FISICA III - Trabajo Práctico Nº 1

UNIVERSIDAD NACIONAL DE PILAR
FACULTAD DE CIENCIAS APLICADAS
Instituto Tecnológico
CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICAS

Trabajo Práctico

CATEDRA; FÍSICA III CURSO: TERCERO

PROFESOR: Ing. Rogelio Encina Román
Lic. Roberto Riveros Escurra

INDICADORES:

1- Presenta trabajo en hojas uniformes. …………………………….. 1p.
2- Presenta trabajo con carátula de identificación completa………… 1p.
3- Desarrolla completamente cada problema………………………... 8p.
4- Aplica apropiadamente las formulas físicas…………………….… 1p.
5- Presenta resultados correctos de los problemas…………………... 8p.
6- Presenta el trabajo con pulcritud………………………………….. 1p.
7- Entrega el trabajo en la fecha indicada……………………………. 1p.

TRABAJO PRÁCTICO Nº 1
DEFINE los siguientes conceptos:
1- Carga eléctrica.
2- Ley de Coulomb.
3- Campo eléctrico.
4- Dipolo eléctrico.
5- Flujo eléctrico.
6- Ley de Gauss.
7- Potencial eléctrico.
8- Capacitor.
9- Capacitancia.
10- Densidad de energía.
11- Polarización en un capacitor.
12- Dieléctrico.

RESUELVE los siguientes problemas
Bibliografía: FÍSICA UNIVERSITARIA: Sears, Zemansky, Young.
FÍSICA Vol.2: Halliday, Resnick, Krane
Fundamentos de FÍSICA: Frank J, Blatt.


1- En el sistema de abajo q = 2.10-6C y las cargas extremas están fijas. Determinar la intensidad de la fuerza eléctrica resultante sobre la carga –q .

+ q – q 6q


10 cm 40 cm


2- Dos pequeñas esferas del mismo radio, cada una con masa de 0,20 g se suspenden del mismo punto por medio de hilos livianos y aislantes de 20 cm de longitud. Electrizadas con cargas iguales se verifica que ellas se repelen, permaneciendo en equilibrio a 24 cm una de otra, Determine la carga de cada esfera.

3- En los vértices de un triangulo equilátero ABC de la figura, estas fijadas tres cargas eléctricas puntuales: en A – 10 uC, en B + 10 uC y en C + 10 uC. El lado del triangulo mide 1m y el medio es el vació. Caracterice la fuerza eléctrica resultante en la esfera C.

C







A B

4- Determine la intensidad de la resultante de las fuerzas, producidas por las cargas Q1 y Q2 sobre la carga Q3 , cuando se colocan en el vació, según se indica en la figura.

Datos:
Q1 = 20 uC
Q2 = – 20 uC
2 cm Q3 = 8 uC

4 cm


5- Se dan tres pequeñas esferas electrizadas con cargas Q1 , Q2 y Q3, en el vacío, sobre una plataforma horizontal sin rozamiento; los centros de la esferas se sitúan sobre una misma horizontal; las esferas se encuentran en equilibrio en las posiciones representadas en el esquema; la carga de la esfera que está en el centro es positiva y tiene una magnitud Q2 = 2,7 . 10-6 C; las otras dos esferas tienen cargas negativas; las distancias entre esferas es d = 0,12 m. Calcular las cargas Q1 y Q 2.

Q1 Q2 Q3


d d

6- Determine las características del vector campo eléctrico producido por una carga puntual, fija, de 8 uC, en un punto P, en el vacío, localizado a 20 cm de la carga.

7- Determine las características del vector campo eléctrico producido por una carga puntual, fija de – 4 uC, en un punto P, en el vacío, localizado a 20 cm de la carga.

8- Dos cargas puntuales de 4 uC y – 5uC están fijas en los puntos A y B, localizados en el vacío, según indica la figura.

4 uC – 5 uC
•
A C B
Sabiendo que = 20 cm y = 30 cm, determine la intensidad del vector campo eléctrico en el punto C.

9- Dos cargas puntuales Q1 = 50 uC y Q2 = – 10 uC están localizadas en el vacío, sobre la recta r según figura. Determine a que distancia de la carga Q2 sobre la recta r, el vector campo eléctrico es nulo.

Q2 Q1

20 cm

10- Dos placas metálicas paralelas, electrizadas con cargas de signos contrarios, están colocadas en el vacío a 10 cm de distancia una de otra. El campo eléctrico producido por las placas tiene una intensidad de 6.107 N/C. Una carga eléctrica puntual de 2 uC y masa de 5.10-6 Kg es abandonada en la placa positiva. Suponer despreciable la fuerza de atracción gravitatoria sobre la carga eléctrica. Determine:
a) La fuerza que actúa sobre la carga.
b) La aceleración de la carga eléctrica
c) La velocidad con que la carga eléctrica llega a la placa negativa.

11- Una partícula α es el núcleo de un átomo de helio. Tiene una masa m = 6,64.10-27kg. Y una carga q = +2e = 3,2.10-19 C. Compare la fuerza de la repulsión eléctrica entre dos partículas α con la fuerza gravitatoria de atracción entre ellas.

12- Dos cargas puntuales, q1 = +25 nC y q2 = -75 nC, están a una distancia de 3 cm. entre si. Encuentre la magnitud y dirección de:
a) la fuerza eléctrica que q1 ejerce sobre q2
b) la fuerza eléctrica que q2 ejerce sobre q1.

13- Dos cargas puntuales están situadas sobre el eje positivo de un sistema coordenado. La carga q1 = 1 nC está a 2 cm del origen, y la carga q2 = – 3 nC está a 4 cm del origen. ¿cuál es la fuerza ejercida por esas dos cargas sobre una carga q3 = 5 nC situada en el origen? Las fuerzas gravitatorias son despreciables.

14- Dos cargas puntuales positivas iguales q1 = q2 = 2 uC, interactúan con una tercera carga puntual Q = 4 uC. Encuentre la magnitud y dirección de la fuerza total (neta) sobre Q. Ver figura.

q1

0,3 cm
0,4 cm Q

0,3 cm

q2

15- Tres partículas cargadas: Q1 = –1,2 uF, Q2 = +3,7 uF, Q3 = –2,3 uF (según figura), mantenidas en su lugar por fuerzas no mostradas. ¿Qué fuerza electrostática debida a las otras dos cargas, actúa sobre q1?, r1 = 10 cm y r2 = 15 cm.
Q3


r1

r2
Q1 Q2



16- La distancia promedio r entre el electrón y el protón en el átomo de hidrogeno es de 5,3.10-11m.
a) ¿Cual es la magnitud de la fuerza electrostática promedio que actúa entre estas dos partículas?
b) ¿Cuál es la magnitud de la fuerza gravitatoria promedio que actúa entre estas partículas?

17- El núcleo de un átomo de hierro tiene un radio de4.10-15m y contiene 26 protones. ¿Qué fuerza electrostática de repulsión actúa entre dos protones en tal núcleo si están separados por una distancia de un radio?

18- Una carga puntual de +3,12 uC está a una distancia de 12,3 cm de una segunda carga puntual de – 1,48 uC. Calcule la magnitud de la fuerza para cada carga.

19- Cual debe ser la distancia entre la carga puntual q1 = 26,3 uC y la carga puntual q2 = –47,1 uC con objeto de que la fuerza eléctrica de atracción entre ellas tenga una magnitud de 5,66 N?

PROBLEMAS (CAMPO ELÉCTRICO)

20- ¿Cual es la magnitud del campo eléctrico en un punto del campo situado a 2 m de una carga puntual q = 4 nC?

21- Un protón se coloca en un campo eléctrico uniforme E, ¿Cuáles deben ser la magnitud y la dirección de este campo si la fuerza electrostática que actúa sobre el protón ha de equilibrar precisamente a su peso?

22- En un átomo de helio ionizado (un átomo de helio en el que uno de los dos electrones se ha retirado), el electrón y el núcleo están separados por una distancia de 26,5 pm. ¿Cuál es el campo eléctrico debido al núcleo en la localización del electrón?

23- Una carga puntual q = - 8 nC está situada en el origen. Encuentre el vector campo eléctrico en el punto del campo x = 1,2 m, y = -1,6 m.

24- Cuando los terminales de una batería se conectan a dos grandes placas conductoras paralelas, las cargas resultantes sobre las placas ocasionan un campo eléctrico E en la región entre las placas que es casi, casi uniforme. Si las placas son horizontales, y están separadas 1 cm. y están conectadas a una batería de 100 voltios, la magnitud del campo es E = 1.104N/C. Suponga que la dirección de E es verticalmente hacia arriba.
a) Si un electrón se suelta en reposo en la placa superior (-), ¿Cuál es su aceleración? (carga –e = -1,6.10-19 C y una masa m = 9,11.10-31kg.)
b) ¿Qué velocidad y energía cinética adquiere al viajar 1 cm. hacia la placa inferior?
c) ¿Qué tiempo requiere para viajar esta distancia?.

25- Un conductor en forma de anillo de radio a lleva una carga total Q distribuida uniformemente alrededor de él. Encuentre el campo eléctrico en un punto P localizado sobre el eje del anillo a una distancia x de su centro.

y



a P x

Q

26- Un dipolo eléctrico dentro de un campo magnético uniforme con magnitud de 5.105 N/C dirigido paralelamente al plano de la figura. La carga son ± 1,6.10-19; ambas se encuentran en el plano y estas separadas ente si 0,125 nm = 0,125.10-9m, Encuentre:
a) La fuerza neta ejercida por el campo sobre el dipolo.
b) La magnitud y dirección del momento bipolar eléctrico.
c) La magnitud y dirección del momento de torsión.
d) La energía potencial del sistema en la posición mostrada.




35º
E
145º


27- Un disco con radio de 0,1 m está orientado con su valor unitario normal formando un ángulo de 30º respecto a un campo eléctrico uniforme con magnitud de 2.103 N/C (no es una superficie cerrada, no tiene ni adentro ni afuera). Halla:
a) ¿Cuál es el flujo a través del disco?
b) ¿Cuál es el flujo a través del disco si éste se gira de manera que su normal sea perpendicular a ?
c) ¿Cuál es el flujo a través del disco si su normal es paralela a ?




r

30º






28- Una carga puntual positiva q = 3 uC está rodeada de una esfera de 0,2 m de radio centrada sobre la carga. Encuentre el flujo eléctrico a través de la esfera debido a esta carga.

POTENCIAL ELÉCTRICO

29- Un protón (carga +e = 1,6.10-19C) se desplaza un distancia total d = 0,5 m en línea recta, desde el punto a hasta un punto b dentro de un acelerador lineal. El campo eléctrico es uniforme a lo largo de esta recta y tiene una magnitud E = 1,5.107 V/m = 1,5.107 N/C en la dirección de a a b. Determine:
a- La fuerza ejercida sobre el protón.
b- El trabajo realizado por el campo sobre el protón.
c- La diferencia de potencia Va – Vb

30- Dos protones en el núcleo de un átomo de 238U están a 6 fm (fm = fento metro = 10-15) el uno del otro. ¿Cuál es la energía potencial asociada a la fuerza eléctrica que actúa entre estas dos partículas?

31- Las cargas puntuales q1 y q2 de +12 nC y -12 nC, respectivamente, están situadas a 0,1 m de distancia entre ellas. Esta combinación de dos carga de igual magnitud y signo opuesto se llama dipolo eléctrico. Calcule el campo eléctrico causado por q1, el campo causado por q2 y el campo total: En el punto a, en el punto b, en el punto c.
c





13 cm 13 cm



b q1 a q2

4cm 6cm 4cm

32- Una partícula de polvo, con masa m = 5.10-9 kg, carga q0 = 2 nC, empieza a moverse desde el reposo en el vacío siguiendo una línea recta hasta el punto b. ¿Cuál es su rapidez v en el punto b?

CAPACITORES

33- Un capacitor de placas paralelas tiene una capacitancia de 1 F, si las placas están separadas 1 mm. ¿Cuál es el área de las placas?

34- Las placas de un capacitor de placas paralelas en el vacío están separadas 5 mm y tienen 2 m2 de área. Se aplica una diferencia de potencial de 10 kV a través del capacitor. Calcule:
a- La capacitancia.
b- La carga en cada placa.
c- La magnitud del campo eléctrico en el espacio entre las placas.

35- Dos capacitares de C1 = 6 uF, C2 = 3 uF conectados en serie, alimentada por una diferencia de potencial de 18 V. Encuentre:
a) La capacitancia equivalente de la combinación.
b) La carga total del circuito.
c) La carga en cada capacitor
d) La diferencia de potencial en cada capacitor.

36- Dos capacitares de C1 = 6 uF, C2 = 3 uF conectados en paralelo, alimentada por una diferencia de potencial de 18 V. Encuentre:
a) La capacitancia equivalente de la combinación.
b) La carga total del circuito.
c) La carga en cada capacitor
d) La diferencia de potencial en cada capacitor.

37- En el siguiente circuito; encuentre:
a- La capacitancia de la combinación.
b- La carga total del circuito.
c- La carga en cada capacitor
d- Diferencia de potencial en cada capacitor.




38- Se carga un capacitor C1 = 8 uF conectándolo a una fuente de voltaje V0 = 120 V. El interruptor S abierto inicialmente. Cuando C1 está cargado, la fuente de voltaje se desconecta.
a) ¿Cuál es la carga Q0 en C1 si el interruptor S se deja abierto?
b) ¿Cuál es la energía almacenada en C1 si el interruptor S se deja abierto?
c) El capacitor C2 = 4 uF está descargado inicialmente. Después de cerrar el interruptor S. ¿Cuál es la diferencia de potencial a través de cada capacitor y cual es la carga sobre cada uno de ellos?
d) ¿Cuál es la energía total del sistema después de cerrar el interruptor S?
S



S
39- Un capacitor C1 de 3,55 uF se carga a una diferencia de potencial V0 = 6,3V, mediante una batería. Luego se retira la batería de carga, y el capacitor se conecta como se muestra en la figura, a un capacitor C2 de 8,95 uF, descargado. Después de cerrar el interruptor S, la carga fluye de C1 a C2 hasta que se llega al equilibrio, teniendo ambos capacitares la misma diferencia de potencial V.
a- ¿Cuál es la diferencia de potencial común?
b- ¿Cuál es la energía almacenada en el campo eléctrico antes y después de que el interruptor S se cierre?


S


S


40- Se desea almacenar 1 J de energía potencial eléctrica en un volumen de 1 m3 en el vacío.
a) ¿Cuál es la magnitud del campo eléctrico que se necesita?
b) Si la magnitud del campo es 10 vece3s mayor. ¿Cuánta energía se almacena por metro cúbico?

PROGRAMA DE ESTUDIO 5º C. ELECTROTECNIA II

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