Download Comprensión de conceptos fundamentales

Ricardo Alberto Ramírez Barrozo
G1N24ricardo
174759
𝑃𝑎𝑟𝑡𝑖𝑐𝑢𝑙𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝑢𝑛 𝑔𝑎𝑠 "𝑖" 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑎𝑖𝑟𝑒 = 1𝑐𝑚3 𝑑𝑒 𝑎𝑖𝑟𝑒 ∗ 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑜𝑠𝑖𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎 % ∗ 𝜌𝑔𝑎𝑠 𝑖 ∗ 𝜇𝑔𝑎𝑠 𝑖 ∗ 𝑁𝐴
𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑝𝑎𝑟𝑡𝑖𝑐𝑢𝑙𝑎𝑠 𝑒𝑙 𝑎𝑖𝑟𝑒 =
N2
O2
Ar
CO2
Ne
He
CH4
Kr
Xe
H2
Total
Composición
volumétrica
(%)
78,03
20,99
9,40E-01
3,30E-02
1,50E-03
5,24E-04
1,79E-04
1,40E-04
6,00E-06
5,50E-05
99,995
Volumen de gas
(cm3)
7,80E-01
2,10E-01
9,40E-03
3,30E-04
1,50E-05
5,24E-06
1,79E-06
1,40E-06
6,00E-08
5,50E-07
0,99995
𝑃𝑎𝑟𝑡𝑖𝑐𝑢𝑙𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑠 𝑔𝑎𝑠𝑒𝑠 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑎𝑖𝑟𝑒
Densidad (g/cm3)
Masa de gas (g)
Moles de gas
Partículas de gas
1,250E-03
1,429E-03
1,784E-03
1,870E-03
9,000E-04
1,785E-04
7,170E-04
3,708E-03
5,900E-03
9,000E-05
9,75E-04
3,00E-04
1,68E-05
6,17E-07
1,35E-08
9,35E-10
1,28E-09
5,19E-09
3,54E-10
4,95E-11
1,29E-03
3,48E-05
9,37E-06
4,20E-07
1,40E-08
6,69E-10
2,34E-10
8,02E-11
6,19E-11
2,70E-12
2,47E-11
4,46E-05
2,10E+19
5,64E+18
2,53E+17
8,45E+15
4,03E+14
1,41E+14
4,83E+13
3,73E+13
1,62E+12
1,49E+13
2,69E+19
Donde 𝜌𝑔𝑎𝑠 𝑖 es la densidad, 𝜇𝑔𝑎𝑠 𝑖 es la masa molar y 𝑁𝐴 es el numero de Avogadro
La unidad de carga eléctrica
en el sistema internacional
de medida se conoce como
Coulomb, esta se simboliza
por la letra C. El Coulomb
obtiene su nombre del físico
francés Charles Agustín de
Coulomb que realizo una
descripción cuantitativa de la
atracción
entre
cargas
estáticas
Charles-Augustin de Coulomb
(1736-1806)
• Electrones
−
1
𝑒
18 −
𝑛 𝑑𝑒 𝑒 − 𝑒𝑛 𝑢𝑛 1𝐶 = 1𝐶 ∗
=
6,25
∗
10
𝑒
1,6 ∗ 10−19 𝐶
−31 𝑘𝑔
9,1
∗
10
−12 𝑘𝑔
𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 1𝐶 = 6,25 ∗ 1018 𝑒 − ∗
=
5,7
∗
10
1 𝑒−
• Protones
𝑛 𝑑𝑒
𝑝+ 𝑒𝑛
1 𝑝+
18 𝑝 +
𝑢𝑛 1𝐶 = 1𝐶 ∗
=
6,25
∗
10
1,6 ∗ 10−19 𝐶
−27 𝑘𝑔
1,67
∗
10
𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 1𝐶 = 6,25 ∗ 1018 𝑝+ ∗
= 1,04 ∗ 10−8 𝑘𝑔
−
1𝑒
La definición de en campo eléctrico para una partícula puntual es
𝐹
|𝑞|
𝐸= =k 2
𝑞
𝑟
En el caso del átomo de hidrogeno, la partícula que genera el
campo que afecta al electrón es el protón que se encuentra a 0,5
Å del electrón por lo que la magnitud del campo será
2
−19 𝐶
𝑁𝑚
1,6
∗
10
𝐸 = 9 ∗ 109
∗
2
𝐶
0,5 ∗ 10−10 𝑚
11
2
= 5,8 ∗ 10
𝑁
𝐶
Empleamos la ley de Coulomb
|𝑞1 𝑞2 |
F𝑒 = k
𝑟2
La magnitud de la fuerza entonces será
2 − 1,6 ∗ 10−19 𝐶 2
𝑁𝑚
−8 𝑁
F𝑒 = 9 ∗ 109
=
9,2
∗
10
𝐶2
0,5 ∗ 10−10 𝑚 2
Emplearemos la ley de gravitación
𝑚1 𝑚2
𝐹𝑔 = 𝐺
𝑟2
La magnitud de la fuerza entonces será
𝐹𝑔 = 6,67 ∗ 10−11
𝑁𝑚2 9,1 ∗ 10−31 𝑘𝑔 ∗ 1,67 ∗ 10−27 𝑘𝑔
= 4,1 ∗ 10−47 𝑁
2
−10
2
𝑘𝑔
0,5 ∗ 10 𝑚
Si compramos la fuerza gravitacional con la electrostática tenemos
𝐹𝑔 4,1 ∗ 10−47 𝑁
=
= 4,4 ∗ 10−40
−8
F𝑒
9,2 ∗ 10 𝑁
Por lo que en un átomo de hidrogeno el efecto de la fuerza gravitacional es despreciable
con respecto al hecho por la electrostática
Empecemos por la definición de campo eléctrico para un
partícula puntual…
F𝑒
𝐸=
𝑞
Entonces si recordamos que la unidad de fuerza es el Newton (N)
y de carga es el Coulomb (C), ergo las unidades de campo serán.
𝑁
𝐸=
𝐶
Dos placas de un material conductor separadas por un material
aislante (o por vacío) constituyen un capacitor, empleado en
electricidad y electrónica para almacenar energía. La “aptitud
para almacenar” energía por parte de un capacitor se conoce
como capacitancia y se define como…
𝑄
𝐴
𝐶 = = 𝜖0
𝑉
𝑑
Donde Q es la carga V el voltaje, 𝜖0 es permitividad del vacío, A
es el área de las placas y d es la distancia que las separa.
Siendo sus unidades iguales C𝑉 −1 o en 𝐶 2 𝑁 −1 𝑚−1 = 𝐹 donde F
se conoce como un Faraday
Las placas paralelas de un capacitor con vacío están separadas
una distancia de 15.00 mm ( 1,5 ∗ 10−2 𝑚 ). Se aplica una
diferencia de potencial de 10,000 V (10.0 kV) a través del
capacitor. Calcule la magnitud del campo eléctrico en el espacio
entre ellas.
Entonces ya que el campo entre las placas presenta una
distribución uniforme podemos usar la ecuación que sigue…
𝑉
10000 𝑉
6 𝑉𝑚−1
𝐸= =
=
2
∗
10
𝑑 1,5 ∗ 10−2 𝑚
Por lo que magnitud del campo es 2 ∗ 106 𝑉𝑚−1 .
El dieléctrico se coloca
entre las placas para
aumentar la capacitancia
del capacitor
Estas placas metálicas
están separadas por el
dieléctrico y entre
ellas se forma el
campo por acción del
voltaje
Es un instrumento que se emplea para detectar carga eléctrica.
Proveído de dos laminillas livianas (hechas de un material
conductor) unidas a una esfera por medio de una barra metálica
este sistema está aislado para evitar que la carga eléctrica salga
de este.
Es posible, navegando en internet encontré que puede fabricarse
con un frasco vacío, que tenga su tapa, un alambre, dos tiritas de
papel de aluminio y una bola hecha de este mismo material, estos
implementos están en cualquier casa, por lo que saldría por
menos de 50 pesos. El resultado es el siguiente…