Física GUÍA PRÁCTICA Electricidad I: electricidad estática Nº 1. Programa Electivo Ciencias Básicas Ejercicios PSU En el proceso de carga por inducción siempre existe traspaso de I) II) III) electrones. neutrones. protones. Es (son) correcta(s) A) B) C) D) E) 2. Al poner en contacto dos cuerpos conductores, uno cargado positivamente y otro neutro, se espera que A) B) C) D) E) 3. solo I. solo II. solo III. solo I y III. I, II y III. ambos cuerpos queden cargados positivamente. un cuerpo quede positivo y el otro negativo. ambos cuerpos queden cargados negativamente. ambos cuerpos queden neutros. los cuerpos mantengan su estado de carga eléctrica original. Para lograr que la fuerza eléctrica entre dos cuerpos cargados aumente, se puede I) II) III) aumentar el valor de la carga eléctrica en los cuerpos. cambiar el signo de la carga de alguno de los cuerpos. aumentar la separación entre los cuerpos. GUICEL001FS11-A16V1 Es (son) correcta(s) A) B) C) D) E) solo I. solo II. solo III. solo I y II. I, II y III. Cpech 1 Ciencias Básicas Electivo Física 4. 5. ¿Cuál(es) de los siguientes métodos de electrización requiere(n) que uno de los cuerpos haya sido eléctricamente cargado en forma previa? I) II) III) Frotamiento Contacto Inducción A) B) C) D) E) Solo I Solo II Solo III Solo II y III I, II y III Un cuerpo cuyo estado de carga eléctrica es desconocido se ha acercado a un péndulo eléctrico neutro, ocurriendo lo que muestran las siguientes figuras. Cuerpo Péndulo eléctrico Situación inicial Situación final Respecto de la situación final, es correcto afirmar que A) B) C) D) E) 6. el péndulo no se ha polarizado. el cuerpo no está eléctricamente neutro. el cuerpo está cargado positivamente. el cuerpo está cargado negativamente. el péndulo se ha cargado negativamente. Tres esferas muy pequeñas, iguales y cargadas, se encuentran sujetas y alineadas sobre un plano horizontal muy liso, tal como muestra la figura. + -q d q 4 -q d Al abandonar el sistema, de modo que las esferas se puedan mover libremente, se observa que A) B) C) D) E) 2 Cpech las esferas con carga negativa permanecen en sus posiciones y la esfera con carga positiva se mueve hacia la derecha. las esferas permanecen en sus posiciones. la esfera con carga positiva se mueve por la perpendicular a la línea que une las cargas. las esferas con carga negativa se mueven hacia la esfera con carga positiva, la cual permanece en reposo. las esferas con carga negativa se alejan por la línea que las une y la esfera con carga positiva permanece en reposo. GUIA PRÁCTICA 7. 8. 9. Al frotar una barra de caucho con un trozo de lana, la barra queda electrizada negativamente. Si ambos cuerpos se encontraban inicialmente neutros, entonces es correcto afirmar que I) II) III) el trozo de lana queda electrizado. la barra de caucho recibió electrones. el trozo de lana queda con déficit de electrones. A) B) C) D) E) Solo I Solo II Solo III Solo I y II I, II y III Un cuerpo electrizado positivamente se acerca a la esfera de un electroscopio neutro. En estas condiciones, es correcto afirmar que I) II) III) el electroscopio se polariza, quedando sus hojas con carga de signo positivo. el electroscopio se polariza, quedando su esfera con carga de signo negativo. al retirar la barra, el electroscopio queda electrizado positivamente. A) B) C) D) E) Solo I Solo II Solo III Solo I y II I, II y III Tres esferas conductoras idénticas A, B y C, muy cercanas, neutras y colgadas de hilos no conductores, están separadas la misma distancia, tal como muestra la figura. A B C Si dos de las esferas son cargadas, quedando estas con los siguientes estados de carga: A positiva, B negativa y C neutra, entonces se espera que, inmediatamente después de ser cargadas, I) II) III) B atraiga a la esfera A. C y B se atraigan. A repela a B. Es (son) correcta(s) A) B) C) D) E) solo I. solo II. solo III. solo I y II. solo II y III. Cpech 3 Ciencias Básicas Electivo Física 10. Si un cuerpo A, electrizado positivamente, atrae a otro cuerpo B de material aislante, entonces el cuerpo B puede estar I) II) III) cargado negativamente. neutro. cargado positivamente. Es (son) correcta(s) A) B) C) D) E) 11. solo I. solo II. solo III. solo I y II. solo II y III. Un cuerpo está cargado negativamente cuando tiene un I) II) III) alto número de electrones libres. déficit de electrones. exceso de electrones. Es (son) correcta(s) A) B) C) D) E) 12. Se tiene un electroscopio cargado negativamente, producto de lo cual se produce una pequeña separación de sus hojas. Si en estas condiciones se aproxima a la esfera del electroscopio otra esfera, cargada negativamente con una cantidad de carga considerablemente mayor a la del electroscopio, tal como muestra la figura, se espera que las hojas del electroscopio A) B) C) D) E) 4 solo I. solo II. solo III. solo I y II. solo I y III. Cpech se separen aún más. se acerquen. permanezcan igual. se carguen positivamente. se polaricen. GUIA PRÁCTICA 13. La siguiente expresión corresponde al módulo F de la fuerza electrostática que actúa entre dos cargas puntuales, de magnitudes q1 y q2, separadas una distancia r, y en donde k es la constante de Coulomb. q ·q F=k· 1 2 2 r Un grupo de alumnos, con la finalidad de comprobar la validez de esta expresión y haciendo uso de un complejo modelo experimental, logra obtener la siguiente tabla de valores. Número de medición 1 2 3 4 5 q1 [statcoulomb] q2 [statcoulomb] r [cm] F [dinas] 20 20 20 20 20 30 30 30 30 30 1 10 20 40 100 600 6 1,5 0,375 0,06 Considerando la información contenida en la tabla y la expresión presentada, ¿cuál de las siguientes clasificaciones es la correcta? 14. Variable dependiente A) Distancia entre las cargas Variable independiente Constante de Coulomb B) Magnitud de la fuerza electrostática Magnitud de la carga q1 C) Distancia entre las cargas D) Magnitud de la fuerza electrostática Magnitud de la fuerza electrostática Distancia entre las cargas E) Magnitud de la carga q2 Constante de Coulomb Una barra aislante P, electrizada positivamente, se coloca en las proximidades de uno de los extremos de otra barra metálica B (fija), no electrizada y conductora. La esfera conductora E, también descargada, está suspendida por un hilo aislante próxima al otro extremo de la barra B, tal como lo muestra la figura. + +++ P B E En estas condiciones, es correcto afirmar que I) II) III) la barra B se polariza. la esfera E se polariza. la barra B y la esfera E se atraen. A) B) C) D) E) Solo I Solo II Solo III Solo I y II I, II y III Cpech 5 Ciencias Básicas Electivo Física 15. Al poner en contacto un cuerpo conductor A, de carga QA= +10 [C], con otro cuerpo conductor B, de carga QB = –6 [C] y luego separarlos, siempre se cumple que (qA, qB cargas finales de los cuerpos A y B, respectivamente) I) II) III) QA + QB = qA + qB qA y qB son positivas. qA = + 2 [C] y qB = + 2 [C] Es (son) correcta(s) A) B) C) D) E) 16. Al acercar un cuerpo A, cargado positivamente, a otro cuerpo conductor B, neutro, y luego conectar este a tierra por un breve tiempo, es correcto afirmar que el cuerpo B A) B) C) D) E) 17. solo I. solo II. solo III. solo I y II. I, II y III. cede electrones a la tierra. cede protones a la tierra. capta electrones desde la tierra. se polariza, permaneciendo neutro. queda con déficit de neutrones. La figura muestra esferas conductoras idénticas, aisladas del entorno, que cuelgan de hilos no conductores. Q P S Respecto de las interacciones entre las esferas, ¿cuál de las siguientes opciones es correcta? A) B) C) D) E) 6 Cpech En P, las esferas están cargadas negativamente. En Q, al menos una de las esferas se encuentra neutra. En Q, una esfera tiene carga positiva y la otra se encuentra polarizada por la primera. En S, al menos una de las esferas se encuentra cargada. En S, las esferas tienen carga de igual signo. GUIA PRÁCTICA 18. Dos cargas iguales, separadas una distancia d, se repelen con una fuerza de módulo F1. Cuando se triplica la distancia de separación y se disminuye una de las cargas a la mitad, el módulo de la F nueva fuerza de repulsión es F2. ¿Cuál es la razón 1 ? F2 A) B) C) D) E) 19. Se tienen dos cuerpos conductores: A, neutro, y B con una carga de +6q. Si los cuerpos se tocan entre sí y luego se separan, ¿cuál de las siguientes alternativas corresponde a la carga correcta con la que queda el cuerpo B? A) B) C) D) E) 20. 1:9 1 : 18 2:1 2:9 18 : 1 Neutro Positivo Negativo Positivo, con carga +3q Negativo, con carga 3q Tres esferas conductoras idénticas, eléctricamente aisladas del entorno, tienen cargas +12 [C], +18 [C] y 6 [C]. Si se ponen en contacto y luego se separan, entonces es correcto afirmar que A) B) C) D) E) la suma total de sus cargas finales es 36 [C]. dos de las esferas quedan positivas y una negativa. cada una de las esferas queda con una carga de 8 [C] . una esfera queda neutra y las otras dos con carga positiva. cada esfera queda con una carga de 24 [C]. Cpech 7 Ciencias Básicas Electivo Física Tabla de corrección Ítem 8 Cpech Alternativa Habilidad 1 Reconocimiento 2 Reconocimiento 3 Comprensión 4 Reconocimiento 5 Comprensión 6 Aplicación 7 Comprensión 8 Comprensión 9 ASE 10 Comprensión 11 Reconocimiento 12 ASE 13 ASE 14 ASE 15 Comprensión 16 Comprensión 17 Comprensión 18 ASE 19 Comprensión 20 Aplicación GUIA PRÁCTICA Resumen de contenidos El átomo Es la unidad fundamental de la materia. Está compuesto, básicamente, por tres tipos de partículas: protones, electrones y neutrones. Electrón Los protones y neutrones se encuentran en el núcleo, los electrones giran a su alrededor. Los protones y neutrones poseen una masa aproximadamente igual. En cambio, la masa del electrón es alrededor de 1.840 veces menor que la del protón. Protón Neutrón Carga eléctrica Es una propiedad de la materia. Los electrones poseen carga negativa y los protones poseen carga positiva. Los neutrones no poseen carga eléctrica. El protón (p+) posee igual cantidad de carga que el electrón (e ), pero de signo contrario: carga p+ = – carga e La unidad de medida de la carga eléctrica es: S.I.: coulomb [C] C.G.S: statcoulomb [stC] La cantidad de carga del electrón se denomina “ carga fundamental” y su valor es: qe- = 1,6 · 10-19 [C] Cuerpos cargados Cuando un átomo posee igual número de protones que de electrones, se dice que se encuentra neutro. Si un átomo posee mayor número de electrones que de protones, se dice que se encuentra con carga eléctrica negativa. Si posee menor número de electrones que de protones, se dice que se encuentra con carga eléctrica positiva. Un cuerpo se encuentra eléctricamente cargado cuando sus átomos poseen carga eléctrica. Cpech 9 Ciencias Básicas Electivo Física Leyes de los cuerpos cargados 1. Ley de los signos Cargas iguales se repelen y cargas distintas se atraen. Esto significa que: + Los protones se repelen entre sí. + Los electrones se repelen entre sí. Los protones y electrones se atraen. 2. + Ley de Coulomb La ley de Coulomb establece la magnitud de la fuerza electroestática con que se atraen o repelen dos cargas puntuales. r Fuerza + + q1 q2 Fe = k · Donde: Fe : módulo de la fuerza electroestática. q1 : magnitud de la carga 1. q2 : magnitud de la carga 2. r : distancia entre las cargas q1 y q2. k : constante de proporcionalidad. Unidades para la constante de proporcionalidad k: N ∙ m2 C2 2 C.G.S.: k = 1 dina ∙ cm stC2 S.I.: 10 Cpech k = 9∙109 q1 · q2 r2 Fuerza GUIA PRÁCTICA 3. Ley de conservación de la carga En todo proceso la carga eléctrica se conserva; es decir, todas las cargas que habían al inicio deben estar al final. Lo anterior se puede expresar diciendo que: la suma de las cargas iniciales (Q) debe ser igual a la suma de las cargas finales (q): cuerpo A cuerpo A + QA qA + + + QA : carga inicial de A qA : carga final de A QA + QB = qA + qB Interacción entre los cuerpos A y B + QB + + cuerpo B 4. + qB QB : carga inicial de B qB : carga final de B cuerpo B Conservación de la carga fundamental Un cuerpo solo puede recibir o ceder cantidades de carga determinadas por un número entero de electrones. La mínima carga permitida en la naturaleza es aquella que posee el electrón; es la “carga fundamental”. No se puede “partir” un electrón para traspasar un pedacito a otro átomo. Los electrones siempre se transportan “enteros” Durante un proceso de carga, los cuerpos solo pueden ceder o recibir un número entero de electrones. Entre un átomo y otro solo se pueden transferir electrones; no es posible mover neutrones ni protones. Métodos de carga Los métodos de carga son tres procedimientos mediante los cuales podemos cargar eléctricamente un cuerpo: • Carga por frotamiento o frotación Condiciones iniciales: Dos cuerpos neutros, de distinto material, se frotan entre sí. Condición final: Uno de los cuerpos traspasa electrones (cargas) al otro, terminando ambos con igual cantidad de carga, pero de signo opuesto. Ejemplo Dos cuerpos (neutros) Al frotarlos, uno cede cargas al otro e Ambos terminan cargados ++ + + + Cpech 11 Ciencias Básicas Electivo Física • Carga por contacto Condiciones iniciales: Dos cuerpos, uno neutro y otro cargado, se ponen en contacto y luego se separan. Condición final: Uno de los cuerpos cede electrones al otro, terminando ambos con carga del mismo signo. Ejemplo e QA = 0 QB = + + + + ++ B A qA= + qB= + + + + + + + + A B A + + + B El signo con que terminan ambos cuerpos es el signo de la carga del cuerpo inicialmente cargado. En general, no es posible determinar la cantidad de carga con que termina cada cuerpo. • Carga por inducción Condiciones iniciales: Dos cuerpos, uno neutro (llamado inducido) y otro cargado (llamado inductor) se acercan, sin tocarse. Condiciones finales: El cuerpo inducido (neutro) se polariza. Si estando polarizado el inducido es conectado a tierra, se carga con signo contrario al inductor. Durante la polarización, inductor e inducido experimentan atracción. Ejemplo + + + + + Cuerpo inducido (neutro) Cuerpo inductor (cargado) El cuerpo inducido se polariza + ++ ++ + + + + + El cuerpo inducido adquiere carga eléctrica Se conecta a tierra El péndulo eléctrico Máquina electrostática que sirve para detectar el estado de carga eléctrica de un cuerpo. Estando el péndulo neutro, al acercarle un cuerpo cargado se polariza, produciéndose atracción entre ambos. De esta manera se puede saber si un cuerpo se encuentra o no eléctricamente cargado. El electroscopio Se trata de otra máquina electrostática que, al igual que el péndulo eléctrico, acusa el estado de carga de un cuerpo. Al poner en contacto (o solo acercar) un cuerpo cargado con la esfera (neutra) del electroscopio, las láminas metálicas de este se separan. 12 Cpech + + + + Electroscopio neutro + + + + + + Electroscopio cargado Registro de propiedad intelectual de Cpech. Prohibida su reproducción total o parcial.