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un
1.
Universidad Nacional de Colombia
Código: 1000017
G11 NL27
Fundamentos de Electricidad y Magnetismo
Fecha: 30 - marzo - 2011
Nombre: MIGUEL ANDRES PARRA ALARCON Código:244797
CASA
Primer Examen Parcial 20%
Qué es un electrón voltio?
Es una unidad de energía que toma un electrón cuando es acelerado por una diferencia de
potencial de 1 voltio. Dicho valor se obtiene experimentalmente y equivale aproximadamente
1,602176462×10-19 J.
2.
Cuál es la relación de Teslas y Gauss
Un Gauss (G) es una unidad de campo magnético del sistema cegesimal de unidades (CGS). Un
gauss se define como un maxwell/cm2 por centímetro cuadrado
1 gauss= 1 maxwell/cm2
En unidades básicas cegesimales es cm-1/2 g1/2 s-1
La unidad del sistema internacional de unidades (SI) para el campo magnético es la tesla. Un
gauss equivale a 10-4 teslas.
1 T = 10000 G
3.
Qué entiende por una corriente de desplazamiento?
Está relacionada con un campo eléctrico que varía con el tiempo. Esto ocurre por ejemplo con
un dieléctrico (condensadores) donde existe el campo magnético. Aunque esta no es una
corriente física, tiene unidades de corriente eléctrica y se le asocia un campo magnético.
Pese a que hay gente que afirma que la corriente de desplazamiento no existe realmente, se
puede pensar en ella como la respuesta de un material dieléctrico a un campo eléctrico
variante. La corriente de desplazamiento es la única corriente que atraviesa un dieléctrico
perfecto.
4.
En un capacitor de placas paralelas separadas D cm y conectadas a una diferencia de potencial
de V voltios DC. Calcule la velocidad de una partícula cargada P si esta parte de la placa de
potencial máximo a la placa de mínimo potencial. (D=10 cm, V=10V, P= un electrón)
Calcule:
a. el Campo eléctrico E entre las placas
∆𝑉 = − 𝐸𝑑
𝐸=
−∆𝑉 10 𝑉
=
= 100 𝑉/𝑚
𝑑
0,1 𝑚
b. Deduzca una expresión funcional V(x) del potencial y la distancia donde se vea claramente el
Potencial
∆𝑉 = 𝑉2 − 𝑉1 = −𝐸𝑑
𝑉2 − 0 𝑉 = 100
𝑉
𝑋 , (𝑋 = 𝑑𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎)
𝑚
𝑉2 = 100
i.
𝑉
𝑋
𝑚
Al comenzar el recorrido
X=0
𝑉 = 100
ii.
𝑉
×0𝑚=0𝑉
𝑚
En la mitad del recorrido
X=5 cm
iii.
𝑉 = 100
𝑉
× 0.05 𝑚 = 5 𝑉
𝑚
𝑉 = 100
𝑉
× 0.1 𝑚 = 10 𝑉
𝑚
Al final del recorrido
X=10 cm
c. La energía cinética cuando P llega a la otra placa
i. en eV (electrón-Voltios)
10 eV
ii. en Julios
Ui K i = UF K F
Uf = K i = 0J
Ui = K F
∆U = ∆V × q
Uf − Ui = (vf − vi )q
−𝑈i = (10 V − OV) × −1,60 × 10−19 C
Ui = 1,60 × 10−18 J
K f = 1,60 × 10−18 J
d. la velocidad de llegada cuando P alcanza la placa de mínimo potencial
i. en m/s
1
K f = mv 2
2
2(1,60 × 10−18 J)
v=√
= 1,88 × 106 m/s
9,11 × 10−31
ii. en km/h
1 𝐾𝑚
3600 𝑠
1,88 × 106 m/s (
)(
) = 6,75 × 106 𝐾𝑚/ℎ
1000 𝑚
1ℎ
e. la aceleración de P durante su viaje
vf2 = vi2 + 2a(xf − xi ),
xi = vi2 = 0
2
vf = 2axf
vf2
(1,88 × 106 m/s)2
a=
=
= 1,77 × 1013 m/s 2
2xf
2(0,1 m)
f. el tiempo de recorrido que toma en llegar a la placa destino
vf = vi + at, vi = 0
vf
1,88 × 106 m/s
t= =
= 1,06 × 10−7 s
a 1,77 × 1013 m/s 2
5.
Dado un cable eléctrico por el cual circula una corriente I (A) calcule el campo magnético a una
distancia de 10 cm.
∫ 𝐵 𝑑𝑙 = 𝜇0 𝐼
𝐵 ∫ 𝑑𝑙 = 𝜇0 𝐼
𝐵=
𝜇0 𝐼 𝐼(4𝜋 × 10−7 𝑁/𝐴2 )
𝑘𝑔
=
= 2,0 × 10−6 2 2 ∗ 𝐼
2𝜋𝑟
2𝜋(0.1 𝑚)
𝐴 ∗𝑠
6.
Cuál es el campo magnético en el Ecuador de la superficie de la Tierra?
a. En Gauss=0.31 G
b. En Teslas
1T
0.31 G (
) = 3,1 × 10−5 T
10000 G
7.
Cuál es la corriente I (A) que debe circular por un alambre para que produzca un campo
magnético igual al terrestre a una distancia de10 cm?
B = 3,1 × 10−5 T
μ0 I
B2πr
B=
→ I=
2πr
μ0
(3,1 × 10−5 T)2π(0,10 m)
I=
= 15.5 A
(4π × 10−7 )
8. ¿Por qué circula corriente por un conductor cuando se le aplica un voltaje?
En un conductor las cargas eléctricas se mueven con bastante libertad, por lo que al aplicar un
voltaje alto, éste tiende a mover una gran cantidad de electrones, ya que es mucha la fuerza
eléctrica que los empujará a circular; en cambio si el voltaje es pequeño, tenderá a provocar
una corriente de electrones muy baja. Pero si se aplica el voltaje a un material aislante,
posiblemente no hará mover a los electrones, ya que los átomos de estos materiales ejercen
una fuerza de atracción muy fuerte que no los dejan circular. Por tal motivo, la corriente que
puede circular por un circuito o conductor, dependerá del voltaje aplicado y del valor de la
resistencia eléctrica.
9. Cuando un conductor se calienta por efecto de una corriente eléctrica es por el efecto Joule.
Se conoce como Efecto Joule al fenómeno por el cual si en un conductor circula corriente eléctrica,
parte de la energía cinética de los electrones se transforma en calor debido a los choques que
sufren con los átomos del material conductor por el que circulan, elevando la temperatura del
mismo. El movimiento de los electrones en un cable es desordenado, esto provoca continuos
choques entre ellos y como consecuencia un aumento de la temperatura en el propio cable.
10. ¿Qué Ley enuncia que un conductor caliente emita electrones?
Esto se debe a le ley de Ohm, ya que los conductores tienen espacios sin rellenar en la banda de
valencia. Lo que ocurre es que al colocar una intensidad de corriente, el conductor se calienta y
los electrones de valencia pasan de un estado basal a un estado de energía mayor, llenando
esta banda de valencia y por consiguiente se emiten electrones por toda la superficie del
conductor.