problemas de la 5ta undad de fisica

18.1 Un tanque de 20.0L contiene 0.225Kg de helio a 18 C. La masa molar del helio es de 4.00 g/mol.

a) ¿cuantos moles de helio hay en el tanque?

b) Calcule la presion en el tanque en Pa y atm.


Respuesta

El uso de valores de estos constantes con mayor o menos precisión puede introducir diferencias en las terceras figuras de algunas respuestas.

18.3 Un tanque cilindrico tiene un piston ajustado que permite cambiar el volumen del tanque. El tanque contiene originalmente 0.110 m3 de aire a 3.40 atm de presion. Se tira lentamente del piston hasta aumentar el volumen del aire a 0.390 m3. Si la temperatura no cambia, ¿ que valor final tiene la presion?.


Respuesta
18.23 ¿Que volumen tiene 3.00 moles de cobre?


Respuesta



18.33 Tenemos 2 cjas del mismo tamaño A yB. Cada caja contiene gas que se comporta como gas ideal. Insertamos un termometro en cada caja y vemos que el gas de la caja A esta a 50 C, mientras que el de la caja B esta a 10 C. Esto es todo lo que sabemos hacerca del gas contenido en las cajas. ¿cuales de las afirmaciones siguientes deben ser verdad? ¿cuales podrian ser verdad? a) la presion en A es mayor que en B? b) Hay mas moleculas en A que en B? c) A y B no pueden contener el mismo tipo de gas? d) Las moleculas en A tienen en rpomedio mas energia cinetica por molecula que las de B? e) Las moleculas en A se mueven con mayor rapidez que las de B?


Respuesta
18.41 a) Calcule la capacidad calorifica especifica a volumen constante del vapor de agua (M= 18 g/mol), suponiendo que la molecula triatomica no lineal tiene tres grados de libertad traslacionales y dos rotacionales y que el movimiento vibracional no contribuye. b) La capacidad calorifica real del vapor de agua a baja presion es de cerca 2000 J*K. Compare esto con su calculo y comente el papel real del movimiento vibracional.


Respuesta


18.45 Para nitrogeno gaseoso (M= 28 g/mol), ¿Cual debe ser la temperatura si la rapidez del 94.7% de las moleculas es menor que:

a) 1500 m/s

b) 1000 m/s

c) 500 m/s


Respuesta

unidad IV LEY CERO DE LA TERMODINAMICA

LEY CERO DE LA TERMODINAMICA

1.-¿ Que propiedades de la materia dependen de la temperatura?

• Punto de Fusión

• Punto de ebullición

• Densidad
• 
  

2.- ¿ A que se le llama equilibrio térmico?

Se dice que los cuerpos en contacto térmico se encuentran en equilibrio térmico cuando no existe flujo de calor de uno hacia el otro. Esta definición requiere además que las propiedades físicas del sistema, que varían con la temperatura, cambien con el tiempo. Algunas propiedades físicas que varían con la temperatura son el volumen, la densidad y la presión.

3.- ¿ que es un aislante ideal?

Aislante hace referencia a cualquier material que impide la transmisión de la energía en cualquiera de sus formas: con masa que impide el transporte de energia.

• el aislante acústico que aísla el sonido;
• el aislante eléctrico que aísla la electricidad;
• el aislador de microondas que aísla circuitos de microondas;
• el aislante térmico, que aísla la temperatura.
• el aislador de barrera, que aisla del medio ambiente procesos de laboratorios.

4.- Dibujar un sistema que represente la ley cero de la termodinámica, indicando el equilibrio térmico.

5.- ¿cuando se dice que dos sistemas están en equilibrio térmico?

Un estado en el cual dos coordenadas termodinámicas independientes X e Y permanecen constantes mientras no se modifican las condiciones externas se dice que se encuentra en equilibrio térmico. Si dos sistemas se encuentran en equilibrio térmico se dice que tienen la misma temperatura. Entonces se puede definir la temperatura como una propiedad que permite determinar si un sistema se encuentra o no en equilibrio térmico con otro sistema.

6.- ¿porque cuando una enfermera toma la temperatura de un paciente espera que la lectura del termómetro deje de cambiar?

La temperatura del cuerpo varía según el medio. La temperatura interna o central del cuerpo es regulada de forma precisa y se conserva dentro de límites muy estrechos. Por lo tanto al tomar la temperatura una enfermera espera que la lectura del termómetro deje de cambiar para lograr un equilibrio térmico entre el calor del cuerpo y el ambiente.

7.- Mencione tres tipos de dispositivos que miden la temperatura

• Termómetro de vidrio
• Termómetro termopar
• Termómetro infrarrojo

8.- ¿Cuál es la temperatura de congelación del agua en °F?

32 °F

9.- Calcular la temperatura Fahrenheit del planeta Venus si en grados Celsius corresponde a 460 ° C.

F= 1.8 (° C) +32

(1.8)(460°C)+ 32 = 860 °F

10.- Encontrar la temperatura en la que coinciden las escalas Fahrenheit y Celsius.

11. La temperatura de la corona solar es de 2 x 10⁷ °C, y la temperatura a la que el helio se licua a presion estandar es de 268.93 °C.

a) Expresar estas temperaturas el kelvin

K=C+273

K= (2 x 10⁷ °C) + 273 =20000273 °K

K= (268.93 °C) +273= 541.93 °K

b) Explicar por que suele usarse la escala kelvin

La escala kelvin suele usarse solo para experimentos de temperatura de tipo científico.

El kelvin es la unidad de temperatura de la escala creada por William Thomson en el año 1848, sobre la base del grado Celsius, estableciendo el punto cero en el cero absoluto (−273,15 °C) y conservando la misma dimensión. William Thomson, quien más tarde sería Lord Kelvin, a sus 24 años introdujo la escala de temperatura termodinámica, y la unidad fue nombrada en su honor.

12.- Dos vasos de agua A, B estan inicialmente a la misma temperatura. La temperatura del agua del vaso se aumenta 10°F y la del vaso B 10 °K. ¿ cual vaso esta ahora a mayor temperatura?

°C= °F – 32 / 1.8

°C = 10°F – 32 / 1.8

°C= -12.22 10° C

°C = k-273

°C = 10 °K – 273 = -263 °C

El vaso A sigue estando a mayor temperatura.

13.5 Fuerza magnética sobre un alambre.

Pregunta1: Campo producido por el alambre # 1
Si una corriente positiva (directa fuera de la pantalla) fluye a través del alambre izquierdo, la dirección del campo magnético producida en la ocasión del alambre derecho estará arriba, abajo, a la izquierda o derecha?

R: Hacia Arriba

Para determinar la dirección del campo magnético producido por una corriente portadora de alambre, imaginar agarrar el cable con la mano derecha, con el pulgar apuntando en la dirección de la corriente. Sus dedos curl en la dirección del campo magnético.

Pregunta 2: Fuerza en el alambre #2
Si una corriente positiva fluye a través del alambre derecho, el campo magnético producido por el cable izquierdo ejercerá una fuerza dirigida hacia arriba, hacia abajo, a la izquierda o a l derecha del alambre derecho?

R: Hacia la izquierda

Para determinar la dirección de la fuerza magnética sobre una corriente portadora de alambre, imagine apuntando los dedos de su mano derecha en la dirección de la corriente. Curl los dedos hasta que punto en la dirección del campo magnético. Su pulgar apunta en la dirección de la fuerza magnética sobre el alambre.

Pregunta 3: Campo producido por el alambre #2
Desde el alambre derecho fluye una corriente positiva, la dirección del campo magnético producido en la locacion del alambre izquierdo estará hacia arriba, abajo, izquierda o derecha?

R: Hacia abajo

Pregunta 4: Fuerza en el alambre #1
Desde el alambre izquierdo fluye una corriente positiva, el campo magnético producido por el alambre derecho ejercerá una fuerza directa hacia arriba, abajo, izquierda o derecha en el alambre izquierdo?

R:Hacia la derecha


Pregunta 5: Dependencia de separación.
Que les sucederá a las magnitudes de las fuerzas magnéticas actuando en los alambres cuando estos son traídos mas cerca juntos?

R: Las magnitudes de las fuerzas aumentan cuando se acercan los alambres y disminuyen cuando se alejan

Pregunta 6: Invirtiendo corriente.
Que le sucederá a las direcciones de las fuerzas magnéticas que están actuando sobre los alambres cuando la corriente a través del alambre #1 es invertida? Importa si la corriente #1 o la corriente #2 es invertida?

R: Al invertirse la corriente en el alambre #1 las direcciones de la fuerza cambian y estas se alejan de los alambres, si importa ya que la dirección cambia

Pregunta 7: Fuerzas desiguales.
Es posible que variando las corrientes y/o separaciones, para las fuerzas de interacción entre los dos alambres paralelos sean desiguales? Si así es, Que combinación de corrientes y/o separaciones completa esta pregunta?

R:No es posible, ya que al cambiar los valores de las corrientes y/o separaciones entre los alambres, podemos observar que estas se mantiene iguales una a la otra, solo cambnian en su magnitud pero son iguales

Pregunta 8: Recordando mecánica.
Que ley de la mecánica esta ilustrada por la actividad anterior?

R:Tercera ley de Newton

Con el fin de calcular la fuerza magnética entre un par de alambres portadores de corriente, tu deberías estas familiarizado con dos importantes relaciones:
B = µI / 2πr
Y
.


Pregunta 9: Calculando el campo.
Cual es el campo magnético en la ubicación de cada alambre en un par de alambres, uno portando 2.0 A y el otro -1.2, alejados 0.5m?
R:

B = (4π*10-7)I(2)/ ((2π)/0.5))
B= 8*10-7 T
B= (4π*10-7)I(-1.2)/ ((2π)/0.5))
B= - 4.8*10-7 T
En el simulador alambre portador de los 2A el campo magnetico es de 8x10-7 T
En el simulador alambre portador de los -1.2A el campo magnetico es de 4.80x10-7 T

Pregunta 10: Calculando la fuerza por unidad de longitud.
Cual es la fuerza por unidad de longitud en cada alambre en un par de alambres, uno portando 2.0 A y el otro -1.2 A, alejados 0.5 m?

R:
En el simulador alambre portador de los 2A la fuerza es de 9.60x10-7 N/m
En el simulador alambre portador de los -1.2A la fuerza es de -9.60x10-7 N/m

Pregunta 11: Variando la corriente.
Que le sucederá a la fuerza entre los alambres si ambas corrientes son reducidas a la mitad?

R:Las fuerzas se reducen cuatro veces al reducir los valores a la mitad

CAMPO MAGNETICO DE ALAMBRE.

MAGNETIC FIELD OF WIRE – CAMPO MAGNETICO DE ALAMBRE.

Pregunta 1: La dirección del campo magnético

¿Cuál será el aspecto del campo magnético cuando corrientes positivas fluyen a través del alambre? (Positivos actual se define a fluir fuera de la pantalla.)

Cuando una carga se mueve frente a un alambre cargado el campo magnético cambia o aumenta.


Pregunta 2: Orientación del campo magnético.
¿Qué hace el ángulo de campo magnético que en relación con la posición del vector que conecta el cable hasta el punto de interés?

Cuando se cambia el ángulo del campo, la distancia en el punto del centro también cambia dependiendo de donde se encuentra este.

Pregunta 3: Magnitud a lo largo de una línea radial.
¿Cambia a magnitud del campo a lo largo de la línea extendida Radialmente lejos del cable?

No, lo que cambia es el radio y la intensidad del campo magnético.

Pregunta 4: Magnitud de campo a lo largo de una línea.
¿Cambia la magnitud del campo a lo largo de las líneas circulares de campo?

No, la magnitud no cambia.
Cuidadosamente arrastre el campo magnético en torno a un vector de la circular líneas de campo magnético para comprobar su respuesta. Examinar la magnitud y la dirección del vector campo magnético en un punto arbitrario en el espacio.


Pregunta 5: La dependencia de la Corriente.
¿Qué va a pasar con la magnitud y la dirección del campo magnético, en el punto en el espacio que están estudiando, si la corriente es incrementada?

Si se aumenta la corriente, la magnitud del campo también lo hace

Aumentar la actual y comprobar su predicción. Examinar la magnitud y la dirección del vector campo magnético en un punto arbitrario en el espacio.


Pregunta 6: Cambiando la corriente.
¿Qué va a pasar con la magnitud y la dirección del campo magnético, en el punto en el espacio que están estudiando, si la corriente es cambiada de positivo a negativo?

La dirección del campo cambia de derecha (positivo) a izquierda (negativo)

Voltear la corriente en el cable y comprobar su predicción. Configurar la simulación para mostrar el patrón formado limaduras de hierro cuando se presentan cerca de la actual portadora de alambre. Examine el patrón realizado por el limaduras de hierro.


Pregunta 7: Patron de Limaduras de hierro
¿Qué va a pasar con el patrón de limaduras de hierro, si la corriente es volteada a un valor positivo?

De una manera aleatoria aparecen de adentro hacia fuera alineándose.
Voltear la corriente en el alambre de vuelta a un valor positivo y comprobar su predicción Variar la corriente a través del cable y registrar la evolución de la magnitud del campo magnético en un punto arbitrario en el espacio.


Pregunta 8: dependencia funcional en la corriente.
¿Cuál es la dependencia funcional de campo magnético sobre las corrientes para un recto, corriente portadora de alambre?

La dependencia es lineal, ya que si uno aumenta el otro también, por lo que se puede decir que son directamente proporcionales.

Dado que el campo magnético se incrementa en una cantidad constante, por un aumento constante en la corriente, la dependencia debe ser lineal. Desde el campo se reduce a cero cuando la corriente es cero, entonces la dependencia lineal debe ser, de hecho, proporcional. Variar la distancia entre el punto de interés y el alambre y registrar la evolución de la magnitud del campo magnético.


Pregunta 9: La dependencia funcional en la Distancia
¿Cuál es la dependencia funcional de campo magnético sobre una distancia de la recta, corriente portadora de alambre?

Dado que el campo magnético disminuye en un factor de dos, cuando el aumento de la distancia por un factor de dos, la dependencia debe ser B ~ 1 / r.

Pregunta 10:

¿Cuál es la distancia de un cable de llevar más allá de 10 A que el campo magnético es menos de 15 μT?
r=13.3 cm

Pregunta 11: Biot-Savart Rompecabezas
A 2 cm de largo objeto se coloca en el campo magnético de un alambre de 15 A. Un extremo del objeto está expuesto a un campo de 35 μT. ¿Qué gama de campos magnéticos el objeto a ser expuestos?
B = µI / 2πrr
= µI / 2πBr
= (4π x 10-7 Tm/A)(15 A) / 2π(35 x 10-6 T)
r = 0.086 m.
Por lo tanto, el otro extremo del objeto

tareas de la uniddad II expos

FISICA II
UNIDAD 2
ELECTROSTATICA CUESTIONARIOS

CUESTIONARIO EQUIPO 1

Fuerza Electrostática, Ley de Coulomb.

1.- Dos esferas metálicas cuelgan de hilos de nylon. Cuando se colocan próximas entre si tienden a atraerse. Con base sólo en esta información, analice los modos posibles en que podrían estar cargadas las esferas. ¿Es posible que, luego de tocarse, las esferas permanezcan adheridas una a la otra? Explicar la respuesta.

Las esferas respectivamente tendrán que tener una carga positiva y la otra una carga negativa. Ambas esferas pueden quedar adheridas debido a que una de ellas posee mayor carga lo cual provoca que la atracción hacia la otra esfera sea mayor.

2.- Los buenos conductores eléctricos, como los metales, son típicamente buenos conductores del calor; los aisladores eléctricos, como la madera, son típicamente malos conductores del calor. Explicar por qué tendría que haber una relación entre la conducción eléctrica y la conducción térmica en estos materiales.

Por que son cuerpos conductores, en algunos casos los cuerpos conducen la energía por medio de calor o electricidad.

3.- Tres cargas puntuales están dispuestas en línea . La carga Q3 = + 5 nC está en el origen. La carga Q2 = - 3 nC está en x = 4 cm. La carga Q1 = está en x = + 2 cm. Cuál es la magnitud y el signo de Q1 , si la fuerza neta sobre Q3 es cero?

Respuesta = ( )(C)(-)/
= 8.4375 X N 8.4375 X N = ()(C)()/
(8.4375 X N)= ()(C)() (8.4375 X N)/()(C) = () () = =
comprobacion = ()()(C)/
= 8.4375 X N - = 8.4375 X N - 8.4375 X N = 0


4.- Se coloca una carga puntual de 3.5 uC, a 0.8 m a la izquierda de una segunda carga puntual idéntica. Cuáles son las magnitudes y direcciones de las fuerzas que cada carga ejerce sobre la otra?
Respuesta = ()( C)()/
= 0.1722

CUESTIONARIO EQUIPO 2

Fuerza Electrostática, Principio de Superposición.

1.- Dos cargas puntuales iguales ejercen fueras iguales una sobre la otra. Pero si una carga es el doble de la otra, ¿siguen ejerciendo fuerzas iguales una sobre la otra, o una ejerce dos veces más fuerza que la otra?

Sigue habiendo fuerza ya que es la interacción que existe entre dos cuerpos, pero ya no será la misma fuerza debido a que una de las dos se encuentra oponiendo mayor resistencia que la otra, por lo tanto ya no son fuerzas iguales.

2.- ¿Qué semejanza presentan las fuerzas eléctricas con las fuerzas gravitatorias? ¿Cuáles son las diferencias más significativas?

Las fuerzas eléctricas son el resultado de la interacción de dos cargas que se encuentran cargadas eléctricamente y dan como resultado atracciones o repulsiones, las fuerzas gravitatorias se refieren a la fuerza de atracción que existe entre dos objetos con masa. La semejanza de estos conceptos radica en que en ambas se toma en cuenta las fuerzas que se ejercen entre dos cuerpos.

3.- A dos esferas pequeñas de plástico se les proporciona una carga eléctrica positiva. Cuando están a 15 cm de distancia una de la otra, la fuerza de repulsión entre ellas tiene una magnitud de 0.22 N. Qué carga tiene cada esfera, a) Si las dos cargas son iguales?, b) Si una esfera tiene cuatro veces más carga que la otra?

A) si las dos cargas son iguales 0.22= ()/ (0.22) = () (0.22) / () = = =
= ()()()/
= 0.22 N B) si una esfera tiene 4 veces mas carga que la otra
= 4x(x) =
= X= /4 X= 4()() = = ()()()/
= 0.22N

4.- Tres cargas puntuales están ordenadas a lo largo del eje de las “x”. La carga Q1= +3 uC está en el origen, y la carga Q2 = - 5 uC está en x = 0.2 m. La carga Q3 = - 8 uC . Dónde esta situada Q3 si la fuerza neta sobre Q1 es 7 N en la dirección – x?
Respuesta
= - = ()()()/
= -3.375 N = -3.375 - = 7 N - = 7 - 3.375 = 3.625/-1= -3.65 = -3.625 -3.625= ()()/ (-3.625)= ()()
= ()()/(-3.625)
= r= 0.244 m

CUESTIONARIO EQUIPO 3

Fuerza Eléctrica Superposición (Cuantitativa).

1.- Algunos de los electrones libres de un buen conductor (como un trozo de cobre, por ejemplo) se desplazan con una rapidez de 10^6 m/s ó más. ¿Por qué estos electrones no escapan volando del conductor?

Pueden desarrollar esa velocidad cuando se aplica una diferencia de potencial entre los extremos de este (por ejemplo). Pero los electrones no podrían escapar de la red que conforma el sólido por las fuerzas interatómicas que los mantiene ligados, y solo se mueven los de las capas o niveles externos, y se alinean para dar lugar a una corriente eléctrica.

2.- Defina la aseveración siguiente: Si hubiese una sola partícula con carga eléctrica en todo el universo, ¿el concepto de carga eléctrica carecería de significado?

El significado de carga eléctrica básicamente seria que se necesita otra partícula para generar la carga eléctrica que se representa por atracción y repulsión de partículas, entonces si no existiera otra partícula, no se generaría la carga eléctrica y por consecuente no aplicaría este significado.

3.- Dos cargas puntuales están situadas sobre el eje de las “y” como sigue: la carga Q1 = - 1.5 nC en y = - 0.6 m, y la carga Q2 = + 3.2 nC en el origen (y = 0). Cuál es la fuerza total (magnitud y dirección) que estas dos cargas ejercen sobre una tercera carga Q3 = + 5 nC que se encuentra en y = - 4 m?

= ()/
=
= ()/
=
= - = -
= hacia abajo

4.- Dos cargas puntuales están situadas sobre el eje de las “x” como sigue: la carga Q1 = + 4 nC está en x = 0.2 m, y la carga Q2 = + 5 nC están en x = - 0.3 m. Cuáles son la magnitud y dirección de la fuerza total que estas dos cargas ejercen sobre una carga puntual negativa Q3 = - 6 nC que se encuentra en el origen?
= ()/=
= () /=
= - = -
= N hacia la derecha

CUESTIONARIO EQUIPO 4

Campo Eléctrico: Carga Puntual.

1.- Se coloca un protón en un campo eléctrico uniforme y luego se libera. Después se coloca un electrón en el mismo punto y se libera. ¿Experimentan estas dos partículas la misma fuerza?, ¿Y la misma aceleración?, ¿Se desplazan en la misma dirección al ser liberadas?

Si, ya que el campo al que están sometidos es el mismo para ambos casos y por lo tanto están sometidos a la misma fuerza de este.

Y la misma aceleración?

No, ya que sus masas son diferentes y por lo tanto, aplicando la segunda Ley de Newton ( F= m), la aceleración depende de la masa y no solo de la fuerza que se aplique al protón y al electrón respectivamente.

Se desplazaran en la misma dirección al ser liberadas?

No, ya que en caso de que el campo sea generado por una partícula negativa, al protón al liberarse se alejara de esta partícula (la repulsión), y el electrón en cambio se vera atraído por esta partícula (atracción), si el campo es generado por una partícula positiva las fuerzas serian de manera viceversa.

2.- Los campos eléctricos suficientemente intensos pueden provocar que los átomos se ionicen positivamente, esto es, que pierdan uno ó más electrones. Explicar como ocurre esto. ¿Qué es lo que determina la intensidad que el campo debe tener para que esto ocurra?

Los campos eléctricos generan niveles de energía, al absorber la energía un electrón se excita y pasa a un mayor nivel de energía, si el campo eléctrico produce ‘‘demasiada energía’’, esta será suficiente para que el electrón no solo pase a otro nivel de energía sino que tendera a saltar del átomo para formar un enlace con otro enlace.
Qué es lo que determina la intensidad que el campo debe tener para que esto ocurra?
El nivel de energía del electrón de valencia ( el que ocupa el ultimo nivel de energía dentro del átomo), en el que se encuentra este, ya que este nivel determinara que tan dispuesto esta el electrón para saltar del átomo o que tanta intensidad requiere el electrón para lograr la ionización.

3.- Cierta partícula tiene una carga – 3 nC. a) Hallar la magnitud y dirección del campo eléctrico debido a esta partícula en un punto situado 0.25 m directamente arriba de ella, b) ¿A que distancia de esta partícula tiene su campo eléctrico una magnitud de 12 N/C?


v\:* {behavior:url(#default#VML);} o\:* {behavior:url(#default#VML);} w\:* {behavior:url(#default#VML);} .shape {behavior:url(#default#VML);}


v\:* {behavior:url(#default#VML);} o\:* {behavior:url(#default#VML);} w\:* {behavior:url(#default#VML);} .shape {behavior:url(#default#VML);}

a) Respuesta E = (1/4)(q/)(1/4)= / = 432 N/C b) Respuesta
E= 12 N/C = (1/4)(q/) = = 1.50 m
v\:* {behavior:url(#default#VML);} o\:* {behavior:url(#default#VML);} w\:* {behavior:url(#default#VML);} .shape {behavior:url(#default#VML);}

4.- Un electrón inicialmente en reposo se deja libre en un campo eléctrico uniforme. El electrón se acelera verticalmente hacia arribar recorriendo 4.5 m en los primeros 3 us después de ser liberado. a) ¿Cuáles son la magnitud y dirección del campo eléctrico?, b) ¿Se justifica no tener en cuenta los efectos de la gravedad?, justificar la respuesta cuantitativamente.

a) Respuesta
X= 1/2 a a= 2x/= 2(4.50m)/= E= F/q= ma/q =( kg)()/C = 5.69 N/C
E = K q/r2
= 9 x 109 nm2/C2 (1.602 x 10 -19 C / (4.5 m)2 = 7.12 x 10 -11 n/c
b) Se justifica no tener en cuenta los efectos de la gravedad?, justificar la respuesta cuantitativamente.

CUESTIONARIO EQUIPO 5

Campo Eléctrico: Debido a un Dipolo.

1.- La temperatura y velocidad del aire tiene valores diferentes en distintos lugares de la atmósfera terrestre. ¿Es la velocidad del aire un campo vectorial? ¿Por que? ¿Es la temperatura del aire un campo vectorial? ¿Por que?


El campo vectorial es un conjunto infinito de cantidades que se encuentran asociadas con cada punto del espacio. Si decimos que la velocidad del aire es un campo vectorial estamos en lo incorrecto ya que la velocidad no se encuentra relacionada específicamente con un solo factor que se encuentre en el espacio. Ahora si decimos que la temperatura del aire es un campo vectorial estamos en lo correcto ya que la temperatura se encuentra relacionada con los factores en los que se manifiesta.

2.- Un objeto pequeño que tiene una carga de – 55 uC experimenta una fuerza hacia debajo de 6.2 x 10^9 N cuando se coloca en cierto punto de un campo eléctrico, a) ¿Cuáles son la magnitud y dirección del campo eléctrico en este punto?, ¿Cuáles serían la magnitud y dirección de la fuerza que actúa sobre un núcleo de cobre (número atómico = 29) masa atómica = 63.5 g/mol) situado en este mismo punto del campo eléctrico?

a) Respuesta
q= y F es hacia abajo con magnitud N. por lo tanto,
E= F/q = N/C, hacia arriba.
b) Respuesta
si un núcleo de cobre se pone en ese punto, siente una fuerza ascendente de la magnitud
F= qE= (29)(C)( N/C) =

3.- En un sistema de coordenadas rectangulares se coloca una carga positiva puntual Q = 6x10^-9 C en el punto x = + 0.15 m, y = 0, y una carga puntual idéntica en x = - 0.15 m, y = 0. Hallar las componentes x y y, así como la magnitud y la dirección del campo eléctrico en los puntos siguientes: a) el origen; b) x = 0.3 m, y =0; c) x = 0.15 m, y = - 0.4 m; d) x = 0, y = 0.2 m.

a) Respuesta
en el origen E= 0
b) Respuesta
en x= 0.3 m y Y= 0 :
= 1/4( C) ( 1/+ 1/) = 2667 N/C c) Respuesta en X= o.15m y Y-0.4m
= 1/4( C) = ( -1/ + 1/- 1/ ) =( 129.6 - 510.3 ) N/C= = 526.5 N/C y = 75.7 grados abajo de la X. d) Respuesta X = 0 y Y= 0.2m = 1/4 = 2(0.2/0.25)/ = 1382 N/C

CUESTIONARIO EQUIPO 6

Campo Eléctrico: Problemas.

1.- Dos partículas con cargas Q1 = 0.5 nC y Q2 = 8 nC, están separadas por una distancia de 1.2 m. ¿En qué punto a lo largo de la recta que une las dos cargas es igual a cero el campo eléctrico total debido a ambas cargas?
Respuesta
Cargas de punto q1 (0.500 nC) y q2 ( 8.00 nC) se sepran cerca x= 1.20 m es cero cuando;
= = k/ = k /(1.20 - ) = = (1.2 - ) = - 2 (1.2) +
= () + 2(1.2) q1r1- = 0 ó 7.5 + 1.2 - 0.72 = 0
= 0.24, -0.4 = 0.24 se separan cerca
st1\:*{behavior:url(#ieooui) }

2.- Una carga puntual de + 2 nC está en el origen, y una segunda carga puntual de – 5 nC está sobre el eje de las x en x = 8 m. a) Hallar el campo eléctrico (magnitud y dirección) en cada uno de los puntos siguientes sobre el eje de las x: i) x = 0.2 m; ii) x = 1.2 m; iii) x = - 0.2 m. b) Hallar la fuerza eléctrica neta que las dos cargas ejercerían sobre un electrón colocado en cada punto del inciso a).

a) Respuesta
Carga de punto (2.00 nC) esta en el origen y (-5.00 nC) esta en X= 0.800 m
i) X= 0.200 m ; E= / + / = 575 N/C
ii) X= 1.20 m ; E= / + / = 269 N/C
iii) X= -0.200 m ; E= / + / = 405 N/C
b) Respuesta
F= -eE i) F= C · 575 N/C = N
ii) F= · 269 N/C = N
iii) F = · 405 N/C = N

Cuestionario Equipo 7

Flujo Eléctrico.

1.- Si se aumentan todas las dimensiones de la siguiente figura, por un factor de tres, Qué efecto tendrá este cambio en el flujo eléctrico a través de la caja?

Ninguno, ya que la cantidad de líneas que atraviesen la caja serian las mismas sin importar las dimensiones de la caja, existiría un cambio en el flujo eléctrico si aumentáramos el valor de la carga ya que eta produciría una mayor cantidad de líneas que atravesaran la superficie de la caja. Carga positiva adentro de la caja, flujo saliente.

2.- A fin de generar la cantidad máxima de energía eléctrica, los paneles solares se instalan de modo que estén aproximadamente de cara al Sol como sea posible. Explicar en qué sentido esta orientación es análoga a la obtención del flujo eléctrico máximo a través de una superficie plana.

Esta orientación se relaciona con la relación en que entre mayor ángulo de captación del sol tengan los paneles solares, mayor será la cantidad de rayos recibidos por estos y mayor la cantidad de energía generada, esto es igual en relación al flujo eléctrico, entre mayor cantidad o mas líneas de fuerza atraviesen una superficie plana mayor será el valor del flujo eléctrico

3.- Una hoja plana de papel con área de 0.25 m^2 está orientada de modo tal que la normal a la hoja forma un ángulo de 60º con un campo eléctrico cauniforme cuya magnitud es de 14 N/C, a) Hallar la magnitud del flujo eléctrico a través de la hoja; b) Depende de la respuesta del inciso a) de la forma de la hoja? Por que?; c) Con qué ángulo Φ entre la normal a la hoja y campo eléctrico es la magnitud del flujo a través de la hoja i) máxima? ii) mínima? Explicar las respuestas.

A= 0.25 m2 θ= 60̊ = (14N/C)(cos60̊)(0.25 m2 ) =1.75 N m2 /C E= 14 N/C Φ= ¿?

b) No, porque si se conoce el valor del área total, la respuesta no depende de la forma de la superficie

c) i) con un angulo totalmente perpendicular al flujo = 90̊ la magnitud del flujo es Maxima. ii) con un angulo paralelo al flujo la magnitud del flujo es minima


4.- Un cubo tiene lados de longitud L. Está colocado con un vértice en el origen como se muestra en la figura. El campo eléctrico es uniforme y está dado por E = - Bi, + Cj – Dk, donde B, C y D son constantes positivas. A) Hallar el flujo eléctrico a través de cada una de las seis caras del cubo S1, S2, S3, S4, S5, S6. b) Hallar el flujo eléctrico a través de todo el cubo.


CUESTIONARIO EQUIPO 8

Ley de Gauss.

1.- Cuál es el flujo eléctrico total a través de una superficie que encierra totalmente un ion litio negativo? Cómo influiría en la respuesta el hecho de que se extendiera la superficie sin dejar de encerrar el ion (y ninguna otra carga)?

2.- Se coloca una cantidad conocida de carga Q en el conductor de forma irregular que se muestra en la figura. Si se conoce el tamano y la forma del conductor, Se puede utilizar la ley de Gauss para calcular el campo eléctrico en una posición arbitraria externa al conductor?

3.- Una superficie cerrada contiene una carga neta de -3.6 uC. Cuál es el flujo eléctrico neto a través de la superficie?, b) El flujo eléctrico a través de la superficie cerrada resulta ser de 780 N m^2/C, Qué cantidad de carga encierra la superficie?, c) La superficie cerrada del inciso b) es un cubo de con lados de 2.5 cm de longitud. Con base en la información dada en el inciso b), Es posible saber dónde está la carga dentro del cubo?. Explicar la respuesta.

4.- En cierta región del espacio el campo eléctrico E a) es uniforme. Utilizar ley de Gauss y verificar que esta región de espacio debe ser eléctricamente neutra; es decir, la densidad volumétrica de carga ρ debe ser cero, b) Es cierta esta aseveración a la inversa; es decir, que en una región del espacio donde no hay carga E debe ser uniforme? Explicar la respuesta.


CUESTIONARIO EQUIPO 9

Movimiento de una carga en un campo eléctrico: Introducción


1.- Una superficie gaussiana esférica encierra una carga puntual q. Si la carga puntual se des plaza del centro de la esfera a un punto alejado del centro, Cambia el campo eléctrico en un punto de la superficie? Cambia el flujo total a través de la superficie gaussiana? Explicar la respuesta.

2.- Una esfera metálica sólida con un radio de 0.45 m tiene una carga neta de 0.25 nC. Hallar la magnitud del campo eléctrico, a) En un punto situado a 0.1m afuera afuera de la superficie de la esfera; b) en un punto dentro de la esfera, a 0.1 m debajo de la superficie.

3.- En una demostración de clase de física se coloca una carga de - 0.18 uC en el domo esférico de un generador Van de Graaff; a) A que distancia del centro del domo se debe sentar usted para que el campo eléctrico en ese punto no exceda el máximo recomendado de 614 N/C (De acuerdo con las normas de seguridad del IEEE, Instituto de Ingenieros Electricistas y Electrónicos, los seres humanos deben evitar la exposición prolongada a campos eléctricos de magnitudes mayores que 614 N/C).


CUESTIONARIO EQUIPO 10

Moviendo en un campo eléctrico: Problemas


1.- La ley de Coulomb y la ley de Gauss son totalmente equivalentes? Hay alguna situación de tipo electrostático en la que una sea válida y la otra no? Explicar el razonamiento.

2.- Cuántos electrones en exceso se deben agregar a un conductor esférico aislado de 32 cm de diámetro para producir un campo eléctrico de 1150 N/C inmediatamente afuera de su superficie?

3.- Una línea con carga uniforme y muy larga tiene una carga en cada unidad de longitud de 4.8 uC/m y yace a lo largo del eje de las x. Una segunda línea con carga uniforme y larga tiene una carga en cada unidad de longitud de – 2.4 uC/m y es paralela al eje de las x en y = 0.4 m; Cuál es el campo eléctrico neto (magnitud y dirección) en los puntos siguientes del eje de las y: a) y = 0.2 m, b) y = 0.6 m?

CUESTIONARIO EQUIPO 11

Potencial Eléctrico: Introducción Cualitativa.

1.- Cuál es la energía potencial total del siguiente sistema de tres cargas puntuales positivas, Q1 = Q2 = 2 uC que interactúan con una tercera carga Q3 = 4 uC. ¿Es positivo o negativo el resultado? ¿Cuál es la interpretación física de este signo?

2.- Si el potencial eléctrico en cierto punto es cero. ¿Debe ser igual a cero el campo eléctrico en ese punto? (Sugerencia considérese el campo de un dipolo eléctrico y el potencial de dos cargas puntuales).


3.- Una partícula pequeña tiene una carga de – 5 uC y una masa de 2 x 10^-4 Kg. Se traslada desde el punto A, donde el potencial eléctrico es Va = + 200 V, al punto B, donde el potencial eléctrico es Va = + 800 V. La fuerza eléctrica es la única fuerza que actúa sobre la partícula. Ésta tiene una rapidez de 5 m/s en el punto A. Cuál es su rapidez en el punto B? Se traslada con más rapidez o más lentamente en B que en A? Explicar la respuesta.

4.- La dirección de un campo eléctrico uniforme es hacia el este. El punto B está a 2 m al oeste del punto A, el punto C está a 2 m al este del punto A, y el punto D está 2 m al sur del A. Con respecto a cada punto, Es el potencial en ese punto mayor, menor o el mismo que en el punto A. Explicar el razonamiento en el que se fundamentan sus respuestas?

CUESTIONARIO EQUIPO 12

Potencial Eléctrico Campo y Fuerza.

1.- Si el campo eléctrico en cierto punto es cero, Debe ser inevitable que el potencial eléctrico sea cero en ese punto? (Sugerencia: Considerar el efecto de un campo de un anillo con carga).

El potencial eléctrico en cierto punto no puede ser 0, ya que es el trabajo que debe realizar una fuerza eléctrica para mover una carga positiva Q desde el infinito hasta ese punto, por lo tanto es un número positivo, por lo tanto, en condiciones de campo eléctrico nulo el potencial asociado es constante.

2.- Cómo cambiarían los diagramas de la siguiente figura si se invirtiera el signo de cada carga?
Pues, no viene ninguna figura aquí, pero tomando en cuenta esta:
En esta figura tiene una q1= -5µC, y
la q2 = 2 µC, podemos ver que el campo eléctrico que ejerce la carga 1, es mayor debido a la carga de -5, y tiene una atracción con la carga 2, por tener signos contrarios
Al cambiarle el signo a la carga, vemos que si tiene la misma intensidad, y las dos siguen teniendo atracción una con la otra, simplemente cambia el signo de la carga, ya que en este punto solo indica, invertir el signo, mas no la carga.

3.- Una carga eléctrica total de 3.5 nC está distribuida uniformemente en la superficie de una esfera metálica con un radio de 24 cm. Si el potencial es cero en un punto en el infinito, hallar el valor del potencial a las distancias siguientes del centro de la esfera: a) 48 cm; b) 24 cm; c) 12 cm.
a) 48 cm
= (9x109 Nm2/C2)(3.5x10-9 C) / (.48 m)2 = 136.71 N/C
b) 24 cm
= (9x109Nm2/C2)(3.5x10-9C) / (.24 m)2 = 546.875 N/C
c) 12 cm
= (9x109Nm2/C2)(3.5x10-9C) / (.12 m)2 = 2187.5 N/C
Un anillo delgado con carga uniforme tiene un radio de 15 cm y una carga total de + 24 nC. Se coloca un electrón sobre el eje del anillo, a una distancia de 30 cm de su centro, obligándolo a permanecer en reposo sobre el eje del anillo. Después se deja libre el electrón; a) Describa el movimiento consecutivo del electrón, b) Hallar la rapidez del electrón cuando éste alcanza el centro del anillo.

CUESTIONARIO EQUIPO 13

Potencial Eléctrico, Energía y Potencia.

1.- En cierta región del espacio el potencial está dado por V = A + Bx + Cy^3 + Dz^2, donde A, B, C y D son constantes. Cuál es el campo eléctrico en esta región? V=x+3cy2+2dz 2.- Dos placas metálicas paralelas grandes tienen cargas opuestas de igual magnitud. Las separan una distancia de 45 mm y la diferencia de potencial entre ellas es de 360 V, a) Cuál es la magnitud del campo eléctrico (se supone uniforme) en la región entre las placas? V1-V2=360V

a) Cuál es la magnitud del campo eléctrico (se supone uniforme) en la región entre las placas?,
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donde:
V1 - V2 es la diferencia de potencial
E es la Intensidad de campo en newton/culombio
r es la distancia en metros entre los puntos 1 y 2
entonces:
= E
8000= E
b) Cuál es la magnitud de la fuerza que este campo ejerce sobre una partícula con una carga de + 2.4 nC?,

F= Eq
F=8000(2.4X109)
F=1.92X1013c) Con base en los resultados del inciso

Ep=q(VAB)
Ep=2.4X109(360V)
Ep=8.64X1011c), calcular el trabajo realizado por el campo sobre la partícula cuando ésta se traslada de la placa de mayor a la de menor potencial;


Ep=q(VAB)
Ep=2.4X109(360V)
Ep=8.64X1011d) Compare el resultado del inciso

Ep=q(VAB)
Ep=2.4X109(360V)
Ep=8.64X1011c) con el cambio de energía potencial de la misma carga, calculado a partir del potencial eléctrico.

calculo vectorial

El cálculo vectorial es un campo de las matemáticas referidas al análisis real multivariable de vectores en 2 o más dimensiones. Consiste en una serie de fórmulas y técnicas para solucionar problemas muy útiles para la ingeniería y la física.

Consideramos los campos vectoriales, que asocian un vector a cada punto en el espacio, y campos escalares, que asocian un escalar a cada punto en el espacio. Por ejemplo, la temperatura de una piscina es un campo escalar: a cada punto asociamos un valor escalar de temperatura. El flujo del agua en la misma piscina es un campo vectorial: a cada punto asociamos un vector de velocidad.

Cuatro operaciones son importantes en el cálculo vectorial:

• Gradiente: mide la tasa y la dirección del cambio en un campo escalar; el gradiente de un campo escalar es un campo vectorial.

• Rotor o rotacional: mide la tendencia de un campo vectorial a rotar alrededor de un punto; el rotor de un campo vectorial es otro campo (seudo)vectorial.

• Divergencia: mide la tendencia de un campo vectorial a originarse en o a converger hacia ciertos puntos; la divergencia de un campo vectorial es un campo escalar.

• Laplaciano

La mayoría de los resultados analíticos se entienden más fácilmente usando la maquinaria de la geometría diferencial, de la cual el cálculo vectorial forma un subconjunto.

El estudio de los vectores se origina con la invención de los cuaterniones de Hamilton, quien junto a otros los desarrollaron como herramienta matemáticas para la exploración del espacio físico. Pero los resultados fueron desilucionantes, porque vieron que los cuaterniones eran demasiado complicados para entenderlos con rapidez y aplicarlos fácilmente.

Los cuaterniones contenían una parte escalar y una parte vectorial, y las dificultades surgían cuando estas partes se manejaban al mismo tiempo. Los científicos se dieron cuenta de que muchos problemas se podían manejar considerando la parte vectorial por separado y así comenzó el Análisis Vectorial.

Este trabajo se debe principalmente al físico americano Josiah Willard Gibbs (1839-1903).