Física II - S10 Parcial PDF

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Solución Examen Parcial CAF2 - 11. El experimento de la gota de aceite fue realizado por Robert Millikan yHarvey Fletcher en 1912 para medir la carga elemental (figura). Millikanobservó en uno de sus experimentos que las gotas de aceite medidas endiferentes momentos tenían los siguientes valores:6•1...

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Solución Examen Parcial CAF2 - 1

1.

El experimento de la gota de aceite fue realizado por Robert Millikan y Harvey Fletcher en 1912 para medir la carga elemental (figura). Millikan observó en uno de sus experimentos que las gotas de aceite medidas en diferentes momentos tenían los siguientes valores: 6.563•10-19 coul 8.204•10-19 coul 11.50•10-19 coul 13.13•10-19 coul 16.48•10-19 coul 18.08•10-19 coul 19.71•10-19 coul 22.89•10-19 coul 26.13•10-19 coul ¿Qué valor de la carga elemental puede deducirse de estos datos?

2.

La imagen muestra una carga puntual de 2.0x10-7C, en el centro de una cavidad esférica de 4.0 cm de radio en una pieza metálica. Utilizar la ley de Gauss para encontrar el campo eléctrico (a) en el punto a, que se encuentra a la mitad de la distancia del centro de la superficie y (b)en el punto b.

3.

El potencial en un punto axial para un disco cargado esta dado por: V = σ[(a2+r2)1/2 - r]/(2ε0) Calcular el campo eléctrico a partir de dicho potencial. Solución:

4.

Si un condensador de placas paralelas tiene un área A=5.00 cm 2 y carga q=8.00 µ coulomb. ¿Cuál es la fuerza de atracción entre las placas?

5.

Un generador mantiene una diferencia de potencial Vab entre la superficie interna y externa de una cubierta esférica de material conductor, los rayos

internos y externos a y b, respectivamente, y la resistividad τ (ver figura). Calcule la intensidad de la corriente que fluye en el conductor.

Solución:

resistividad

1. Determine la fuerza experimentada (módulo y dirección) por la carga puesta en A, si Q = 2.5 nC y d = 2 cm.

2. La esfera, de la figura cuyo radio es R= 25 cm, está uniformemente cargada con Q= 188 µC. Determine el campo eléctrico en r= 10 cm. Sugerencia: use la ley de Gauss.

3. Determine el trabajo realizado por la fuerza eléctrica al trasladar una carga de 3.5 μC desde P hasta Q.

4. Un condensador de placas paralelas, como el de la Figura, está lleno de una mica que tiene una constante dieléctrica de K=4.2 y está conectado a una batería de 9 V. El área de cada una de las placas paralelas es de 8 m² y la distancia de separación entre ellas es de 4 mm. Si una vez cargado el condensador, la batería se desconecta y el dieléctrico se retira, determine: a) la carga almacenada b) la energía potencial eléctrica almacenada.

5. A partir del circuito mostrado, determine: a) la potencia consumida por el resistor R₁. b) la potencia consumida por el resistor R₂. c) la potencia entregada por la batería 2.

1. Se

tienen

dos

cargas

puntuales: q1 =4 x 10−8 C ;r 1=4 i−6 j+ 3 k [ m ]

−6

y

q 2=3 x 10 C ;r 2 =−4 i+5 j+1 k [ m ] , ¿Cuál es el módulo del campo resultante generado por las cargas q1 y q2 , en el origen de coordenadas? SOLUCIÓN

Respuesta: 637,84 N/C

2. La Tierra posee un campo eléctrico de módulo (promedio) de 150 N/C cerca de su superficie. El campo apunta radialmente hacia dentro. Calcule el flujo eléctrico neto hacia fuera a través de una superficie esférica que justo rodee la superficie de la Tierra (radio de la Tierra 6371 km). SOLUCIÓN

Respuesta: – 7,65x1016 Nm/C2

3. Hallar el potencial eléctrico en el punto P de acuerdo a la distribución de cargas que se muestra en la figura: SOLUCIÓN

Respuesta: 5,82x109 V

4. Un condensador de placas paralelas de aire cuya capacidad es de 245 pF tiene en cada placa una carga cuya magnitud es de 0,148 C. Las placas están separadas 3,28 mm, determine: a. ¿Cuál es la diferencia de potencial entre las placas b. ¿Cuál es el área de cada placa? c. ¿Cuál es la magnitud del campo eléctrico entre las placas? SOLUCIÓN

Respuesta: a. 604,08 V;

b. 0,09 m2;

c. 1,84x105 V/m

5. Un hilo conductor de 6 Ω de resistencia se funde para construir otro hilo conductor cuya longitud sea el triple de la del hilo original. Determine la resistencia del nuevo hilo suponiendo que en el proceso de fusión y solidificación permanecen inalterados los valores de la resistividad y de la densidad del material. SOLUCIÓN

Respuesta: 54 

PREGUNTAS PARA CAF 02- PARCIAL

Pregunta 01.- Dos partículas electrizadas se repelen con 54N. A una de ellas se le electriza, duplicando su cantidad de carga y además se triplica su separación. ¿Qué valor tiene ahora la nueva fuerza eléctrica? Pregunta 02.- En la figura, el electrón de carga q=-1,6x10-19 C y masa m=9,1x10-31 kg, se lanza verticalmente hacia arriba con rapidez inicial v0 = 4m/s, en presencia del campo eléctrico de magnitud E=5x10-11 N/C. hallar el tiempo que demora en regresar al punto de partida Pregunta 03.- Una lámina infinita cargada tiene una densidad superficial de −7 2 ¿Cuál es la separación entre las superficies carga σ =1.0 x 10 C /m equipotenciales cuyos potenciales difieren en 5V? Pregunta 04.- Entre las placas de un capacitor de placas paralelas, se introduce una placa de cobre, cuyo espesor es b, tal como se muestra en la figura- La placa de cobre está justamente a la mitad entre las placas del capacitor. ¿Cuál es la capacitancia a) antes y b) después de introducir el cobre? ϵ , pero diferentes Pregunta 05.- Dos baterías con la misma fem resistencias internas r 1 y r2, se conectan en serie a una resistencia externa R. Encontrar el valor de R que haga cero la diferencia de potencial entre los terminales de la primera batería.

Examen Parcial Docente: Luis Alberto Soriano Carrillo

Código: c18041 1. El campo eléctrico homogéneo tiene una intensidad E=600 N /C y la carga q=−0,6 μC . Si la carga Q es positiva, determinar la distancia x entre las cargas puntuales q y Q , tal que la carga Q se encuentra en equilibrio en la posición mostrada.

Solución

2. En la figura se tiene una superficie cerrada, donde y 0=0,2 m , a=0,5 m , b=0,4 m y c=0,3 m y. Si el campo electrostático en que está sumergida la superficie no es homogéneo y está dada por: 2  E=(2+ y ) ^j Donde  E se mide en N/C. Determine la carga neta encerrada en la superficie.

Solucion

Reemplazando datos:

q= ( 8,85 ×10−12) ( 0,5 )( 0,4 )(0,3 ) [ 0,4 + 2 ( 0,2 ) ]

q=0,42 ×10−12 C

3. Si la resistencia R=1 Ω puede disipar hasta una potencia máxima de 9 watts sin calentarse excesivamente, hallar la potencia máxima que puede disipar el siguiente circuito

Solución

4. Un capacitor de placas Paralelas de área A y espaciamiento d es llenado con tres dieléctricos como se muestra en la figura. Cada dieléctrico ocupa 1/ 3 del volumen. Hallar la capacitancia del sistema.

Solución (a) La figura anterior es equivalente

Como están en paralelos entonces: C eq=C 1+ C 2 + C 3 Donde K ε A C1 = 1 0 3d C2 =

K 2 ε0 A 3d

K3 ε 0 A 3d Entonces ε 0 A ( K 1 + K 2 +K 3 ) C eq= 3d C3 =

5. La diferencia de potencial entre los bornes de una pila es 50V cuando produce una corriente de 10 A y de 54V cuando produce 6 A. Hallar la fuerza electromotriz y la resistencia interna de la pila. Solución Cuando V 1=50 V

y

I 1 =10 A

y

I 2 =6 A

ε =V 1+ I 1 r

ε =50+10 r Cuando V 2=54 V ε =V 1+I 1 r ε =54+6 r

Igualando las dos ecuaciones se tiene: r=1 Ω y ε =60 V Examen parcial de CAF2 agosto-2021

1. Una pequeña esfera de plástico de masa m = 1,96 kg está suspendida mediante una cuerda de largo L = 32,0 cm en un campo eléctrico uniforme de módulo E=8,60x106 N/C. Si la esfera está en equilibrio cuando la cuerda forma un ángulo de 10° con l vertical. ¿Cuál es la carga neta sobre la esfera?

2. Una esfera conductora uniformemente cargada de 3,12 m de radio tiene una densidad superficial de carga de 7,5 nC/m2. a) Halle la carga neta en la esfera. b) Calcule el campo eléctrico en la superficie de la esfera.

3. Considere un triángulo equilátero de 30 cm de lado en cuyos vértices se sitúan tres cargas eléctricas de q1=+0.3 mC, q2=- 4 mC y q3=+0.2 mC. Calcule la energía potencial eléctrica del sistema.

4. La capacitancia de un capacitor formado por dos placas paralelas de área 1,0 cm2, cuando hay dos bloques de dieléctrico, uno con constante K1 =2,0 y otro con constante K2=3,0. Cada bloque tiene un espesor de d/2, donde d=2,0 cm es la distancia entre las placas. Hallar la capacitancia del sistema

5. Calcular la potencia disipada en cada resistencia.

PROBLEMAS

01) Determinar la intensidad de fuerza eléctrica con la que interactúan las cargas mostradas en el cuadrado.

Resolución:

02) En el centro de una superficie que tiene forma de un icosaedro regular se ubica una carga Q=20nC. Determinar el flujo eléctrico a través de una de las caras de dicho poliedro regular.

Resolución:

03) Determinar la energía potencial eléctrica que almacena el grupo de cargas mostradas, si la del centro está en el baricentro de la región triangular estando la carga en Coulomb y la longitud del lado en metros.

Resolución:

04) Determinar una ecuación entre las constantes de los dieléctricos para que la capacitancia equivalente de la asociación de condensadores con ellos y sin ellos sea la misma.

Resolución:

05)

En el circuito mostrado. Determinar la potencia consumida por la resistencia de 6 Ω .

Resolución:

CAF 2

1) Una carga puntual q1 = -2 µC se encuentra en el punto x = 60cm, y = 80cm; mientras que una segunda carga q2 = 3 µC está en el punto x = 60cm, y = 0. Calcular el campo eléctrico neto en el origen debido a estas dos cargas puntuales.

2) Una gota de aceite cargada cuya masa de 3.4x10-3 g está en el espacio entre dos placas donde su área es 90cm2. Cuando la placa superior tiene una carga de 4.5x 10-7 C y la placa más baja una carga negativa igual, la gota sigue estando inmóvil. Calcular la carga de la gota.

3) Cuatro cargas: q1= 10 μC, q2 = -8 μC, q3= 5 μC y q4 = -3 μC, están ubicadas en los vértices de un cuadrado de lado 3cm. Determine el potencial en el centro geométrico del cuadrado.

4) En el circuito mostrado, cada condensador tiene un valor de 4µ F. Si: Va – Vb= 12V. Calcular: Va – Vd

5) Cuando dos resistores desconocidos están conectados en serie con una batería, la

batería entrega 225 W y transporta una corriente total de 5A. Para la misma corriente total, se entregan 50 W cuando los resistores se conectan en paralelo. Determine los valores de los dos resistores. Rpta. 3 Ω y 6 Ω

CAF2 EXAMEN PARCIAL

PREGUNTA 1: Fuerza eléctrica y campo eléctrico Tres cargas eléctricas puntuales, q1 = 4,0 μC, q2 = -3,0 μC y q3 = 2,0 μC están ubicadas en los puntos (1;0)m, (0;1)m y (1;1)m respectivamente . Calcular la fuerza eléctrica sobre q3. Rpta: 0,09 N

PREGUNTA 2: Flujo eléctrico y Ley de Gauss Una lámina plana tiene forma rectangular con lados de longitud 0,50 m y 0,80 m. La lámina está inmersa en un campo eléctrico uniforme de magnitud 85,0 N/C dirigido a 20° con respecto al plano de la lámina. Encuentre la magnitud del flujo eléctrico a través de la lámina.

Rpta: 11,6 N.m2/C

PREGUNTA 3: Energía potencial eléctrica y potencial eléctrico 1. Se tiene dos cargas eléctricas puntuales, q1 = 2,0 mC y q2 = - 1,5 mC. Calcular el potencial en el punto “A” y en el punto “B”.

Rpta: a) 1,67 x 108 V b) - 5,46 x 108 V

PREGUNTA 4: Condensadores, dieléctricos, asociación de condensadores. La figura muestra a tres capacitores. El capacitor de 4,0 μF se conecta en serie con dos capacitores en paralelo cuyas capacitancias son de 6,0 μF y 3,0 μF. Calcule la capacitancia equivalente.

Rpta: 2,0 µF

PREGUNTA 5: Corriente eléctrica, ley de OHM y circuitos eléctricos (Kirchhoff) Considere el circuito que se muestra en la figura. La corriente en el resistor de 4,0 Ω es de 2,0 A, en el sentido que se indica. ¿Cuáles son las corrientes a través de los resistores de 15,0 Ω y 10,0 Ω?

Rpta: I1 = 3,33 A y I2 = 5,79 A...