Download COMPRENSION DE CONCEPTOS FUNDAMENTALES

CARGA ELÉCTRICA Y LEY
DE COULOMB
UNIVERSIDAD NACIONAL DE
COLOMBIA
FUNDAMENTOS DE
ELECTROMAGNETISMO
MANUEL FERNANDO PARRA
G09N30MANUEL
1.) Calcule el número de partículas
que hay en un centímetro cúbico de
aire
 El aire es la mezcla de gases que
constituye la atmosfera terrestre, según la
altitud, temperatura y composición del
aire la atmosfera se divide en troposfera,
estratosfera, mesosfera y termosfera, de
mayor a menor presión. La densidad del
aire en la troposfera y a temperatura
ambiente (25oc) es de 1,2 kg/m3, y la masa
molar de los gases en consideración es de
aproximadamente 28,9 g/mol; con esto se
concluye que el numero de partículas en
un centímetro cubico del aire en estudio es
de aproximadamente 2 X 1019 partículas.
2.) ¿Qué es un Coulomb?
 Un Coulomb es la unidad de carga
eléctrica en el sistema internacional,
definida en términos de la unidad de
corriente ampere (A), 1C = 1 A.s,
donde la corriente es igual a la
rapidez del flujo de carga.
3.) ¿Cuántos electrones tiene una
partícula cuya carga eléctrica es un
Coulomb y cuál es su masa en kg?
eq= 1,6 X 10-19C
em = 9,1 X 10-31Kg
Una partícula cuya carga eléctrica es un
Coulomb tiene 0,6 X 1019electrones, y su
masa es de 5,46 X 10-12kg
4.) ¿Cuántos protones tiene una
partícula cuya carga eléctrica es un
Coulomb y cuál es su masa en kg?
pq= 1,6 X 10-19C
pm = 1,7 X 10-27Kg
Una partícula cuya carga eléctrica es un
Coulomb tiene 0,6 X 1019protrones, y su
masa es de 1,02 X 10-8kg
5.) Haga un estimado de las dimensiones de
las partículas arriba mencionadas. Suponga
que cada partícula está confinada en un
volumen de un Angstrom cúbico.
 Un electrón es una distribución
electrónica, un objeto cuántico distribuido
en el espacio, al que no se le puede conocer
la posición exacta y velocidad al mismo
tiempo, se presume que debe medir menos
de 10-18m, que si se pudiera confinar en
un
angstrom
cubico
ocuparía
aproximadamente solo una cuarta parte.
 Un protón y también un neutrón tienen
un tamaño aproximado de 10-15m, lo que
equivaldría a ocupar medio angstrom
cúbico.
6.) ¿Cuál es el campo eléctrico que "siente"
un electrón en un átomo de Hidrógeno?
E=k.q/r2
k = 9 X 109N.m2/C2
eq = 1,6 X 10-19C
r = 5,3 X10-11m
El campo eléctrico que “siente” un
electrón en un átomo de Hidrogeno es de
5,13 X 1011N/C
7.) Usando la Ley de Coulomb calcule la
Fuerza Eléctrica, en Newton, que el campo
eléctrico de un protón le hace a un electrón
en un átomo de Hidrógeno.
E = k . eq . pq / r 2
k = 9 X 109N.m2/C2
eq = 1,6 X 10-19C
pq = 1,6 X 10-19C
r = 5,3 X10-11m
La fuerza eléctrica que el campo eléctrico
de un protón le hace a un electrón en un
átomo de Hidrogeno es de 8,2 X 10-8N
8.) Calcule la Fuerza Gravitacional con la
que es atraído un electrón por un protón en
un átomo de Hidrógeno. Compárela con la
Fuerza Eléctrica.
La fuerza gravitacional con la que es atraído
un electrón por un protón en un átomo de
Hidrogeno es de 3,6 X 10-47N.
Con la razón fe/fg se comprueba que la fuerza
gravitacional entre estas dos partículas es
despreciable comparada con la fuerza eléctrica
entre ellas.
9.) ¿Cuáles son las unidades del
Campo Eléctrico?
 El campo eléctrico en un punto dado
del espacio puede ser definido en
términos de la fuerza eléctrica que
actúa sobre una carga de prueba q0
positiva colocada en ese punto.
Dicho campo tiene por lo tanto
componente vectorial en la dirección
de la fuerza, con unidades en el
sistema internacional de newton
sobre coulomb:
E = F/q0 (N/C)
10.) ¿Qué es un dispositivo denominado
capacitor (también conocido como condensador
o filtro)?, describa sus características
 Un capacitor es un dispositivo que
almacenan carga, utilizado comúnmente en
una gran variedad de circuitos eléctricos;
por ejemplo, para sintonizar la frecuencia en
los radio receptores, como filtros en las
fuentes de poder, para eliminar el
chisporroteo en las sistemas de ignición de
los carros, o también como dispositivo de
almacenamiento de energía en las unidades
electrónicas de destello. Básicamente consta
de dos conductores que poseen cargas iguales
pero de signo opuesto, separados una
distancia muy pequeña comparada con sus
dimensiones con una diferencia de potencial
V entre ellos.
 La mayor parte de estos capacitores
están fabricados con dos hojas metálicas
alternadas con placas delgadas de papel
impregnadas de parafina, la cual sirve
como material dieléctrico; enrolladas en
forma de cilindro. El dieléctrico fomenta
el aumento de la capacitancia, del voltaje
de operación y proporciona una
estructura metálica de soporte entre las
placas conductoras.
11.) Calcule el campo eléctrico en el
interior de un capacitor
12.) ¿Qué es un electrómetro? ¿Puede hacer
uno de bolsillo con materiales caseros, con
un costo de menos de $50.oo?
 Un electrómetro es un electroscopio con
escala, el cual a su vez, es un aparato que
permite detectar la presencia y signo de
campos eléctricos en un objeto, consisten
en una varilla metálica vertical con una
esfera en su extremo superior y dos
laminas de aluminio en el inferior,
sostenida en un recipiente de vidrio y con
libertad para girar sobre la escala
graduada. Al acercar un material cargado
a la esfera, la varilla se carga y las
laminas se repelen o se atraen según los
tipos de carga.
 Un electrómetro de bolsillo se puede
construir con materiales caseros y un
costo menor a 50 pesos,
REFERENCIAS
 FÍSICA TOMO II. Tercera edición
revisada (segunda edición en
español). Raymond A. Serway.
McGRAW-HILL