PROBLEMAS C U R S O D E F Í S I C A Nº 2 ELECTROMAGNETISMO FUERZA MAGNÉTICA APLICADA SOBRE PARTÍCULAS CARGADAS EN MOVIMIENTO:

Transcripción

1 5 mm 3 º B D 0 3 ROBLEAS C U R S O D E F Í S I C A º ELECTROAGETISO ) En la fotografía ajunta, se muestran lmauras e herro, ncano la forma e las líneas e nuccón alreeor e os barras. En relacón a esto, poemos ecr que: nguna e las os barras es un mán. Ambas barras eben ser manes permanentes, con polos guales enfrentaos entre sí. O las os barras son manes permanentes con polos opuestos enfrentaos, o una e ellas es un mán y la otra un trozo e herro. Ambas barras eben ser manes permanentes con polos opuestos enfrentaos entre sí. nguna e las anterores es correcta. ) Sobre una mesa el laboratoro se colocan os manes rectos éntcos a gual stanca e una brújula, en tres stuacones ferentes. En las fguras se representan las msmas, pero ncompletas, pues falta la orentacón e la aguja magnétca e la brújula. Conserano muy pequeño el campo creao por la Terra comparao con el e los manes, completa la nformacón, ncano cómo estará posconaa la aguja magnétca. o olves funamentar tus respuestas: a) BRÚJULA b) 3) Inca cuáles e las sguentes afrmacones son correctas: El polo e la aguja mantaa e una brújula, apunta haca el polo geográfco e la Terra. S partmos un mán e barra por la mta, no poemos separar el polo el polo S. El campo magnétco creao por un mán se ebe a la presenca e las cargas postvas y negatvas, ubcaas en los extremos el mán. Las líneas e nuccón sempre van e a S por entro el mán y e S a por fuera e él. nguna e las anterores es correcta. c) Orentacón para las tres stuacones: FUERZA AGÉTICA ALICADA SOBRE ARTÍCULAS CARGADAS E OVIIETO: 4) En la fgura se esquematzan cuatro stuacones ferentes, una partícula con carga eléctrca ngresano en una regón e campo magnétco unforme. Inca reccón y sento e la fuerza magnétca que se aplca en caa caso. a) b) 7) Un protón ngresa por el punto A con una veloca e 3,0x0 5 m/s, en una regón one hay un campo magnétco unforme. Determna: a) Toas las característcas el. b) Cuanto emora en llegar al punto C. A O c) ) 5 mm C 5) Un protón, e E cnétca =,x0-8 J, entra por el punto en una regón one exste un campo magnétco unforme. Sabeno que O=O=5cm, etermna las característcas e cho campo para que el protón abanone la regón por el punto y por. O 6) Un electrón e E cnétca =5 V, se mueve en una órbta crcular en una regón e unforme, e valor 0,0T. Calcula: a) a fuerza que actúa sobre él. b) El rao e la órbta. c) La frecuenca y el períoo e gro. ) El trabajo realzao sobre el electrón por el campo magnétco. 8) Un protón y un electrón movénose a la msma veloca penetran en un unforme. Inque haca óne se esvían y etermne la relacón entre los raos e sus trayectoras. Curso e Físca e 3ºBD 03

2 8,0cm 8,0cm Reparto e problemas y ejerccos 9) Un protón penetra, con veloca perpencular a un campo unforme, por el punto, realzano una trayectora semcrcular en el msmo y saleno por un punto (B =,0x0 3 T; v =,0x0 3 m/s). Determna La stanca (ubca el lugar one se encuentra ). ) Dstntas partículas entran en 8,0cm una zona one exste un campo magnétco B=,0x0-4 T con una veloca v=8,0x0 m/s. Realce los sguentes cálculos para el caso en que la partícula sea un protón, un neutrón, un electrón y un muón negatvo. a) Calcule la fuerza magnétca que actúa sobre la partícula al entrar al campo y represéntela. b) Calcule el rao e la crcunferenca trayectora. c) Ubque el punto one la partícula sale el campo magnétco respecto al punto que entra. ) Cuánto tempo permanece la partícula en el campo? rotón (p + ) eutrón (n 0 ) Electrón ( ) uón ( - ) m( Kg ),67 x 0-7,674 x 0-7 9, x 0-3,89 x 0-8 q ( C ),60 x ,60 x 0-9 -,60 x 0-9 3) Dos partículas e gual carga q y masas m y m ngresan con veloca v por el punto, a una zona one exste un campo magnétco unforme B. El campo las esvía y realzan las trayectoras ncaas permaneceno certo tempo en la zona y saleno m por y m por. Seno =: a) Determna la relacón entre las masas. b) Determna la relacón entre los tempos que permanecen caa una en el. c) Calcula el trabajo realzao por el campo magnétco sobre caa partícula. Campo agnétco 0) En la fgura se representa una zona e campo magnétco unforme por la que ngresan perpencularmente a él con gual veloca e 4,5X0 4 m/s tres partículas, e 3,X0 0 Kg e masa, escrbeno las trayectoras ncaas. El rao e la trayectora 3 es la mta que la y la es recta. El valor el campo magnétco en la regón es e,0x0 - T. a) Determna el sgno e la carga eléctrca e caa una e las partículas, justfcano la respuesta. b) Determna las relacón: c) Cuánto tempo permanece la partícula III entro el campo magnétco s su carga eléctrca tene un valor e 3,X0-9 C? ) Dos partículas cargaas e gual masa ngresan al nteror e un campo magnétco con guales energías cnétcas. Entonces, e acuero a la fgura que se muestra sabemos que: ) q es postva, q es negatva y q > q ) q es postva, q es negatva y q = q ) q es postva, q es negatva y q < q v) q es negatva, q es postva y q > q v) q es negatva, q es postva y q < q q 4) Un protón ngresa en una zona e campo magnétco unforme B=0,50T con v=6.0x0 5 m/s y escrbe la trayectora ncaa. a) or cuál e los puntos o, ngresa el protón al campo? b) Cuánto tempo permanecerá el protón entro el campo? 3 q 5) Unos ones con carga q=,6x0-9 C que se han acelerao por una ferenca e potencal e 800V escrben una trayectora crcular e 6 cm e rao en un campo magnétco e 0,0T. a) Representa la trayectora en la regón e campo magnétco b) Calcula la masa e los ones. c) Representa la fuerza magnétca en A. 800V A 6) En caa una e las regones, I y II hay un unforme, en la regón I,vale 5,0x0-4 T. Un electrón escrbe las trayectoras bujaas al ngresar en caa regón. Se sabe que r =r a) Representar el campo magnétco en caa regón. b) Hallar el móulo e la veloca el electrón y el valor el campo magnétco en la regón I, s r =,0cm. r r e ZOA ZOA CAO AGÉTICO GEERADO OR U CODUCTOR RECTO UE TRASORTA CORRIETE Curso e Físca e 3ºBD rof. Julo etre

3 ,0cm,0cm,0cm,0cm Reparto e problemas y ejerccos Campo agnétco 7) En la fgura se muestran una brújula y un conuctor recto muy largo que no transporta corrente. Entonces: La aguja e la brújula apunta haca el S geográfco. La aguja apunta haca el magnétco e la Terra. El conuctor y el centro e la brújula se encuentran en la reccón orte-sur e la Terra. o es posble saber para óne apunta la aguja magnétca en estas concones. nguna e las anterores es correcta. 0) Entre os conuctores rectos vertcales, y a gual stanca e caa uno e ellos, se colocó una brújula y la msma apunta haca el geográfco. Entonces: o está crculano corrente por nnguno e los os conuctores. El conuctor transporta corrente entrante y el salente, e gual valor entre s. Los os conuctores transportan correntes entrantes, e gual valor entre sí. Los os conuctores transportan correntes salentes, e gual valor entre sí. nguna e las anterores es correcta. ) La fgura e este ejercco representa un conuctor rectlíneo horzontal que transporta una corrente e ntensa =30 A, cuyo sento se nca. a) Inque la reccón y el sento el campo magnétco prouco por la corrente en el conuctor en y R. b) Determne el valor el campo magnétco en y en R (represente a escala el campo magnétco en y en R). c) S se establecera una corrente =5 A etermne el campo magnétco en chos lugares.,0cm 3) La fgura muestra os conuctores paralelos muy largos, que transportan correntes =4,0A e =6,0A, en los sentos ncaos. Determne el campo magnétco resultante en y represente a escala. 4,0cm 8,0cm 3,0cm 5) En la fgura e este problema se muestran cuatro conuctores rectos paralelos entre sí, colocaos en los vértces e un cuarao. Cuano los conuctores transportan correntes e gual ntensa = 0 A y en los sentos ncaos, y seno,0 cm la stanca entre caa conuctor y el punto, etermne el campo magnétco en el centro C el cuarao. R 8) S hacemos crcular corrente entrante e 6,0A por el conuctor el problema anteror, y el campo magnétco terrestre vale,0x0-5 T, la aguja magnétca e la brújula: Se esvará 90º, haca el este. Se esvará 37º, haca el oeste. Se esvará 37º haca el este. Se esvará 80º. o se esvará e su orentacón ncal. nguna e las anterores es correcta. 9) Un pequeñuelo recbó con alegría para la pasaa nava una brújula profesonal e Cortapalos, pero observó con trsteza que la brújula tenía un comportamento extraño al colocarla sobre una mesa horzontal y cerca e un cable vertcal por el que pasa corrente: la brújula no queó alneaa en la reccón -S, sno que lo hzo como muestra la fgura (vsta e arrba). a) Cómo le explcaría al nño que el comportamento e su regalo es perfectamente esperable ese el punto e vsta físco? b) Determne el sento e la corrente en el conuctor. ) La fgura representa os conuctores rectlíneos horzontales vstos e frente, que transportan correntes = 5 A e = 30 A, con los sentos ncaos. a) Inque reccón y sento e caa uno e los campos magnétcos proucos por las correntes en. b) Sabeno que B = 3,0x0-4 T, cuál será entonces el valor e B en ese lugar? c) Determne campo magnétco resultante en. ) Realce nuevamente los ítems a), b) y c) para. 4) Dos alambres rectos largos llevan la msma ntensa e corrente = = 50 A en los sentos ncaos en la fgura. Los alambres se cruzan entre sí en el plano el papel. Seno =,0 cm, etermne el campo magnétco resultante en los puntos y. 6) En la fgura e este problema se muestran os conuctores rectos muy largos y paralelos entre sí, que transportan correntes e ntensaes = 30 A e = 45 A, en los sentos que se ncan. Determne el campo magnétco en los puntos y. O S Conuctor E C,5cm,5cm,5cm 4 3 7) Dos conuctores rectlíneos y muy largos se colocan paralelos entre sí y perpenculares al plano e la hoja. 8) Tres alambres muy largos y paralelos se sponen como muestra la fgura. Conucen correntes guales e 5 A. Curso e Físca e 3ºBD rof. Julo etre

4 Reparto e problemas y ejerccos Sabeno que la ntensa e la corrente = 6,0 A y que la entrante es = 4,0 A, etermne el campo magnétco total en los puntos J, y H. H Campo agnétco Determna el campo magnétco total en, punto meo el segmento. ( = 0 cm).,0 cm,0 cm,0 cm J 3 9) En la fgura se representan os conuctores rectos, muy largos y paralelos entre sí. Los msmos transportan correntes e valores =,5 A e =,0A. Exste algún punto pertenecente a la línea punteaa en el cual el campo magnétco resultante sea nulo? De ser así calcula óne está ubcao. 30) En los 3 casos esquematzaos, etermna la fuerza magnétca que se aplca sobre el electrón que se mueve con veloca e valor 3,0x0 4 m/s. El valor e la ntensa e la corrente eléctrca en caa conuctor es e 4,0A, y la stanca entre caa conuctor y la partícula es en toos los casos,0cm. SITUACIÓ I 3,0 cm SITUACIÓ II SITUACIÓ III FUERZA AGÉTICA SOBRE U CODUCTOR RECTO UE TRASORTA CORRIETE 3) En toos los casos e las fguras, los conuctores tenen un largo e 50cm y por ellos crcula una corrente e,0a e ntensa. Calcula y representa sobre caa conuctor la fuerza que realza el campo magnétco exstente en la zona, que es unforme y e valor 80x0-3 T. 3 30º 53º 3) El conuctor Ñ se halla ubcao entro e una regón e B unforme, tal como se nca en la fgura. Sobre el segmento (cuya longtu es e 80 cm) actúa una fuerza magnétca e valor,6 y reccón y sento ncaos. S por el conuctor crcula una corrente e ntensa,0 A, a) Determna valor y sento el campo magnétco. b) Calcula y representa la fuerza magnétca sobre los segmentos Ñ y Ñ, sabeno que la longtu e Ñ es 30 cm menor que. F 33) Es posble que no se aprecen efectos e una fuerza magnétca aplcaa sobre un conuctor que transporta corrente eléctrca, cuano éste se encuentra en una zona one exste un campo magnétco? Explca. Ñ 34) Halle la fuerza magnétca neta sobre el conuctor trangular ABC e la fgura seno: = 3,0 A, B = 0,00 T, AB = BC = AC = 0,0m. B 35) La fgura representa un conuctor recto que transporta una corrente e ntensa 30 A, un segmento el msmo se encuentra en un campo magnétco unforme e 0,0 T como nca la fgura. Determna la fuerza magnétca aplcaa sobre el conuctor. A C 80 cm 36) Encontrar una expresón para la fuerza e nteraccón entre os conuctores rectlíneos nfntamente largos que transportan correntes e : 37) En una regón e campo magnétco unforme se encuentra un conuctor recto, en reposo y spuesto horzontalmente. Se sabe que el conuctor posee una Curso e Físca e 3ºBD rof. Julo etre

5 Reparto e problemas y ejerccos a) En el msmo sento. b) En sentos opuestos. 38) Un alambre e L=0cm y masa 5,0g, por el cual crcula una corrente =5,0A, cuelga e os hlos como lo nca la fgura. Determne el campo tal que el sstema quee en equlbro, con los hlos formano 30º con la vertcal. Campo agnétco masa 30 g y un largo e 40 cm, y que por él crcula una corrente eléctrca e ntensa e,5a. Determna valor, reccón y sento el campo magnétco que ebe exstr en la zona para que el conuctor permanezca en equlbro. 5,0 A 5,0 A ACCIÓ DE CAOS AGÉTICOS Y ELÉCTRICOS SOBRE CARGAS UTUALES E OVIIETO 39) Una partícula e masa 5,0x0-8 kg y carga 4,0nC, se mueve a lo largo e, aceleraa por un campo eléctrco unforme e móulo 5,0x0 4 /C. Al llegar al punto, eja e actuar el campo eléctrco y la partícula ngresa en una regón e campo magnétco unforme, perpencular al plano el bujo (=40cm; =00 cm; v =0m/s): a) or qué la trayectora es recta y la es crcular? b) Determne y represente el campo magnétco. E 4) Un electrón se mueve con veloca constante cuyo móulo es v=.5x0 5 m/s, entre una placa nfnta unformemente cargaa con = x0 C/m, y un conuctor muy largo, según fgura. Determne la ntensa e la corrente eléctrca que crcula por el conuctor e nca su sento. 40) Un electrón se mueve en línea recta con veloca v constante paralela a os placas cargaas, en una regón one exste un campo magnétco unforme B, sn esvarse. Determne la ferenca e potencal entre las placas ncano cuál está a mayor potencal.(datos: v=4,0 X0 5 m/s, =4,0cm, B=0,050T). 4) Un selector e veloca tene un campo magnétco e 0,0T perpencular a un campo eléctrco e,0x0 5 V/m. a) Realza un esquema y explca el funconamento el spostvo. b) Determna la veloca que ebe tener una partícula cargaa para pasar a través e cho selector sn esvarse. 43) Determna la fuerza neta sobre el electrón que al pasar por el punto se mueve con veloca v, eba al campo magnétco e las correntes paralelas que se ncan.(datos: I =0A, I =0A, =4.0cm, v=6.0x0 5 m/s). I conuctor =0cm 44) Los electrones en el haz e un tubo e televsón tenen una energía cnétca e,0k V.El tubo está orentao e moo que los electrones se mueven horzontalmente ese el sur magnétco haca el norte magnétco. La componente vertcal el campo magnétco e la Terra apunta haca abajo y tene una magntu e 55,0 T. a) En qué reccón se esvará el haz? b) Cuál es la aceleracón e un electrón eba al campo magnétco? c) Cuánto se esvará el haz al recorrer 0,0 cm entro el tubo e televsón? I 45) Un conuctor recto prouce, en los puntos y, un campo magnétco cuyos móulos son B =x0-5 T y B =x0-5 T, e reccones y sentos ncaos en la fgura: a) Inque, justfcano, óne se encuentra el conuctor que prouce este campo, cómo está orentao y cuál es el sento e la corrente que lo recorre. b) Calcule la ntensa e la corrente que lo recorre. 5,0 cm Curso e Físca e 3ºBD rof. Julo etre

6 8, mm Reparto e problemas y ejerccos 46) En la fgura se representan os regones e campos sólo magnétcos, nepenentes y ferentes entre sí. Un objeto e carga eléctrca q=,0x0-0 C y masa 5,0x0-5 kg escrbe, en la regón, un cuarto e crcunferenca e rao 30 cm emorano 5,5X0-5 s. En la regón escrbe, una trayectora rectlínea. a) Determna el móulo reccón y sento el campo magnétco en la regón I. b) Compara el campo magnétco en la regón II con el e la regón I. c) Calcula la energía cnétca al ngresar a la regón I y al salr e la II. Campo agnétco 47) Un electrón escrbe la trayectora ncaa O O. En caa tramo se sabe que actúa un solo campo y se conoce el móulo e la veloca en y en, v =3,x0 6 m/s y v =0. a) Ientfca y representa en caa tramo e trayectora el campo que la etermna. b) Determna el valor e chos campos. 8, mm O 49) En la zona entre los planos cargaos exste un campo magnétco entrante. or la línea punteaa se lanza una partícula cargaa con RU. Determne el sento el movmento y el móulo e la veloca. ( = 3,5x0-8 C/m y B = 5,0x0 - T). 48) La fgura representa la trayectora (línea punteaa) e un haz e electrones que ngresa, con veloca e móulo,5x0 5 m/s, a una regón el espaco en one exsten campos eléctrco y magnétco smultáneos y unformes,. El campo eléctrco, e móulo 5/C, está representao en reccón y sento. a) Determna y representa el campo magnétco en cha regón, para que el haz sga la trayectora ncaa. b) ué le ocurre al haz s en el momento e ngresar a cha regón se anula el campo eléctrco? 50) En la fgura se muestran os conuctores rectos e m e largo caa uno y colgaos e cueras e masa esprecable y e longtu 0cm que forman 30º entre sí. or caa uno e los conuctores crcula corrente e ntensaes e e gual valor, permaneceno en equlbro en estas concones. a) Realce un agrama ncano las fuerzas que actúan sobre caa conuctor. b) Las ntensaes tenen gual o ferente sento? Justfque. c) Determne el valor e las ntensaes sabeno que la masa e caa conuctor es e 0g. 30º 5) Daas las sguentes afrmacones nca cuáles son veraeras y cuáles falsas, justfcano tu respuesta. a) Las trayectoras realzaas por un electrón y un protón, que se mueven ncalmente con veloca perpencular a un campo magnétco, son crcunferencas éntcas, salvo que se recorren en sentos opuestos. b) Una carga eléctrca en movmento sempre expermenta una fuerza e orgen magnétco cuano se mueve en un campo magnétco externo. c) El campo magnétco generao por un conuctor recto nfnto es nepenente e la stanca al msmo, aunque es proporconal a la ntensa e corrente que crcula por cho conuctor. 0 =8,85x0 - C /m ; k E= 9,0x0 9 m /C ; 0= 4 x0-7 Tm/A; k B=,0x0-7 Tm/A; =,6x0-9 C; m e=9,x0-3 kg; m p=,7x0-7 kg Curso e Físca e 3ºBD rof. Julo etre