Universidad de Oriente Núcleo de Bolívar Unidad de Estudios Básicos Departamento de Ciencias. Área de Física Física II. Prof. Ramón Martínez
PROBLEMARIO FÍSICA II Unidad N° 1: Ley de Coulomb Problemas
1) Una bola de corcho cargada de 1 g de masa está suspendida en una cuerda ligera en presencia de un campo eléctrico uniforme, como se ve en la siguiente figura. Cuando E = (3.00 i + 5.00 j) x 105 N/C, la bola está en equilibrio a θ = = 37°. Encuentre (a) la carga en la bola y (b) la tensión en la cuerda. Resp. 10.9 nC y 5.44 x 10 -3 N
y
θ
E
x
q
2) A cierta distancia de una carga puntual la magnitud del campo eléctrico es de 500 V/m y el potencial eléctrico es igual a – 3 KV. (a) ¿Cuál es la distancia a la carga? (b) ¿Cuál es la magnitud de la carga? Resp. 6 m y - 2 µC 3) Se colocan cuatro cargas idénticas q en los vértices de un cuadrado de lado L. (a) En un diagrama de cuerpo libre, muestre todas las fuerzas que actúan sobre una de las cargas. (b) Halle la magnitud y dirección de la fuerza total que ejercen sobre una carga las otras tres. Resp. (b) F 4 = 1.722 x 10 10 q2/L2 N, Ø = 45° 4) Se proyecta un electrón con una rapidez inicial v o = 1.60 x 10 6 m/s hacia el interior de un campo eléctrico uniforme entre las placas paralelas mostradas en la siguiente figura. Suponga que el campo entre las placas es uniforme y su dirección es vertical descendente, y que el campo afuera de las placas es cero. El electrón entra en el campo en un punto equidistante de las dos placas. (a) Si el electrón
pasa casi rozando la placa superior al salir del campo, halle la magnitud del campo eléctrico, (b) suponga que el electrón de la figura se sustituye por un protón con la misma rapidez inicial v o. ¿Golpearía el protón en una de las placas? Si el protón no golpeara una de las placas, ¿cuál sería la magnitud y dirección de su desplazamiento vertical al salir de la región comprendida entre las placas? (c) Compare las trayectorias recorridas por el electrón y el protón y explique las diferencias. (d) Comente si es razonable pasar por alto los efectos de la gravedad en cada partícula. Resp. (a) 364.4 V/m (hacia abajo), (b) No pega, a t = 125 ns, el protón está a 2.73 µm hacia abajo del punto de referencia. (c) Las trayectorias de ambas partículas son diferentes, debido a la atracción de las placas (Investigar). (d) La gravedad es insignificante (Investigar).
5) El potencial eléctrico en cierta región del espacio está dado por V (x, y, z) = A (x 2 – 3 y 2 + z 2 )
donde A es una constante. (a) Deduzca una expresión del campo eléctrico E en cualquier punto de esta región. (b) Se mide el trabajo realizado por el campo cuando una carga de prueba de 1.50 µC se desplaza del punto (x, y, z) = (0, 0, 0.250 cm) al origen, el cual resulta ser de 6 x 10 -5 J. Determine A. (c) Determine el campo eléctrico en el punto (0, 0, 0.250 cm) . Resp. (a) E = - 2A (x i – 3 j + z k) N/C, (b) – 6.4 x 10 6 V/m2, (c) 32000 V/m k 6) La siguiente figura muestra tres cargas, q 1, q 2 y q3. ¿Qué fuerza actúa sobre q 1? Supóngase que q1 = - 1 µC, q 2 = 3 µC, q 3 = - 2µC, r 12 12 = 15 cm, r 13 13 = 10 cm, y Ø = 30°. Resp. 2.62 N a 36.6° por debajo d ebajo del eje +x
y q3
r 13 13
Ø
x q1
r 12 12
q2
7) El campo eléctrico entre las placas de un osciloscopio de rayos catódicos es de 12000 N/C. ¿Qué desviación vertical sufrirá un electrón que entre perpendicularmente al campo eléctrico con energía cinética de 2000 eV (1eV = 1.6 x 10-19 J), que es un valor típico? El conjunto desviador tiene 15 cm de largo. Resp. 33.75 mm 8) Tres cargas se colocan como se representa en la siguiente figura. ¿Cuál es su energía potencial mutua? Supóngase que q = 1 x 10 -7 C y a = 10 cm. Resp. – 0.009 J
9) De la siguiente figura tome como valores q = 1 x 10 -7 C y a = 5 cm .
A partir de la figura contestar las siguientes 4 interrogantes: A. ¿Cuál es la fuerza resultante sobre la carga colocada en el vértice inferior izquierdo del cuadrado? Resp. 0.176 N a 15° por debajo del eje +x B. Determine el campo eléctrico, E, en magnitud y dirección, en el centro (P) del cuadrado. Resp. 3.06 x 106 N/C a lo largo del eje +x C. ¿Cuál es el potencial en el centro (P) del cuadrado? Resp. 0 D. ¿Cuál es la energía potencial eléctrica eléctrica de la configuración de cargas? Resp. – 0.0069 J Preguntas
1) Nombren las propiedades de la carga eléctrica. Analicen luego cada propiedad seleccionada. Resp. Son 4 propiedades (Investigar) 2) Si un electrón se libera desde el reposo en un campo eléctrico uniforme, ¿el potencial eléctrico aumenta o disminuye? ¿Qué sucede con su energía potencial eléctrica? Resp. Si el potencial eléctrico aumenta, la energía potencial eléctrica disminuye (Investigar) 3) Un dipolo eléctrico se coloca en reposo en un campo eléctrico uniforme, como se ve en la siguiente figura, y se suelta. Analice su movimiento. Resp. Investigar el torque resultante.
4) Dos cargas punto de magnitudes y signos desconocidos están separadas una distancia d. La intensidad del campo eléctrico es cero en un punto situado entre ellas, en la línea que los une. ¿Qué puede deducir respecto a las cargas?
UNIDAD N° 2: ELEMENTOS DE CIRCUITOS DE CORRIENTE CONTINUA Problemas
1) ¿Cuál es la capacitancia de un capacitor de placas paralelas cuadradas que miden 5 cm de lado y que tienen un espacio entre ellas de 0.20 mm, el cual se llena de teflón? (b) ¿Qué voltaje máximo puede soportar este capacitor? (c) ¿Qué energía máxima puede almacenar este capacitor? (d) ¿Qué infiere sobre las consecuencias del dieléctrico de teflón en los incisos (b) y (c)? Resp. (a) 2.32 x 10 10 F, (b) 12 KV, (c) 0.017 J, (d) Incremento de V máx y Umáx (Investigar) 2) Una bobina calefactora de 500 W diseñada para operar a 110 V está hecha de alambre de nicromio de 0.50 mm de diámetro. (a) Suponiendo que la resistividad del nicromio permanece constante en su valor a 20°C, encuentre la longitud del alambre utilizada. (b) Considere luego la variación de la resistividad con la temperatura. ¿Qué potencia en realidad entregará la bobina del inciso (a) cuando se caliente hasta 1200°C? (c) ¿En qué momento consume la bobina más electricidad: (i) al conectarla (a 20°C), (ii) en pleno uso (a 1200°C)? Razone la respuesta. Resp. (a) 3.17 m, (b) 339.67 W, (c) A medida que aumenta T , P disminuye. A la temperatura final consume menos. Cuando se conecta consume más (Investigar)
3) El dieléctrico que se va a utilizar en un capacitor de placas paralelas tiene una constante dieléctrica de 3.60 y una resistencia dieléctrica de 1.60 x 10 7 V/m. El capacitor debe tener una capacitancia de 1.25 x 10 -9 F y debe ser capaz de soportar una diferencia de potencial máxima de 5500 V. ¿Cuál es el área mínima que deben tener las placas del capacitor? Resp. 0.0135 m 2 4) Un conductor eléctrico proyectado para transportar corrientes grandes tiene una sección circular de 2.50 mm de diámetro y mide 14 m de largo. La resistencia entre sus extremos es de 0.104 Ω. (a) ¿Cuál es la resistividad del material? (b) Si
la magnitud del campo eléctrico en el conductor es de 1.28 V/m, ¿cuál es la corriente total? (c) Si el material tiene 8.5 x 10 28 electrones libres por metro cúbico, halle la rapidez de deriva promedio en las condiciones del inciso (b). Resp. (a) 3.65 x 10 -8 Ω.m, (b) 172 A, (c) 2.58 mm/s. 5) Un capacitor de placas paralelas de 5 pF, relleno de aire y con placas circulares se va a utilizar en un circuito en el que estará sometido a potenciales de hasta 100 V. El campo eléctrico entre las placas no debe ser mayor que 10000 N/C. En su calidad de Ingeniero recién graduado, una de sus tareas son (a) proyectar el capacitor hallando cuáles deben ser sus dimensiones (radio y área de cada placa) y su separación; (b) encontrar la carga máxima que estas placas pueden soportar. Resp. (a) r = 0.042 m, A = 0.0057 m 2 y d = 0.01 m; (b) Q máx. = 5 x 10 -10 C 6) Un alambre de oro que transporta corriente tiene un diámetro de 0.84 mm. El campo eléctrico en el alambre es de 0.49 V/m. ¿Cuál es: (a) la corriente que el alambre transporta? (b) La diferencia de potencial entre dos puntos del alambre a 6.4 m de distancia uno del otro. (c) La resistencia del tramo de 6.4 m de largo de este alambre. Resp. (a) I = 11.13 A, (b) V ab = 3.14 V y (c) R = 0.28 Ω. 7) Se construye un capacitor con aire entre las placas paralelas con dos placas de 16 cm2, separadas 4.7 mm, y se conecta a una batería de 12 V. (a) ¿Cuál es la capacitancia? (b) ¿Cuál es la carga de cada placa? (c) ¿Cuál es el campo eléctrico entre las placas? (d) ¿Cuál es la energía almacenada en el capacitor? (e) Si se desconecta la batería y luego se apartan las placas hasta tener una separación de 9.4 mm, ¿cuáles son las respuestas de los incisos (a), (b), (c) y (d)? (f) Suponga que la batería permanece conectada mientras se separan las placas. ¿Cuáles son entonces las respuestas de los incisos (a), (b), (c) y (d) después de separar las placas? (g) ¿Qué pueden inferir de los resultados obtenidos? Resp. (a) 3 pF, (b) 36 pC, (c) 2,553.2 N/C, (d) 2.16 x 10 -10 J, (e) 1.51 pF, 36 pC, 2,542.37 N/C, 4.35 x 10 -10 J, (f) 1.51 pF, 36 pC, 1,276.6 N/C, 1.09 x 10 -10 J. 8) Se sumerge un tubo de plástico de 25 m de largo y 4 cm de diámetro en una solución de plata, y se deposita una capa uniforme de plata de 0.1 mm de espesor sobre la superficie externa del tubo. Si este tubo recubierto se conecta luego a los bornes de una batería de 12 V, ¿cuál será la corriente? Resp. 123.76 A Preguntas
1) ¿La capacitancia de un cable coaxial se obtiene de la misma manera que un capacitor de placas paralelas? Razone su respuesta. 2) ¿El diodo es un material óhmico? Razone su respuesta.. 3) Describa el fenómeno de la polarización de un dieléctrico en un campo eléctrico, E. 4) Si al pasar el interruptor, se percibe un encendido instantáneo del bombillo, ¿cómo es que un electrón tarda casi dos horas en recorrer un metro de alambre de cobre de calibre 18? 5) Un texto afirma que los buenos conductores eléctricos también son buenos conductores térmicos. Si es así, ¿por qué los cordones que se emplean para conectar tostadoras, planchas y otros aparatos generadores de calor semejantes no se calientan por conducción del calor que produce el elemento calentador? 6) Se carga un capacitor de placas paralelas conectándolo a una batería y se mantiene conectado a ella. En seguida se duplica la distancia entre las placas. ¿Cómo cambia el campo eléctrico? ¿Y la carga entre las placas? ¿Y la energía total? Explique su razonamiento. 7) En un capacitor de placas paralelas con dieléctrico de aire, suponga que se separan las placas de modo que la separación d sea sea mucho mayor que el tamaño de las placas. (a) ¿Sigue siendo exacto afirmar que el campo eléctrico entre las placas es uniforme? ¿Por qué? Explique su razonamiento (b) ¿Es la capacitancia mayor que, menor que o igual a la ecuación analizada en clase? (c) ¿La diferencia de potencial entre las placas V ab ab es mayor o menor? Explique su razonamiento. 8) ¿Cómo se espera que varíe la resistividad de un buen aislador, como el vidrio o el poliestireno, con la temperatura? Explique su razonamiento
UNIDAD N° 3. CIRCUITOS DE CORRIENTE CONTINUA Problemas
1) Encuentre el valor de la corriente en cada ramal, en la siguiente figura. Resp. – 0.6 A, 1.2 A y – 0.6 A
12 V
5Ω
10 Ω
20 Ω
6V
2) Calcule la corriente total y la corriente que pasa por cada resistor en la siguiente figura cuando Ɛ = 24 V, R1 = 6 Ω, R 2 = 3 Ω, R3 = 1 Ω, R4 = 2 Ω y r = 0.4 Ω. Resp. I T
= 15 A, I R1 = 9 A, I R2 = 6 A, I R3 = 4 A, I R4 = 2 A
Ɛ
R3 R1
R4
R2
r
3) Calcule la capacitancia equivalente para todo el circuito que muestra la siguiente figura. ¿Cuál es la carga total sobre la capacitancia equivalente? Resp. 1.74 µF, 20.87 µC.
3 F 4 µF 12 V
2 µF 8 µF
4) Una resistencia de 3 MΩ y un capacitor de 1 µF se conectan en serie con una
fuente de fuerza electromotriz de 4 V. Al cabo de 1 s después de conectar, calcule: (a) la carga en el capacitor, (b) la potencia de almacenamiento del capacitor, (c) la
potencia disipada en la resistencia, y (d) la potencia proporcionada por la fuente. Resp. (a) 1.13 µC, (b) 6.43 x 10 -7 W, (c) 2.74 x 10 -6 W, (d) 3.82 x 10 -6 W 5) Halle la corriente a través de cada uno de los tres resistores del siguiente circuito. Las fuentes de fem tienen una resistencia interna insignificante.
6) Una tostadora de 1800 W, una sartén eléctrica de 1.3 KW y una lámpara de 100 W están conectadas a un mismo circuito de 20 A y 120 V. (a) ¿Cuánta corriente toma cada dispositivo, y cuál es la resistencia de cada uno? (b) ¿Hará esta combinación que se queme el fusible? ¿Qué solución darían y evitar la posibilidad de un incendio? 7) Determinen I 1, I 2 2 e I 3 en la siguiente figura. Resp. 0.266 A, 0.533 A, 0.800 A
4V 3Ω
9Ω
9Ω
I2
16 V
8V I1
I3
8) Un capacitor de 750 pF tiene una carga inicial de 6 µC. Se conecta después a un resistor de 150 MΩ y se deja que se descargue a través del resistor. (a) ¿Cuál
es la constante de tiempo del circuito? (b) Expresen la corriente en el circuito y la carga en el capacitor como funciones del tiempo. Resp. (a) 0.1125 s, (b) I = 53.3 e t/0.1125 µA 9) Determine la resistencia equivalente entre las terminales a y b para la red que se ilustra a continuación. Resp. 3.34 µF
3Ω 1Ω
2Ω 2Ω 5Ω
a
b 2Ω
2Ω
1Ω
10) Encuentre la capacitancia equivalente entre los puntos a y b para el grupo de capacitores conectados, como se indica en la siguiente figura si C 1 = 5 µF, C 2 = 10 2 = µF y C 3 = 2 µF. Resp. 6.05 µF
a
C1
C1
C3
C2
C2
C2
C2
b
11) Calcule la potencia disipada en cada resistor en el circuito de la siguiente figura. Resp. 14.22 W, 28.44 W, 1.33 W y 4 W
2Ω 3Ω
1Ω
4Ω
12) Calcule I 1, I 2 2 e I 3 en la siguiente figura. 5 pts. Resp. 1 A, 2.5 A y 3.5 A.
4Ω 2Ω
1Ω 3Ω
5Ω
13) Para el sistema de capacitores mostrado en la siguiente figura, encuentre (a) la capacitancia equivalente del sistema, (b) el potencial a través de cada capacitor, (c) la carga sobre cada capacitor, y (d) la energía total almacenada por el grupo.
Resp. (a) 3.33 µF, (b) 60 V, 30 V, 60 V y 30 V, (c) 120 µC, 120 µC, 180 µC y 180 µC, (d) 0.0135 J
3 µF
2 µF
6 µF
4 µF
14) En la siguiente figura suponga que el interruptor se ha cerrado el tiempo suficiente para que el capacitor quede completamente cargado. Determine (a) la corriente de estado estable a través de cada resistor, y (b) la carga Q en el capacitor. (c) El interruptor se abre después en t = 0. Escriba una ecuación para la corriente i R2 a través de R 2 como una función del tiempo, y (d) encuentre el tiempo R2 a 2 como que tarda la carga en el capacitor para disminuir a un quinto de su valor inicial. Resp. (a) 333.33 µA, (b) 50 µC, (c) IR2 = (277.77µA) e-t/0.18, (d) 0.29 s
F µ
R1 = 12 KΩ
R2 = 15 KΩ
0 1
Ω K 3
Preguntas
1) Si se conectan en serie un capacitor de 4 µF y uno de 8 µF, ¿cuál de los dos tiene la mayor cantidad de energía almacenada? ¿Y si los dos capacitores se conectan en paralelo? 2) Cuando se conecta en serie un capacitor con una batería y un resistor, ¿influye el resistor en la carga máxima que se almacena en el capacitor? ¿Por qué? ¿Qué propósito tiene la inclusión del resistor? 3) Explique la diferencia entre resistencia de carga y resistencia interna de una batería. 4) Incluidas en las Reglas de Kirchhoff hay dos leyes de conservación, ¿cuáles son? 5) ¿Un fusible trabajaría apropiadamente si se pusiera en paralelo con el dispositivo que supuestamente protege? Argumente su respuesta. 6) Un capacitor lleno de aire se carga, luego se desconecta del suministro de energía eléctrica y por último se conecta a un voltímetro. Explique cómo y por qué las lecturas de voltaje cambian cuando se inserta un dieléctrico entre las placas del capacitor.
UNIDAD N° 4. EL CAMPO MAGNÉTICO Problemas
1) Una barra horizontal de 0.20 m de largo está montada en una balanza y conduce una corriente. En la ubicación donde se halla la barra un campo magnético horizontal uniforme tiene una magnitud de 0.067 T y su dirección es perpendicular a la barra. La balanza mide la fuerza magnética sobre la barra, la cual resulta ser de 0.13 N. ¿Cuál es la corriente? Resp. 9.7 A 2) Una bobina circular con devanado compacto y un diámetro de 4 cm tiene 600 espiras y conduce una corriente de 0.5 A. ¿Cuál es la magnitud del campo magnético (a) en el centro de la bobina, (b) en un punto sobre el eje de la bobina a 8 cm de su centro? Resp. (a) 0.0094 T, (b) 0.00013 T 3) Se coloca una bobina de 4 cm de radio con 500 espiras en un campo magnético uniforme que varía con el tiempo según B = (0.0120 T/s) t + + (3 x 10 -5) T/s4)t 4. La bobina está conectada a un resistor de 600 Ω, y su plano es perpendicular al campo magnético. No tenga en cuenta la resistencia de la bobina. (a) Halle la magnitud de la fem inducida en la bobina en función del tiempo. (b) ¿Cuál es la corriente en el resistor en el tiempo t = = 5 s? Resp. (a) Ɛ = – (0.030 + 0.00030 t 3) V, (b) 112.5 µA 4) (a) ¿Cuál es la rapidez de un haz de electrones cuando la influencia simultánea de un campo eléctrico de 1.56 x 10 4 V/m y un campo magnético de 4.62 x 10 -3 T, con ambos campos normales al haz y entre sí, no desvían los electrones? (b) Muestre en un diagrama la orientación relativa de los vectores v , E , y B . (c) Cuando se elimina el campo eléctrico, ¿cuál es el radio de la órbita del electrón? ¿Cuál es el periodo de la órbita? 5) Sobre un anillo de madera cuyo diámetro medio es de 14 cm se ha formado un devanado toroidal compacto de 600 espiras. Halle el campo magnético en todos los puntos del toroide, utilizando la Ley de Ampere. Calcule la magnitud del campo magnético en el centro de la sección transversal del devanado cuando la corriente en el devanado es de 0.650 A. 6) En la siguiente figura se muestra un conductor con forma de U en un campo magnético uniforme B perpendicular al plano de la figura, dirigido hacia la parte interna de la página. Se coloca una barra metálica de longitud L entre los dos brazos del conductor para formar un circuito, y se traslada la barra hacia la derecha con velocidad constante v . Esto induce una fem y una corriente, y es por esta razón que este dispositivo recibe el nombre de generador de conductor corredizo. Halle la magnitud y dirección de la fem inducida resultante.
6) Se inserta un alambre recto portador de corriente en una región del espacio donde hay un campo magnético intenso dirigido verticalmente hacia abajo. ¿Cómo se puede orientar el alambre de modo que la fuerza magnética lo mantenga suspendido en el aire? 7) En la figura el campo magnético B es uniforme y perpendicular al plano de la figura, y apunta hacia afuera. El conductor tiene un segmento recto de longitud L perpendicular al plano de la figura a la derecha, con la corriente opuesta a B ; seguido de un semicírculo de radio R ; y finalmente otro segmento recto de longitud L paralelo al eje x, como se muestra. El conductor transporta una corriente I . (a) Proporcione la fuerza magnética total sobre estos tres segmentos de alambre. (b) ¿Cuáles son la magnitud y dirección de la fuerza magnética total sobre el conductor si ahora el campo magnético es paralelo al eje x? (c) En ambos casos, ¿la fuerza total es la misma que si se sustituyera el semicírculo por un segmento recto a lo largo del eje x? ¿Pueden explicar por qué? Resp. (a) F = IB (L + 2R) j, (b) F = - ILB j, (c) En ambos casos se puede sustituir los tramos por un conductor recto. Los resultados así lo explican.
B
(sale)
I R
x
I
L
O
entra I ent
8) Una bobina circular con devanado compacto y un radio de 2.40 cm tiene 800 espiras. (a) ¿Cuál debe ser la corriente en la bobina si el campo magnético en el centro de ésta es de 0.0580 T? (b) ¿A qué distancia x del centro de la bobina, sobre el eje de ésta, alcanza el campo magnético la mitad del valor que tiene en el centro? Resp. (a) 2.77 A, (b) 0.0184 m 9) Una espira circular plana de acero de 75 cm de radio está en reposo en un campo magnético uniforme, como se muestra en la vista de canto de la siguiente figura. El campo cambia con el tiempo según B(t) = (1.4 T) e –(0.057 s-1)t. (a) Encuentre la fem inducida en la espira en función del tiempo. (b) ¿Cuándo es la fem inducida igual a 1/10 de su valor inicial? (c) Encuentre el sentido de la corriente inducida en la espira, vista desde arriba de la espira. Resp. Ɛ = 0.122 e 0.057t V, (b) t = 40.4 s, (c) Antihorario B
60°
10) Una bobina circular de alambre de 8.6 cm de diámetro tiene 15 espiras y conduce una corriente de 2.7 A. La bobina está en una región donde el campo magnético es de 0.56 T. (a) ¿Qué orientación de la bobina proporciona el momento de torsión máximo en la bobina, y cuál es este momento de torsión máximo? (b) ¿Con qué orientación de la bobina es la magnitud del momento de torsión el 71% del hallado en el inciso (a)? 11) Sobre un anillo de madera cuyo diámetro medio es de 14 cm se ha formado un devanado toroidal compacto de 600 espiras. Halle el campo magnético en todos
los puntos del toroide, utilizando la Ley de Ampere. Calcule la magnitud del campo magnético en el centro de la sección transversal del devanado cuando la corriente en el devanado es de 0.650 A. 12) Una espira cuadrada de cobre de 10 cm por lado está situada en una región de campo magnético cambiante. La dirección del campo magnético forma un ángulo de 37° con el plano de la espira. El campo cambiante con el tiempo presenta la siguiente dependencia respecto al tiempo: B(t) = 0.10 T + (1.00 x 10 -5 T/s) t. Determine la fem inducida en la espira de cobre en los tiempos t > 0. 13) Un protón se mueve horizontalmente en dirección perpendicular a un campo magnético constante orientado de tal modo que desvía el protón hacia arriba. La magnitud del campo es 0.010 T. ¿Cuál es la velocidad del protón, para que la fuerza magnética anule exactamente la fuerza de gravitación en el protón, dejándolo en trayectoria horizontal? La intención del problema es comparar la fuerza gravitacional con las fuerzas electromagnéticas. ¿Qué pueden significar al respecto? Resp. 1.02 x 10 -5 m/s. La muy baja velocidad demuestra que la fuerza gravitatoria es insignificante comparada con la fuerza magnética. 14) Un solenoide de 1.5 cm de diámetro tiene 60 cm de longitud y está formado por 450 vueltas. ¿Cuál es el campo magnético en el centro del solenoide, cuando la corriente en la bobina es 5 A? Resp. 4.71 x 10 -3 T, a lo largo del eje del solenoide. 15) Una espira de alambre de 0.35 m 2 de área, se coloca entre las piezas polares de un electroimán, en ángulo recto con la dirección de las líneas de campo magnético. ¿Cuál es la fuerza electromotriz que se genera en la espira, si cambia el campo magnético con una rapidez uniforme, de 2 T a 4 T en 9.3 s? Suponga que el campo magnético es uniforme en toda el área de la espira. Resp. – 7.53 x 10-2 V. 16) Un protón entra a una región de campo magnético constante, orientado perpendicularmente a su trayectoria. Allí, el protón viaja a una velocidad de 3 x 10 6 m/s en trayectoria circular de 20 cm de radio. ¿Cuál es la magnitud del campo magnético? Resp. 0.16 T. 17) Un solenoide superconductor largo se devana con alambre fino de niobio, de modo que hay 3 x 10 4 vueltas/m. Si una fuente de corriente produce 50 A, ¿Cuál es el campo magnético dentro del solenoide? Resp. 1.88 T, a lo largo del eje del solenoide. Preguntas
1) ¿De qué manera se establece el sentido de la corriente inducida en una espira ubicada en un campo magnético variable? Ayudita: Analizar la Ley de Lenz.
2) De un ejemplo de cómo la Ley de Faraday puede explicar el funcionamiento de un generador eléctrico 3) Se inserta un alambre recto portador de corriente en una región del espacio donde hay un campo magnético intenso dirigido verticalmente hacia abajo. ¿Cómo se puede orientar el alambre de modo que la fuerza magnética lo mantenga suspendido en el aire? 4) ¿Es posible generar un campo eléctrico a partir de un campo magnético? Razonen la respuesta. Ayudita: Analizar la Ley de Faraday. 5) Una espira rectangular se mueve cruzando un campo magnético uniforme, de tal modo que la fuerza electromotriz inducida es cero. ¿Qué puede usted decir acerca del ángulo entre la normal a la superficie de la espira y la dirección del campo magnético durante el movimiento? Ayudita: Analizar la Ley de Faraday.
