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Universidad Nacional de Colombia
Fundamentos de Electricidad y Magnetismo
Nombre: Manuel Felipe Melo Piñeros
Código: 244757
Código: 1000017
G11NL24
Fecha: - marzo - 2011
CASA
Primer Examen Parcial 20%
1. Qué es un electrón voltio?
Es una unidad de energía, la cual se refiere a la energía adquirida por un electrón al atravesar una
diferencia de potencial de un 1 voltio, y es equivalente a 1.60217462𝑥𝟏𝟎−19 𝐽. Es muy útil para
medir la energía de iones o partículas subatómicas en un acelerador de partículas. Generalmente
suelen expresarse las energías en millones de electronvoltios (mega electronvoltios o MeV) o miles
de millones de electronvoltios (giga electronvoltios o GeV).
2. Cuál es la relación de Teslas y Gauss
1𝑊𝑏
El Tesla es la unidad del sistema internacional de flujo magnético 1𝑇 = 1𝑚2
El Gauss también es una unidad de flujo magnético, pero este pertenece al sistema cegesimal 1𝐺 =
1𝑊𝑏
1𝑐𝑚2
Por lo tanto la relación entre las dos unidades es:
1𝑇 = 104 𝐺
3. Qué entiende por una corriente de desplazamiento?
Es una cantidad que representa el efecto hecho por un campo eléctrico variable ,Un circuito que
posee un capacitor, técnicamente se encuentra abierto, debido al dieléctrico ubicado entre las dos
placas paralelas dentro del capacitor, al ubicar un amperímetro en los extremos del capacitor marca
un valor diferente de cero (0). Lo que indica que dentro del capacitor hay movimiento de cargas. A
esta corriente se le llama Corriente de Desplazamiento, propuesta por Maxwell, como su aporte a
las Leyes que describen el comportamiento de las cargas.
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}
10𝑉
𝐸𝑟 = 𝑉
𝐸 = 0.1𝑚 = 100𝑉/𝑚
b. Deduzca una expresión funcional V(x) del potencial y la distancia donde se vea
claramente el Potencial
i. Al comenzar el recorrido
ii. En la mitad del recorrido
iii. Al final del recorrido
La función de potencial 𝑉(𝑥) en función de una distancia 𝑥 m en el capacitor es:
𝑉(𝑥) = 𝑉0 − 𝐸 ∗ 𝑥
Si tenemos 𝑉(0) = 10, entonces
i. Al comenzar el recorrido
𝑉
𝑉(0) = 10𝑉 − (100 ) ∗ 0 = 10 𝑉
𝑚
i.
En la mitad del recorrido,
𝑉(0.05) = 10𝑉 − (100
𝑉
) ∗ 0.05 = 5 𝑉
𝑚
ii. Al final del recorrido,
𝑉(0.1) = 10𝑉 − (100
𝑉
) ∗ 0.1 = 0𝑉
𝑚
c. la energía cinética cuando P llega a la otra placa
i. en eV (electrón-Voltios)
ii. en Julios
Sabemos que por conservación de la energía, la energía inicial al salir de la placa es la misma con la
que llega a la otra placa.
𝐸𝑐 = 𝐾
En eV (electrón-Voltios)
𝐸𝑐 = 𝑞𝑉 = 1 𝑒(10 𝑉) = 10 𝑒𝑉
En Julios
1 eV = 1,6 x 10-19 J, por lo que:
𝐸𝑐 = 10 𝑒𝑉 .
1,6 𝑥 10−19 𝐽
= 1,6 𝑥 10−18 𝐽
1 𝑒𝑉
d. la aceleración de P durante su viaje
𝐹 = 𝑚𝑎
𝐹 = 𝐸𝑞
𝑁
𝐹 = 𝐸𝑞 = (100 ) (−1.602 ∗ 10−19 𝐶)
𝐶
𝐹 = 𝑎(9.11 ∗ 10−31 𝑘𝑔)
Despejando tenemos que
𝑎=
100 ∗ (1.602 ∗ 10−19 )
= 1. 7584 ∗ 1013 𝑚/𝑠 2
9.11 ∗ 10−31
e. el tiempo de recorrido que toma en llegar a la placa destino
Por cinemática sabemos que
𝑥 = 𝑥0 + 𝑣0𝑡 +
𝑎𝑡 2
2
Conocemos los valores para x=0.1m; para v0=0m/s; tenemos la aceleración, luego podemos
despejar el tiempo:
2(0.1)
𝑡=√
= 1. 07 ∗ 10−7 𝑠
1. 7604 ∗ 1013
f.
la velocidad de llegada cuando P alcanza la placa de mínimo potencial
i. en m/s
ii. en km/h
En m/s
𝑣𝑓 = 𝑎𝑡
𝑣𝑓 = (1,7584𝑥10 𝑚/𝑠 )(1,07𝑥10−7 𝑠) = 1,87𝑥106 𝑚/𝑠
13
2
En km/h
𝑣𝑓 =
1,87𝑥106 𝑚 1 𝑘𝑚 3600 𝑠
.
.
= 6,74𝑥106 𝑘𝑚/ℎ
𝑠
1000 𝑚 1 𝑚
5. Dado un cable eléctrico por el cual circula una corriente I (A) calcule el campo magnético a una
distancia de 10 cm.
𝜇0 𝐼
2𝜋𝑟
(4𝜋 × 10−7 )(𝐼)
𝐵=
2𝜋(0.1)
𝐵=
𝐵 = 0.159 ∗ 10−6 𝐼
𝑇
𝐴
6. Cuál es el campo magnético en el Ecuador de la superficie de la Tierra?
a. En Gauss
El valor del campo magnético de la tierra en el ecuador es de aproximadamente 0,35 gauss.
b. En Teslas
El valor del campo magnético de la tierra en el ecuador en teslas es 3,5x10-5 T o 35µT
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?
𝜇0 𝐼
.
2𝜋 𝑅
2𝜋𝑟𝐵
𝐼=
𝜇0
𝐵=
𝐼=
3,5𝑥10−5
= 17,5 𝐴
2𝑥10−6
8. Por qué circula corriente por un conductor cuando se le aplica un voltaje?
Cuando hablamos de diferencia de voltaje, sin duda hablamos de energía suministrada por una
fuerza electromotriz FEM, sobre las cargas o electrones sobre un circuito eléctrico cerrado, es por
esto que la suministrar energía al circuito los electrones se excitan e inevitablemente se moverán, lo
que produce corriente eléctrica, además debemos tener en cuenta la resistencia del material en
donde circulan los electrones, de esto dependerá el voltaje y la corriente
9. Cuando un conductor se calienta por efecto de una corriente eléctrica es por la Ley de: Joule,
esta enuncia que si en un conductor circula corriente eléctrica, parte de la energía cinética de
los electrones se convierte en calor debido a los constantes choques de los átomos al interior
del material conductor lo que hace que se eleve la temperatura
10. Qué Ley enuncia que un conductor caliente emita electrones?
La ley de Richardson que enuncia que cuando existe un conductor esta a altas temperaturas, la
cantidad de energía que obtienen los electrones es suficiente para que uno de estos salte del
átomo y se emita hacia el exterior del conductor sin regresar a él.