NOMBRE DE LA ASIGNATURA

UNIVERSIDAD LIBRE SEDE BOGOTÁ
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS
GUIAS DE CLASE
NOMBRE DE LA ASIGNATURA
FISICA ELECTRICA
MODULO DE TRABAJO No.
1
TALLER No.
1
TITULO
LEY DE COULOMB
DURACIÓN
BIBLIOGRAFIA SUGERIDA
FRANCIS W. SEARS ZEMANSKY
1-OBJETIVO
Analizar y entender una gran variedad de efectos muy ligados a nuestra vida diaria
Denominados fenómenos eléctricos así como situaciones en las cuales hemos de
Tratar con cargas puntuales generalmente en reposo.
2- CONCEPTOS
Al realizar experimentos con varios cuerpos eléctrizados se halla que puedan
separarse en dos grupos.
Los que eléctrizados unos a otros se repelen.
Los que eléctrizados unos a otros se atraen.
Esto nos lleva a la conclusión siguiente:
Existen dos tipos de cargas eléctricas: positivas y negativas.
Las cargas eléctricas del mismo signo se repelen y las cargas del signo contrario se
atraen.
Un cuerpo en su estado normal, posee un número de protones igual al número de
Electrones, si tal cuerpo pierde electrones tendrá un defecto de electrones, es
decir
Se presentará eléctrizado positivamente.
Si recibe eléctrones poseerá un exceso de estas partículas y estará electrizado
Negativamente.
La fuerza de interacción entre dos cargas eléctricas es proporcional al tipo de
dichas cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las
separa.
UNIVERSIDAD LIBRE SEDE BOGOTÁ
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS
GUIAS DE CLASE
3-EJEMPLOS
Una carga puntual positiva q
1
= 0,23uc, se coloca a una distancia r=3cm de
Otra carga puntual pero negativa q 2 =-0,60uc. Cálcule la fuerza entre las dos
cargas.
F=
kq 1 q 2
______
r2
F= 9x10 9
Nm2 2.3x10 −7 c.6 x10−7 c
.
c2
(3 x10 − 2 m) 2
F= 1.38 N
2- Dos cargas se encuentran en el eje positivo de las x. La carga q 1 =2x10 −9 c
está a 2cm del origen y la carga q 2 =-3x10 9 c a 4cm. ¿Cuál es la fuerza total
ejercida por estas cargas sobre una carga q 3 = 5x10 −9 c que está en el origen?
F 1 = 9x10 9 ( 2X10 −9 ) ( 5x10 −9 )
______________________ = 2.25 x 10
−4
( 0.02) 2
F 2 = 9x10 9 ( 2x10 −9 ) ( 5X10 −9 )
_____________________ = 0.84 X10 −4 N
( 0.04) 2
N
UNIVERSIDAD LIBRE SEDE BOGOTÁ
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS
GUIAS DE CLASE
Ef x = -2,25 x 10 −4 N+ 0,84x10 −4 N= -1,41 x 10 −4 N
3- ¿ Qué exceso de electrones ha de colocarse sobre cada una de dos pequeñas
esferas separadas 3 cm, si la fuerza de repulsión entre ellas ha de ser de
1x10 19 N?
F=
kq 2
r2
q= r
q= 0,03m
1000 ⊄
F
K
1x10 −9
= 1000c
9 x109
1E
__________
=
1
10 −16 E
1.6
1,6X10 −19 C
PREGUNTAS CONCEPTUALES
1-¿Cómo procedería usted para electrizar positivamente por inducción, una barra
metálica?
2- ¿Qué es la constante dieléctrica de un material?
3- Sean F 1 y F 2 las fuerzas de atracción o repulsión entre dos cargas eléctricas.
¿Es correcto afirmar que los sentidos de las fuerzas F 1 F 2
a)
b)
c)
d)
¿Son
¿Son
¿Son
¿Son
opuestas solamente cuando las cargas tienen signos opuestos?
iguales solamente cuando las cargas tienen signos iguales?
opuestos solamente cuando las cargas tienen signos iguales?
iguales solamente cuando las cargas poseen signos opuestos?
UNIVERSIDAD LIBRE SEDE BOGOTÁ
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS
GUIAS DE CLASE
e) ¿Son siempre opuestos cuales quiera que sean los signos de las cargas?
4) Considérese cuatro objetos electrizados A,B,C y D .
Se halla que A repele a B y atrae a C.
A su vez C repele a B. Sí sabemos que D está electrizado positivamente.
¿ Cuál es el signo de la carga en B?
4- EJERCICIOS
1- Dos cargas eléctricas puntuales se encuentran separadas a una distancia
de 4x10 −2 m y se repelen con una fuerza de 27x10 −4 N. Suponga que la distancia
entre ellos aumenta a 12x10 −2 m
a) ¿ Cuántas veces se incrementa la distancia entre las cargas?
b) ¿Cuál es el nuevo valor de la fuerza de repulsión entre las cargas?
2- Dos cargas eléctricas puntuales están separadas a una distancia de 15cm.
La distancia entre ellos se altera hasta que la fuerza eléctrica se vuelve 25 veces
Mayor.
¿Cuál es el nuevo valor entre la distancia de ambas cargas?
3) Dos cargas puntuales q 1 y q 2 se atraen en el aire con cierta fuerza F.
Suponga que el valor de q 1 se duplica y que el valor de q 2 se vuelve 8 veces
mayor. Para que el valor de la fuerza F permanezca invariable, la distancia r entre
q 1 y q 2 deberá ser:
a)
b)
c)
d)
e)
32 veces mayor
4 veces mayor
16 veces mayor
4 veces menor
16 veces menor
4) Dos pequeñas esferas, ambas con carga positiva, tienen una carga combinada
total de 4x10 −8 c .¿Cuál es la carga de esta esfera si su fuerza de repulsión es de
27x10 5 N cuando se encuentran separada 0,1 m?
UNIVERSIDAD LIBRE SEDE BOGOTÁ
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS
GUIAS DE CLASE
NOMBRE DE LA ASIGNATURA
FISICA ELECTRICA
MODULO DE TRABAJO No.
1
TALLER No.
2
TITULO
Campo eléctrico
DURACIÓN
BIBLIOGRAFIA SUGERIDA
FRANCIS W. SEARS ZEMANSKY
1-OBJETIVO
Introducir al estudiante en el estudio y la comprensión del campo eléctrico para
que éste sirva de soporte para el entendimiento y profundización de temas
posteriores.
2-COCEPTOS
En un punto des espacio existe un campo eléctrico cuando sobre una carga que
colocada en dicho punto, se ejerce una fuerza de origen eléctrico.
Una carga positiva colocada en un punto donde existe un campo eléctrico E, tiende
A desplazarse en el sentido de este campo y una carga negativa en el mismo sitio,
tiende a desplazarse en sentido contrario.
Si un conductor electrizado está en equilibrio electrostático, las cargas eléctricas se
Hallarán distribuidas en su superficie y el campo eléctrico será nulo en todos sus
puntos internos, el vector E está perpendicular a ella.
3-EJEMPLOS
1- ¿ Cuál es la intensidad del campo eléctrico que tiene una carga q=2x10 7 c y
sobre la cual actua una fuerza de 5x10 −2 N?
E=
F
q
E=
5 X 10−2 N
2 X 10− 7 C
E= 2.5X10 5 N/C
UNIVERSIDAD LIBRE SEDE BOGOTÁ
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS
GUIAS DE CLASE
2) Descargas puntuales q 1 y
q2
de
12x10 9 c
positiva y negativa
respectivamente , están separadas 10cm. Calcúlense los campos eléctricos creados
por estas cargas.
a 6cm a la derecha de q 1
E1
Kq1
r2
E 1 = 9x10 9 ( 12X10 −9 )
____________________ =
3x10 4 N/C
( 0.06) 2
E 2 = 9X10 9 ( 12X10 −9 )= 6.75x10 4 N/C
______________
(0.04)
( 3+6.75) x10 4 N/C= 9,75X10 4 N/C hacia la derecha
3) El campo eléctrico que se observa entre 2 placas paralelas y planas vale
E= 2x10 4 N/C y la distancia entre ellas es d=7mm.
Suponga que un electrón se deja libre y en reposo, cerca de la placa negativa.
¿Cuál es la magnitud de la fuerza eléctrica que actúa sobre el electrón?
F= qE
F=1,6x10 −19 .(2x10 4 )=3.2x10 −15 N
¿Cuál es el valor de la aceleración adquirida?
a= F/m
a=
3.2 x10−15
9,1x10− 31
a= 3.5x10 15 m/sg 2
UNIVERSIDAD LIBRE SEDE BOGOTÁ
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS
GUIAS DE CLASE
4) Una esfera de radio R= 8cm está electrizada negativamente con una carga
de valor Q= 3,2 uc, distribuida uniformemente en su superficie. Considere un
punto P situado a 4.0 cm de la superficie de la esfera.
¿ Cuál será la intensidad del campo eléctrico en P?
r= 8cm+4cm=12cm
E=
Kq
r2
E= 9X10 9 ( 3.2X10 −6 ) = 2x10 −6 N/C
_______________
( 1.2X10 −2 ) 2
Si una carga puntual negativa de valor q=3.5x10 −7 c se colocara en P ¿Cuál será
La magnitud de la fuerza eléctrica que actúa sobre ella?
F= qE
F= 3.5x10 −7 ( 2x10 −6 )
F= 0,7N
PREGUNTAS CONCEPTUALES
1- Considérese el campo eléctrico producido por dos cargas puntuales separadas
a cierta distancia . Supóngase que hay un punto en el que el campo es nulo;
¿Qué supone esto en relación con los signos de las cargas?
2) Un estudiante afirma que una unidad apropiada para la magnitud del campo
julio
¿ es correcto?
eléctrico es 1
cm
3) El campo eléctrico en el interior de un orificio esférico de un conductor es nulo.
¿ Es también cierto para un orificio cúbico?
UNIVERSIDAD LIBRE SEDE BOGOTÁ
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS
GUIAS DE CLASE
4) Al analizar la expresión E=
( verdadero o falso)
KQ
podemos hacer las observaciones siguientes:
r2
a) La intensidad E en un punto dado es inversamente proporcional a la carga Q.
c) La intensidad del campo eléctrico no depende de la carga de prueba.
5- EJERCICIOS
1-En cierto punto del espacio existe un campo eléctrico E= 5x10 4 N/C, horizontal
Hacia la izquierda.
Si colocamos una carga q en ese punto, observamos que tiende a desplazarse
Hacia la derecha por acción de una fuerza eléctrica de 0,20N.
Determine en uc el valor de q.
2- Una caja eléctrica puntual positiva q=4.5 uc se encuentra en el aire.
Considere un punto P situado a una distancia
r=30cm de q.
a) ¿ Cuál es la intensidad del campo en P?
b) Si el valor de q se duplicara ¿ cuantas veces mayor se volvería la intensidad
del campo en P?
c) ¿Cuál sería el nuevo valor del campo en P?
q 2 = -8x10 −7 c se encuentran en el
3- Dos cargas puntuales q 1 = 8x10 −7 C y
aire a una distancia de 20cm.
¿ Cuál es la magnitud del campo en el punto medio de la distancia entre ambas
cargas?
4) Que exceso de electrones ha de añadirse a un conductor esférico aislado
De 10cm de diámetro para producir un campo de 1.300 N/C de intensidad
En un punto inmediato fuera de la superficie?
5) Una carga eléctrica está uniformemente distribuida en torno a un semicírculo
De radio a con una carga total Q.
¿Cuál es el campo eléctrico en el centro de la curvatura?
UNIVERSIDAD LIBRE SEDE BOGOTÁ
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS
GUIAS DE CLASE
NOMBRE DE LA ASIGNATURA
FISICA ELECTRICA
MODULO DE TRABAJO No.
2
TALLER No.
3
TITULO
Potencial Eléctrico
DURACIÓN
BIBLIOGRAFIA SUGERIDA
FRANCYS W SEARS ZEMANSKY
1-OBJETIVO
Familiarizar al estudiante con los conceptos fundamentales de trabajo y energía
aplicados a la electricidad y magnetismo con el fin de lograr una mejor
comprensión de temas posteriores.
2-CONCEPTOS
Cuando un campo eléctrico realiza un trabajo
W sobre una caja de prueba
(positivas) q, la cual se desplaza desde un punto A hasta un punto B , la
diferencia de potencial o tensión Vab entre estos dos puntos es:
Vab=
Wab
q
Una carga positiva que se suelta en un campo eléctrico, tiende a desplazarse de
los puntos donde el potencial es mayor hacia los puntos donde es menor. Una
carga negativa tenderá a moverse en sentido contrario, es decir, de los puntos
donde el potencial es menor hacia aquellos donde es mayor.
UNIVERSIDAD LIBRE SEDE BOGOTÁ
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS
GUIAS DE CLASE
3- EJEMPLOS
1- Una carga positiva q=2x10 7 C se desplaza de A hacia B y realiza trabajo de
5x10 −3 J.
¿Cuánto vale la diferencia de potencial entre A y B ?
Vab=
Wab
q
Vab=
5 x10−3
= 2.5x10 4 V
−7
2 x10
2- Usando un aparato adecuado se midió la diferencia de potencial entre dos
placas planas y paralelas, encontrándose que Vab=300V . La distancia entre
A y B es de 5mm.
a) Calcúlese la intensidad del campo entre las placas
E=
Vab
d
E=
300
V
= 6x10 4
−3
5 x10
m
B) Suponga una carga q= 2x10 −7 C. ¿Cuánto vale la fuerza eléctrica que actúa
Sobre esta carga?
F= 2x10 −7 x 6x10 4 = 1.2x10 −2 N
F=q.E
c)¿ Cuánto vale el trabajo que el campo eléctrico realiza sobre la carga q?
Wab= Fd
Wab= 1.2x10 −2 x5x10 −3
Wab= 6x10 −5 J
UNIVERSIDAD LIBRE SEDE BOGOTÁ
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS
GUIAS DE CLASE
3) Una carga q= 2uc se desplaza entre los puntos A y
y r b = 60cm. Cálcule la diferencia de potencial Vab.
2 x10 −6
V a = 9x10
0.20
kq
Va =
ra
V b = 9x10 9
9
B con r a = 20cm
V a = 9x10 4 V
2 x10 −6
=3x10 4 V
0.6
V ab =V a -V b
V ab = 9x10 4 V-3x10 4 V= 6x10 4 v
V ab =6x10 4 V
4) Un tubo de vacio constante de un catodo y un anodo, con el anodo a un
potencial más alto.
Imaginemos que el potencial del anodo V a = 250V mayor que el potencial del
catodo y que se emite un electrón desde este último sin velocidad inicial.
¿Cuál es su velocidad cuando llega al anodo?
e ( V a - V b ) = eV ab =
Va
2eVAB /m
V a = 9.4x10 6 m/sg
1
1
mV 2 a- mV b
2
2
V2 a =
2.1.6 x10−19.250
9.1x10− 31
UNIVERSIDAD LIBRE SEDE BOGOTÁ
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS
GUIAS DE CLASE
PREGUNTAS CONCEPTUALES
1- Considérese un punto situado a una distancia r de una carga puntual
positiva Q. Siendo V el valor del potencial establecido por Q en ese punto,
responda:
a) Cuando r se duplica, ¿ Cuántas veces menor se vuelve el potencial V?
b) ¿ Y si se triplica el valor de V?
2) Si el campo eléctrico es nulo en cierta región del espacio, ¿ es también
nulo el potencial?
Si no lo es,¿ Qué puede decirse acerca de él?
3) Explique como se calcula el potencial en el campo establecido por una
esfera metálica electrizada, en puntos:
a) Exteriores a ella
b) De su superficie
c) De su interior
4) Siendo V 1 y V 2 los potenciales de dos cuerpos metálicos.
a) Si se les conecta mediante un conductor, ¿ En que condiciones habrá paso
de cargas eléctricas del uno hacia el otro?
b) Al producirse el paso de cargas, ¿ Cuál será el sentido de flujo de electrones
Entre estos dos cuerpos?
c) Cuando dicho flujo de cargas se interrumpe,¿ Cuál será la relación entre
V1 y V 2 ?
UNIVERSIDAD LIBRE SEDE BOGOTÁ
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS
GUIAS DE CLASE
EJERCICIOS
1) Dos placas metálicas grandes y paralelas que transportan cargas opuestas
Están separadas 0.1 m y la diferencia de potencial entre ellas es de 500V.
a) ¿ Cuál es la magnitud del campo eléctrico, si es uniforme en la región
comprendida entre las placas?
b) Calcúlese el trabajo realizado por este campo sobre una carga de 2x10 −9 c
Al moverse desde la placa de mayor potencial hasta la de menor.
2-Una carga eléctrica total de 4x10 −9 c está uniformemente distribuida sobre
La superficie de una esfera de 0.20 m de radio. Si el potencial es nulo en un
Punto en el infinito.
¿ Cuál es el valor del potencial?
a) En un punto sobre la superficie de la esfera
b) En un punto interior a la esfera a 0.1m de su centro.
3- Una carga de 2.5x10 −8 c está colocada en un campo eléctrico uniforme con
n
Dirección hacia arriba de magnitud 5x10 4
.¿Cuál es trabajo realizado por la
c
Fuerza eléctrica al mover la carga:
a) 45cm hacia la derecha
b) 80cm hacia abajo
c) 260cm formando un ángulo de 45° sobre la horizontal.
4- Dos cargas puntuales q 1 = 40x10 −9 c y q 2 = -30x10 −9 c están separadas
por una distancia de 10cm. El punto A es el punto medio entre ambas.
El punto B está a 8cm de q 1 y 6cm de q 2 . Hállese .
a) El potencial en el punto A
b) El potencial en el punto B
c) El trabajo necesario para transportar una carga de 25x10 −9 c desde B hasta A.
UNIVERSIDAD LIBRE SEDE BOGOTÁ
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS
GUIAS DE CLASE
NOMBRE DE LA ASIGNATURA
FISICA ELECTRICA
MODULO DE TRABAJO No.
3
TALLER No.
4
TITULO
CAPACITORES
DURACIÓN
BIBLIOGRAFIA SUGERIDA
FRANCIS W SEARS ZEMANSKY
OBJETIVO
Lograr en el estudiante la capacidad de análisis y comprensión del manejo de los
Condensadores, así como la función que desempeñan en el montaje de los
diferentes circuitos eléctricos.
CONCEPTOS
Dos conductores cualquiera separados por un aislador se dicen que forman un
capacitor . En la mayoría de los casos prácticos, los conductores suelen tener
cargas de igual magnitud y signo opuesto, de modo que la carga neta del capacitor
en conjunto es nula. Se define la capacitancia C de un capacitor como la relación
entre la magnitud de la carga Q cualquiera de los conductores y la diferencia de
potencial V ab entre ellos.
C=
Q
Vab
Para un capacitor de placas paralelas, la capacitancia es una constante
independiente de la carga del condensador y es directamente proporcional al área
de las placas en inversamente proporcional a su separación.
La función de un dieléctrico sólido entre las capas de un capacitor es triple.
Primero resuelve el problema mecánico de mantener dos láminas de metal
Grandes con una separación muy pequeña.
Segundo, cualquier material dieléctrico sometido a un campo eléctrico grande
experimenta una ruptura eléctrica.
UNIVERSIDAD LIBRE SEDE BOGOTÁ
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS
GUIAS DE CLASE
Tercero, la capacitancia de un capacitoir de dimensiones dadas es mayor cuando
hay un dieléctrico entre las placas que cuando estas están separadas unicamente
por el aire.
3 EJEMPLOS
1- Dos capacitores de 6uF y 3uF están en serie a una diferencia de potencial
de 18V. Calcular la capacitancia equivalente.
1 1 1
= +
c 6 3
C= 2uF
Calcular la carga Q
Q=cv Q= 2uFx18V=36uc
Calcular la diferencia de potencial a través de los capacitores.
V1=
36uc
= 6V
6uF
V2 =
36uc
= 12V
3uF
2- Un capacitor c 1 = 8uF y V 0 =120 V
a) ¿Cuál es su carga Q 0 ?
Q 0 = c1V 0
Q 0 =8uc.120V= 960uc
b) ¿Cuál es su energía inicial?
1
W= Q 0 V 0
2
1
W= 960uC.120V=0,0576J
2
c) Si se conecta en paralelo a un condensador descargado de 4uF¿ Cuál es la
Diferencia de potencial para cada condensador?
UNIVERSIDAD LIBRE SEDE BOGOTÁ
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS
GUIAS DE CLASE
Q 1 +Q 2 =Q 0
Q 1 =C,V
C 1 V+C 2 V = Q 0
V=
Q 2 =c 2 V
960uC
Q0
=
=80V
C1 + C2
12uF
3-Un capacitor de placas paralelas tiene una superficie de placa de 0,70m 2 y una
distancia de separación de 0,50mm
a) ¿Cuál es la capacitancia del capacitor?
C=
E0 A
d
C=
8,85 x10−12 x0,70
= 1,2x10 −8 F
−4
5 x10
b) Si un voltaje de 12V se coloca en las placas ¿Cuál es el campo eléctrico entre
Las placas y qué exceso de carga hay en cada una?
E=
V
d
E=
12V
=2.4x10 4 F
−4
5 x10 m
Q=12x10 −8 x12=1,4x10 −7 C
Q=CV
4- Un capacitor de placas paralelas con un área de placa de 0,50m 2 tiene una
Película de plástico de poliestireno, cuyo espesor es de 0.03m entre placas.
a) ¿Cuál es la capacitancia?
C=
KE0 A
d
C= 3.8x10 −7 F
C=
(2.6)(8,85 x10−12 )(0.50)
= 3.8x10 −7 F
3x10− 5
UNIVERSIDAD LIBRE SEDE BOGOTÁ
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS
GUIAS DE CLASE
b) Si el capacitor está conectado a una batería de 12 V ¿Cuánta energía se
almacena en el capacitor?
U=
1
CV 2
2
1
U= ( 3,8X10 −7 )( 12)=2.7X10 5 J
2
5- Dos capacitores de 4uF y 8uF están conectados en serie a una batería de
12 V.
a) ¿Cuál es la capacitancia equivalente?
C=
C1C2
C + C21
C=
4uF .8uF
= 2.7uF
4uF + 8uF
b) ¿ Cuál es la carga de cada capacitor?
Q= CV
Q= ( 2.7x10 −6 )(12)=3,2x10 −5 C
PREGUNTAS CONCEPTUALES
1- Dos capacitores idénticos están conectados en serie¿ Es la capacitancia
resultante mayor o menor que la de cada capacitor individual?
2- Un capacitor de carga conectándolo a una batería y a continuación se
desconecta del instrumento de carga y entonces se separan un poco las
placas.
¿Cómo varia el campo eléctrico y la diferencia de potencial?
3- Una plancha sólida de metal se introduce entre las placas de un capacitor sin
tocarlas. ¿ La capacitancia, aumenta, disminuye o mpermanece invariable?
4- ¿ Por qué cargar un capacitor es como inflar una llanta con una bomba de
mano?
5- En un capacitor de placas paralelas ¿ Cómo varia la capacitancia con:
a) el área de la placas
b) La distancia entre las placas
c) El voltaje aplicado
UNIVERSIDAD LIBRE SEDE BOGOTÁ
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS
GUIAS DE CLASE
EJERCICIOS
1- Un capacitor de aire está constituido por dos placas planas y paralelas
separadas 0.5m . La magnitud de la carga en cada placa es 0.01 uC cuando la
diferencia de potencial es de 20V.
a) ¿Cuál es la capacitancia?
b) ¿Cuál es el área de cada placa?
c) ¿Qué voltaje máximo puede aplicarse sin producir ruptura eléctrica?
2- Un capacitor tiene una capacitancia de 8.5 UF ¿Qué cantidad de carga ha de
quitarse para reducir en 50V la diferencia de potencial entre sus placas?
3- Un capacitor de 20 UF se carga a una diferencia de potencial de 1.000V.
Los terminales de capacitor cargado se conectan a los de otro capacitor
descargado de 5UF calcular:
a) La carga inicial del sistema?
b) La diferencia del potencial final a través de cada capacitor.
c) La energía final del sistema
4- Un capacitor posee una capacitancia de 75 PF en el aire y una capacitancia de
200 PF con un material dieléctrico entre sus placas. ¿ Cuál es la constante del
Dieléctrico del material?
5- Cuáles son las capacitancias mínima o máxima que pueden obtenerse
combinando tres capacitores con capacitancias de 0.5 , 1.0 y 1.5 UF ?
UNIVERSIDAD LIBRE SEDE BOGOTÁ
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS
GUIAS DE CLASE
NOMBRE DE LA ASIGNATURA
FISICA ELECTRICA
MODULO DE TRABAJO No.
4
TALLER No.
TITULO
CORRIENTE ELECTRICA Y FUERZA
ELECTROMITRIZ
DURACIÓN
BIBLIOGRAFIA SUGERIDA
FRANCYS W SEARS ZEMANSKY
OBJETIVO
Afianzar y entender el funcionamiento de los diferentes mecanismos donde operen
circuitos eléctricos.
CONCEPTOS
Cuando un campo eléctrico se establece en un conductor cualquiera, las cargas
Libres ahí presentes entran en movimiento debido a la acción de este campo.
Se expresa que este desplazamiento de cargas constituye una corriente eléctrica.
En los metales la corrientes está constituida por electrones libres en movimiento.
En los líquidos las cargas libres que se mueven son iones positivos y negativos.
Una carga negativa en movimiento siempre deberá imaginar como una carga
Positiva que se mueve en un sentido contrario.
Debido a esta conversión , cuando consideremos una corriente tendremos que
sustituir las cargas negativas reales en movimiento por cargas positivas
imaginarias que se mueven en sentido contrario. Dicha corriente imaginaria se
denomina corriente convencional.
Cuando una cantidad de carga qd pasa a través de una sección transversal
dada de un conductor, durante un intervalo de tiempo dt, la intensidad i de la
Corriente es:
i=
dq
dt
UNIVERSIDAD LIBRE SEDE BOGOTÁ
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS
GUIAS DE CLASE
La ley de ohm se puede sintetizar de la siguiente manera:
Para un gran número de conductores ( principalmente los metales), el valor
de la resistencia permanece constante y no deoende de la tensión aplicada al
conductor.
El influjo que hace mover la carga de un potencial menor a otro mayor se llama
Fuerza electromotriz.
EJEMPLOS
1- Tres resistencias conectadas en paralelo tienen los valores siguientes:
R 1 = 40
R 2 =60
R 3 =120 ohmios
a) ¿Cuál es el valor de la resistencia equivalente?
1
1 1
1
=
+
R
40 60 120
6
1|
=
R 120
R=20 ohmios
b)Considerando que la tensión establecida por la batería sea:
V ab = 12V, calcule la corriente que pasa por cada una de las resistencias.
i=
Vab 12
=
R1 40
i2 =
12
Vab
=
R2
60
i=0.30ª
i 2 = 0.20ª
UNIVERSIDAD LIBRE SEDE BOGOTÁ
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS
GUIAS DE CLASE
i3=
12
Vab
=
R3
120
i= 0,10A
b) ¿Cuál es el valor de la corriente total?
i= 0,30A+0,20A+0.10A
i= 0.60A
2- ¿ Cuales son las necesidades de corriente y la resistencia de una lámpara de
potencia 60W y voltaje 120 de una casa?
I=
60W
P
=
= 0.50A
V
120V
R=
120V
V
=
= 240 ohmios
C
0.5 A
3- Un circuito tiene dos baterías de 12 V y 4V con resistencias internas de 2 y 4
ohmios respectivamente, las resistencias del circuito son de 3 y 7 ohmios.
Hállese la corriente en el circuito
EE-EiR=0
-i4-4V-i7+12V-i2-i3=0
8V= 16i
i= 0.5A
4- Del ejercicio anterior, la energía transformada por unidad de tiempo
UNIVERSIDAD LIBRE SEDE BOGOTÁ
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS
GUIAS DE CLASE
en la fuente de 12 V es:
Ei= 12V( 0.5A)= 6W
La energía disparada por unidad de tiempo en la fuente es:
I 2 r= ( 0.5A) 2 ( 2) = 0.5W
La salida de potencia de la fuente es de 6W – 0.5W = 5.5W
La energía disparada por unidad de tiempo en las resistencias de 3 y 7 ohmios
son:
( o.5A) 2 (3) = 0.75W
( 0.5A)
2
( 7) = 175W
La energía transformada por unidad de tiempo en la fuente inferior es:
Ei= 4x( 0.54) = 2W
La disipación de energía por unidad de tiempo en esta fuente es :
i 2 r = ( 0.5A ) 2 ( 4)= 1W
La potencia de entrada a esta fuente es: 2W+1W=3W
PREGUNTAS CONCEPTUALES
1-En el caso de las resistencias de un circuito en serie ¿Cómo cae el voltaje
A través de las resistencias relacionadas con el incremento de voltaje de la
batería?
2-¿Es la resistencia equivalente en serie siempre mayor que la menor resistencia
en una resistencia en serie?
UNIVERSIDAD LIBRE SEDE BOGOTÁ
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS
GUIAS DE CLASE
Explique su respuesta.
3-¿Cómo se relacionan las corrientes a través de las resistencias en paralelo con
la corriente obtenida de la batería?
4-¿Cuáles son los principios físicos que intervienen en:
a) La ley de los voltajes
b) La ley de las corrientes de kirehhoff?
5- Escriba la diferencia entre entre nudo y malla
EJERCICIOS
1- ¿Qué resistencias han de conectarse en serie con un resistor de 10 Ω dentro
de un circuito con una fuente de 120V , para que por el circuito fluya una corriente
de 2.4A¿
2- Tres resistores de 10,20.30 l se conectan en serie con una batería de 12V
a) ¿Cuál es la caída de voltaje en cada uno de los resistores?
b) ¿Cuánta potencia se disipa en cada uno?
3- ¿Qué resistencia debería conectarse en paralelo con un resistor de 5 Ω dentro
de un circuito que tiene una fuente de 12V, para que se extrajera de la fuente
una corriente de 3A?
4- Si a usted le dieran tres resistores de 10 Ω ¿ Qué valores diferentes de
resistencia podría introducir en el circuito empleando un número cualquiera de
los tres resistores.?
5- Cálcule las corrientes en el circuito con V 1 = 20V
R2 = 1Ω
R 3 =5 Ω
V 2 = 6V
R 1 =4 Ω
6-¿ Cuál es la corriente que fluye por cada uno de los resistores en el circuito
de la figura?
UNIVERSIDAD LIBRE SEDE BOGOTÁ
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS
GUIAS DE CLASE
NOMBRE DE LA ASIGNATURA
FISICA ELECTRICA
MODULO DE TRABAJO No.
5
TALLER No.
TITULO
CAMPO MAGNECO
DURACIÓN
BIBLIOGRAFIA SUGERIDA
FRANCYS W. SEARS ZEMANSKY
OBJETIVO
Mostrar al estudiante la relación estrecha que existe entre los fenómenos
magnéticos y los fenómenos eléctricos y su aplicación a la industria y desarrollo
Tecnológico.
CONCEPTOS
Los palos de un imán reciben las denominaciones de polo magnético norte
Y polo magnético sur de acuerdo con la siguiente convención polo norte de un
imán es aquel que sus extremos que cuando el imán puede girar libremente
apunta hacia el norte geográfico de la tierra. El extremo que apunta hacia el sur
Geográfico es el polo sur.
Cuando dos cargas eléctricas están en movimiento, entre ellas se manifiesta,
además de la fuerza electroestática, otra fuerza que recibe el nombre de fuerza
Magnética.
Una carga en movimiento crea en el espacio que la rodea un campo magnético
Que actuará sobre otra carga también móvil, y ejercerá sobre esta última una
Fuerza magnética.
Cuando una partícula electrizada positivamente con carga q , se mueve con una
velocidad V por un punto donde existe un campo magnético B 1 queda sujeta a la
acción de una fuerza magnética F que tiene las características siguientes:
a) Magnitud F = Bqv sen θ , donde θ es el ángulo entre V y B
b) Dirección: F= es perpendicular a V y B
c) Sentido: dado por la regla de la mano derecha
UNIVERSIDAD LIBRE SEDE BOGOTÁ
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS
GUIAS DE CLASE
Si q fuese negativa, el sentido de la fuerza magnética será contrario al que se
Obtiene para la carga positiva.
EJEMPLOS
1- En un punto P existe un campo magnético B en la dirección de la recta CD.
Cuando un protón pasa por ese punto con una velocidad V= 2x10 4 m/seg, actúa
Sobre él una fuerza magnética F= 4x10 −15 N, perpendicular al plano.
a) Determine la magnitud campo magnético B que existe entre el punto P
F
B=
qv sen θ
4 x10−15
B=
= 1,5x10 −2 T
−19
6
1.6 x10 x 2 x10
B= 1.5x10 −2 T
b) Supongamos que un electrón es lanzado a fin de que pase por el punto
P con una velocidad de 1x10 7 m / g perpendicular.
Halle la magnitud de la fuerza magnética que actúa sobre el electrón.
F= BqV = 1.5x10 −2 x 1.6x10 −19 x 1x10 7 F= 2.4x10 −14 N
2- Un alambre largo y recto que pasa por el borde derecho externo de la pagina
, porta una corriente de 2.5A, en una dirección convencional desde la parte
inferior hasta la parte superior de la pagina. Si hay un campo magnético uniforme
de 2x10 −4 Wb/m 2 hacia abajo ( perpendicular al plano de la página)
¿Cuál es la fuerza por unidad de longitud en el alambre?
E
=IB sen 90°= ( 2.5ª)(2x10 −4 )(1,0) 5=5x10 −4 N/m
l
2) Un galvanómetro tieneuna resistencia de bobina de 2,5 ohms y la corriente de
La bobina para una deflexión ( desviación) a escala completae es de 1mA. ¿Cuál
Es la resistencia de desviación que se necesita para convertir el galvanómetro en
UNIVERSIDAD LIBRE SEDE BOGOTÁ
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS
GUIAS DE CLASE
Un medidor de 1amp?
R=
10−3 (25)
IcRc
=
= 0.025 ohms
Im ax − Ic 1 − 0.001
PREGUNTAS CONCEPTUALES
1- ¿Qué son los campos magnéticos y a que se deben?
2- ¿Cómo se construyen los imanes permanentes?
3- ¿Son las agujas atraídas hacia ambos polos de un imán de barra? Explique por
que son atraídas o por qué no.
4- ¿Tienen los polos magnéticos puntos definidos de ubicación? Explique el
concepto de polos en términos de electromagnetismo.
5- Si a los polos de un imán se les diera designaciones inversas ¿Cambiaría esto
La ley de los polos?
Explique su respuesta.
EJERCICIOS
1- Un largo alambre recto y vertical transporta una corriente de 20ª en direccióna
Ascendente.¿ Cuál es el campo magnético a una distancia de 50cm al este del
Alambre?
2- Un largo alambre recto y vertical se dirige al norte y al sur.
Se desea producir un campo magnético de 2x10 −6 Wb/m 2
Verticalmente en un punto, 40cm al este del alambre.
¿Cuáles deberían ser las magnitudes y la dirección de la corriente en el alambre?
3-Una espira circular de alambre con un diámetro de 20cm transporta una
corriente de 10ª. ¿Cuál es la magnitud del campo magnético en el centro de la
espira?
4-¿Cuál es la fuerza sobre un electrón que se desplaza a una velocidad de
2.5x10 4 m/seg hacia el oeste de un campo magnético horizontal de 6x10 −5 T,
si el electrón se desplaza
a) paralelamente al campo
UNIVERSIDAD LIBRE SEDE BOGOTÁ
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS
GUIAS DE CLASE
b) perpendicularmente al campo
6- Una partícula con carga de 3uc se mueve con una rápidez de 4x10 3 m/seg
Hacia el este. Un campo magnético horizontal de 25x10 −4 se dirige hacia el
Noroeste.
¿Cuál es la fuerza magnética que actúa sobre la partícula.