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Universidad Nacional de Colombia
un
Código: 1000017
G 12
NL 3
Fundamentos de Electricidad y Magnetismo
Nombre: Walther Dario Bejarano Peña
Código: 244789
Fecha: - marzo - 2011
CASA
Primer Examen Parcial 20%
1. ¿Qué es un electrón voltio?
Es una unidad de energía, que se refiere al trabajo necesario para arrastrar una partícula con la
misma carga que la de un electrón, entre dos puntos con una diferencia de potencial de 1 V.
La conversión para el sistema internacional es 1𝑒𝑉 = 1.602 ∗ 10−19 𝐽. Este trabajo es requerido,
debido a la ley de Coulomb.
2. Cuál es la relación de Teslas y Gauss:
𝑁
El Tesla es la unidad de campo magnético en el sistema internacional de unidades; tesla (T). 1 T = 𝐴 𝑚
El Gauss (G) también es una unidad de campo magnético, y el factor de conversión entre Tesla y
Gauss es que 1𝐺 = 1 ∗ 10−4 𝑇 . Por ley de Ampere, se genera dicho campo magnético
3. ¿Qué entiende por una corriente de desplazamiento?
La corriente por desplazamiento, sistemas con un flujo eléctrico, que no es constante, o no es
permitido, en los cuales hay una variación de la carga que atraviesa o llega a una superficie
determinada, en el caso de los capacitores. Lo que sucede aquí es que no tenemos un flujo de
corriente como tal, no hay transferencia de cargas que atraviese por un “conducto”, sino que lo
que tenemos es que el campo magnético generado por el capacitor, va a ir variando con el
tiempo (hasta que este se sature de carga.) y al ir variando el campo eléctrico con el tiempo, se
va a generar un campo magnético, que a su vez va a ir variando con el tiempo, éste nos genera
una corriente inducida. Esta es la manera en que un campo magnético, variando con el tiempo,
es capaz de producir una corriente eléctrica inducida. Por ley de faraday.
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
𝑉
10𝑉
𝐸= =
= 100𝑁/𝐶
𝑟 0.1𝑚
Por ley de coulomb
b. Deduzca una expresión funcional V(x) del potencial y la distancia, donde se vea
claramente el Potencial
𝐸=−
𝑑𝑉(𝑥)
𝑑𝑥
𝐸 𝑑𝑥 = −𝑑𝑉
− ∫ 𝐸 𝑑𝑥 = ∫ 𝑑𝑉
𝐸𝑥=𝑉
Porque el campo eléctrico entre las placas es constante.
𝑉'
− 𝑥=𝑉
𝑑′
𝑉′
𝑑𝑜𝑛𝑑𝑒 ( ′ ) 𝑒𝑠 𝑢𝑛𝑎 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒.
𝑑
−100𝑥 = 𝑉
X en metros.
El sistema de referencia será tomado partiendo desde la placa de la derecha, indicando el potencial
es mayor justo donde comienza el campo eléctrico
i. Al comenzar el recorrido
100𝑥 = 𝑉
−100(0) = 𝑉 = 0𝑉
ii. En la mitad del recorrido
V = −100(−0.05) = 5𝑉
iii. Al final del recorrido
V = −100(−0.1) = 10𝑉
Como podemos apreciar, podríamos decir que la carga se mueve hacia potenciales mayores, pero
esto sólo sucede con las cargas de signo negativo, ya que estas, al hacer la operación matemática,
con el signo, arreglarían este inconveniente, y seguiríamos con la ley, de que las cosas tienden a
moverse a líneas de potencial menores.
c. la energía cinética cuando P llega a la otra placa
i. en eV (electrón-Voltios)
1𝑒𝑉
1. 59 ∗ 10−18 𝐽 ∗
= 9.928𝑒𝑉
1.602 ∗ 10−19 𝐽
ii. en Julios
9.11 ∗ 10
1
𝐸𝑐 = 𝑚𝑣 2 =
2
−31
𝑘𝑔 ∗ (1.8686 ∗
2
106 𝑚 2
𝑠 ) = 1. 59 ∗ 10−18 𝐽
d. la aceleración de P durante su viaje
𝑁
𝑎(9.11 ∗ 10−31 𝑘𝑔) = 𝑚𝑎 = 𝐹 = 𝐸𝑞 = (100 ) (−1.602 ∗ 10−19 𝐶)
𝐶
Despejando tenemos que
100 ∗ −1.602 ∗ 10−19
= 1. 7604 ∗ 1013
9.11 ∗ 10−31
e. el tiempo de recorrido que toma en llegar a la placa destino
𝑎𝑡 2
𝑥 = 𝑥0 + 𝑣0𝑡 +
2
Conocemos los valores para x=0.1m; para v0=0m/s; tenemos la aceleración, luego podemos
despejar el tiempo:
𝑎=
2(0.1)
𝑡=√
= 1. 0702 ∗ 10−7 𝑠
1. 7604 ∗ 1013
f. la velocidad de llegada cuando P alcanza la placa de mínimo potencial
i. en m/s
𝑉𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 = 𝑣0 + 𝑎𝑡 = 0 + (1. 7604 ∗ 1013 ∗ 1. 0702 ∗ 10−7 𝑠) = 1.8686 ∗ 106 𝑚/𝑠
ii. en km/h
106 𝑚 1𝑘𝑚 3600𝑠
1.8686 ∗
∗
∗
= 6.727 ∗ 106 𝑘𝑚/ℎ
𝑠
1000𝑚
1ℎ
POR LEYES DE NEWTON….
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)
𝑇𝑒𝑠𝑙𝑎𝑠
𝐵=
=
= 0.159 ∗ 10−6 𝐼
2𝜋𝑟
2𝜋(0.1)
𝐴𝑚𝑝𝑒𝑟𝑖𝑜𝑠
6. ¿Cuál es el campo magnético en el Ecuador de la superficie de la Tierra?
a. En Gauss
0.5G
b. En Teslas
1.0∗ 10−4 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?
Sobre la superficie terrestre:
(A)=Amperios.
𝐵=
𝐼=
B= 1.0*10^-4
𝜇𝐼
2𝜋𝑟
(𝐵)2𝜋(0.1)
= 200𝜋 𝐴
𝜇
8. ¿Por qué circula corriente por un conductor cuando se le aplica un voltaje?
Porque al aplicar un potencial, lo que se generan son planos de potenciales cada vez menores, a
medida que se aleja de la fuente, por ley de coulomb, y los electrones comienzan a pasar de niveles
de menor potencial a mayor potencial, mientras que las positivas, hacen lo contrario, pasan de
mayor potencial a menor potencial, como consecuencia de esto, se produciría un flujo de cargas, es
decir una corriente eléctrica
9. Cuando un conductor se calienta por efecto de una corriente eléctrica es por la Ley de:
Por ley de Joule.
10. Qué Ley enuncia que un conductor caliente emita electrones?
Se conoce como la emisión termoiónica, que es debida a una fuerza electrostática de tipo
vibracional que se genera sobre el conductor, que hace mover a las partículas cargadas tanto
positiva como negativa, hacia una superficie. Este efecto aumenta al aumentar la temperatura del
conductor.