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TAREA 2. Principios de Electricidad y Magnetismo 1000017 G12N17 RENÉ. 1. Calcule el número de partículas que hay en un centímetro cúbico en el medio ambiente.
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TAREA 2 Principios de Electricidad y Magnetismo 1000017 G12N17 RENÉ
1. Calcule el número de partículas que hay en un centímetro cúbico en el medio ambiente • Si deseamos calcular el numero de partículas en el ambiente, asumiendo que el numero de partículas es en el aire, debemos tener en cuenta que en cada lugar tenemos un número diferente de partículas, debido a las condiciones de presión y temperatura. Por ejemplo: en nuestra ciudad , Bogotá, contamos con la supervisión del Ideam, con la información de la presión (560 mmhg) y la temperatura promedio (13,5 C) podemos usar la típica formula termodinámica de los gases, PV=RnT
Despejamos de PV=RnT • V= • R=8,314 • P= • T= 13,5 +273,15= 286,65 K • Despejando n= =
2. Qué es un Coulomb? • El culombio o coulomb (símbolo C) es la unidad derivada del sistema internacional para la medida de la magnitud física cantidad de electricidad (carga eléctrica). Nombrada en honor del físico francés Charles-Augustin de Coulomb. Se define como la cantidad de carga transportada en un segundo por una corriente de un amperio de intensidad de corriente eléctrica. El culombio puede ser negativo o positivo. El culombio negativo es la carga producid por electrones. El culombio positivo se obtiene de tener un defecto de electrones , o una acumulación equivalente de cargas positivas.
3. ¿Cuántos electrones tiene una partícula cuya carga eléctrica es un Coulomb y cuál es su masa en kg?
4. Cuántos protones tiene una partícula cuya carga eléctrica es un Coulomb y cuál es su masa en kg • La carga eléctrica mide cuántos electrones le sobran o faltan a un cuerpo. Si le faltan, decimos que tiene carga positiva; si le sobran, negativa. Como la cantidad de electrones que faltan o sobra es enorme, se define en Coulomb (C). Para que la carga eléctrica sea de un coulomb la partícula debe tener exceso de protones, por lo cual debe tener mínimo en exceso , por lo cual. kg
5.Haga un estimado de las dimensiones de las partículas arriba mencionadas. Suponga que cada partícula esta confinada en un volumen de un Amstrong cúbico. • Tomando la suposición dada en el enunciado, tendremos en cuenta que las dos partículas antes mencionadas tienen el mismo numero de elementos electrones , o, protones (e o p). Partimos de allí. =
6. Cuál es el campo eléctrico que "siente" un electrón en un átomo de Hidrógeno? Si • Primero hallamos la fuerza eléctrica ejercida sobre el electrón. La distancia de separación entre el protón y el electrón es de , las cargas del electrón y el protón son la misma pero con signo contrario, signo que indicara atraccion. • Usando
7. Usando la Ley de Coulomb calcule la Fuerza Eléctrica, en Newtons, que el campo eléctrico de un protón le hace a un electrón en un átomo de Hidrógeno? • Usando la fuerza eléctrica hallada en el punto anterior tenemos que: Usando
8. Calcule la Fuerza Gravitacional con la que es atraído un electrón por un protón, en un átomo de Hidrógeno. Compárela con la Fuerza Eléctrica. • La fuerza eléctrica fue usada en los dos puntos anteriores. • La fuerza gravitacional será • , es decir la fuerza eléctrica es 39 ordenes de magnitud mayor que la fuerza gravitacional.
9. Cuáles son las unidades del campo eléctrico • La unidad de campo eléctrico en el SI es Newton sobre Coulomb o también puede ser voltio por metro: • Expresándolo en las unidades básicas del SI: • Expresándolo en ecuación dimensional:
10. Qué es un dispositivo denominado capacitor (también conocido como condensador o filtro), describa sus características • Los condensadores o capacitores son dispositivos diseñados para almacenar energía por medio de su campo eléctrico. • Un capacitor está compuesto por dos placas conductoras separadas por un aislante (o dieléctrico)
Donde C es la capacitancia, que viene dada por • Donde A es el área de la superficie de la placa, d es la distancia entre placas y es la permitivad del material dieléctrico. • La cantidad de carga almacenada, representada por q, es directamente proporcional a la tensión aplicada v, de modo que:
11. Calcule el campo eléctrico en el interior de un capacitor. • Si suponemos que tenemos un capacitor plano, que está conformado por 2 placas de metal, cada una con un área superficial A, entonces, como primera medida, podemos saber que el condensador solo tendrá campo eléctrico en la zona ubicada entre las placas en la imagen interior se ve que la carga es • Gráficamente sabemos que las líneas de campo externas se cancelan, y que internamente equivale a 2E, pero que significa la expresión equivalente?
Bien, esta expresión viene de un análisis hecho con la ley de gauss que dice así: Para averiguar el campo eléctrico del condensador, primero tenemos que averiguar el campo eléctrico de las dos placas, para ello, es conveniente usar un análisis de Gauss para una placa infinita, ya que la distancia entre las placas de los condensadores es relativamente pequeña al área de las placas.
Para una placa indefinida cargada, la aplicación del teorema de Gauss requiere los siguientes pasos: • 1.-A partir de la simetría de la distribución de carga, determinar la dirección del campo eléctrico. La dirección del campo es perpendicular a la placa cargada, hacia afuera si la carga es positiva y hacia la placa si la carga es negativa. 2.-Elegir una superficie cerrada apropiada para calcular el flujo • Tomamos como superficie cerrada, un cilindro de base S, cuya generatriz es perpendicular a la placa cargada. El flujo tiene dos contribuciones Flujo a través de las bases del cilindro: el campo y el vector superficie son paralelos. E·S1+E·S2=2EScos0º=2ES Flujo a través de la superficie lateral del cilindro. El campo E es perpendicular al vector superficie dS, el flujo es cero. El flujo total es por tanto; 2ES
3. Determinar la carga que hay en el interior de la superficie cerrada La carga (en la figura de color rojo) en el interior de la superficie cerrada vale q=σ S, donde σ es la carga por unidad de superficie 4.-Aplicar el teorema de Gauss y despejar el módulo del campo eléctrico Donde es la carga del condensador =Capacitancia*Tensión es el área de una de las placas, es la permisividad del vacío , y es la resistividad del material.
Haciéndolo de otra forma, El campo eléctrico dentro de el se considera constante, y depende de la diferencia de potencial inducido (V)y la distancia entre las placas (D): E=V/D
12. Qué es un electrómetro?. Puede hacer uno de bolsillo con materiales caseros, con un costo de menos de $50.oo? • Se denomina electrómetro a un electroscopiodotado de una escala. • Un electroscopio o electrómetro es un instrumento que permite determinar la presencia de cargas electrostáticas y si la polaridad es igual o contraria. • Con un electroscopio no se puede determinar la polaridad + o -, ya que la carga en si obedece un convenio de signos, sí queremos conocer el signo de la carga debemos conocer el tipo de carga con que esta cargado el electrómetro.
BIBLIOGRAFÍA • http://bart.ideam.gov.co/wrfideam/bogota/indx.php • http://es.wikipedia.org/wiki/Culombio • http://www.resueltoscbc.com.ar/teoricos/biofisica/pdf/T4-2.pdf • http://es.wikipedia.org/wiki/Culombio • http://es.scribd.com/doc/11795109/Que-Es-Un-Coulomb • http://es.wikipedia.org/wiki/Electr%C3%B3metro
