PROBLEMAS UNIDAD 4

18.1 Un tanque de 20.o L contiene 0.225 Kg de helio a 18.0^C. la mas amolar del heliio de g/mol.

B) calcule la presion 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 del del piston hasta aumentar el volumen del aire a 0.390m^3. . si la temperatura no cambia ¿ que valor final tiene la presion?

18.23 ¿ Que volumen tiene 3.00 moles de cobre?

18.33 tenemos 2 cajas del mismo tamaño A, B. 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^o C, mienttras que el de la caja B esta a 10^o C. Esta es todo lo que sabemos acerca del gas contenido en las cajas., ¿ Cuales de las afirmaciones siguientes deben ser verdad? ¿Cuáles podrian ser verdad?

a) La presion en A es mayor que B.

No sabemos n para cada casilla, por lo tanto la presión podría ser mayor

b) hay mas moleculas en A que en B

Dónde NA es el número de Avogadro. No sabe mos cómo comparar las presiones, por lo tanto N podría ser mayor.

c) A y B no pueden tener el mismo tipo de gas

No sabemos la masa del gas en cada casilla, por lo que podría contener el mismo gas o diferentes gases.

d) Las moluculas en A tienen un promedio mas energia cinetica por moleculas que B

TA> TB y la energía cinética media por molécula sólo depende de T, por lo que la declaración debe ser cierto.

e) Las moluculas en Ase mueven con mayor rapidezque la B.

No sabemos nada sobre las masas de los átomos del gas en cada casilla, por lo que alguno de los conjuntos de moléculas podrían tener una mayor Vrms

18.41 a) calcule la capacidad calorifica a volumen constante del vapor de agua ( M= 18.0 g/ mol), suponiendo que la molecula triamonica no lineal tiene tress grados de libertad traslacionales y dos rotacionales y que el movimiento vibracional no contribuye.

Los seis grados de libertad significaría una capacidad de calor a volumen constante de

b) La capacidad calorifica real del vapor de agua a baja presion es de cerca de 2000j/kg. K. Compare esto con su calculo y comente el papel real del movimiento vibracional.

Las vibraciones contribuyen a la capacidad de calor

Para nitrogeno gaseoso (m= 28g/mol) cul debe ser la temperatura si la rapidez del 94.7% de las moleculas es menor que:

De la tabla (18,2), la velocidad es (1,60) v s, entonces por lo que la temperatura es

LEY CERO DE LA TERMODINAMICA

1. 1.-¿QUÉ PROPIEDADES DE LA MATERIA DEPENDEN DE LA TEMPERATURA?

Volumen, la densidad y la presión.

2. 2.- ¿A QUE SE LLAMA EQUILIBRIO TÉRMICO?

Se dice que los cuerpos en contacto térmico se encuentran en equilibrio térmico cuando no existe flujo de calor de uno hacia el otro. Esta definición requiere además que las propiedades físicas del sistema, que varían con la temperatura, cambien con el tiempo

3. 3.- ¿QUÉ ES UN AISLANTE IDEAL?

Un aislante ideal (llamado correctamente dieléctrico) permite sólo el paso de una breve corriente transitoria que lo carga electrostáticamente.

4. DIBUJAR UN SISTEMA QUE REPRESENTE LA LEY CERO DE LA TERMODINÁMICA, INDICANDO EL EQUILIBRIO TÉRMICO.

5. 4.- CUANDO SE DICE QUE SE SISTEMAS ESTÁN EN EQUILIBRIO TÉRMICO?

cuando no existe flujo de calor de uno hacia el otro.

6. 5.-¿POR QUÉ 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. 6.-MENCIONAR TRES TIPO S DE DISPOSITIVOS QUE MIDEN LA TEMPERATURA

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.

8. 7.-¿CUÁL ES L A TEMPERATURA DE CONGELACIÓN DEL AGUA EN F?

El punto de fusión y de congelación es el mismo: 0 °C (32 °F).

9. 8.-CALCULAR LA TEMPERATURA FAHRENHEIT DEL PLANETA VENUS SI EN GRADOS CELSIUS CORRESPONDE A 460 C?

ºF= (1.8)460+32
ºF=860

10. 9.-ENCONTRAR LA TEMPERATURA EN LA QUE COINCIDEN LAS ESCALAS FAHRENHEIT Y CELSIUS.

A una temperatura de 40 grados bajo cero, ambas escalas coinciden

11. 10.-LA TEMPERATURA DE LA CORONA SOLAR ES 2X10⁷ C Y LA TEMPERATURA A LA QUE L HELIO SE LICUA A PRESIÓN ESTÁNDAR ES 268.93 C?

· EXPRESAR ESTAS TEMPERATURAS EN KELVIN

· K = C +273 K = 268.93+273

K = 2 X 10 +273 = 20000273 K = 541.93

· 11.-EXPLICAR PORQUE SUELE USARSE LA ESCALA KELVIN

La escala kelvin se usa principalmente solo para experimentos de uso científico.

El kelvin es la unidad de temperatura de la escala creada por William Thompson en el año 1848, sobre la base de ºC, establecido el punto cero en el cero absoluto ( -273,15ºC) y conservado la misma dimensión. William Thompson, quien mas tarde seria Lord Kelvin, a sus 24 años introdujo la escala de temperatura termodinámica, y la unidad fue nombrada en su honor.

12. 12.-DOS VASOS DE AGUA AB ESTÁN INICIALMENTE A LA MISMA TEMPERATURA. LA TEMPERATURA DEL IGUAL DEL VASO SE AUMENTA 10 F Y LA DEL VASO B 10 K ¿CUÁL VASO ESTA AHORA A MAYOR TEMPERATURA?

= ºF-32/1.8
ºC = 10ºF -32/1.8
ºC = -12.2210 ºC

ºC = k -273
ºC = ºK -273 = 263 ºC

El vaso A sigue estando a mayor temperatura que el vaso B

cuestionarios

1.- Una bobina rectangular de 50 vueltas y dimensiones de 5 x 10 cm. se deja caer desde una posición 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 0.250 s.

2.- Una bobina circular de alambre de 25 vueltas tiene un diámetro de 1 cm. La bobina se coloca con su eje a lo largo de la dirección del campo magnético de la tierra de 50 uT, y luego en o.2 s. Se gira a 180 grados. Cual es la fem promedio generada en la bobina.

3.- Un anillo de aluminio con un radio de 5 cm y una resistencia de 3 x 10 -4 homs, se coloca sobre la parte superior de un largo solenoide con un núcleo de aire, 1000 vueltas por metro y un radio de 3cm. 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. ¿cual es la corriente inducida en el anillo?

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

c) ¿cual es la dirección de este campo?

4.- Encuentra la corriente que atraviesa la sección PQ la cual tiene una longitud alfa= 65cm. El circuito se localiza en un campo magnético cuya magnitud varia con el tiempo de acuerdo con la expresión B= ( 1 x 10 -3 T/s) t. Suponga que la resistencia por longitud del alambre es 0.1 homs/m.

5.- Una bobina que se enrolla con 50 vueltas de alambre en la forma de un cuadrado se coloca en un campo magnético de modo que la normal al plano de la bobina forme un Angulo de 30 grados con la dirección del campo cuando el campo magnético 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?

6.-Una bobina circular que encierra una área de 100m2 esta integrada por 200 vueltas de alambre de cobre, al principio un campo magnético uniforme de 1.10 T. apunta perpendicularmente hacia arriba a través del plano de la bobina. la dirección del campo se invierte después durante el tiempo que el campo esta cambiando su dirección. ¿Cuanta carga fluye a través 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 magnético uniforme B a velocidad V ¿cuales son la magnitud y dirección 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 despreciable están separados a 10 cm por medio de un resistor de 5 homs. el circuito contiene también dos barras metálicas con resistencia de 10 homs y 15 homs que se desliza a lo largo de los rieles. Las barras se alejan del resistor con rapidez constante de 4m/s y 2 m/s respectivamente. se aplica un campo magnético 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 área esta girando a 60 rev/s con el eje de rotación perpendicular a un campo magnético de 0.200 T. a) si hay 1000 vueltas en la bobina ¿cual es el máximo voltaje inducido en el ? b) cuando el máximo voltaje ocurre ¿ cual es la orientación de la bobina respecto del campo magnético?

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 alambre delgado alrededor de un armazón 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 diámetro de la bobina y coincide con el eje y, después 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 función del tiempo.

11.- En el ecuador cerca de la superficie de la tierra, el campo magnético es aproximadamente de 50 homs/T. con dirección norte y el campo eléctrico es cercano a 100 N/C hacia abajo en clima favorable encuentre la fuerza gravitacional, eléctrica y magnética sobre un electrón que se mueve a una velocidad instantánea de 6 x 10 6 m/s en dirección este en dicho ambiente.

12.- Un alambre conduce una corriente estable de 2.40 A una sección recta del alambre mide 0.750 m de largo y se encuentra a lo largo del eje x dentro de un campo magnético uniforme de magnitud b= 160 T en la dirección x positiva si la corriente esta en la dirección +x ¿cual es la fuerza magnética sobre la sección 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 magnético de 0.8 T se dirige paralelo al plano de la espira a) calcule el momento magnético 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 torsion sobre la espira si se dobla en la forma de a) un triangulo equilatero b) un cudrado c) un circulo d) cual momento de torsion es mas grande?

15.- un ion 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.

CUESTIONARIO /MAGNETIC FIELD OF WIRE

Magnetismo: campo magnético de un Alambre

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 positivo cuando las corrientes actuales Atraviesan el alambre? (Positivos se define a fluir fuera de la pantalla.)

R= CUANDO una carga se mueve frente a un alambre cargado, la densidad de carga positiva en el alambre ya no es igual a la densidad de las partículas negativas. Es decir r y B aumentan mientras el alambre atraviesa el campo magnético

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?

R=Al variar el Angulo de campo magnético ocasiona que la distancia del punto del centro (“r”) varia dependiendo de la ubicación de este.

Pregunta 3: Magnitud a lo largo de una línea radial

¿La magnitud del campo cambia a lo largo de una línea que extiende Radialmente lejos del alambre?

La magnitud del campo no cambia, lo único que cambia es el radio y la intensidad del campo.

Pregunta 4: Magnitud de campo a lo largo de una línea

¿La magnitud del campo cambia a lo largo de las líneas circulares del campo?

R= la magnitud del campo no cambia.

Cuidadosamente arrastre el campo magnético en torno a un vector de la circular líneas de campo magnético para comprobar su respuesta.

Pregunta 5: Dependencia de la corriente

¿Qué va a pasar con la magnitud y la dirección del campo magnético, en el punto en el espacio que están estudiando, si el actual aumento?
cuando la corriente es negativa su dirección es hacia la izquierda y cuando cambia a positiva su dirección es hacia la derecha, entre mayor sea el valor de l el campo eléctrico va a aumentar.

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?
R=la dirección del campo eléctrico cambia de izquierda a derecha (negativo a positivo) además el vector también cambia de posición.

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?
R=comienzan a aparecer aleatoriamente, de afuera hacia adentro.

Pregunta 8: dependencia funcional en la actual

¿Cuál es la dependencia funcional de campo magnético sobre las actuales para un recto, actual portadora de alambre?

R= 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.

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?

R= 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.

Pregunta 10:

¿Cuál es la distancia de un cable de llevar más allá de 10 A que el campo magnético es menos de 15 μT?

R=r=13.3 cm

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 el objeto a ser expuestos?

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.

cuestionarios

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.

Existe una relación por que en el caso de los metales, los electrones que se encuentran en la capa de valencia están libres; por lo cual tienen facilidad para el intercambio de estos mismos, este intercambio permite tanto la conductividad eléctrica así como de energía termina debido al constante movimiento que hay entre los electrones que a su vez producen calor.

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?

F3/2= (9X10^9)(5X10^-9)(-3X10^9-9)/(0.4)^2
F3/2= 8.4375 X10^-7

F3/1=(9X10^9)(5X10^-9)(Q1)/(0.4)^2
Q1= 8.4375^-7(0.2)^2/(9X10^9)(5X10^-9)
Q1=7.5X10^-9 C

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?

QT= (3.5X10^-6)(3.5X10^-6)(9X10^9)
QT=0.17226 N

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? Cuáles son las diferencias más significativas?

La semejanza es que ambas se basan en la atracción entre dos o más cuerpo distintos. Y la diferencias mas significativas, es que la fuerza gravitatoria se basa conforme a la masa de los cuerpos mientras que la fuerza eléctrica es necesario que las partículas o cuerpos estén cargados ya será 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?

0.22N=(9X10^9)(q1q2)/(0.15)^2
0.22N(0.15)^2/(9X10^9)=q1q2
5.5X10^-13=q1q2
5.5X10^-13=q^2
7.4161X10^-7=q

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?

0.22N=9X10^9(4q^2)/(0.15)^2
0.22(0.15)^2/9X10^9=4q^2
3.70X10^-7=q1

4(3.7X10^-7)=q2
1.48X10^-6=q2

F1/2=9X10^9(5X10^-6)(3X10^-6)/(0.2)^2
F1/2=3.375N

F1/3=(9X10^9)(8X10^6)(3X10-6)/r^2
r^2=(9X10^9)(8X10^-6)(3X10^-3)/3.625
r^2=0.5958
r=0.2441

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?

1 nC --- 1 x 10-9 C
v= 5.84 x 10-9
= 9 x 10-9
q3 = F31 – F32
= 5.84 x 10-9 – 9 x 10-9
= - 3.16 x 10-9

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?

1 nC --- 1 x 10-9 C
= 5.4 x 10-6
= 3 x 10-6
q3 = F13 – F23
= 5.4 x 10-6 – 3 x 10-6
= 2.4 x 10-6

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 están sometidos es el mismo para ambos casos y por lo tanto están sometidos a la misma fuerza de este.
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 protón 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, al protón al liberarse se alejara de esta partícula (la 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?


El nivel de energía del electrón de valencia ( el que ocupa el ultimo nivel de energía dentro del átomo), en el que se encuentra este, ya que este nivel determinara que tan dispuesto esta el electrón para saltar del átomo o que tanta intensidad requiere el electrón para lograr la ionización.

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?,

E = K q/r2
= 9 x 109 nm2/C2 (1.602 x 10 -19 C / (4.5 m)2
= 7.12 x 10 -11 n/c
b) Se justifica no tener en cuenta los efectos de la gravedad?, justificar la respuesta cuantitativamente.

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

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?

3. 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; b) x = 0.3 m, y =0; c) x = 0.15 m, y = - 0.4 m; d) x = 0, y = 0.2 m.

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?

E=F/q = K q1/r2 = 9x109(Nm2/C2)(0.5x10-9C)/(0.2m)2 = 112.5 N/C
E=F/q = K q2/r2 Þ 112.5= K q1/x Þ x =K q2/112.5(N/C)= 0.8m
E= K q2/(0.8)2 = 112.5 N/C X= 0.8m
ET = q1 – q2 =112.5 N/C - 112.5 N/C = 0
ET = 0

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.

F= K q1 q2/ r2 Þ 9x109 (2x10-9c)(-5x10-9c)/(8m)2
F=1.40x10-9N
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.


E=F/q = K q1/r2 carga 1 (+2nC) E1 carga 2 (-5nC)
x = 0.2 m; ii) 9x109(2x109)/(0.2m)2 = 450 N/C E= K (-5x10-9)/(0.2m)2= -1.12 N/C
x = 1.2 m; iii) 9x109(2x109)/(1.2m)2 = 12.5 N/C E= K (-5x10-9)/(1.2m)2= -312.5 N/C
x = - 0.2 m. 9x109(2x109)/(-0.2m)2 = 450 N/C E= K (-5x10-9)/(-0.2m)2= -1.125N/C
b) Hallar la fuerza eléctrica neta que las dos cargas ejercerían sobre un electrón colocado en cada punto del inciso a).

ET
E1 – E2= 450 N/C – (-1.12 N/C) = 451.12 N/C
E1 – E2= 12.5 N/C – (-312.5 N/C) = 325 N/C
E1 – E2= 450 N/C – (-1.125 N/C) = 451.12 N/C

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.

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.

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

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 eléctrico E 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.

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).

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?

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?

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 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?

Pues, no viene ninguna figura aquí, pero tomando en cuenta esta:
En esta figura tiene una q1= -5µC, y
la q2 = 2 µC, podemos ver que el campo eléctrico que ejerce la carga 1, es mayor debido a la carga de -5, y tiene una atracción con la carga 2, por tener signos contrarios
Al cambiarle el signo a la carga, vemos que si tiene la misma intensidad, y las dos siguen teniendo atracción una con la otra, simplemente cambia el signo de la carga, ya que en este punto solo indica, invertir el signo, mas no la 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.

a)
= (9x109 Nm2/C2)(3.5x10-9 C) / (.48 m)2 = 136.71 N/C
b) 24 cm
= (9x109Nm2/C2)(3.5x10-9C) / (.24 m)2 = 546.875 N/C
c) 12 cm
= (9x109Nm2/C2)(3.5x10-9C) / (.12 m)2 = 2187.5 N/CUn 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.

Cuestionario Equipo 13
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+2dz2.-

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,

D=45mm
V1-V2=360Va) Cuál es la magnitud del campo eléctrico (se supone uniforme) en la región entre las placas?,

donde:
V1 - V2 es la diferencia de potencial
E es la Intensidad de campo en newton/culombio
r es la distancia en metros entre los puntos 1 y 2
entonces:
= E
8000= Eb) 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)
F=1.92X1013c) 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)
Ep=8.64X1011d) 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)
Ep=8.64X1011