que encierra totalmente un ion litio negativo? Cómo influiría en la respuesta el hecho de que se extendiera la superficie sin dejar de encerrar el ion (y ninguna otra carga)? .

2.- Se coloca una cantidad conocida de carga Q en el conductor de forma irregular que se muestra en la figura. Si se conoce el tamano y la forma del conductor, Se puede utilizar la ley de Gauss para calcular el campo eléctrico en una posición arbitraria externa al conductor? .

3.- Una superficie cerrada contiene una carga neta de -3.6 uC. Cuál es el flujo eléctrico neto a través de la superficie?,

b) El flujo eléctrico a través de la superficie cerrada resulta ser de 780 N m^2/C, Qué cantidad de carga encierra la superficie?,

c) La superficie cerrada del inciso b) es un cubo de con lados de 2.5 cm de longitud. Con base en la información dada en el inciso b), Es posible saber dónde está la carga dentro del cubo?. Explicar la respuesta. .

4.- En cierta región del espacio el campo en el inciso a) es uniforme. Utilizar ley de Gauss y verificar que esta región de espacio debe ser eléctricamente neutra; es decir, la densidad volumétrica de carga ρ debe ser cero,

b) Es cierta esta aseveración a la inversa; es decir, que en una región del espacio donde no hay carga E debe ser uniforme? Explicar la respuesta.

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Cuestionario Equipo 9

Movimiento de una carga en un campo eléctrico: Introducción

1.- Una superficie gaussiana esférica encierra una carga puntual q. Si la carga puntual se des plaza del centro de la esfera a un punto alejado del centro, Cambia el campo eléctrico en un punto de la superficie? Cambia el flujo total a través de la superficie gaussiana? Explicar la respuesta. .

2.- Una esfera metálica sólida con un radio de 0.45 m tiene una carga neta de 0.25 nC. Hallar la magnitud del campo eléctrico, a) En un punto situado a 0.1m afuera afuera de la superficie de la esfera;

b) en un punto dentro de la esfera, a 0.1 m debajo de la superficie.

3.- En una demostración de clase de física se coloca una carga de - 0.18 uC en el domo esférico de un generador Van de Graaff; a) A que distancia del centro del domo se debe sentar usted para que el campo eléctrico en ese punto no exceda el máximo recomendado de 614 N/C (De acuerdo con las normas de seguridad del IEEE, Instituto de Ingenieros Electricistas y Electrónicos, los seres humanos deben evitar la exposición prolongada a campos eléctricos de magnitudes mayores que 614 N/C).

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Cuestionario Equipo 10

Moviendo en un campo eléctrico: Problemas

1.- La ley de Coulomb y la ley de Gauss son totalmente equivalentes? Hay alguna situación de tipo electrostático en la que una sea válida y la otra no? Explicar el razonamiento. .

2.- Cuántos electrones en exceso se deben agregar a un conductor esférico aislado de 32 cm de diámetro para producir un campo eléctrico de 1150 N/C inmediatamente afuera de su superficie? .

3.- Una línea con carga uniforme y muy larga tiene una carga en cada unidad de longitud de 4.8 uC/m y yace a lo largo del eje de las x. Una segunda línea con carga uniforme y larga tiene una carga en cada unidad de longitud de– 2.4 uC/m y es paralela al eje de las x en y = 0.4 m; Cuál es el campo eléctrico neto (magnitud y dirección) en los puntos siguientes del eje de las y:

a) y = 0.2 m,

b) y = 0.6 m?

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Cuestionario Equipo 11

Potencial Eléctrico: Introducción Cualitativa.

1.- Cuál es la energía potencial total del siguiente sistema de tres cargas puntuales positivas, Q1 = Q2 = 2 uC que interactúan con una tercera carga Q3 = 4 uC. ¿Es positivo o negativo el resultado? ¿Cuál es la interpretación física de este signo? .

2.- Si el potencial eléctrico en cierto punto es cero. ¿Debe ser igual a cero el campo eléctrico en ese punto? (Sugerencia considérese el campo de un dipolo eléctrico y el potencial de dos cargas puntuales) .

3.- Una partícula pequeña tiene una carga de – 5 uC y una masa de 2 x 10^-4 Kg. Se traslada desde el punto A, donde el potencial eléctrico es Va = + 200 V, al punto B, donde el potencial eléctrico es Va = + 800 V. La fuerza eléctrica es la única fuerza que actúa sobre la partícula. Ésta tiene una rapidez de 5 m/s en el punto A.

Cuál es su rapidez en el punto B?

Se traslada con más rapidez o más lentamente en B que en A? Explicar la respuesta. .

4.- La dirección de un campo eléctrico uniforme es hacia el este. El punto B está a 2 m al oeste del punto A, el punto C está a 2 m al este del punto A, y el punto D está 2 m al sur del A. Con respecto a cada punto, Es el potencial en ese punto mayor, menor o el mismo que en el punto A. Explicar el razonamiento en el que se fundamentan sus respuestas?

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Cuestionario Equipo 12

Potencial Eléctrico Campo y Fuerza.

1.- Si el campo eléctrico en cierto punto es cero, Debe ser inevitable que el potencial eléctrico sea cero en ese punto? (Sugerencia: Considerar el efecto de un campo de un anillo con carga). El potencial eléctrico en cierto punto no puede ser 0, ya que es el trabajo que debe realizar una fuerza eléctrica para mover una carga positiva Q desde el infinito hasta ese punto, por lo tanto es un número positivo, por lo tanto, en
El potencial eléctrico en cierto punto no puede ser 0, ya que es el trabajo que debe realizar una fuerza eléctrica para mover una carga positiva Q desde el infinito hasta ese punto, por lo tanto es un número positivo, por lo tanto, en condiciones de campo eléctrico nulo el potencial asociado es constante.

2.- Cómo cambiarían los diagramas de la siguiente figura si se invirtiera el signo de cada carga? .

3.- Una carga eléctrica total de 3.5 nC está distribuida uniformemente en la superficie de una esfera metálica con un radio de 24 cm. Si el potencial es cero en un punto en el infinito, hallar el valor del potencial a las distancias siguientes del centro de la esfera:

a) 48 cm;

b) 24 cm;

c) 12 cm. .

4.- Un anillo delgado con carga uniforme tiene un radio de 15 cm y una carga total de + 24 nC. Se coloca un electrón sobre el eje del anillo, a una distancia de 30 cm de su centro, obligándolo a permanecer en reposo sobre el eje del anillo. Después se deja libre el electrón;

a) Describa el movimiento consecutivo del electrón,

b) Hallar la rapidez del electrón cuando éste alcanza el centro del anillo.

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Cuestionario Equipo

Potencial Eléctrico, Energía y Potencia.

1.- En cierta región del espacio el potencial está dado por V = A + Bx + Cy^3 + Dz^2, donde A, B, C y D son constantes. Cuál es el campo eléctrico en esta región? .

V=x+3cy2+2dz

2.- Dos placas metálicas paralelas grandes tienen cargas opuestas de igual magnitud. Las separan una distancia de 45 mm y la diferencia de potencial entre ellas es de 360 V,

a) Cuál es la magnitud del campo eléctrico (se supone uniforme) en la región entre las placas?,

E=K*Q/ d2 = 8000

b) Cuál es la magnitud de la fuerza que este campo ejerce sobre una partícula con una carga de + 2.4 nC?,

F= Eq
F=8000(2.4X109) =1.92X1013

c) Con base en los resultados del inciso b), calcular el trabajo realizado por el campo sobre la partícula cuando ésta se traslada de la placa de mayor a la de menor potencial;

Ep=q(VAB)
Ep= 2.4X109(360V) = 8.64X1011

d) Compare el resultado del inciso c) con el cambio de energía potencial de la misma carga, calculado a partir del potencial eléctrico.

Ep=q(VAB)
Ep = 2.4X109(360V) = 8.64X1011