fisica como se comportan los cuerpor atraves del uso de electrones, Ejercicios de Física

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Física General - 1 -

Cap. 1

ELECTROSTÁTICA I

CARGA Y MATERIA

Contenido:

• 2 - Física General

OBJETIVO HOLÍSTICO ESPECÍFICO:

Valoramos la presencia de las cargas eléctricas en la

naturaleza, desarrollando una variedad de prácticas

experimentales en el laboratorio, que permita contribuir

al mejoramiento de los servicios eléctricos en beneficio

de la comunidad.

Acerca de PhET

Phet ofrece simulaciones divertidas e interactivas de forma gratuita, basados en la investigación de los fenómenos físicos. Creemos que nuestro enfoque basado en la investigación y la incorporación de los hallazgos de investigaciones anteriores y nuestra propia prueba, permite a los estudiantes hacer conexiones entre los fenómenos de la vida real y la ciencia subyacente, profundizando sus conocimientos y apreciaciones del mundo físico.

Para ayudar a los estudiantes a comprender los conceptos, simulaciones Phet anima lo que es invisible al ojo a través del uso de los gráficos y controles intuitivos, tal como hacer clic y arrastrar, deslizadores y botones. Con el fin de fomentar aún más la exploración cuantitativa, las simulaciones también ofrecen instrumentos de medición, incluyendo reglas, cronómetros, termómetros y voltímetros. A medida que el usuario manipula estas herramientas interactivas, las respuestas son inmediatamente animados que ilustran efectivamente la causa y efecto, así como varias representaciones vinculadas (movimiento de los objetos, gráficos, lecturas varias, etc.)

Todas las simulaciones Phet están disponibles gratuitamente en el sitio web de Phet y son fáciles de utilizar e incorporar en el aula. Están escritas en Java y Flash, y se puede ejecutar mediante un navegador web estándar, siempre y cuando tenga Flash y Java instalados.

• 4 - Física General

a) Electrización por frotamiento.- Se producen cuerpos electrizados con cargas opuestas. Esto ocurre debido a que los materiales frotados tienen diferente capacidad para retener y entregar electrones y cada vez que se tocan, algunos electrones saltan de una superficie a otra.

 El frotamiento es un método por el cual algunos materiales pierden electrones y otros los ganan.

 El vidrio frotado con tela de seda, se carga positivamente. Pierde electrones.

 El plástico (o la ebonita) frotado con paño de lana, se carga negativamente. Gana electrones.

Por ejemplo:

• Frote fuertemente una varilla de plástico con una prenda o lana.
• Acerque la varilla a pequeños trocitos de papel extendidos sobre la mesa.
• La varilla de plástico atrae los trocitos de papel.

b) Electrización por contacto.- Consiste en cargar un cuerpo neutro poniéndolo en contacto con otro previamente cargado. En este caso, ambos quedarán cargados con el mismo signo.

Habrá transferencia de electrones libres desde el cuerpo que los posea en mayor cantidad hacia el que los contenga en menor proporción y manteniéndose este flujo hasta llegar al equilibrio electrostático (Potencial eléctrico en ambos cuerpos iguales)

c) Electrización por inducción.- Cuando se acerca un cuerpo electrizado ( inductor ) a un cuerpo neutro ( inducido ). No existe contacto físico entre ambos cuerpos.

Como ejemplo observe las siguientes figuras:

1) Se acerca una varilla cargada negativamente a un conductor neutro totalmente aislado; aparecen dos sectores con cargas inducidas.

2) Manteniendo el inductor cerca, conectar a tierra el conductor inducido (simplemente tocar con el dedo)

3) Existe un flujo de electrones del cuerpo inducido hacia tierra, quedando solamente las cargas positivas.

4) Eliminar el contacto a tierra y alejar la varilla inductora, las cargas positivas se distribuyen uniformemente.

No es que los protones (+) se muevan, sino que los electrones que abandonaron el cuerpo conductor dejaron vacíos y estos espacios manifiestan exceso de carga positiva.

La carga obtenida por este método es de signo opuesto a la carga del inductor.

Conservación de la carga.- En la electrización de un cuerpo, las cargas eléctricas no se crean ni se destruyen, tan sólo sufren un intercambio de éstas, en otras palabras la carga total se ha conservado.

Física General - 5 -

Suma de cargas = 0 Suma de cargas = 0

Antes Después

FUERZAS ENTRE LAS CARGAS

Cargas de igual signo se repelen

Cargas de diferente signo se atraen

Los neutrones no generan carga eléctrica frente a los electrones y protones

Péndulo eléctrico.- Es un instrumento utilizado para estudiar fenómenos de atracción y repulsión entre cargas eléctricas, está formado por una esferilla de plastoform suspendida de un hilo aislante de seda como se muestra en la figura. La esferilla se la recubre con grafito para hacerla conductora.

Clasificación de los materiales.- De acuerdo a la facilidad o dificultad al movimiento de la carga eléctrica en ellos, se clasifica de tres maneras:

a) Conductores.- Material que posee electrones libres o que ofrece poca resistencia al flujo de electrones. Ejemplo: los metales.

En los conductores sólidos la corriente eléctrica es transportada por el movimiento de los electrones ; y en disoluciones y gases, lo hace por los iones.

b) Aislantes o dieléctricos.- Material en los que los electrones están fuertemente ligados a los átomos o que ofrece gran resistencia al flujo de electrones. Ejemplo: los no metales.

c) Semiconductores.- Un tercer tipo de material es un sólido en el que un número relativamente pequeño de electrones puede liberarse de sus átomos de forma que dejan un " hueco " en el lugar del electrón. El hueco, que representa la ausencia de un electrón negativo, se comporta como si fuera una unidad de carga positiva.

CLASIFICACIÓN DE MATERIALES

Plata Cobre Aluminio Hierro Carbón

CONDUCTORES

103 Germanio Silicio SEMICONDUCTORES 10 -^9 10 -^10

10 -^12

10 -^15

Madera

Vidrio

Caucho

AISLANTES

O

DIELÉCTRICOS

Polarización eléctrica.- Un material dieléctrico (aislante) puede verse como un conjunto de muchas cargas eléctricas dipolares (de un lado positiva y del otro lado negativa). Si no existe estímulo externo, estas cargas están "desordenadas"; es decir, apuntan en diferentes direcciones y la carga neta total es igual a cero.

Cuando se aplica un campo eléctrico externo, (por ejemplo acercando un objeto fuertemente cargado eléctricamente), la carga eléctrica en el material aislante se polariza , es decir se "ordenan" alineándose en la dirección del campo. Eso produce que la carga total del material sea distinta de cero, lo que le da la propiedad de atraer o repeler otros objetos.

p  p 

e  

e

p ^ e 

p  n^0 e  n^0

Física General - 7 -

a) La esfera queda electrizada b) La esfera queda con una nueva redistribución de carga c) La esfera recupera la distribución original de carga d) No ocurre nada

Ejem. 1.6 .- Si a una esfera conductora le acercó una barra con carga negativa, ¿qué carga aparece en el lado opuesto de la esfera?

Rpta.- Carga negativa

Ejem. 1.7 .- ¿Cómo se puede cargar positivamente un electroscopio?

Esto se realiza cargando por inducción. Al tocar el bulbo con un dedo, el electroscopio hace tierra, es decir, se da una trayectoria para que los electrones puedan escapar del bulbo. Cuando se acerca al bulbo una varilla cargada negativamente los electrones son repelidos del bulbo. Al retirar el dedo se deja al electroscopio con una carga positiva neta.

Los electrones son transferidos a la tierra

El electroscopio queda cargado positivamente

Ley de Coulomb.- La ley de Coulomb es la ley fundamental de la electrostática que determina la fuerza con la que se atraen o se repelen dos cargas eléctricas. Las primeras medidas cuantitativas relacionadas con las atracciones y repulsiones eléctricas se deben al físico francés Charles Agustín Coulomb (1736-1806) en el siglo XVIII.

Para efectuar sus mediciones utilizó una balanza de torsión de su propia invención. Después de realizar numerosas mediciones haciendo variar las cargas de las esferas y la separación entre ellas, llegó a las siguientes conclusiones:

La fuerza de atracción o de repulsión entre dos cargas eléctricas es, directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.

El módulo de la fuerza es:

1 2 2

q q F K r

F = Es la fuerza con que interactúan las dos cargas, expresada en N o dyn K = Es la constante de Coulomb q 1 = La cantidad de la carga expresadas en C o stC q 2 = La cantidad de carga expresadas en C o stC r = Distancia de separación desde el centro de una carga al centro de la otra en m o cm

El valor de la constante K depende de la naturaleza del medio:

S.I. c.g.s.

2

2 9 109 C

Nm K   2

2 1 stC

dyncm K 

La constante K se escribe también como:

K 

Donde la constante  0 se conoce como permitividad del vacío , tiene el valor:

S.I. c.g.s.

2

2 12 0 8.^8510 Nm

    C 2

2 2 0 7.^96510 dyncm

    stC

La ley de Coulomb queda:

1 2 2 0

q q F

  r

Constante dieléctrica.- Si entre las cargas existe otro medio o sustancia, la fuerza electrostática se vuelve menor. El cociente entre la fuerza en el vacío y la fuerza en otro medio se llama constante dieléctrica de la sustancia , es decir:

F '

F

Kd 

F = Fuerza entre dos cargas colocadas en el vacío.



  



  

q 1 F

q (^2) F r

• 8 - Física General

F’ = Fuerza entre dos cargas colocadas en un medio diferente al vacío

Ecuación para un medio diferente al vacío.

1 2

d

K q q

F

K r

CONSTANTES DIELÉCTRICAS

Material k d

Aceite 2. Agua a 20 ºC 80 Aire 1. Baquelita 4. Mica 5. Neopreno 6. Papel 3. Parafina 2. Plexiglás 3. Porcelana 7 Vidrio pyrex 5.

Unidades de carga eléctrica.- Múltiplos de la carga

de 1 e son:

S.I: El Coulomb (C). Se define como la carga eléctrica capaz de atraer o repeler a otra igual situada en el vacío y a la distancia de un metro y con la fuerza de 9x10^9 N.

c.g.s: StatCoulomb (stC). Se define como la carga eléctrica capaz de atraer o repeler a otra igual en el vacío y a la distancia de un centímetro con la fuerza de 1 dyn.

El statculombio (stC) recibe también el nombre de unidad electrostática de carga (u.e.q.).

1 C  3  109 stC

Se denomina “carga fundamental” , a la carga de un electrón:

1 e  1. 602  10 ^19 C

Otras unidades:

milicoulomb: 1 mC = 10–^3 C

microcoulomb: 1 μC = 10–^6 C nanocoulomb: 1 nC = 10–^9 C

picocoulomb: 1 pC = 10–^12 C

PARTÍCULAS Y CARGA ELÉCTRICA

PARTÍCULA

CARGA

ELÉCTRICA MASA

Electrón: e   1. 602  10 ^19 C 9. 11  10 ^31 kg Protón: p  + 1. 602  10 ^19 C 1. 672  10 ^27 kg Neutrón: (^) n^001. 674  10 ^27 kg

Cuantización de la carga.- La cantidad de carga eléctrica ganada o perdida por un cuerpo es un múltiplo del electrón.

q  n  e

q = Cantidad de carga eléctrica n = Número de electrones en exceso o en defecto e = Unidad de carga fundamental (1.6x10–^19 C)

Ejem. 1.8.- Dos cargas puntuales de –3 μC y 5 μC están separadas por una distancia de 30 cm, como se muestra en la figura. ¿Cuál es la fuerza electrostática sobre cada carga? Datos:

C C

C q C^6

6 1 1 3 10

10 3 

    

C C

C q C^6

6 2 1 5 10

10 5 

    

r  30 cm  0. 30 m

Solución:

2 6 6 1 2 9 2 2 2

q q N m C C F K F N r C m

 ^  

Ejem. 1.9.- Átomo de hidrógeno. El electrón y el protón de un átomo de hidrógeno están separados en promedio por una distancia aproximada de 5.3x10-11^ m. Calcúlese la magnitud de la fuerza eléctrica. Datos: q 1 (^)  1 e  1. 6  10 ^19 C q (^) 2  1 p ^  1. 6  10 ^19 C r  5. 3  10 ^11 m F ? Solución:

q 1 F

-

F^ q^2

r

• 10 - Física General

Solución: Para que el conjunto se encuentre en equilibrio es necesario que se cumpla:

 Fx ^0

F 2  F 1  0  F 2  F 1

        2

3 2

d x

q q

K

x

q q

K

 x^2  60 x  600  0

 x 1  47. 3 cm  x 2  12. 7 cm

La posición de equilibrio será aquel punto que dista 12.7 cm de la carga 3q.

Ejem. 1.14.- En la figura q 1 = – 40 stC, q 2 = 30 stC y q 3 = 50 stC. Calcular la fuerza neta sobre la carga q 3. Datos: q 1 = – 40 stC q 2 = 30 stC q 3 = 50 stC Fneta ?

Solución: Cálculo de la hipotenusa y el ángulo:

d  10 2  202  22. 4 cm

1. 5 0. 5 26. 6 º 20

(^10 )     tg   cm

cm tg  

Diagrama de fuerzas en q 3 :

Fuerzas entre cargas:

 

F dyn cm

stC stC stC

dyncm r

qq F K 5 20

40. 50 (^1 )

2 2 13

13 ^13   

 

F dyn cm

stC stC stC

dyncm r

q q F K 3

22. 4

2 2 23

2 3 23    

El àngulo entre las fuerzas: 180º – 26.6º = 153.4º

Resultante: FR  3 2  52  2  3  5 cos 153. 4 º

FR  2. 68 dyn

Ejem. 1.15.- Una esfera metálica de masa 10 g con carga + 2 C cuelga de un hilo, se le aproxima una barra cargada con el mismo signo. Cuando ambos objetos están separadas 10 cm el ángulo que forma el hilo con la vertical es de 20º ¿Cuál es la carga de la barra? Datos: Incógnitas: m  10 g q 2 ?

C C

C q C^6

6 1 1 2 10

10 2 

    

r  10 cm  0. 10 m  20 º

Solución: Ambos cuerpos tienen cargas del mismo signo, se repelen. Las fuerzas que actúan sobre la esfera colgada del hilo son: el peso , la tensión de la cuerda y la fuerza de repulsión electrostática.

• x

q 1 (–)

d 10 cm

20 cm

q 2 (+)

q 3 (+)

d

20 cm

10 cm

153.4º

q 3 (+)

20º

10 cm

Física General - 11 -

Las esferas se encuentran en equilibrio. Aplicando uno de los tres procedimientos usados. En este caso, por el teorema de Lamy :

Se tiene el peso, calcular la fuerza eléctrica F:

20 º F mgtg 20 º

mg

F

tg   

    N s

m F 0. 01 kg 9. (^82)  0. 364  0. 036 

Ley de Coulomb entre cargas:

 C 

C

Nm

N m Kq

Fr q r

q q F K 6 2

2 9

2

1

2 2 2

1 2

9 10 2 10

^ 

 q 2  2  10 ^8 C  0. 02  C

Ejem. 1.16.- Cuatro cargas: q 1 = 3x10–^6 C, q 2 = – 5x10–^6 C, q 3 = 6x10–^6 C y q 4 = – 8x10–^6 C se ubican en los vértices de un cuadrado de 10 cm de lado. Calcular la fuerza resultante sobre la carga q 3.

Solución:

Las fuerzas actuantes sobre q 3 se muestran en la figura.

La diagonal “d” para q 1 , es:

d  10 2  102  14. 1 cm

Las tres fuerzas son:

 

F N

m

C C C

Nm r

qq F K

8. 26

9. 14

3 10. 6 10 9 10

13

2

6 6 2

2 9 2 13

1 3 13



     

 

 

F N

m

C C C

Nm r

q q F K

27

1. 1

5 10 6 10 9 10

23

2

6 6 2

2 9 2 23

2 3 23



     

 

 

F N

m

C C C

Nm r

q q F K

43. 2

44. 1

8 10 6 10 9 10

43

2

6 6 2

2 9 2 43

4 3 43



     

 

Se halla la sumatoria de fuerzas en cada eje:

F N

F N N

F F F

x

x

x

  

   

  

37. 4

38. 26 cos 45 º 43. 2

13 cos^45 º 43

20º

X

Y

20º

+ q (^1) 10 cm – q 2

d

- q 4 + q 3

10 cm

X

45º

Y

Física General - 13 -

Ejem. 1.18.- ESFERAS EN CONTACTO.- Dos esferas conductoras A y B están en el vacío separadas por una distancia de 10 cm.

Tienen cargas eléctricas de:

qA = +3x10–^6 C y qB = – 8x10–^6 C

Una tercera esfera C en estado neutro, primero toca a la esfera A y después a B. Si la esfera C después de tocar a B se separa del sistema, Calcular la fuerza con que se accionan las cargas de A y B.

Solución:

Se tiene que calcular las cargas finales de las esferas A y B, recordando que cuando dos esferas se ponen en contacto, la carga se reparte en partes iguales.

Contacto de C con A:

qC + qA = 0 + 3x10–^6 C = +3x10–^6 C

Esta carga se reparte entre las dos esferas equitativamente:

qC = qA = + 1.5x10–^6 C

Contacto de C con B:

qC + qB = 1.5x10–^6 C + (– 8x10–^6 C) = – 6.5x10–^6 C

Esta carga se reparte entre las dos esferas equitativamente:

qC = qB = – 3.25x10–^6 C

Ahora aplicando la ley de Coulomb a “A” y “B”:

2

6 6 2

2 9 (^2) ( 0. 1 )

m

C

C

Nm r

q q F K A B

 ^ ^ 

F  4. 38 N

PIENSA Y EXPLICA

1. ¿Por qué a veces saltan chispas de nuestra chompa cuando nos la quitamos? Sobre todo en época de invierno. 2. ¿Por qué en algunas ocasiones, el peine con el que nos peinamos atrae a nuestros cabellos? 3. ¿Por qué en la pantalla de un televisor en funcionamiento atrae los vellos de nuestro brazo cuando nos acercamos? 4. Encontrar un procedimiento mediante el cual se les pueda suministrar cargas iguales y opuestas a dos esferas metálicas colocadas con soportes aislantes. Se puede utilizar una barra de vidrio frotada con seda, pero no se puede tocar a las esferas con ella. ¿Tienen que ser del mismo tamaño las esferas al utilizar el procedimiento? 5. Determinar un método para suministrar a las esferas de la pregunta anterior cargas iguales del mismo signo. Nuevamente, ¿es necesario que el tamaño de las esferas sea el mismo para que el método funcione? 6. Una barra cargada atrae partículas de polvo de corcho seco que, después de tocar a la barra, frecuentemente se separan de ella con violencia. Explicar este comportamiento. 7. Al caminar con rapidez sobre la alfombra del pasillo de un hotel, con frecuencia se experimenta un “chispazo” al tocar la manija de una puerta. a) ¿Cuál es la causa de esto? b) ¿Cómo se puede evitar? 8. Se afirma que una barra aislante (no conductora) posee carga eléctrica. ¿Cómo se podría verificar esta afirmación y cómo se podría determinar el signo de la carga? 9. ¿Qué tiene más masa: un protón o un electrón? 10. ¿Cómo es el número de electrones de un átomo normal respecto al número de protones? 11. ¿Qué diferencia existe entre un buen conductor y un buen aislante? 12. ¿Por qué los metales son buenos conductores? 13. ¿A qué se debe que los materiales como el caucho y el vidrio sean buenos aislantes? 14. ¿Qué significa que un objeto esté eléctricamente polarizado? 15. Si una barra de vidrio cargada se mantiene cerca del extremo de una barra metálica descargada; tal como se muestra en la figura, los electrones son atraídos hacia un extremo. ¿A qué se debe que cese el movimiento de electrones? Existe un suministro casi indefinido de ellos en la barra metálica.

       ^  

 ^ ^       ^  

 ^ 

• 14 - Física General

LABORATORIO VIRTUAL

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LEY DE COLUMB

• 16 - Física General

Resp: a) 3.65x10–^8 C ; b) 1.20x10–^5 N ; c) 9x10–^6 N a la izquierda

16. En cada uno de los vértices de un triángulo

equilátero de lado l  3 m hay situada una carga eléctrica puntual q = +10–^4 C. Calcula el módulo de la fuerza total que actúa sobre una de las cargas debido a su interacción con las otras dos.

Resp: 52 N

17. Dos cargas iguales separadas entre ellas 4 cm se hacen una fuerza de 18 N. a) ¿Cuál será la fuerza que actuará entre ellas si las juntamos hasta 2 cm? b) ¿Y si las separamos hasta 12 cm, cuál será la fuerza entonces?

Resp: a) 72 N b) 2 N

18. En el vértice A de un triángulo rectángulo ABC está fija una carga de +50 stC y en el vértice B otra carga fija de – 100 stC. En el vértice C del ángulo recto existe una carga móvil de – 40 stC. ¿Con qué fuerza actúan las cargas A y B sobre la C cuando ésta se encuentra a 5 cm de A y a 4 cm de B?

Resp: 262.5 dyn

19. Dos cargas eléctricas situadas a cierta distancia se atraen con cierta fuerza. Si una de las cargas se hace 6 veces mayor y la otra se reduce a la tercera parte ¿A qué distancia deben situarse ahora para que la fuerza se reduzca al 50%? Resp: La distancia debe duplicarse 20. Dos esferas cargadas con 1 μC cada una cuelgan de dos hilos de 40 cm atados al mismo punto del techo. Qué masa tienen las esferas si el ángulo entre los dos hilos es de 60º.

Resp: 9.94 g

21. En los vértices de un triángulo equilátero de 10 cm de lado se sitúan cargas de 2 μC, 3 μC y - 8 μC. Hallar el módulo de la fuerza ejercida sobre la carga de – 8 μC por acción de las otras dos.

Resp: 31.4 N

22. Calcular la fuerza ejercida sobre una carga de - 10 –^6 C situada en el punto medio del trazo que une las cargas de 10–^8 y – 10 –^8 C, separadas 6 m.

Resp: 2x10–^5 N hacia la carga de 10–^8 C

23. Dos esferillas iguales distan 3 cm, están situadas en el aire y sus cargas eléctricas son 3x10–^9 C y – 12x10–^9 C, respectivamente. Hallar la fuerza de atracción eléctrica entre ellas. Si se ponen en contacto las esferillas y luego se separan 3 cm, ¿cuál será la fuerza ejercida?

Resp: 3.6x10–^4 N de atracción; 2x10–^4 N de repulsión

24. Tres cargas, cada una de 3.0 nC están en los vértices de un cuadrado de lado 5.0 cm. Las dos cargas en los vértices opuestos son positivas y la otra negativa. Determinar la fuerza ejercida por estas cargas sobre una cuarta carga de 3.0 nC situada en el vértice restante.

Resp: 4.57x10–^3 N, a lo largo de la diagonal, alejándose de la carga de – 3.0 nC

25. Dos cargas q 1 y q 2 cuando se combinan dan una carga total de 6.0 μC. Cuando están separadas una distancia de 3.0 m la fuerza ejercida por una carga sobre la otra tiene un valor de 8.0 mN. Halla q 1 y q 2 si: a) Ambas son positivas de modo que se repelen entre sí. b) Una es positiva y la otra es negativa de modo que se atraen entre sí.

Resp: a) 4.0 μC y 2.0 μC, b) 7.12 μC y –1.12 μC.

26. Se tienen tres cargas puntuales como se muestra en la figura: Q 1 = (25/36)x10–^4 C; Q 2 = 4x10–^5 C; Q 3 = 4x10–^4 C. Calcular la fuerza resultante que actúa sobre Q 3. Resp: 15.3 N 27. Cuatro cargas están localizadas en los vértices de un cuadrado como se muestra en la figura. ¿Cuáles son la magnitud y la dirección de la fuerza sobre a) q 2 y b) q 4?

Resp: a) 95.9 N; -39.4º con +X b) 61.3 N; – 83.8º con -X

Física General - 17 -

1. Frota una barra de vidrio con un paño de seda y toca con ella la bolita del electroscopio, ¿qué afirmación es correcta?

a) El electroscopio se carga por inducción b) El electroscopio se carga por contacto c) El electroscopio se carga por fricción d) El electroscopio se carga negativamente

2. La carga electrostática se puede lograr por:

a) Fricción b) Contacto c) Inducción d) Todos ellos

3. Un cuerpo se carga positivamente:

a) Si gana electrones b) Si gana neutrones c) Si pierde electrones d) Si pierde neutrones

4. Un cuerpo se carga negativamente;

a) Si gana electrones b) Si gana protones c) Si pierde protones d) Si pierde electrones

5. Respecto al protón, se puede decir:

a) Tiene carga positiva b) Tiene carga negativa c) No tiene carga d) Tiene carga positiva y negativa

6. Para que un átomo posea carga positiva neta, debe tener:

a) Más protones que neutrones b) Más protones que electrones c) Más electrones que neutrones d) Más electrones que protones

7. Sobre una línea recta, igualmente separadas 30 cm, se encuentran tres cargas positivas iguales cada una de 2x10–^6 C. ¿Cuál es la fuerza que actúa sobre la carga del centro?

a) 0 N b) 0.4 N c) 1.2 N d) 4 N

8. ¿Cuál es la fuerza que actúa sobre una de las cargas de los extremos, en el ejercicio anterior?

a) 0 N b) 0.1 N c) 0.3 N d) 0.5 N

9. Tenemos tres esferas metálicas idénticas. Se carga la primera y se toca con ella la segunda; con la segunda se toca la tercera. Finalmente con la tercera se toca la primera, ¿qué fracción de la carga inicial queda en las esferas primera, segunda y tercera respectivamente?

a) 1/3, 1/3 y 1/3 b) 1/4, 1/2 y 1/ c) 3/8, 2/8 y 3/8 d) 2/8, 4/8 y 2/

10. Considerar que 1, 2 y 3 son péndulos cargados. Es correcto afirmar:

a) 1 y 3 se repelen b) 1 y 3 se atraen c) 1, 2 y 3 se atraen d) Se necesitan más datos

11. La figura muestra esferas suspendidas por cuerdas aislantes. Es correcto afirmar:

a) 1 y 2 son aislantes b) 1 es aislante y 2 conductora c) 1 es conductora y 2 aislante d) 1 y 2 son conductoras

12. La magnitud de la fuerza F es:

a) F 0 /2 b) F 0 c) 2F 0 d) 4F 0

13. Determinar el número de electrones en una partícula electrizada de: + 3.2x10–^18 C

a) 10 b) 20 c) 30 d) 40

14. Si un cuerpo eléctricamente neutro gana 5x10^20 electrones, calcular su cantidad de carga en C:

a) – 20 b) – 40 c) – 60 d) – 80

EJERCICIOS DE RAZONAMIENTO PARA AUTOEVALUACIÓN

Física General - 19 -

Cap. 2

ELECTROSTÁTICA II

CAMPO ELÉCTRICO

Contenido:

• 20 - Física General

OBJETIVO HOLÍSTICO ESPECÍFICO:

Valoramos la energía eléctrica manifestada en la

naturaleza, estudiando las características de los

campos eléctricos, describiendo los efectos sobre

cargas aisladas situadas en su interior, en beneficio de

la preparación académica y diario vivir del estudiante.

LA ELECTRICIDAD ATMOSFÉRICA

La Electricidad Atmosférica es el resultado de la ionización de la atmósfera por la radiación solar y a partir del movimiento de nubes de iones. Estas nubes son desplazadas por mareas atmosféricas, que se producen por la atracción del Sol y la Luna sobre la atmósfera. Suben y bajan a diario, como ocurre en el mar. La ionosfera constituye una capa esférica casi perfectamente conductora.

La superficie de la Tierra tiene carga negativa. La carga negativa se consumiría con rapidez si no se repusiera de alguna forma.

Se ha observado un flujo de electricidad positiva que se mueve hacia abajo desde la atmósfera hacia la Tierra. La causa es la carga negativa de la Tierra, que atrae iones positivos de la atmósfera. Al parecer, la carga negativa se traslada a la Tierra durante las tormentas y el flujo descendente de corriente positiva positiva durante el buen tiempo se contrarresta de con un flujo de regreso de la corriente positiva desde zonas de a Tierra con tormentas.

El científico y político estadounidense Benjamín Franklin (1706-90) fabrico una piscucha de seda con esqueleto de madera que llevaba en la punta un asta de metal. Sostenida con un hilo de seda la hizo volar durante una tormenta.

En el extremo inferior del hilo, próximo a la mano, debe atarse una cuerda de seda gruesa y retorcida y se puede atar una llave en el nudo entre el hilo y la cuerda. Esta cometa debe encumbrarse cuando se aviste una tormenta eléctrica, la aguzada punta metálica de la cometa atraerá el fuego eléctrico que hay en las nubes y la cometa, al igual que el hilo, quedara electrizada y las hilachas de la cuerda se erizaran y experimentaran la atracción de un dedo que se les acerque. Así demostró Franklin que los rayos son descargas eléctricas. ¡CUIDADO! Este experimento es peligroso; ya hubo muertos tratando de repetirlo.

Para que se desate un rayo la tensión entre las nubes y el suelo debe alcanzar decenas de miles o centenares de millones de voltios.