FUNDAMENTOS FÍSICOS DE LA INFORMÁTICA. EXAMEN FINAL PROBLEMAS

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1 Págia e 6 04/0/004 FUNDAMENTOS FÍSICOS DE A INFORMÁTICA. EXAMEN FINA PROBEMAS - q D - P.- Cuatro cargas iguales os a os e valores q y (q y > 0) está colocaas e los vértices e u rombo e iagoales y D como se iica e la figura: Calcular : a) El campo eléctrico creao por el sistema e el cetro el rombo b) El potecial e el mismo puto c) El trabajo ecesario para traer ese el ifiito hasta el cetro ua carga e valor q 0 q Solució: a- El campo eléctrico e el cetro será ulo, puesto que las cargas so simétricas y se aula mutuamete. b- El potecial e el cetro, al ser u escalar, o se aula y será la suma e los poteciales ebios a caa ua e las 4 cargas por separao: c- El potecial e el ifiito (o sea, muy lejos e las 4 cargas) lo supoemos cero, luego el trabajo para traer ua carga q 0 ese muy lejos hasta el cetro el rombo será: q V k D 4k q 4k W V.q 0 D. q 0 q D R 3 Co II, R R Co I P.- Teemos ua esfera maciza couctora e raio R co ua carga C. Roeao a ésta hay ua coroa esférica tambié couctora e raio iterior R y exterior R 3 que tiee ua carga q 4 C. R cm; R cm; R 3 3 cm. a) Calcular el valor el campo eléctrico e cualquier puto el espacio b) Cómo está istribuia la carga e la esfera y e la superficie esférica y calcular las

2 Págia e 6 04/0/004 esiaes e carga que tiee?. Solució: Apartao a: - r R ; E(r) 0 (N/C) ó (V/m) por estar etro e u couctor e equilibrio; si r R, E(R ) 0 (N/C) ó (V/m). E ( r) k - R r R ; r (N/C) ó (V/m) (irecció raial, setio hacia fuera si >0). r R, E ( R ) k R (N/C) ó (V/m) (irecció raial, setio hacia fuera si >0). r R, E ( R ) k R (N/C) ó (V/m) (irecció raial, setio hacia fuera si >0). 3- R r R 3 ; E( r) 0 (N/C) ó (V/m) por estar etro e u couctor e equilibrio r R, r R 3, E( R ) E( R3 ) 0 0 (N/C) ó (V/m) (N/C) ó (V/m) + q E( r) k 4- R 3 r; r (N/C) ó (V/m) (N/C) ó (V/m) (irecció raial, setio hacia fuera si >0). ( ) + q E R3 k 5- r R R 3, 3 (N/C) ó (V/m) (irecció raial, setio hacia fuera si >0). r, E( ) 0 (N/C) ó (V/m) Apartao b: - e la superficie e la esfera iterior habrá ua esia superficial e carga: σ 4 πr (C/m ) e el iterior e la esfera couctora o habrá carga eta. - e la superficie itera e la coroa esférica habrá ua esia superficial e carga: σ 4 πr (C/m ) etre la esfera iterior y la coroa teemos el vacío, o sea, o hay carga. E el ierior e la coroa couctora o habrá carga eta.

3 Págia 3 e 6 04/0/ e la superficie extera e la coroa esférica habrá ua esia superficial e carga: q + σ3 4 πr (C/m 3 ) fuera e la coroa está el vacío y por lo tato o hay carga. P3.- U couctor cilírico e cobre e iámetro mm y logitu 50 m es atravesao por ua itesia e I6 A. a) Cuál es la..p., V, etre sus extremos?. b) Calcular la potecia, e vatios que se isipa e el couctor. c) Calcular la velocia meia, v, e los electroes libres. Datos: Resistivia el cobre: ρ.8 x 0-8 Ω m; Desia e electroes libres el Cu: 8.45 x 0 8 m -3 Solució: V R. I ρ I a- ey e Ohm: S (V); uméricamete: V.7 (V) b- PV.I (W); uméricamete: P 0.3 (W) V v µ E µ σ e.. µ µ c- (); ρ ; y e esta: e.. ρ y sustituyeo e (): v e.. ρ V ; uméricamete: v.4 x 0-4 (m/s) 0,5 (m/h) P4.- Teemos ua barra e logitu 0 mm y secció cuaraa s mm. Calcular la resistecia eléctrica, R, etre sus extremos: a) la barra es e itríseco. b) la barra es e opao co átomo e P (grupo V) por caa e átomos. Datos: El úmero e Avogaro N A 6.0 x 0 3 mol - ; la esia el D.33 g/cm 3 ; úmero másico (peso atómico) el A 8 g/mol; y resistivia el itríseco ρ.5 x 0 5 Ω.cm; moviliaes µ p 400 y µ 400 (cm V - s - ). Solució: R a- ey e Ohm: i ρ s (Ω). Numéricamete: R i.5 x 0 7 (Ω) R ρ ρ b- ey e Ohm: s (Ω) []; σ e.n. µ []

4 Págia 4 e 6 04/0/004 N NA.D.0 6 A (cm -3 ). Sustituyeo e []: ρ e. µ A. N.D A. 0 6 ; y fialmete sustituyeo e [], os quea: R e. µ A. N.D A s (Ω) Numéricamete: R (Ω)

5 Págia 5 e 6 04/0/004 FUNDAMENTOS FÍSICOS DE A INFORMÁTICA. EXAMEN FINA TEORÍA T.- Teemos u couctor y u aislate (e costate ieléctrica relativa ε r ) e ua zoa el espacio oe hay u campo eléctrico costate. De forma cualitativa ué puees ecir el valor el campo eléctrico e el iterior e los os materiales?. Justificar la respuesta E uiforme E0 couctor E<E ieléctrico E/Eε T.- U coesaor e aire e placas paralelas se coecta a ua batería e voltaje costate. a) la separació etre las placas el coesaor se uplica mietras se matiee el coesaor coectao cambia la eergía almaceaa? cuáto? por qué? b) la separació etre las placas el coesaor se uplica espués e escoectarlo e la batería cambia la eergía almaceaa? cuáto? por qué? c) se itrouce u ieléctrico e costate ieléctrica ε r etre las placas mietras se matiee el coesaor coectao cambia la eergía almaceaa? cuáto? por qué? ) c) se itrouce u ieléctrico e costate ieléctrica ε r etre las placas espués e escoectarlo cambia la eergía almaceaa? cuáto? por qué? a capacia e u coesaor plao es: Respuesta: C εa l ; sieo A el área e ua e las armauras, l la separació etre las armauras y ε la costate ieléctrica el material

6 Págia 6 e 6 04/0/004 W C.V W etre las armauras. Aemás C.V y, o bie C. a- uplicamos l la capacia se reuce a la mita; C C/. Como se matiee el coesaor coectao a ua tesió V costate y C.V, la carga / y la W C.V eergía almaceaa:, se reuce a la mita. b- uplicamos l la capacia se reuce a la mita; C C/. el coesaor o está coectao, se coserva ivariable la carga costate y V /C, se uplica. a eergía almaceaa: W, se uplicará. c- a costate el material será mayor que la el vacío, luego la capacia cambiará ε C C a ε, es ecir C >C. Como se matiee el coesaor coectao a ua tesió V costate y C.V, la carga > y la eergía W C.V almaceaa:, será mayor que W. - a costate el material será mayor que la el vacío, luego la capacia cambiará ε C C a ε, es ecir C >C. Como se matiee el coesaor escoectao, la W carga costate la eergía almaceaa: C, será meor que W. T3.- Explicar brevemete cómo tiee lugar el trasporte e carga e u couctor metálico, empleao y efiieo para ello los siguietes coceptos: Movimieto aleatorio e los electroes, velocia e arrastre e las electroes, movilia electróica, couctivia el material, etc... T4.- Como es bie sabio, e ua uió PN e equilibrio si polarizació extera ocurre alguos feómeos que a lugar a la aparició e la llamaa uió o zoa e epleció. a) Cómo se crea icha zoa? C b) Cómo se crea el llamao potecial e cotacto y qué lao e la uió cosigue el potecial mayor? c) Fuera el equilibrio, cómo cambia la achura e la uió (zoa e epleció) y la altura e la barrera e potecial co la polarizació extera.? Cometar los os casos posibles iicao cómo es la itesia e caa uo e ellos.