Campo Eléctrico o Electrostático
1. Cuando se define el campo eléctrico, ¿Por qué es necesario especificar que la magnitud de la carga de prueba debe ser pequeña(es decir, tome el limite cuando q o)?
R: Para determinar la magnitud del campo eléctrico, debemos colocar una carga de prueba q0 en el espacio, que debe ser por convección positiva para que la dirección del vector campo eléctrico coincida con el vector fuerza eléctrica, entonces de la misma manera es necesario que esta carga se prueba sea de magnitud pequeña para que no interfiera en la distribución de carga responsable del campo eléctrico.
2. Dos esferas de radio a están separados por una distancias r >2a. ¿Es la fuerza que actúa sobre cada esfera la que da la ley de Coulomb? Dé una explicación. (sugerencia: recuérdelo visto en el capitulo 14 acerca dela gravitación).
R: Sí , en este caso ambas esferas tienen la misma carga, por que están separadas a una distancia de 2ª ya que como se menciona en la ley de coulumb cargas iguales se repelen y cargas diferentes se atraen
3. ¿Cuándo es valido aproximar una distribución de carga a una carga puntual?
R: El campo eléctrico en un punto P determinado producido por una carga puntual varía con el inverso del cuadrado de la distancia y su dirección es radial, también es directamente proporcional a la carga neta que genera el disturbio.
Si la carga de un cuerpo de tamaño considerable en donde la aproximación de carga puntual no es válida, produce un campo en un punto P, este puede ser calculado por integración directa. Esto significa, que se calcula el campo producido por un diferencial de carga en el punto P.
Al aplicar la fórmula Coulomb, deberá tomarse el radio vector partiendo del diferencial hasta el punto P. Posteriormente se integra en todo el espacio en donde hay carga
4. ¿Es posible que exista el campo eléctrico en el espacio?
R: Porque el campo eléctrico solo necesita de dos cosas para existir, algo que lo genere (como una carga eléctrica o un campo magnético que varíe con el tiempo) y espacio donde este aparezca (con espacio me refiero al escenario donde se llevan a cabo los fenómenos físicos).
5. Explique por qué las líneas de campo eléctrico no pueden hacer la forma de un lazo cerrado.
R= Cada línea se dirige desde una carga positiva hacia una negativa o hacia el infinito.
Para que haya un lazo cerrado tendría que darse el caso que una línea emergiera de
una carga y se dirigiera a la misma carga, pero eso contradice su propia definición.
6. Explique por qué las líneas de campo eléctrico nunca se cruzan.(sugerencia: E debe tener una sola dirección en cualquier punto).
R= Nunca se cruzan dos líneas de campo, porque el campo eléctrico tiene magnitud y dirección definidas en cualquier punto en el espacio. Si se cruzaran dos o más líneas de campo en algún punto, entonces la dirección del campo eléctrico en ese punto sería ambigua.
7. Un electrón y un protón libres se colocan en un campo eléctrico o idéntico. Compare las fuerzas eléctricas que actúan sobre cada partícula. Compare sus aceleraciones.
R=La aceleración del electrón será mucho mayor (aproximadamente 10.000 veces) que la que adquiera el protón. Hay que recordar que la aceleración y la masa son cantidades inversamente proporcionales, y la masa del protón es aproximadamente 10.000 veces máyor que la del electr n.
8. Explique qué pasa con la magnitud del campo eléctrico de una carga puntual cuando r se aproxima cero.
R: Si r tiende a cero, el campo tiende a infinito. Esto es por simple definición de la división en los números reales. Pero igual se puede apreciar con las líneas de campo. Cerca de una carga las líneas convergen, y mientras más cerca se está de la carga hay mayor convergencia, en consecuencia si nos acercamos mucho a una carga las líneas indican que el campo crece mucho.
9. Una carga negativa se coloca en una región del espacio donde el campo eléctrico esta dirigido verticalmente hacia arriba. ¿Cuál es la dirección de la fuerza eléctrica experimentada por esta carga?
R= Una carga negativa siempre será afectada por una fuerza en contra del campo negativo. Hay que tomar en cuenta que el campo se dirige siempre desde una carga positiva hacia una negativa. Por lo que si se coloco una carga negativa en el campo, será atraída por la carga positiva que lo genera, y eso es en contra del campo
10. Una carga de 4q está a una distancia r de una carga –q. Compare el número de líneas de campo eléctrico que salen de la carga de 4q con el número que entra en la carga –q.
R: El número (densidad) de líneas de campo eléctrico es proporcional al valor del campo. Eso quiere decir que cuanto mayor es el campo E, mayor densidad de líneas de campo habrá. Por otra parte, el campo E es proporcional al valor de la carga que lo genera, Q (E = K·Q/r²), así que el campo generado por 4q es cuatro veces mayor que el generado por q (a una misma distancia r de la carga que lo genera), y tendrá alrededor 4 veces más líneas de campo.
E1 = K·4q/r² ; E2 = K·q/r² ==> E1 = 4·E2
Todo ello te da un dibujo de líneas de campo, en el que sólo la cuarta parte de las líneas que salen de 4q llegan hasta q (las más próximas a q).
Si dibujas las dos cargas, y las marcas de las líneas de campo que saldrán de 4q (el típico dibujo en forma de "sol") y de las que llegarán a q, entonces mientras en q dibujas, por ejemplo, 4 marcas alrededor, en 4q tienes que dibujar 16 (más juntas entrre ellas). Y unes las 4 marcas de 4q más cercanas a q, con las de q. Y el resto de las de 4q se van hacia el infinito, algo deformadas cuanto más próximas a q.
11. En la figura. ¿Dónde terminan la líneas extras que salen de la carga +2q ?
R= solo la mitas del as líneas que salen de la carga positiva alcanza a la carga negativa. La mitad restante termina en una carga negativa que se supone está en el infinito.
12. Considere dos cargas puntuales iguales separadas una distancia d. En qué punto (diferencia del )podría colocarse una tercera carga que no experimentara fuerza neta.
R: En el punto medio del trazo que une a ambas cargas. En ese punto, dado que las cargas son iguales, el campo eléctrico generado por una carga será igual y en sentido opuesto al de la otra carga, y al sumarlos se anularán. Por lo que la fuerza eléctrica, al no haber campo, será nula.
13. Una pelota de ping pong no cargada recubierta con una placa metálica se coloca en una región entre dos placas de metal paralelas horizontales. Si las placas son cargadas, una positiva y otra negativa , describa el movimiento de la pelota de ping pong.
R= Se proporciona una acercamiento ya que cargas opuestas se atraen y cargas iguales se repelen
14. Una carga puntual negativa –q se coloca en un punto P cercano a un anillo cargado positivamente como se muestra en la figura del ejemplo. Si x< a, describa el movimiento de la carga puntual si se suelta desde el reposo.
R:
15. Explique la diferencia entre la densidad de carga lineal, superficial y volumétrica, y de algunos ejemplos de cuando cada podría utilizarse.
R: Estos tres conceptos se refieren a densidad de masa. Para el caso de electromagnetismo, los conceptos son similares, pero se cambia lo de masa por carga, en unidades de columbios.
Densidad lineal: es la que se usa para medir la densidad de hilos, cables, varillas, alambres, etc. Resulta de la división de la masa entre la longitud del cuerpo.
Densidad lineal=masa/longitud, en unidades de masa sobre longitud, ejemplos: kg/m, gr/cm, lb/pulg. Por ejemplo si un cable de 10 metros pesa 5 kilogramos, tiene una densidad lineal de 0.5 kg/m
Densidad superficial: es la que se usa para medir la densidad de placas, láminas, cartones, pisos, etc. Se obtiene dividiendo la masa entre el área del cuerpo.
Densidad lineal = masa / área, en unidades de masa entre unidades de superficie, ejemplos: kg/metro cuadrado, gramos /centimetro cuadrado, libras / pulgada cuadrada. Por ejemplo si un techo de un cuarto de 4 m x 4 m (16 metros cuadrados) pesa 1000 kilogramos, tiene una densidad superficial de 62.5 kg/metro cuadrado.
Densidad volumetrica es la que se usa para medir la densidad de cuerpos de 3 dimensiones (largo, ancho y alto), como bloques, cubos, etc. Se obtiene dividiendo la masa entre el volúmen del cuerpo.
Densidad volumétrica = masa / volumen, en unidades de masa sobre unidades de volúmen, ejemplos: kg/metro cúbico, gramos /centimetro cúbico, libras / pulgada cúbica. Por ejemplo si un bloque de concreto de 2 m de ancho x 2 m de largo por medio metro de alto (2 metros cúbicos) pesa 500 kilogramos, tiene una densidad volumétrica de 250 kg/metro cúbico
16. Si el electrón de la figura se proyecta dentro del campo eléctrico con una velocidad arbitraria V0 (con una ángulo respecto a E).
R:
17. Si un objeto metálico recibe una carga positiva, ¿esto incrementa, decrementa o deja
igual su masa?¿Qué pasa con la masa del objeto si este recibe una carga negativa?
R: Un cuerpo que se carga positivamente, es porque ha perdido electrones y eso significa que su masa aumentó; muy poco porque la masa de los electrones es muy pequeña. En el caso inverso, el del cuerpo cargado negativamente, tendrá una mayor masa porque ganó electrones orbitales, aunque ese aumento de masa es infinitesimal a los efectos prácticos.}
18. Se tiene reportes de que en algunos casos personas que estaba cerca de donde cayó un relámpago fueron despojados de sus ropas. Explique por qué podría suceder esto.
R:
19. ¿Por qué debe ser conectado un alambrea tierra desde la base metálica de la antena de un televisión?
R:
20. ¿Tiene los ocupantes de una casa que se construyó con marco de acero mayor seguridad que los de una casa con marco de madera durante una tormenta eléctrica o viceversa? Dé una explicación
R: quienes viven en la casa metálica están más propensos a recibir una descarga pues el metal es un material conductor
21. Una hojuela de aluminio se suspende de una barra de madera. Cuando una barra con carga positiva se acerca a la hoja, las dos partes de la hoja se separan. ¿Por qué? ¿Qué tipo de carga tiene la hoja?
R:
22. ¿Por qué es mas difícil cargar un objeto por fricción en un día húmedo que en un día seco?
R: La carga eléctrica por frotamiento se da cuando el exceso de carga de un objeto cargado se pone cerca de otro objeto con un exceso de carga pero con la polaridad opuesta. El término electricidad estática se refiere a la acumulación de un exceso de carga eléctrica en una zona con poca conductividad eléctrica, un aislante, de manera que la acumulación de carga persiste, debido a que el agua es un elemento conductor, al estar el ambiente húmedo se vuelve un ambiente poco aislante debido a que el exceso de carga se transmite con mayor facilidad a tierra y por lo tanto al no ser un buen aislante la acumulación de carga es poco persistente.
23. ¿Cómo se podría distinguir experimentalmente un campo eléctrico de uno gravitacional?
R:1.- El campo gravitatorio es universal; existe para todos los cuerpos. El campo eléctrico sólo existe cuando los cuerpos están cargados de electricidad.
2.- El campo gravitatorio es siempre de atracción, mientras que el campo eléctrico puede ser de atracción (cargas de diferente signo) o de repulsión (cargas de igual signo).
3.- La constante eléctrica K viene a ser (10exp20) veces mayor que la constante gravitatoria G. Lo que indica que el campo gravitatorio es muy débil comparado con el campo eléctrico.
4.- Una masa, siempre crea un campo gravitatorio. Una carga eléctrica en movimiento además del campo eléctrico crea también un campo magnético.
La unidad de carga eléctrica en el S.I. el culombio. Un culombio es la carga que pasa por la sección transversal de un conductor en un segundo cuando la intensidad de la corriente es un amperio.
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Densidades de carga
Explique las diferencias entre densidades de carga lineal, superficial y volumetrica y brinde ejemplos de cuamdo se usaria cada una.
Britel. Bogota (Colombia)
1ª Respuesta:
En los tres casos las densidades de carga corresponden a la carga por unidad de la/s dimensiones predominantes.
Lineal si predomina una dimensión, caso de una hilo, una barra delgada,...Se mide en C/m
Superficial si predominan dos dimensiones, caso de una superficie plana o curva, una lámina,... Se mide en C/m^2
Volumétrica si no hay preponderancia de ninguna dimensión ...Se mide en C/m^3
Nombre: Montoya Fernández Roberto Antonio.
Maestro: Anatolio Otón Cortes Carrillo.
Materia: Electromagnetismo
Cuestionario #2
