UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DEL CARMEN CUADERNO DE TRABAJO CURSO AL QUE PERTENECE : FISICA IV TÍTULO DE LA PRESENTACIÓN:
La carga eléctrica y los condensadores Ciclo escolar: Febrero-Julio 2012.
Recopilado y Presentado por: Ing. Josefina Pérez Sánchez
[email protected] [email protected] Ing. José David May Muñoz
[email protected] Ing. Mardoqueo Moreno Hernández
[email protected] [email protected]
Academia que presenta :
ACADEMIA DE FISICA ESCUELA PREPARATORIA DIURNA Ciudad del Carmen, Campeche a 13 de Febrero 2012.
ÍNDICE
Introducción.......................... Introducción....................................... ........................... ........................... ........................... ........................... ........................... .........................3 ...........3 Objetivos….……………………………………………………………………………………...4 Criterios de Evaluación……….............. Evaluación………............................ ........................... ........................... ........................... ........................... ......................5 ........5 Experiencia de Aprendizaje 1 “Cuerpos Electrizados”…….………..………………………7 Ejemplos Fuerza Eléctrica......................... Eléctrica...................................... ........................... ........................... ........................... ........................... .................8 ....8 Actividad 1…………............................ 1…………......................................... ........................... ........................... ........................... ........................... ......................15 .........15 Actividad 2……………………………………………………………………………………...16 Actividad 3……………………………………………………………………………………...16 Ejemplos de Campo Eléctrico....................... Eléctrico..................................... ........................... ........................... ........................... .........................20 ............20 Actividad 4……………………………………………………………………………………...24 Actividad 5……………………………………………………………………………………...25 Actividad 6…......................... 6…...................................... ........................... ........................... ........................... ........................... ........................... .......................25 .........25 Evaluación de la Primera Experiencia.......................... Experiencia....................................... ........................... ........................... .......................28 ..........28 Experiencia de Aprendizaje 2 “Almacenando y Transportando Carga Eléctrica............29 Ejemplos de Potencial Eléctrico......................... Eléctrico....................................... ........................... ........................... ........................... ..................30 .....30 Actividad 1……….......................... 1………........................................ ........................... ........................... ........................... ........................... ........................... .............32 32 Actividad 2……….......................... 2………........................................ ........................... ........................... ........................... ........................... ........................... .............34 34 Actividad 3……….......................... 3………........................................ ........................... ........................... ........................... ........................... ........................... .............35 35 Evaluación de la Segunda Experiencia............................ Experiencia......................................... ........................... ........................... ...................37 ......37 Experiencia de Aprendizaje 3 “Capacitores conectados en serie y en paralelo”……….38 Ejemplos de Capacitancia......................... Capacitancia...................................... ........................... ........................... ........................... ........................... ..............39 .39 Actividad 1……….......................... 1………........................................ ........................... ........................... ........................... ........................... ........................... .............42 42 Actividad 2……….......................... 2………........................................ ........................... ........................... ........................... ........................... ........................... .............43 43 Actividad 3……….......................... 3………........................................ ........................... ........................... ........................... ........................... ........................... .............43 43 Actividad 4……….......................... 4………........................................ ........................... ........................... ........................... ........................... ........................... .............45 45 Evaluación de la Tercera Experiencia.......................... Experiencia........................................ ........................... ........................... .......................45 .........45 Anexo I (Formulário).......………………………………………………......................... (Formulário).......………………………………………………...............................46 ......46 Anexo II (Respuestas (Re spuestas de los ejercicios)…………… ejercicios)……………………………................ ……………….............................. ..................48 ....48 Anexo III (Tabla).......……..………………………………………………....................... (Tabla).......……..………………………………………………............................49 .....49 Factores de Conversión.......................... Conversión........................................ ........................... ........................... ........................... ........................... ..................50 ....50 Bibliografía........................ Bibliografía..................................... ........................... ........................... ........................... ........................... ........................... ........................... .............52 52 Academia.......................... Academia....................................... ........................... ........................... ........................... ........................... ............................ ...........................53 ............53
INTRODUCCION Dado que los estudiantes tienen distintos estilos de aprendizaje, se ha elaborado el presente cuaderno de trabajo que te permite investigar distintos aspectos del tema, debatie debatiendo ndo posteri posteriorme ormente nte tus puntos puntos de vista vista para llegar llegar a una conclu conclusió sión n más completa y certera, que lo que sucedería si sólo se utilizara el método expositivo, favoreciendo la interacción con tus compañeros, integrando los distintos aspectos analizados, proporcionando una visión globalizada de los temas del curso de Física IV. El uso de este cuaderno de trabajo permite establecer ritmos de trabajo, no te limita, sino que estimula la investigación profunda del tema en cuestión, así considerando que no todos aprenden al mismo tiempo y de la misma manera, la enseñanza se convierte en un proceso en el que se toman en cuenta los estilos de aprendizaje de los estudiantes, que además favorece la autonomía y la autorregulación. Además se incluye una lista detallada de las actividades que realizarás así como los elementos que se utilizarán para evaluarte, esto te permitirá permitirá realizar una auto evaluación y programar de mejor manera manera tus actividad actividades, es, y encontrar encontrar la asesoría asesoría adecuada adecuada en cuanto cuanto lo consideres necesario. Sin embargo, este aprendizaje requiere el manejo de muchas fuentes de información y disciplinas que son necesarias para resolver problemas o contestar preguntas que sean realmente relevantes, manejar y usar los recursos de los que dispones como el tiempo y los materiales, además que desarrollan y pulen habilidades académicas, sociales y personales, situadas en un contexto significativo. Es por esto, que las series de ejercicios han sido seleccionadas para que desarrolles las habilidades necesarias para identificar variables en problemas escritos, y escoger el algoritmo adecuado para su solución, además, están clasificadas por unidad, lo que te permitirá tener una realimentación de cuáles son los temas del curso que debes trabajar con más dedicación, ya sea porque son más extensos o se te hacen más difíciles, por lo cual, las fechas de entrega de de cada una estarán en función del número de clases, días en los que tienes clase de Física, así como otros elementos no previstos, por lo tanto quedarán sujetos a la indicación del profesor de la asignatura. Te recomendamos recomendamos acudir con tu profesor en el momento momento que lo consideres necesario. necesario. Bienvenido Bienvenido al curso de Física IV, esperamos contribuir contribuir al desarrollo desarrollo de las habilidades habilidades que requieres para tu formación.
Atentamente Academia de Física 2012.
OBJETIVO GENERAL Analizar sus conocimientos sobre electrostática, la Ley de Coulomb, el concepto de campo eléctrico; la Ley de Gauss; capacitores, y elementos de un circuito simple realizando circuitos en serie y en paralelo con capacitores de placas paralelas.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS • •
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Usar técnicas de investigación actualizadas. Demostrar la existencia de dos clases de carga eléctrica y comprobar la primera ley de la electrostática. Aplicar la ley de Coulomb en la resolución de problemas en los que intervengan fuerzas eléctricas. Definir el campo eléctrico y explicar los factores que determinan su magnitud y dirección. Calcular la intensidad de campo eléctrico. Calcular la energía potencial de una carga conocida a una distancia determinada de otras cargas conocidas. Calcu Calcula larr el poten potenci cial al eléct eléctri rico co y la dife difere renc ncia ia de pote potenci ncial al,, para para el trab trabajo ajo necesario para mover una carga conocida desde un punto A hasta otro punto. Calcular la capacitancia de un capacitor de placas paralelas cuando se conoce el área de las placas y su separación en un medio de constante dieléctrica conocida. Calcular la capacitancia equivalente de cierto número de capacitores conectados en serie y en paralelo.
•
Aplicar adecuadamente la algoritmia y procesos.
•
Aplicar razonamientos deductivos e inductivos.
•
Analizar documentos aplicando lectura rápida y de comprensión.
•
Analizar sus actividades antes de ejecutarlas
CRITERIOS DE EVALUACIÓN DE LAS PRÁCTICAS DE LABORATORIO: Antes de realizar las prácticas en el laboratorio el alumno: a) Real Realiz iza a la invest investig igac ació ión n previ previa a de la práct práctic ica a corre corresp spon ondi dien ente te,, lo cual cual será será requisito para ingresar al laboratorio escolar. b) Forma Forma equipo equiposs de 6 personas personas como como máxim máximo. o. c) Identi Identific fica a los materi materiale aless que debe traer traer para la realiza realizació ción n de la práctica práctica (en su manual de prácticas dichos materiales están señalados con un asterisco), lo cual será requisito para ingresar al laboratorio escolar. La calificación obtenida estará basada en los siguientes criterios: • • • • • •
Hoja de presentación Investigación previa Tablas y/o gráficas Procedimientos y Resultados Cuestionario Conclusiones
DE LAS SERIES DE EJERCICIOS: Todas las series de ejercicios constan de ejemplos denominados guías de estudio, y se han seleccionado por unidad, para ejercitar al estudiante en las habilidades básicas requeridas para el análisis de un tema particular, por lo que deberán resolverse en su totalidad. El estudiante debe: a) Incluir Incluir el procedimient procedimiento o detallado detallado que realice realice en la solución solución del ejercicio. ejercicio. b) Entregar Entregar la serie de ejercici ejercicios os en el tiempo tiempo y fecha establec establecidos idos por el profesor profesor al inicio de la experiencia de aprendizaje correspondiente. c) El profesor profesor puede puede rechazar rechazar la serie de ejercic ejercicios ios si no se cumple cumplen n los puntos puntos anteriores. La calificación obtenida estará basada en los siguientes criterios: • •
Utilización del algoritmo adecuado (identificación de datos, despeje de fórmulas, y sustitución). Expresión del resultado con las unidades de medición correctas.
DISEÑO DE PROTOTIPO: Diseña Diseñarr un prototi prototipo po con la final finalidad idad de que apliqu aplique e los los conoci conocimie miento ntoss teór teóricos icos adquiridos durante la experiencia de aprendizaje. El prototipo debe cumplir con los siguientes criterios: a) Congruencia con el tema de análisis b) Acabado y apariencia general c) Reporte escrito El reporte escrito debe cumplir los siguientes criterios para su aceptación: a) b) c) d) e) f) g)
Hoja de presentación Introducción Marco teórico Hipótesis Materiales y desarrollo de construcción del prototipo Conclusiones y sugerencias Bibliografía La calificación obtenida estará basada en: a. La explicación del funcionamiento del prototipo. b. El reporte escrito cumpla con los criterios establecidos.
INVESTIGACIÓN DOCUMENTAL: Las investigaciones documentales solicitadas por el profesor durante la experiencia de aprendizaje deberán entregarse con los siguientes criterios: a) Carpet Carpeta a en buen buen esta estado do y limp limpia. ia. b) Escrit Escrito o en computa computadora dora con con letra letra Arial Arial 12. c) Hoja de presenta presentación ción (incluye (incluye nombre nombre del alumno, alumno, semestre semestre en el que que se ubica, tema correspondiente, fecha de realización). d) Índice e) Intr Introd oduc ucci ción ón f) Desar Desarro rollllo o del del tema tema a inv invest estig igar ar g) Conclusión Conclusión personal personal de la investigació investigación n realizada realizada h) Biblio Bibliograf grafía ía utiliz utilizada. ada. La calificación estará basada en: • La investigación cumpla con los criterios establecidos. • Extensión y claridad en los conceptos
Experiencia de aprendizaje 1 “Cuerpos electrizados” En esta esta prim primer era a evalu evaluac ació ión n reali realizar zarás ás práct práctic icas as de labo laborat ratori orio, o, y la soluc solución ión de ejercicios, para complementar la instrucción escolar. Consiste en la experimentación de las formas en las cuales se puede electrizar un cuerpo, que servirá para interrelacionar las dos primeras unidades del programa del curso. Analizarás tus conocimientos sobre Electrostática, Ley de Coulomb, y Campo eléctrico; calc calcul uland ando o la inte intensi nsidad dad de campo campo eléct eléctri rico co y la fuerz fuerza a eléct eléctri rica ca entre entre cargas cargas conocidas.
Descripción de las actividades de la primera evaluación:
Glosario de Fuerza Eléctrica y Campo Eléctrico Práctica de laboratorio: “Cargas eléctricas” - Reporte Escrito
Solución de ejercicios de la primera unidad “FUERZA ELECTRICA”
Solución de ejercicios de la segunda unidad “CAMPO ELÉCTRICO ”
Un examen.
Desarrollo de la experiencia: 1. Se Inte Integrar grarán án equip equipos os de 5 alumno alumnoss 2. Se informará informará a los alumnos alumnos del tema a investigar investigar 3. Se proporcio proporcionará nará la bibliogra bibliografía fía disponi disponible ble en la bibliote biblioteca ca de la Escuela Escuela Preparatoria y apoyos en páginas Web. 4. Se proporci proporcionar onarán án horarios horarios de atención atención a los equipo equiposs para supervisa supervisarr el avance en la investigación 5. Cada Cada equi equipo po dete determ rmina inará rá los los mate materi rial ales es y/o y/o equi equipo poss necesa necesari rios os para para realizar su investigación 6. Se informará informará a los alumnos alumnos de la fecha fecha de entrega entrega del trabajo trabajo 7. Se establecer establecerá á el puntaje puntaje máximo máximo de la Experienci Experiencia a de Aprendizaj Aprendizaje. e.
EJEMPLOS FUERZA ELÉCTRICA 1.- Un átomo de hidrógeno consiste de un electrón, moviéndose alrededor de un protón a una distancia promedio de 0.53 x 10 -10m. Determina la fuerza eléctrica. Lo primero que tenemos que observar del problema que todas las unidades sean las correctas. De acuerdo al planteamiento del problema nos indica un electrón y un protón los cuales tienen un valor de: 1e-= - 1.6x10-19C
1p+= +1.6x10-19C
Definiendo nuestros datos tenemos: Datos q1= - 1.6x10-19C q2= + 1.6x10 -19C r= 0.53 x 10 -10m k= 9x109 N.m2/C2 F=? Tomando la fórmula: F =
Kq1q2 r 2
Sustituyendo: (9 x10 F=
9
N.m2 C
2
)(-1.6 x10 -19 C)(1.6 x10 -19 C)
(0.53 x10
10
m)2
Resultado F = 8.2x10 -8 N, hacia la izquierda Como el protón esta fijo la carga de hidrógeno se siente atraída, moviéndose hacia la izquierda.
2.- En la figura se muestran tres esfera pequeñas cargadas uniformemente. Determine la fuerza resultante sobre la esfera del centro debida a las otras dos. 2cm
q1=5µC
6cm
q2 = -4µC
q3=10µC
Prim Primer ero o tene tenemo moss que que observ observar ar del del prob problem lema a correctas.
que que todas todas las unid unidad ades es sean sean las las
De acuerdo al planteamiento del problema primero debemos convertir las unidades de las cargas de microcoulomb (µC) a coulomb (C), y luego la la de las distancias: q1= 5µC (1x10-6C/1 µC) = 5x10 -6C
q2= -4µC (1x10-6C/1 µC) = -4x10 -6C
q3= 10µC (1x10-6C/1 µC) = 10x10 -6C r 2,1 2,1= 2cm ( 1m/ 100cm) = 0.02m
r 2,3 2,3= 6cm ( 1m/100cm ) = 0.06m
Definiendo nuestros datos tenemos: Datos q1= 5x10-6C q2= -4x10-6C q3= 10x10-6C r 2,1 2,1=0.02m r 2,3 2,3=0.06m K= 9x109 N.m2/C2 F2,1=? F2,3=? Luego se señala la dirección de las fuerzas. Debido a que las cargas tienen polaridades (signos) opuestas, ambas son de atracción y actúan en direcciones opuestas. F 2,1 +
q1=5µC
F 2,3 -
+
q2 = -4µC
Tomando la fórmula: F = Se calcula las fuerzas.
q3=10µC
Kq1q2 r 2
Sustituyendo (9 x10 F2,1 =
9
N.m2 C
2
)(-4 X10 - 6 C)(5 x10
-6
C)
(0.02m)2
F 2,1=
450N, fuerza de atracción hacia la izquierda
(9 x10 9 F2,3 =
F 2,3=
N.m 2 )( - 4 x10 - 6 C )(10 x10 2 C
-6 C )
(0 .06 m )2
100N, fuerza de atracción hacia la derecha
La fuerza resultante que experimenta una carga eléctrica, es igual a la suma vectorial de las fuerzas eléctricas que cada una produce, tomando en cuenta la dirección de las fuerzas. F R= F 2,1 + F 2,3 F R= (-450N) + (+100N)
= 350N, hacia la izquierda.
3.- En la figura se ilustran tres pequeñas esferas cargadas en los vértices de un triángulo rectángulo. Calcular la fuerza resultante (magnitud y dirección) ejercida sobre q3 por las otras dos cargas. q3=10
C
+
30cm
40cm
+
q1=50 µC
-
50cm
q2= - 80 µC
Prim Primer ero o tenem tenemos os que que obser observar var del probl problem ema a que que todas todas las unid unidade adess sean sean las las correctas. De acuerdo al planteamiento del problema primero debemos convertir las unidades de las cargas de microcoulomb (µC) a coulomb (C), y luego la la de las distancias: q1= 50µC (1x10-6C/1 µC) = 50x10 -6C q3= 10µC (1x10-6C/1 µC) = 10x10 -6C
q2= -80µC (1x10-6C/1 µC) = -80x10 -6C
r 3,1 3,1= 30cm ( 1m/ 100cm) = 0.3m
r 3,2 3,2= 40cm ( 1m/100cm ) = 0.4m
Definiendo nuestros datos tenemos: Datos q1= 50x10-6C q2= -80x10-6C q3= 10x10-6C r 3,1 3,1=0.3m r 3,2 3,2=0.4m K= 9x109 N.m2/C2 F3,1=? F3,2=? Luego se señala la dirección de las fuerzas. Debido a que las cargas tienen polaridades iguales y opuestas, una es de atracción y la otra de repulsión, actúan en direcciones opuestas. Se calcula el ángulo con: tan-1 = Tan-1 =
30 cm = 0.75 40 cm
co ca
θ= 36.86°
---------------F 3,1
53.14° q3 36.86° F 3,2
------------------------------53.14°
36.86°
Tomando la fórmula: F = Se calculan las fuerzas:
Sustituyendo:
Kq1q2 r 2
F 3,1 F 2,1
(9 x10
9
C
F3,1 = F 3,1=
2
)(10 X10- 6 C)(50 x10
-6
C)
(0.3m)2
50N, fuerza de repulsión hacia arriba (9 x10
9
N.m2 C
F3,2 = F 2,1=
N.m2
2
)(-80 X10 -6 C)(10 x10
-6
C)
(0.4m)2
45N, fuerza de atracción hacia abajo
Para encontrar la fuerza resultante se descomponen las fuerzas F 3,1 (para x) = (50N) (cos 53.14º) = 29.99 F 3,1 (para y) = (50N) (sen 53.14º) = 40 N F 3,2 (para x) = (45N) (cos 36.86º) = 36 N F 3,2 (para y) = (45N) (sen 36.86º) = 26.99
F 3,1
-
F 2,1
N
N
Se hace la suma vectorial con respecto a cada uno de los ejes (Σ X Y ΣY) Σx = 29.99 N + 36 N = 65.99 N Σy = 40 40 N - 26.99 N = 13.01 N Para encontrar la fuerza resultante se aplica el teorema de Pitágoras F R =
2
FX + Fy
2
= ( 65 .99 N ) 2 + (13 .01 N ) 2 FR = 67 .26 N FR
Se determina la dirección de la fuerza resultante a través de: Tang-1=
∑F ∑F
Y X
Tang-1=
(13 .01N) ( 65 .99 N)
= 0.197
θ= 11.15°
4. La Ley de Coulomb establece que la fuerza eléctrica entre dos objetos cargados disminuye cuando el cuadrado de la distancia aumenta, manteniendo las mismas
cargas. Supongamos que la fuerza original entre dos cuerpos es 60 N, y la distancia entre ellos es triplicada. Con estos datos calcula: a) ¿Cuántas veces disminuye la fuerza? b) La magnitud o valor de la fuerza nueva. Solución: Datos: F es la fuerza inicial = 60 N q1 y q2 son las cargas iniciales. K es la constante de Coulomb Sustituyendo los cambios en la ecuación F = K
q1 q 2 d 2
Obtenemos la siguiente: F’ =
K q1 q 2
(3 d ) 2
F’ es la nueva fuerza F’ =
K q1 q 2 9 d 2
Como F es la fuerza inicial y es igual a: K Tenemos que F’ =
q1 q 2 d 2
F
9
a) Es decir, la fuerza nueva disminuye 9 veces comparado con la fuerza inicial. b) La magnitud de la fuerza nueva será igual a: 60 N ÷ 9 = 6.7 N
5. Determinar la fuerza eléctrica entre dos cargas de 7nC y 9nC, separadas 3 mm. ¿Se ejercerá una fuerza de atracción o de repulsión? Solución: De la Ley de Coulomb tenemos: F= K
q1 q 2 d 2
=
(9 x 10
9
Nm Nm 2 2
C
)(7 x 10 −9 C ) (9 x 10 −9 C )
(3 x 10 −3 m ) 2
F = 6.3 x 10 -2 N Debemos aclarar que si q1, es positiva y q 2 es negativa, la fuerza resultante es de atracción debido a que los signos de las cargas son contrarios.
6. Dos pequeñas esferas con cargas idénticas ejercen una fuerza de repulsión de 9 X 10 –4 dinas, cuando la distancia entre ellas es de 2 X 10 –3 m. ¿Cuánto vale la carga de cada esfera? Solución:
Debido a que q 1= q2 podemo podemoss escr escribi ibirr F = K tendremos:
q=
F d 2 K
=
q2 d 2
(9 x 10 −4 dinas ) (0.2 cm ) 2 1
dinas . cm
2
y despejando q de la ecuación
=6 x 10
−3
ues
ues 2
Como las cargas son iguales, cada esfera contiene 6 X 10 –3 ues de carga eléctrica.
7. Tres cargas q 1= +5 μC, q 2= – 5 μC y q 3= +5 μC se fijan en las esquinas de un triángulo equilátero equilátero de 3.0 X 10 –2 m de lado. Encuentre la magnitud y la dirección de la fuerza neta o resultante sobre la carga q3 debida a las otras cargas. Solución: Usando la ecuación de la ley de Coulomb determinamos la magnitud de la fuerza que ejerce q 1 sobre la carga q3. F 13
K q1 q 3
=
( d 13 ) 2
Nm Nm 2 (9 x 10 ) (5 x 10 −6 C ) (5 x 10 −6 C ) 2 C F 13 = (3 x 10 −2 m) 2 9
F 13
0.225 Nm
=
9 x 10
−4
2
m2
F 13 =250 N (Re pulsión )
Puesto que tanto q 1 como q3 son positivas, la fuerza F 13 es de repulsión y está dirigida como se indica en la siguiente figura. Calc Calcul ulem emos os la fuer fuerza za F23 de la la mis misma ma maner anera a que que determinemos F13. Su magnitud es: F 23
K q 2 q 3
=
( d 23 ) 2
Nm Nm 2 (9 x 10 ) (5 x 10 −6 C ) (5 x 10 −6 C ) 2 C F 23 = (3 x 10 −2 m) 2 9
F 23
0.225 Nm
=
9 x 10
−4
2
m2
F 23 =250 N (Re pulsión )
Debido a que el signo de la carga de q 2 es opuesto al signo de q 3, la fuerza de F 23 es de atracción y está dirigida hacia q 2 como se indica en la figura. Las dos fuerzas que acabamos de calcular indican la magnitud y forman ángulos iguales de 60° con el eje x positivo. En consecuencia, sus componentes resultan iguales y opuestas en eje de “y”, por ello suman cero. Sin embargo, sus componentes en el eje “x” se suman para producir una fuerza neta, cuya magnitud se puede calcular de la siguiente forma. F13x = F13 cos 60° =250 N x cos 60° = 250 N x 0.5 = 125 N F23x = F23 cos 60° =250 N x cos 60° = 250 N x 0.5 = 125 N F = Fx = 125 N + 125 N = 250 N Donde la dirección de la fuerza neta apunta hacia la derecha a lo largo del eje x, como se muestra en la figura.
Acti Activi vida dad d 1: En pa pare res, s, resp respon onda dan n las las sigu siguie ient ntes es preg pregun untas tas y coment comenten en las las respuestas en forma grupal. 1. ¿Qué entienden por “carga eléctrica”?
2. ¿Qué creen que es la electricidad?
3. ¿Cómo podemos medir la corriente eléctrica?
4. ¿En qué se basa el funcionamiento de un electroimán? Actividad 2: En pares, realicen la siguiente actividad: 1. Investiguen los métodos para cargar los cuerpos eléctricamente contacto y por inducción, mencionando ejemplos.
por
2. ¿De dónde viene la palabra “electricidad”? 3. ¿Cuál es la unidad de medida de las cargas eléctricas? 4. ¿Qué cantidad de carga tiene un electrón? ¿y un protón? ¿y un neutrón? 5. Escriban una A si el material es aislante o una C si es conductor
MA T ERI AL Cobre Vidrio Plástico Madera Aluminio Bronce Cerámica Acero Aire
R
6. Investiguen ¿qué son los materiales materiales semiconducto semiconductores res y superconducto superconductores? res? Y ¿cuál es su uso? Y menciona al menos tres ejemplos de cada uno de ellos.
Actividad 3: En forma individual, resuelve los siguientes ejercicios: 1. Dos esferas cargadas, A y B, están inicialmente separadas por una distancia d. La esfera A tiene una carga q y la esfera B tiene tiene una carga 2q. a) Calcula la magnitud de la fuerza que A ejerce sobre B.
b) Calcula la magnitud de la fuerza que B ejerce sobre A. 2. Considera cuatro objetos electrizados A, B, C y D. Se halla que A repele a B y atrae a C. A su vez, C repele a D. Si sabemos que D está electrizado positivamente, ¿Cuál es el signo de la carga en B?
3. Dos cargas eléctricas puntuales se encuentran separadas a una distancia de 4.0 X 10 –2 m, y se repelen con una fuerza de 27 X 10 –4 N. Suponiendo que la distancia entre ellas se aumenta 12 X 10 -2 m. a) ¿Cuántas veces se incrementó la distancia entre las cargas? b) ¿La fuerza entre las cargas aumentó o disminuyó? ¿Cuántas veces? c) Entonces, ¿Cuál es el nuevo valor de la fuerza de repulsión entre las cargas?
4. Se ponen dos partículas de carga +q, en vértices diagonalmente opuestos de un cuadrado de lado a y dos partículas, de carga –q, en los vértices que quedan. Calculen: a) la fuerza sobre una de las partículas de carga + q y b) la fuerza en una de las partículas de carga negativa. q = 1 x 10 -7C y a = 5 cm.
5. Tres pequeñas esferas de 10 g se suspenden de un punto común, mediante hilos de seda de 1,0 m de longitud. Las cargas de cada esfera son iguales y forman un triángulo equilátero cuyos lados miden 0.10 m. ¿Cuál es la carga de cada esfera?
En equipo, resuelve los siguientes ejercicios: 1. La fuerza electrostática entre dos iones semejantes que se encuentran separados por una distancia de 5 x 10 -10m es de 3.7 x 10 -9 N. (a) ¿Cuál es la carga de cada uno de los iones? (b) ¿Cuántos electrones faltan en cada uno de los iones?
2. El radio de rotación del electrón alrededor del protón en un átomo de hidrógeno es de 5.30 x 10 -9 cm. a) ¿Cuál es la fuerza electrostática que se ejercen estas cargas?
3. Calc Calcul ule e la fuer fuerza za eléc eléctr tric ica a entr entre e los los dos dos prot proton ones es de un núcl núcleo eo de ++he ++helilio, o, -15 suponiendo que su distancia de separación sea de 2 x 10 metros.
4. Supongamos que el electrón de carga e y masa m del átomo de hidrógeno recorre una órbita circular de radio r y que la aceleración centrípeta se debe a la fuerza de atracción electrostática entre el núcleo y electrón. Deducir la expresión de la magnitud de la velocidad v del electrón.
5. Las cargas y las coordenadas de dos partículas cargadas localizadas en el plano xy son: q1= + 3 x 10 -6 C; x = 3.5 cm, y = 0.50cm q2 = - 4 x 10 -6 C, x = -2 cm, y = 0 (a) Encontrar la magnitud y la dirección de la fuerza sobre q 2. (b) ¿En dónde se debería colocar una tercera carga q3 = +4 x 10 -6 C para que la fuerza total sobre q 2 fuese cero?
6. Una bolita cargada pende de un hilo de masa despreciable en la forma indicada en la figura. La bolita tiene una carga q 2 de 0.075 µC. Otra carga q 1 de 0.125 µC se mantiene fija mediante mediante un soporte. soporte. A partir de estos datos y de las dimensiones señaladas señaladas en la figura calcular el peso de la bola.
