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Universidad Nacional de Colombia
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Código: 1000017
G11NL38OSCAR
Fundamentos de Electricidad y Magnetismo
Fecha: 30 / 03 / 2011
Nombre: Oscar Armando Sosa Puerto
CASA
Primer Examen Parcial
20%
Código: 261826
1. ¿Qué es un electrón voltio?
Un electrón voltio es el trabajo necesario para transportar una carga de un electrón
entre dos puntos de un campo eléctrico, cuya diferencia de potencial es de 1 voltio.
Su símbolo es eV, y es una de las unidades aceptadas por el sistema internacional
de medidas, pero no pertenece estrictamente a estas.
1eV = (1,602*10-19 C) *1V →
1,602*10-19 C *V
→
1,6*10-19 Julios
2. Cuál es la relación de Teslas y Gauss:
Antes de hacer la relación entre teslas y gauss, daré sus respectivas definiciones:
Tesla: Unidad derivada del sistema internacional de medidas. El tesla es la inducción
magnética uniforme que repartida normalmente sobre una superficie de 1 metro cuadrado,
produce a través de esta superficie un flujo magnético total de 1 weber.
T=1 weber/m2
Gauss: Unidad del sistema CGS, El Gauss es la inducción magnética uniforme que
repartida normalmente sobre una superficie de 1 centímetro cuadrado, produce a través de
esta superficie un flujo magnético total de 1 maxwell.
G= 1 maxwell /cm2
Ambas unidades miden el flujo magnético, la diferencia es que están en distintos sistemas
de unidades. Y una Tesla equivale a 10-4 Gauss
T=10000 G
3. ¿Qué entiende por una corriente de desplazamiento?
Una corriente de desplazamiento es una cantidad que está relacionada con un campo
eléctrico que está cambiando o la cual varia en un intervalo de tiempo, la cual puede
ocurrir en el vacío o en un dieléctrico donde existe un campo eléctrico. No es una
corriente física en un sentido estricto, está ocurre cuando una carga se transporta de un
sitio a otro o cuando la carga se encuentra en movimiento.
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
E=
∇V
10V
→
→ 100V/m
r
0.1m
b. Deduzca una expresión funcional V(x) del potencial y la distancia, donde se vea
claramente el Potencial
La relación entre el potencial con respecto a la distancia está dada por la fórmula:
V(x) = V0 − E ∗ x
i.
Al comenzar el recorrido
Asumo que V(0)= 10V, por tanto
100V
V(x) = V0 − E ∗ x → 10V − (
) (0m) → 10V
m
ii. En la mitad del recorrido
V(x) = V0 − E ∗ x → 10V − (
100V
) (0.05m) → 5V
m
iii. Al final del recorrido
100V
V(x) = V0 − E ∗ x → 10V − (
) (0.1m) → 0V
m
c. la energía cinética cuando P llega a la otra placa
i.
en eV (electrón-Voltios)
al aplicar la ley de la conservación de la energía nos queda: Ui= Kf
Ui = V*Q
→ Ui = 10V * 1.6*10-19 C
Ui =1.6*10-18 J
Como Ui= Kf → Kf =1.6*10-18 J
1eV
K f = 1.6 × 10−18 J × (
)
1.602 × 10−19 J
Kf =9.9875 eV
ii. en Julios
Kf =1.6*10-18 J
d. la aceleración de P durante su viaje
ma = F = E ∗ Q
100V
9.11*10-31 Kg ∗ a = ( m ) ∗ 1.6*10-19 C
Cambiamos las unidades de 1
V
m
a=
N
= 1 C con esto despejamos a:
100∗1.6∗10−19
9.11∗10−31
=1.75*1013 m/s2
e. el tiempo de recorrido que toma en llegar a la placa destino
𝑥 = 𝑥0 + 𝑣0𝑡 +
𝑎𝑡 2
𝑥=
2
Despejamos t:
t=√
f.
𝑎𝑡 2
2
2(0.1m)
= 1.069 ∗ 10−7 s
1.75 ∗ 1013 m/s 2
la velocidad de llegada cuando P alcanza la placa de mínimo potencial
i. en m/s
mvf 2
La energía cinética es: 𝐾𝑓 =
2
Despejamos Vf
2K f
2(1.6 × 10−18 J)
Vf = √
→√
→
m
9.11 × 10−31 Kg
1874199.427
m
s
ii. en km/h
Vf = 6747117.936
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.
μI
4π ∗ 10−7 (I)
→
→ 0.159 ∗ 10−6 ∗ I Teslas
2πr
2π(0.1)
6. ¿Cuál es el campo magnético en el Ecuador de la superficie de la Tierra?
a. En Gauss
0.35G
b. En Teslas
3.5*10-4 T
B=
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?
B=
8.
μI
2πr
→
I=
2πrB
μ0
→
2π(0.1m)(35μT)
4π ∗ 10−7
→
17.5 A
Por qué circula corriente por un conductor cuando se le aplica un voltaje?
Esto sucede porque al aplicarle la diferencia de tensión, los electrones del ultimo
nivel de valencia se pueden desplazar con facilidad, esto sucede porque en los
materiales conductores los electrones pueden pasar fácilmente a la banda de
conducción, como consecuencia los electrones se comienzan a desplazar en
dirección a la corriente para llenar los huecos que se van produciendo al pasar una
corriente i.
9. Cuando un conductor se calienta por efecto de una corriente eléctrica es por la
Ley de:
Este fenómeno lo explica la Ley de Joule, ya que esta nos dice “por el cual si en
un conductor circula corriente eléctrica, parte de la energía cinética de los
electrones se transforma en calor debido a los choques que sufren con los
átomos del material conductor por el que circulan, elevando la temperatura del
mismo”
10. Qué Ley enuncia que un conductor caliente emita electrones?
Emisión termoiónica nos enuncia ”conocida arcaicamente como efecto Edison es el
flujo de partículas cargadas llamadas termoiones desde una superficie de metal (u
óxido de metal) causada por una energía termal de tipo vibracional que provoca una
fuerza electrostática que empuja a los electrones hacia la superficie” a partir de este
efecto el señor Owen Willans Richardson trabajó en la emisión termoiónica y
recibió un premio Nobel en 1928 "por su trabajo en el fenómeno termoiónico y
especialmente por el descubrimiento de la ley que posteriormente llevaría su
nombre” y la Ley de Richardson, nos enuncia “En cualquier metal, existen uno o dos
electrones por átomo que son libres de moverse de un átomo a otro. A esto se le
llama "mar de electrones". Su velocidad, más que ser uniforme, se modela por una
distribución estadística, y ocasionalmente un electrón tendrá la velocidad suficiente
para escapar del metal, sin ser atraído de regreso. La cantidad mínima de energía
necesaria para que un electrón escape de la superficie se llama función de trabajo.
Esta función de trabajo es característica del material y para la mayoría de los
metales es del orden de varios electronvoltios. Las corrientes termoiónicas pueden
incrementarse o decrementarse disminuyendo la función de trabajo. Esta
característica, que es muy deseable, puede lograrse aplicando varios
recubrimientos de óxido al alambre”