EM2011Serie de Problemas 01

-Problemas Fundamentales-

G09NL08 EdwinUniversidad Nacional de Colombia

Depto de Física

Mayo 2011

Faraday

1. Una barra conductora, de longitud L, se mueve, con velocidad V, hacia la derecha sobre un conductor con forma de U en un campo magnético uniforme que apunta hacia fuera de la página.Averiguar la fuerza electromotriz inducida en función de B, L y V.

• Como la barra se mueve sobre el conductor, se reduce el área por donde avanza el campo magnético, genera un flujo de campo magnético, debido a la ley de Faraday.

Capacitores2. Calcule la capacitancia de un capacitor de

placas paralelas que miden 20 cm x 30 cm y están separadas por una brecha de aire de 1 mm.

a) cuál es la carga en cada placa si a través de ellas se conecta una batería de 12VDC?

El área de cada placa será y , luego

• b) estime el área para construir un capacitor de 1 Faradio.

2112

00 6.550,359,112

109,8

001.01 m

Fm

mF

dCA

d

AC

Energía almacenada en un capacitor(de una unidad de flash en una cámara fotográfica)

3. Cuánta energía eléctrica puede almacenar un capacitor de 150 microfaradios a 200 V?

4. Si dicha energía se libera en 1 milisegundo cuál es la salida de potencia equivalente?

JCVFVVFU 333)200)(10150(2

1 26

Corriente es Flujo de carga eléctrica

5. Cuál es la carga que circula cada hora por un resistor si la potencia aplicada es un kilovatio

CR

R

R

swQ

R

Pt 622 1011.0)3600(1000

Corriente eléctrica6. Por un alambre circula una corriente

estacionaria de 2.5 A durante 4 minutos.a) Cuánta carga total pasa por su área transversal durante ese tiempo?

b) a cuántos electrones equivaldría?

t

QI

CAstIQ 600)5.2)(240(

2119

1075.3106.1

600

C

C electrones.

Ley de Ohm

7.El bombillo de una linterna consume 300 mA de una batería de 1,5 V.

• a) Cuál es la resistencia de la bombilla?

• b) Si la batería se debilita y su voltaje desciende a 1,2 V cuál es la nueva corriente?

510300

5.13 A

V

I

VR

AV

R

VI 24.0

5

2.1

Corriente eléctrica en la naturaleza salvaje

8. En un relámpago típico se puede transferir una energía de 10 Giga julios a través de una diferencia de potencial de 50 Mega Voltios durante un tiempo de 0,2 segundos.

a) Estime la cantidad de carga transferida entre la nube y la tierra.

b) La potencia promedio entregada durante los 0,2 segundos.

ABWU

VqWVVVq

UAB

) es

Circuitos

9. Dos resistores de 100 ohmios están conectados en paralelo y en serie a una batería de 24 VDC.

a) Cuál es la corriente a través de cada resistor

b) Cuál es la resistencia equivalente en cada circuito?

AV

R

V

R

VI 24.0

100

24

21

.

1

21

02.0100

2111

RRReq

, es decir 50eqR

Transformadores

10. Un transformador para uso doméstico reduce el voltaje de 120 VAC a 9 VAC. La bobina secundaria tiene 30 espiras y extrae 300 mA. Calcule:

a) El número de espiras de la bobina primaria.

b) La potencia transformada

400)30(9

1202

2

111

1

22

VAC

VACN

V

VNV

N

NV

Aplicaciones

1.Dibuje un esquema que ilustre el principio de funcionamiento de un espectrómetro de masas y explicite dónde están las leyes de Maxwell

• LEY DE COULOMB: Al pasar por un campo eléctrico, los iones experimentan una fuerza (F = qE)

• LEY DE LORENTZ: Al pasar por un campo magnético, los iones con velocidad v experimentan una fuerza centrípeta (F = qv x B = mv2/r

• LEY DE LORENTZ: Si despejamos el radio de curvatura tenemos que R = mv/qB, por lo que a mayor masa, el radio de curvatura será mayor (se desviarán más de la trayectoria original)

Aplicaciones

2.Dibuje un esquema que ilustre el principio de funcionamiento de un magnetrón (el corazón de un horno de microondas) de masas y explicite dónde están las leyes de Maxwell

• Cuando se aplica una diferencia de potencial al magnetrón, los electrones del cátodo irán hacia el ánodo debido al campo eléctrico que se genera entre ellos. Esto ocurre por LEY DE COULOMB, los imanes generan un campo magnético. La trayectoria de los electrones cambiará por la FUERZA DE LORENTZ, haciendo que se muevan en forma de espiral.

• El movimiento de los electrones genera una variación en el campo eléctrico que, por LEY DE FARADAY, produce un campo magnético. La propagación de estos campos son ondas electromagnéticas de diferentes frecuencias; las cavidades semicilíndricas que están en el ánodo ayudan a generar un efecto de resonancia que permite “seleccionar” las ondas con una frecuencia y longitud de onda determinada: las microondas. El resto son amortiguadas.

Ondas electromagnéticas1. En la alta atmósfera terrestre la radiación

proveniente del Sol alcanza a la Tierra a una tasa aproximada de 1350 W/m^2. Suponga que esta es una sola onda EM y calcule los valores aproximados de E y B.(la energía que una onda transporta por unidad de tiempo y por unidad de área es la Intensidad W/m^2)

Ondas electromagnéticas

2. La radiación proveniente del Sol que llega a la superficie de la Tierra luego de atravesar la atmósfera transporta energía a una tasa de 1000 W/m^2. Estime la presión y la fuerza ejercida por el Sol, en un día soleado:

a) sobre una superficie de 10 cm x 20 cm

b) sobre la superficie de la Tierra.• Al hacer la conversión de kilómetros a metros,