Docsity
Docsity

Prepara tus exámenes
Prepara tus exámenes

Prepara tus exámenes y mejora tus resultados gracias a la gran cantidad de recursos disponibles en Docsity


Consigue puntos base para descargar
Consigue puntos base para descargar

Gana puntos ayudando a otros estudiantes o consíguelos activando un Plan Premium


Orientación Universidad
Orientación Universidad


problemes 5, Ejercicios de Física

Asignatura: Física, Profesor: Joaquim Pla, Carrera: Infotecnologies: Enginyer tecn. en informàtica de gestió + sistemes, Universidad: UVic

Tipo: Ejercicios

Antes del 2010

Subido el 18/12/2007

gcastells1
gcastells1 🇪🇸

4.5

(7)

13 documentos

1 / 6

Toggle sidebar

Esta página no es visible en la vista previa

¡No te pierdas las partes importantes!

bg1
1/6
Enginyeria Tècnica d’Informàtica – Física
Capacitat i condensadors: qüestions, exercicis i problemes
Qüestions i exercicis
1. Si una làmina metàl·lica aïllada, de gruix negligible i de superfície S, es disposa
paral·lelament entre les plaques d’un condensador pla de superfície S i de separació d,
determineu com varia la capacitat del condensador, i discutiu si el resultat depèn de la
posició de la làmina entre les plaques. Analitzeu les qüestions anteriors en el cas que
la làmina tingui un gruix t.
2. Un condensador pla, amb plaques de superfície S separades una distància d, es
carrega amb una tensió V. Un cop carregat, es desconnecta de la bateria i s’introdueix
paral·lelament entre les plaques una làmina metàl·lica aïllada, de superfície S i gruix
d/2, de manera que la làmina quedi centrada entre les plaques del condensador.
Trobeu com varien:
(a)
La capacitat del condensador.
(b)
La càrrega elèctrica en les plaques del condensador.
(c)
La diferència de potencial entre les plaques del condensador.
(d)
El camp elèctric en les regions entre plaques conductores.
3. Demostreu que la capacitat equivalent de dos condensadors connectats en sèrie és
més petita que la capacitat de qualsevol del dos.
Vertader o fals
1. Quan s’introdueix un dielèctric entre les plaques d’un condensador la capacitat
augmenta.
2. En introduir un dielèctric entre les plaques d’un condensador la tensió de ruptura
disminueix.
3. La capacitat d’un condensador és independent de la diferència de potencial entre
les seves plaques.
4. Quan es carrega un condensador, la càrrega elèctrica que adquireix és independent
de la tensió aplicada als terminals del condensador.
5. La capacitat d’un condensador depèn de la càrrega elèctrica acumulada en les
plaques.
pf3
pf4
pf5

Vista previa parcial del texto

¡Descarga problemes 5 y más Ejercicios en PDF de Física solo en Docsity!

Enginyeria Tècnica d’Informàtica – Física Capacitat i condensadors: qüestions, exercicis i problemes

Qüestions i exercicis

  1. Si una làmina metàl·lica aïllada, de gruix negligible i de superfície S , es disposa paral·lelament entre les plaques d’un condensador pla de superfície S i de separació d , determineu com varia la capacitat del condensador, i discutiu si el resultat depèn de la posició de la làmina entre les plaques. Analitzeu les qüestions anteriors en el cas que la làmina tingui un gruix t.
  2. Un condensador pla, amb plaques de superfície S separades una distància d , es carrega amb una tensió V. Un cop carregat, es desconnecta de la bateria i s’introdueix paral·lelament entre les plaques una làmina metàl·lica aïllada, de superfície S i gruix d /2, de manera que la làmina quedi centrada entre les plaques del condensador. Trobeu com varien:

(a) La capacitat del condensador.

(b) La càrrega elèctrica en les plaques del condensador.

(c) La diferència de potencial entre les plaques del condensador.

(d) El camp elèctric en les regions entre plaques conductores.

  1. Demostreu que la capacitat equivalent de dos condensadors connectats en sèrie és més petita que la capacitat de qualsevol del dos.

Vertader o fals

  1. Quan s’introdueix un dielèctric entre les plaques d’un condensador la capacitat augmenta.
  2. En introduir un dielèctric entre les plaques d’un condensador la tensió de ruptura disminueix.
  3. La capacitat d’un condensador és independent de la diferència de potencial entre les seves plaques.
  4. Quan es carrega un condensador, la càrrega elèctrica que adquireix és independent de la tensió aplicada als terminals del condensador.
  5. La capacitat d’un condensador depèn de la càrrega elèctrica acumulada en les plaques.

Problemes

  1. En el circuit del dibuix, comproveu que la càrrega i la tensió en cada condensador són: Q 1 = Q 2 = Q 3 = 18 μC; Q 4 = Q 5 = 54 μC; Q 6 = Q 7 = 72 μC; V 1 = 6 V; V 2 = 3 V; V 3 = 9 V; V 4 = 13,5 V; V 1 = 6 V; V 5 = 4,5 V; V 6 = 6 V; V 7 = 12 V.
  2. En el circuit del dibuix, es connecta l’interruptor S al terminal de l’esquerra fins que el condensador C 1 s’ha carregat. Després, l’interruptor es connecta al terminal de la dreta. Determineu la càrrega i la tensió finals en cada condensador.

Resp.: Q 1 = 1120/11 μC; Q 2 = Q 3 = 420/11 μC; V 1 = 280/11 V; V 2 = 70/11 V; V 3 = 210/11 V.

  1. Les plaques d’un condensador pla tenen una superfície de 600 cm^2 i estan separades 4 mm. ( a ) Si el condensador es carrega amb una tensió de 100 V, calculeu la intensitat de camp elèctric entre les plaques, la densitat superficial de càrrega elèctrica en les plaques i l’energia potencial electrostàtica que s’emmagatzema. ( b ) Si un cop carregat el condensador es desconnecta de la bateria i s’introdueix un dielèctric de constant κ = 4 entre les plaques, determineu el camp elèctric, la tensió, l’energia electrostàtica i la densitat de càrrega elèctrica de polarització del dielèctric en l’estat final del condensador. Resp.: ( a ) E = 2,50× 104 V/m; σ = 2,21× 10 −^7 C/m^2 ; U = 6,64× 10 −^7 J; ( b ) E = 6,25× 103 V/m; V = 25 V; U = 1,66× 10 −^7 J; σ P = 1,66× 10 −^7 C/m^2.
  1. Un condensador pla, que té unes plaques d’àrea S , cadascuna, separades una distància d , té una capacitat C O, quan entre les plaques hi ha l’espai buit. Si entre les plaques del condensador s’hi posen dues capes planes de dielèctics que tenen un gruix d /2 cadascun, una àrea igual a la de les plaques i unes constants dielèctriques de valors κ a i κ b , comproveu que la capacitat del condensador final és:

O C^2 C a b

a b 

 

 κ + κ

= κ κ.

  1. El dibuix representa la secció d’un condensador pla les plaques del qual tenen una àrea S i estan separades una distància d. Entre les plaques hi ha tres dielèctrics diferents de constants dielèctriques κ a , κ b i κ c. Si els dielèctrics tenen les dimensions indicades en el dibuix i omplen totalment l’espai interior del condensador, comproveu que la capacitat és:

(^2). 2

0 

 

 κ + κ

=ε κ κ +κ κ + κ κ b c

a b a c b c d

C S

  1. En el circuit del dibuix, inicialment, l’interruptor S és obert. Determineu: ( a ) La diferència de potencial Vab inicial. ( b ) El potencial elèctric en el punt b després de tancar l’interruptor S. ( c ) La càrrega elèctrica que passa a través de l’interruptor S quan es tanca.

Resp.: ( a ) Vab = 200/3 V. ( b ) Vb = 100 V. ( c ) ∆ Q = − 300 μC.

  1. En un condensador esfèric de radi interior R 1 i de radi exterior R 2 s’introdueix un dielèctric de permitivitat elèctrica ε. El dielèctric ocupa la meitat del volum que hi ha entre les dues esferes conductores que formen el condensador i en l’altre meitat hi ha el buit, com es mostra en el dibuix. Comproveu que la capacitat del condensador és:

2 ( ). 2 1

0 1 2 R R

C R R

= πε+^ ε

d / d

L / 2

L

κ a

κ b

κ c

a (^) b

Dielèctric

Buit

R 1

R 2

  1. Un condensador pla té una separació entre plaques de 1 cm, està connectat a una tensió de 29.000 V i les plaques estan separades per l’aire. Si l’aire presenta una rigidesa dielèctrica de 3× 106 V/m, demostreu que es produirà una ruptura dielèctrica en l’aire dins el condensador quan s’introdueixi una làmina de vidre de 0,2 cm de gruix, de constant dielèctrica κ= 6,5 i de rigidesa dielèctrica 14× 106 V/m. Resp.: Amb el vidre en el condensador, el camp elèctric en l’aire és 3,49× 106 V/m, més gran que 3× 106 V/m.
  2. Un condensador està format per un sector cilíndric de mesura angular ϕ, de radi interior R 1 = 2 cm i de radi exterior R 2 = 2,5 cm. El condensador conté dos dielèctrics en forma de sector cilíndric, un dels quals té un gruix d 1 = 0,25 cm i una constant dielèctrica κ 1 = 2, mentre que l’altre té un mateix gruix d 2 = 0,25 cm i una constant dielèctrica κ 2 = 5, com es pot veure en el dibuix. Si s’aplica una tensió de 100 V entre els extrems d’aquest condensador, calculeu la diferència de potencial que hi haurà entre les superfícies cilíndriques de cada dielèctric. Resp.: V 1 = 73,6 V; V 2 = 26,4 V.
  3. Un condensador pla sense dielèctric té unes plaques de superfície S separades una distància d i es carrega a una tensió V. Un cop carregat, es desconnecta de la bateria i en una part del seu interior s’introdueix un dielèctric de constant κ = 2, de superfície S /2 i de gruix d , com es pot veure en el dibuix. Si σ 1 és la densitat superficial de càrrega lliure en la

placa conductora en contacte amb el dielèctric i σ 2 és la densitat superficial de càrrega lliure en la placa conductora en contacte amb l’aire, comproveu que:

( a ) La capacitat final del condensador és. 2

(^3 ) d

C = ε S ( b ) La tensió final entre les

plaques del condensador és. 3

(^2) V ( c ) La relació entre les densitats és σ 1 =^2 σ 2.

  1. Dos condensadors plans de les mateixes dimensions, formats per plaques quadrades de 2 cm de costat i d’1 mm de separació, es connecten en paral·lel a una tensió de 200 V. Inicialment, un dels dos condensadors conté un dielèctric de constant κ 1 = 4 i l’altre condensador té l’aire com a dielèctric. Un cop carregats els condensadors, es desfà la connexió de la bateria, es treu el dielèctric del condensador que en tenia i s’introdueix un dielèctric de constant κ 2 = 5 en el condensador que inicialment contenia aire. Determineu la càrrega elèctrica i la tensió finals en cada condensador. Resp.: Q 1f = 5,9× 10 −^10 C; Q 2f = 29,5× 10 −^10 C; V 1f = V 2f = V f = 166,7 V.

κ 2

κ 1 d 2 d 1

R 2 R 1

O

ϕ

d κκκκ

S