Tema 9. Cargas y Fuerzas Eléctricas

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1 Ejercicios repaso Tema Tema. argas y Fuerzas Eléctricas 1. La carga eléctrica y su meia. 1 Qué os procesos se representan en los siguientes ibujos? El ibujo a) representa la carga el un electroscopio, y el b) la escarga, al unirlo a tierra. Qué carga tiene un cuerpo A, si es atraío por otro B y éste a su vez es repelio por un cuerpo que tiene carga negativa? Si el cuerpo tiene carga negativa y el cuerpo B es repelio por él, éste cuerpo tenrá carga el mismo signo, por tanto negativa. Si el cuerpo B, a su vez atrae al cuerpo A, es que éste tiene carga e istinto signo que el B, por tanto positiva. Así pues, el cuerpo A tiene carga positiva. 3 Qué sucee cuano se acercan os cuerpos cargaos con la misma carga? Y si son e istinta carga? uano se acercan os cuerpos cargaos con la misma carga, se prouce una fuerza e repulsión entre los mismos. Si son e istinta carga, la fuerza es e atracción. 4 Al acercar un cuerpo a un electroscopio, las láminas no se han movio. Poemos ecir que el cuerpo no tiene ni protones ni electrones? No, lo que poemos ecir es que el cuerpo no está cargao, sino que es neutro, o lo que es lo mismo, que tiene el mismo número e electrones y e protones en sus átomos. 5 Si a un electroscopio que estaba cargao negativamente con - 3 µ lo tocamos con un cuerpo cargao con 6 µ, qué carga tenrán al final las láminas?

2 Ejercicios repaso Tema La carga e las láminas será la suma e ambas cargas: - 3 µ + 6 µ + 3 µ. 6 Para qué un cuerpo esté cargao negativamente, qué ha tenio que suceer a nivel atómico? Y para qué esté cargao positivamente? Para que esté cargao negativamente, sus átomos han tenio que captar electrones e átomos e otros cuerpos, para que así haya un esequilibrio el número e protones y electrones a favor e estos últimos. Y para que lo esté positivamente, los átomos e icho cuerpo han tenio que ceer electrones a átomos e otros cuerpos, para que así el esequilibrio entre protones y electrones esté a favor e los primeros. 7 Si se toca la bola e un electroscopio escargao con un cuerpo electrizao, qué carga aquieren las láminas metálicas? Qué posición tenrán las láminas esplazaas forman o ángulo o en posición vertical? Por qué? La carga que aquieren las láminas metálicas será el mismo signo que la el cuerpo electrizao, porque se lleva a cabo una electrización por contacto. Las láminas se esplazarán formano un ángulo, ya que según se ha icho estarán cargaas con cargas el mismo signo y se repelerán. 8 Si un cuerpo con carga negativa piere electrones, aumentará o isminuirá su carga? Al perer electrones, se equilibrarán un mayor número e protones, con lo cual isminuirá su carga. Si a un cuerpo neutro le ceen electrones, cómo quea cargao? Y si él cee electrones? Si a un cuerpo neutro le ceen electrones, tenrá más electrones que protones y su carga será negativa. En el caso e que sea él quien cee electrones, tenrá más protones que electrones y su carga será positiva. Si tocamos un electroscopio con una varilla e virio, cómo poremos comprobar que está cargaa? Si la varilla está cargaa, las láminas metálicas se moverán abriénose o cerránose, según la cantia e carga, y si no está cargaa las láminas no se moverán 11 Un cuerpo tiene carga negativa. Significa esto que no tiene protones? No. Significa que otro cuerpo le ha ceio electrones y se ha escompensao el equilibrio entre el número e protones y el e electrones. Pero los protones siguen formano parte e los átomos e icho cuerpo. 1 Un cuerpo es neutro cuano: a) no tiene electricia b) no tiene protones c) tiene solo neutrones ) tiene el mismo número e protones que e electrones e) tiene el mismo número e protones que e neutrones. Un cuerpo es neutro cuano tiene el mismo número e protones que e electrones. 13 Al electrizar por contacto un cuerpo con una varilla cargaa positivamente, la carga e icho cuerpo es el mismo o istinto signo que la e la varilla? Qué sucee entre el cuerpo y la varilla, espués e contactar? En la electrización por contacto, el cuerpo neutro quea cargao con el mismo tipo e cargas el cuerpo con el que contacta; en este caso queará cargao positivamente. Después e electrizarse, se repelerá con la varilla por tener las cargas el mismo signo.

3 Ejercicios repaso Tema 14 Si esconocemos con qué carga están cargaas las láminas e un electroscopio, qué poríamos hacer para averiguarlo? Poríamos tocar la bola e cobre el electroscopio con un cuerpo cuya carga conozcamos. Si las láminas metálicas se separan más, entonces estará cargao con cargas el mismo signo que el cuerpo el cual conocemos su carga, y si se juntan, serán e signo contrario. 15 El siguiente esquema representa un electroscopio cargao. Según lo que se observa, con qué carga estará cargao? Por qué? Estará cargao con carga positiva, porque las láminas metálicas se separan más al aumentar su carga. 16 Al electrizar una barra e ebonita por frotamiento con lana, la carga e ambos objetos, es el mismo o istinto signo? Qué sucee entre la barra e ebonita y la lana? Inicialmente, la varilla y la lana son neutros. Al frotar la varilla con la lana, hay un paso e electrones e la lana a la varilla e ebonita, con lo cual la lana quea cargaa positivamente y la varilla negativamente. Por tanto, la carga e ambos objetos será e istinto signo, y se atraerán. 17 Expresar en culombios las siguientes cargas: a) -3µ b) 0 m c) 4 microculombios. a) - b) c) 3µ -3µ 0 m 0 m 4 µ 4 µ / µ -3-3 / m / µ - culombios - 0,0 0,01 18 Explica como usarías el electroscopio para averiguar el signo e la carga e un cuerpo que sabemos que

4 Ejercicios repaso Tema está cargao. argaría previamente el electroscopio con un cuerpo cargao e carga conocia. A continuación, tocaría la bola e cobre el electroscopio con el cuerpo el que quiero averiguar el signo e su carga. Si se observa que las láminas metálicas se separan más, poré eucir que está cargao con la misma carga con que se ha cargao previamente al electroscopio. Si lo que se observa es que las láminas metálicas se acercan, concluiré que son e signo contrario. 1 Explica si las siguientes afirmaciones son ciertas o no: a) Un cuerpo que tiene carga positiva ha captao protones. b) Un cuerpo que tiene carga negativa ha captao electrones. c) Los neutrones surgen como consecuencia e que los protones y los electrones están en el mismo número en el átomo. ) Un cuerpo tiene carga positiva cuano no tiene electrones. a) F. uano un cuerpo tiene carga positiva es porque ha habio una cesión e electrones, y eso es lo que hace que haya más protones que electrones. b) V. En este caso, hay más electrones que protones. c) F. Los neutrones son partículas aparte e los protones y electrones, y no tienen carga. ) F. Si que tiene electrones. Lo que sucee es que hay más protones que electrones. 0 Si tocamos la bola e un electroscopio cargao con carga positiva con os cuerpos cargaos positivamente, observamos que al tocar con uno e los cuerpos, la separación e las láminas metálicas es más grane que cuano acercamos el otro. Qué nos inicará esta observación? omo las láminas metálicas están cargaas con cargas el mismo signo que los cuerpos, en ambos casos se repelerán y las láminas se separarán, más cuánto mayor sea la carga el cuerpo que contacta con el electroscopio. El cuerpo para el que las láminas se separen más será aquel con mayor carga. 1 El siguiente esquema representa un electroscopio cargao. Según lo que se observa, con qué carga estará cargao? Por qué? Estará cargao con carga negativa, porque al llegar la carga a las láminas metálicas su separación isminuye, porque

5 Ejercicios repaso Tema parte e su carga negativa se contrarresta con la positiva el cuerpo. Respone a las siguientes cuestiones: a) Un cuerpo ha aquirio una carga e 0 culombios. on cuántos electrones ha queao cargao? b) Si un cuerpo ha queao cargao con 6 electrones, con que carga en culombios está cargao? a) Si 1culombio equivale a la carga e 6,5 0 6,5 18 electrones/culombio 6, electrones,0 culombios serán : electrones b) electrones electrones 0,3 18 6,5 electrones/culombio culombios 3 Un cuerpo tiene una carga negativa e 5 µ. uántos electrones le han ceio a este cuerpo? 5 µ µ 6,5 / µ 18-1 electrones/ 6,5 17 electrones 4 Explica en qué consisten y cuáles son las iferencias entre la electrización por frotamiento o por contacto. La electrización por frotamiento consiste en frotar os cuerpos inicialmente neutros, uno aquiere las cargas negativas y el otro las piere. Por lo tanto, se electrizan con cargas e istinto signo. La electrización por contacto consiste en poner en contacto un cuerpo neutro con otro que previamente está cargao, con lo cual el primero quea cargao con cargas el mismo signo que el cuerpo con el que contacta. Según esto, las iferencias son: inicialmente, en la electrización por frotamiento, los cuerpos son neutros y en la electrización por contacto, uno e ellos es necesario que esté cargao. Y al final, la electrización por frotamiento origina cuerpos con cargas e istinto signo, mientras que la electrización por contacto origina cuerpos cargaos con el mismo signo. 5 Qué será necesario realizar para que un electroscopio cargao se escargue? En que se notará que se ha escargao? Si el electroscopio está cargao, las láminas metálicas estarán esplazaas formano un ángulo. Para que se escargue habrá que unir a tierra la bola e cobre, con lo que las cargas e las láminas pasarán al suelo y quearán escargaas. Se notará visualmente en que las láminas metálicas estarán en posición vertical. 6 Enuncia el principio e conservación e carga. Pon un ejemplo en el que se ponga e manifiesto. La carga total e un sistema aislao permanece constante. La suma algebraica e las cargas positivas y negativas no varía. Al frotar una varilla e virio con un paño e lana, ambos se atraen, porque han aquirio cargas e istinto signo. La cantia e carga e caa uno e los cuerpos es la misma pero e signo contrario. La varilla e virio ha ceio electrones a la lana, queánose cargaos el virio positivamente y la lana negativamente, pero los os con la misma cantia e carga en valor absoluto. 7 Un cuerpo ha perio 1 electrones. Qué carga positiva tiene expresaa en µ?

6 Ejercicios repaso Tema 1 0,16 electrones electrones 0, ,5 electrones/culombio 1 culombios 0,16 culombios 0,16 µ µ 6 culombios 8 Al frotar una varilla e virio con un paño e sea, el paño quea cargao negativamente. a) Ha queao también la varilla cargaa negativamente? b) Ha habio paso e cargas el paño e sea a la varilla e virio? c) Qué tipo e cargas se han esplazao? a) No. La varilla quea cargaa positivamente. b) No. Ha habio paso e cargas e la varilla al paño. c) Se han esplazao electrones e la varilla al paño e sea, por eso éste quea cargaa negativamente y el virio positivamente. Por qué hay automóviles que llevan una cinta metálica que arrastra por la carretera? La carrocería e los automóviles es e metal, y al rozar con el aire, se carga por frotamiento, y como las rueas son aislantes, quea cargaa. Para evitarlo la cinta metálica contacta con tierra, escargano la carrocería.. Las fuerzas eléctricas y el campo eléctrico

7 Ejercicios repaso Tema 1 Una carga positiva crea un campo eléctrico en el vacío cuya intensia es 4,5 5 N/ en un punto situao a 0 cm. uál es el valor e la carga? q E K E q K 4,5 5 N/ ( -1 m) 4,5 4 3 Hallar el valor e la intensia e un campo eléctrico creao por una carga e 0 µ en un punto que ista e la misma cm. q E K E 1,8 7 N/ 0-1 ( m) 0 - N/ 180 N/ 3 Enuncia la ley e oulomb y escribe su expresión matemática. La fuerza entre os cargas eléctricas es irectamente proporcional al proucto e las mismas e inversamente proporcional al cuarao e la istancia que las separa. q1 q F K 4 La intensia e un campo eléctrico en un punto es N/. Si la carga que lo crea es e µ y el meio es el vacío, a qué istancia e la carga está el punto? q E K 81 m K q ( E 81 m / 5 N/ ) 1 81 m 0, m 5 m 5 Representa las líneas e fuerza e un campo creao por una carga positiva y una negativa. Si el campo eléctrico está creao por una carga positiva, cualquier otra carga positiva tenerá a alejarse e la carga que crea el campo. Si el campo está creao por una carga negativa, cualquier otra carga positiva tenerá acercarse, por ser atraía por ella.

8 Ejercicios repaso Tema 6 ómo se representan gráficamente los campos eléctricos? Define la respuesta. Se representan meiante unas líneas llamaas líneas e campo. Se efinen como las trayectorias que siguen las cargas eléctricas al abanonarlas en un campo eléctrico. 7 De qué factores epene el valor e la intensia e un campo eléctrico en un punto? Escribe su expresión matemática y señala sus uniaes en el S.I. La intensia e un campo eléctrico en un punto epene e la carga que lo crea, e la istancia al punto y el meio en que se encuentra la carga. Esta epenencia es irectamente proporcional a la carga e inversamente proporcional a la istancia al punto. Si la carga que crea el campo la esignamos por q, y por q' a la carga que acerca al campo, tenremos la siguiente expresión matemática: F E q q q K q K q La unia en el S.I. es el N/ 8 Un campo eléctrico está creao por 11 protones. Halla el valor e su intensia y la fuerza a la que está sometio un electrón situao a -5 mm. La carga el electrón es 1,6-1. q 11 1,6 q E K -1 F E q 1,58 N/ ( 1, ,6 158,4-8 ( m) -1 ) -,53-11 N 16 1,58 8 N/ Dos cargas, una e µ y otra esconocia, se repelen con una fuerza e 11,5 N cuano están el vacío a una istancia e 0 cm. Halla el valor e la carga esconocia.

9 Ejercicios repaso Tema q1 q F K q q 11, F K q ,5 N ( 50 µ. -1 m) ómo varía la intensia e un campo eléctrico en un punto cuano aumentamos su carga al triple? Y cuano situamos el punto a la mita e istancia? Al aumentar la carga al triple, el valor e la intensia e campo aumentará al triple. q El valor e la intensia e campo eléctrico en un punto viene ao por : E K 3q Si aumentamos la carga al triple, sin variar los emás factores :E1 K 3E Al isminuir la istancia el punto a la mita el valor e la intensia aumentará el cuáruple. q q Así, si isminuimos la istancia a la mita, sin variar los otros factores : E K 4 K 4E 11 Escribe la uniaes en el Sistema Internacional e caa uno e las magnitues que intervienen en la Ley e oulomb. q q La fórmula que relaciona las istintas magnitues es :F K Las uniaes en el S.I. son : F Fuerza Newton q 1 y q arga ulombio istancia metro K es una constante que epene el meio interpuesto entre las cargas. Si es el vacío, su valor 1 es K 1 La fuerza e repulsión entre os cargas e 5 y µ situaas en el agua a 5 cm e istancia es e 11,5 N. alcula el valor e la constante K en icho meio.

10 Ejercicios repaso Tema q q F K 1 K 11, F K q q 11,5 7-11,5 N(5 m ) 11, , A qué istancia eberán situarse os cargas e 1 µ caa una, para que la fuerza e repulsión entre ellas en el vacío sea e 0, N? q1 q F K - N m 0, N N m - 1 m cm 0,0 N 0, N 1-3 m 14 alcular la fuerza e repulsión entre os cargas positivas e 0,1 y 0,001 culombios, situaas en el vacío a metros e istancia. q1 q F K 1 ( m) 3 3 N 15 Qué se ice e una región el espacio en la que toa carga experimenta una fuerza? A qué es ebio? ómo se efine su intensia en un punto? uano toa carga situaa en una región el espacio experimenta una fuerza, se ice que existe un campo eléctrico en ella. Es ebio a que existe una carga que lo crea y que ejerce una fuerza sobre la carga que está en icha región el espacio. Su intensia se efine como la fuerza que experimenta la unia e carga en icho punto. 16 Una carga negativa e -5 µ se coloca en un campo eléctrico creao por una carga positiva, cuya intensia es e,5 4 N/. uál es el valor e la fuerza que actúa sobre la carga? 4 F E q,5 N/ (-5 - ) - 1,5 N - 0,15 N 17 uál es el valor e la intensia e un campo eléctrico creao por una carga positiva cuano al acercar otra e µ la fuerza con que la repele es e 0, 0 N? F 0,0 N E q 6 N/ N / 4 18 uál es la fuerza e atracción entre os cargas, una positiva e 4µ y otra negativa e -5µ, situaas a cm e istancia, cuano están en el vacío?

11 Ejercicios repaso Tema q q F K F - N - 0 N 6 ( 5 ) 1 ( m) m N 1 Si tenemos os cargas e -4 µ separaas cm en el vacío, qué le suceerá a otra carga e + 4µ colocaa en meio e las otras os? La carga que colocamos en meio estará sujeta a os fuerzas e sentio contrario y el mismo valor, por lo que se queará en el mismo lugar, ya que la fuerza resultante es cero. La fuerza e la que está situaa a la izaquiera :F La fuerza e la que está situaa a la erecha :F omo se ve tienen el mismo valor. F F - i N N N i 4 4 ( ( 4 ( m) m) ) 3. onuctores y Aislantes

12 Ejercicios repaso Tema 1 Qué emuestran los siguientes ibujos? Demuestran, en el caso a), que el plástico es aislante y en el b), que el aluminio es un conuctor. Éste eja pasar las cargas a su través y el plástico, al estar fijas, no. Por qué cuano hay una tormenta no es bueno refugiarse ebajo e los árboles? Porque las cargas eléctricas tienen a situarse en las zonas más puntiaguas y pueen atraer más fácilmente a los electrones e los rayos. 3 Qué iferencia hay entre los cuerpos conuctores y los aislantes? Explica el porqué e esta iferencia. Los conuctores permiten el movimiento e las cargas por ellos y los aislantes no. Esto es ebio a que en los conuctores tienen electrones libres que pueen moverse y en los aislantes, las cargas están en posiciones fijas y no se esplazan. 4 De los siguientes materiales: aluminio, plástico, virio, granito, cobre, plata, hilo, grafito y baquelita, cuáles son aislantes y cuáles conuctores? Serán conuctores: aluminio, grafito, cobre, plata. Aislantes: virio, granito, hilo, plástico, baquelita. 5 f) Por qué los cables e conucción eléctrica van forraos e plástico? g) Los estornillaores e los electricistas llevan el mango e maera, plástico o materiales similares. Por qué? En ambos casos, porque los materiales son aislantes y no conucen la electricia. 6 Al electrizar por frotamiento una varilla e cobre se electriza toa entera, y sin embargo, al electrizar una e virio sólo se electriza en la parte frotaa. ómo se explica lo suceio? En la varilla e cobre los electrones se pueen mover, ya que es un conuctor, mientras que en la varilla e virio las cargas permanecen en la parte frotaa porque no se pueen mover, ya que es un aislante.

13 Ejercicios repaso Tema 7 Una varilla e virio electrizaa se pone en contacto con una varilla e maera y a su vez con una e metal. Las varillas e maera y e metal contactan caa una con la bola e un electroscopio. Qué sucee en las láminas metálicas e los electroscopios? Por qué? Las láminas metálicas el electroscopio se esplazarán en el caso e la varilla e metal, porque las cargas que se han originao por el contacto con la varilla e virio se mueven a su través y llegan a ichas láminas. En el caso e la maera, no. Esto ocurre porque el metal es un conuctor y la maera un aislante. 8 En los aislantes las cargas no se mueven. Quiere esto ecir que los átomos e los materiales aislantes no tienen electrones? Explica la respuesta. Los átomos e los materiales aislantes tienen electrones, lo que sucee es que están en posiciones fijas y no se mueven como los e los conuctores, que están libres y se pueen esplazar. Qué sucee al aproximar un cuerpo electrizao con carga negativa a un conuctor neutro? Al aproximar un cuerpo electrizao con carga negativa a un conuctor neutro, los electrones libres el conuctor son repelios por el cuerpo cargao y se concentran en la zona el conuctor más lejana al cuerpo cargao; por su parte las cargas positivas el conuctor se concentran a la zona más cercana. Este fenómeno es conocio como electrización por inucción. ómo poríamos saber si una varilla es aislante o conuctora? Poniénolas en contacto con un electroscopio cargao. Si la varilla es conuctora, las cargas el electroscopio se moverían hacia icha varilla y a través e nuestro cuerpo se escargarían en la tierra, con lo que las láminas el electroscopio se esplazarían hacia la vertical. Si la varilla es aislante, no pasaría naa y las láminas metálicas seguirían igual. 11 ompletar las siguientes frases: a) En la electrización por frotamiento los cuerpo se electrizan con cargas. b) En la electrización por contacto los cuerpos se electrizan con cargas c) En la electrización por influencia o inucción los cuerpos se electrizan con cargas. a) En la electrización por frotamiento los cuerpo se electrizan con cargas e istinto signo. b) En la electrización por contacto los cuerpos se electrizan con cargas el mismo signo. c) En la electrización por influencia o inucción los cuerpos se electrizan con cargas e istinto signo. 1 Por qué, al electrizar un conuctor, las cargas se isponen en la superficie el mismo? Porque al añairles cargas positivas o negativas, como son el mismo signo, se repelen y tienen a alejarse lo más posible unas e otras en el conuctor, situánose en su superficie. 13 Nombra tres tipos e electrización y señala las iferencias entre los mismos. Tres formas e electrizar cuerpos son: Por frotamiento, contacto o inucción. Las iferencias son: en la electrización por frotamiento, los cuerpos son inicialmente neutros, y al final se originan cuerpos con cargas e istinto signo. En la electrización por contacto, inicialmente uno e ellos es necesario que esté cargao, y al final se originan os cuerpos con la misma carga. En la electrización por influencia o inucción, inicialmente uno e los cuerpo tiene que estar cargao, y al final se originan os cuerpos con istinta carga. En las os primeras, al haber contacto hay transferencia e cargas, mientras que en la tercera no es necesario el contacto, lo que se prouce es una reistribución e las cargas. 14 uáno se ice que un conuctor está en equilibrio electrostático?

14 Ejercicios repaso Tema Un conuctor está en equilibrio electrostático cuano las cargas que ha aquirio en exceso ejan e moverse. 15 Si electrizamos por frotamiento una varilla metálica con nuestra mano y la acercamos a la bolita e un pénulo electrostático, no la atrae. Por qué? Qué eberíamos hacer para que lo hiciera? Al electrizar la varilla, por ser conuctora permite que las cargas se muevan a través e ella hasta nuestra mano, y como el cuerpo humano también es conuctor, llegan al suelo y la varilla se escarga. Para evitarlo, se poría poner un mango aislante en la varilla para que las cargas no puieran pasar por nuestro cuerpo, o bien utilizar un guante aislante.

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