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El UNIVERSIDAD LIBRE DE COLOMBIA
FACULTAD DE INGENIERÌA
DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS
TUTORIAS
NOMBRE DE LA
ASIGNATURA:
MÓDULO DE TRABAJO No.:
TALLER No.:
TÍTULO:
ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO
1
3
POTENCIAL Y CONDENSADORES
DURACIÓN:
BIBLIOGRAFÍA SUGERIDA:
2 SESIONES
Sears y Z, Física Tomo II, Edit Persson
Fisbhane G, Física para Ciencias e Ingeniería, Edit, Reverté
http://es.wikipedia.org/wiki/Potencial_el%C3%A9ctrico
OBJETIVOS:
1. Definir: Energía potencial eléctrica y potencial eléctrico
2. Calcular diferencias de potencial, trabajo, energía potencial y energía
cinética para el movimiento de cargas en campos eléctricos.
3. Relacionar el concepto de potencial eléctrico con el de campo eléctrico
PREGUNTAS CONCEPTUALES:
1. Una carga se mueve en la dirección de un campo eléctrico uniforme.
¿Aumenta o disminuye la energía potencial del sistema carga – campo?
¿La carga se mueve a una posición de potencial menor o mayor?
2. Describa las líneas equipotenciales a) de una línea de carga infinita b) de
una esfera uniformemente cargada.
3. En el interior de una esfera hueca uniformemente cargada el campo
eléctrico es cero implica esto que a) la diferencia de potencial entre 2
puntos dentro de la esfera es cero b) el potencial dentro de la esfera es
cero.
4. Dos esferas conductoras cargadas con radios diferentes están
interconectadas mediante un alambre como se muestra en la figura ¿Qué
esfera tiene mayor densidad de carga?
5. Un capacitor de aire se carga, se desconecta después de la fuente de
energía. Explique porque cambia la diferencia de potencial entre las placas
cuando se inserta un dieléctrico entre ellas.
6. Se introduce una placa sólida de metal entre las placas de un capacitor sin
que toque ninguna de las placas ¿Aumenta disminuye o no cambia la
capacitancia? Explique su razonamiento.
EJERCICIOS:
1. Un electrón, una partícula alfa, un protón y un neutron están en reposo en
los vértices de un cuadrado cuyos lados miden 5X10-10m, con el electrón y
el neutron en vértices opuestos. ¿Cuál es la cantidad mínima de trabajo que
se debe realizar para alejar mucho las partículas unas de otras?
2. Una partícula con una carga de 4.2nC esta inicialmente en reposo en un
campo eléctrico uniforme E dirigido hacia la izquierda. Al quedar en
libertad, la partícula se desplaza hacia la izquierda y después de recorrer
6.00 cm., su energía cinética resulta ser de 1.50X10-6J. a) ¿Qué trabajo
realizo la fuerza eléctrica? b)Cual es el potencial del punto de partida con
respecto al punto final? c) Cual es la magnitud de E?
3. Una línea de carga infinitamente larga tiene una densidad lineal de carga de
5X10-12 C/m. Un protón (masa 1.67X 10-27kg y carga 1.60 X 10-19 C ) esta a
18.0 cm de la línea y se traslada directamente hacia ella a 1.50 X 103 m/s
¿Cuál es la aproximación máxima del protón a la línea de carga?
4. Un capacitor esférico consta de dos corazas conductoras concéntricas
separadas por un vació. La esfera interior tiene un radio de 10 cm y la
separación entre las esferas es de 15 cm. La magnitud de la carga de cada
esfera es de 3.30nC. a)¿Cuál es la diferencia de potencial entre las
esferas? b) ¿Cuál es la energía de campo eléctrico almacenada en el
capacitor?
5. Un capacitor de 4.00µF y otro de 6µF se conectan en paralelo entre los
bornes de una toma de corriente de 660V. a)Halle la carga en cada
capacitor y la diferencia de potencial entre los bornes de cada uno. B) Los
capacitares cargados se desconectan de la toma y uno del otro, y luego se
conectan de nuevo uno con el otro con los bornes de signo diferente juntos.
Halle la carga final y el voltaje entre los bornes de cada uno.
PROBLEMAS DE APLICACIÓN
1. Un cilindro metálico largo de radio ra esta sostenido sobre un soporte
aislante sobre el eje de un tubo metálico largo y hueco de radio rb. La carga
positiva por unidad de longitud del cilindro interior es λ y el cilindro exterior
tiene una carga negativa por unidad de longitud igual. Calcule el potencial V
( r) cuando i) r < ra ii) ra < r < rb iii) r > rb.
2. Halle la expresión del potencial eléctrico V (r) tanto dentro como fuera de
de una esfera con densidad de carga uniforme. Suponga que V = 0 en el
infinito. Grafique V ( r ) entre 0 y 3r.
3. Un medidor de combustible se vale de un capacitor para determinar la
altura del combustible en el tanque. La constante dieléctrica efectiva Kef
cambia de un valor de 1 cuando el tanque esta vació a un valor K, la
constante dieléctrica del combustible cuando el tanque esta lleno. Los
circuitos electrónicos apropiados determinan la constante dieléctrica
efectiva del aire y el combustible combinados entre las placas del capacitor.
Cada una de las dos placas rectangulares tiene una anchura w y una
longitud L. La altura del combustible entre las placas es h. Se pueden pasar
por alto los efectos de pestañeo. Deduzca una expresión de Kef en función
de h.