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Universidad Nacional de Colombia
Código: 1000017
G NL
Fundamentos de Electricidad y Magnetismo Fecha: 29 - marzo - 2011
Nombre:
Tania Gineth Gómez Carrillo
Código:
261891
CASA
Primer Examen Parcial 20%
1. Qué es un electrón voltio?
Un electronvolt (𝑒𝑉) es una unidad de energía utilizada para estudiar las energías de los
electrones, los átomos y las moléculas. Un electronvolt se define como la energía que adquiere
una partícula al portar una carga cuya magnitud es igual a la del electrón (𝑞 = 𝑒) como
resultado de moverse a través de una diferencia de potencial de 1V. Debido a que la carga en
un electrón es de 1.6 × 10−19 𝐶 y el cambio en la energía potencial se define como 𝑞𝑉
tenemos que 1 𝑒𝑉 es igual a:
(1.6 × 10−19 𝐶) × (1 𝑉) = 1.6 × 10−19 𝐽
2. Cuál es la relación de Teslas y Gauss
Teslas y Gauss son las unidades de campo magnético en unidades del SI (sistema internacional)
y unidades CGS (centímetro gramo segundo) respectivamente. 1 Tesla (𝑇) equivale a 1𝑁/(𝐴 ∙
𝑚) y un Gauss (𝐺) equivale a 10−4 𝑇.
3. Qué entiende por una corriente de desplazamiento?
Una corriente de desplazamiento 𝐼𝐷 es la corriente eléctrica equivalente un campo eléctrico
variable en el tiempo entre las placas de un capacitor. Matemáticamente se define como el
flujo de campo eléctrico sobre la superficie:
∆𝑄
∆Φ𝐸
𝐼𝐷 =
= 𝜖0
∆𝑡
∆𝑡
4. En un capacitor de placas paralelas separadas D cm y conectadas a una diferencia
de potencial de V voltios DC. Calcule la velocidad de una partícula cargada P si esta
parte de la placa de potencial máximo a la placa de mínimo potencial. (D=10 cm,
V=10V, P= un electrón)
Calcule:
a. el Campo eléctrico E entre las placas
Se define como:
𝐸=
𝑉
𝑑
=
10 𝑉
1∙ 10−2 𝑚
= 100 𝑉/𝑚
b. Deduzca una expresión funcional V(x) del potencial y la distancia donde se vea
claramente el Potencial
Despejando de 𝐸 = −𝑉/𝑑 , la ecuación que define el potencial eléctrico en función de la
distancia entre las placas es la siguiente:
𝑉(𝑥) = −𝐸𝑥
i. Al comenzar el recorrido
 𝑉 = −𝐸𝑑
𝑉 = −𝑘 ∙
𝑞2
∙𝑑
𝑟2
Al comenzar el recorrido la posición del electrón es cero, debido a esto nos queda un
cero en el denominador de la ecuación de velocidad, así que sacamos el límite cuando el
radio tiende a cero:
𝑙𝑖𝑚 𝑣 = −∞
𝑟→0
ii. En la mitad del recorrido
teniendo en cuenta que 𝜀0 = 8,8542 ∙ 10−12 𝐶 2 /𝑁 ∙ 𝑚2
𝑉=−
1
(−1.6 ∙ 10−19 )2
∙
∙ 0.1
4𝜋 ∙ 𝜀0
(0.05)2
𝑉 = −9.203 ∙ 10−37 𝑉
iii. Al final del recorrido
𝑉=−
1
(−1.6 ∙ 10−19 )2
∙
∙ 0.1
4𝜋 ∙ 𝜀0
(0.1)2
𝑉 = −2.3008 ∙ 10−37 𝑉
c. la energía cinética cuando P llega a la otra placa
1
𝐾 = 𝑚𝑣 2
2
1
−(10𝑉 ) ∙ (−1.6 ∙ 10−19 )
𝐾 = (9.1 ∙ 10−28 𝑔) ∙ (
∙ 1.44 ∙ 10−4 𝑠)2
(0.1𝑚) ∙ (9.1 ∙ 10−28 𝑔)
2
i.
en eV (electrón-Voltios)
𝐾 = 10 𝑒𝑉
ii. en Julios
𝐾 = 1.6 ∙ 10−18 𝐽
d. la aceleración de P durante su viaje
𝑎=
−𝑉 ∙ 𝑞
𝑑∙𝑚
𝑎 = 9580838.323 𝑚/𝑠
e. el tiempo de recorrido que toma en llegar a la placa destino
2∙𝑥∙𝑑∙𝑚
𝑡=√
−𝑉 ∙ 𝑞
𝑡 = 1.44 ∙ 10−4 𝑠
f. la velocidad de llegada cuando P alcanza la placa de mínimo potencial
 𝐸 = −𝑉/𝑑
𝑚𝑎 −𝑉
=
𝑞
𝑑
𝑑𝑣
∙ 𝑚 −𝑉
𝑑𝑡
=
𝑞
𝑑
𝑣(𝑡) =
i.
−𝑉 ∙ 𝑞
∙𝑡
𝑑∙𝑚
en m/s
𝑣 = 1384.25 𝑚/𝑠
en km/h
4983.3 𝑘𝑚/ℎ
5. Dado un cable eléctrico por el cual circula una corriente I (A) calcule el campo
magnético a una distancia de 10 cm.
Teniendo la ecuación de campo magnético en un alambre
𝜇0 𝐼
𝐵=
∙
2𝜋 𝑟
Y teniendo el valor de la constante de permeabilidad que es 𝜇0 = 4𝜋 ∙ 10−7 𝑇 ∙ 𝑚/𝐴
Reemplazamos en la ecuación y resolvemos:
4𝜋 ∙ 10−7 𝑇 ∙ 𝑚/𝐴 𝐼𝐴
𝐵=
∙
2𝜋
0.1𝑚
= 2−6 𝐼 𝑇
6. Cuál es el campo magnético en el Ecuador de la superficie de la Tierra?
a. En Gauss
En el ecuador el valor del campo magnético terrestre es de 0.3 𝐺
b. En Teslas
Conocemos que 1 𝑇 = 104 𝐺, entonces realizamos la regla de 3 y tenemos que el valor del
campo magnético en el ecuador dado en teslas es de:
0.3 𝐺∙1 𝑇
104 𝐺
= 3−5 𝑇
7. Cuál es la corriente I (A) que debe circular por un alambre para que produzca un
campo magnético igual al terrestre a una distancia de10 cm?
𝜇
𝐼
𝐵 = 2𝜋0 ∙ 𝑟
𝐼=
=> 𝐼 =
𝐵∙2𝜋∙𝑟
𝜇0
3−5 𝑇 ∙ 2𝜋 ∙ 0.1𝑚
=
4𝜋 ∙ 10−7 𝑇 ∙ 𝑚/𝐴
8. Por qué circula corriente por un conductor cuando se le aplica un voltaje?
Esto se da debido a que el voltaje o diferencia de potencial es el trabajo que ejerce una fuente
de suministro de energía o fuerza electromotriz sobre las cargas eléctricas, para que así se
establezca un flujo de corriente eléctrica.
9. Cuando un conductor se calienta por efecto de una corriente eléctrica es por la Ley
de?
El anterior enunciado hace referencia al efecto Joule, que hace referencia a que si por un
conductor circula corriente eléctrica, parte de la energía cinética de los electrones se convierte
en calor debido a que sufren choques con los átomos del material conductor por donde
circulan, elevando la temperatura de este. Este efecto se define como “La cantidad de energía
calorífica producida por una corriente eléctrica, depende del cuadrado de la corriente, del
tiempo que esta circula por el material conductor y la resistencia que se opone al paso de esta
corriente”.
𝑄 = 𝐼2 ∙ 𝑅 ∙ 𝑡
10 Qué Ley enuncia que un conductor caliente emita electrones?
Se refiere a la emisión termoiónica, conocida también como efecto Edison es el flujo de
partículas cargadas llamada termoiones desde una superficie de metal acusada por una
energía termal , provoca una fuerza electrostática que empuja los electrones hacia la
superficie.