1. REPASO NO. 1 FÍSICA IV LEY DE COULOMB Y CAMPO ELÉCTRICO 1. Una partícula alfa consiste en dos protones (qe = 1.6 x10-19 C) y dos neutrones (sin carga). Cuál es la fuerza de repulsión entre dos partículas alfa separadas 2 mm entre sí? 2. Una carga de +6 µc está 44 mm a la derecha de una carga de -8 µc. Cuál es la fuerza resultante sobre una carga de 2 µc que se encuentra 20 mm a la derecha de la carga de 8 µc? 3. El mismo número de electrones se coloca en dos esferas de metal separadas 3.0 cm en el aire. Cuántos electrones hay en cada esfera si la fuerza resultante es de 4500 N? 4. En los vértices del triángulo equilátero existen tres cargas puntuales, como se ve en la figura. Calcula la fuerza resultante sobre la carga de valor 2.00 µc. 5. Representa los espectros del campo eléctrico mediante un dibujo, para las cargas eléctricas que se te presentan a continuación: a), b), c), 1
2. REPASO NO. 2 FÍSICA IV CAMPO ELÉCTRICO Y DENSIDAD DE CARGA GRUPO: 1. Una esfera de 8 cm de diámetro tiene una carga de 4 µc en su superficie. Cuál es la intensidad del campo eléctrico en la superficie, 2 cm fuera de la superficie? 2. Cuáles son la magnitud y dirección de la fuerza eléctrica sobre un electrón en un campo eléctrico uniforme de 2360 N/C de intensidad que apunta hacia el este? 3. Una carga de -20 µc se halla 50 mm a la derecha de una carga de 49 µc. Cuál es la intensidad del campo resultante en un punto situado 24 mm directamente arriba de la carga de -20 µc? 4. Un protón es proyectado en la dirección positiva de x al interior de una región de un campo eléctrico uniforme E = 6.00 x 10 5 N/C en el instante t = 0. El protón recorre una distancia de 7 cm antes de llegar al reposo. Determine a) la aceleración del protón, b) su rapidez inicial y c) el intervalo de tiempo en el cual el protón queda en reposo. 5. Dos placas paralelas ambas de 2 cm de ancho y 4 cm de largo, están colocadas verticalmente de modo que la intensidad de campo entre ambas es de 10 000 N/C hacia arriba. Cuál es la carga en cada placa? 2
3. PROBLEMAS DE REPASO PRIMERA EVALUACIÓN FÍSICA IV LEY DE COULOMB DEL MAGNETISMO Y FLUJO MAGNÉTICO GRUPO: 1. La intensidad de los polos de un imán de 18 cm de longitud es de 8 Am. Hallar la fuerza ejercida sobre un polo de prueba norte de 4 Am, situado en un punto Q en el aire, a 12 cm de cada polo del imán. 2. Un polo magnético experimenta una fuerza de 0.8 N en un campo magnético de inducción 0.05 T. Calcular la intensidad de dicho polo. 3. Un imán de 16 cm de longitud tiene unos polos de 40 Am de intensidad. Hallar la fuerza ejercida sobre un polo sur de 5 Am de intensidad situado en un punto en el aire, en la dirección del eje del imán y a 4 cm de su polo norte. 4. Una espira rectangular de 8 cm de ancho y 18 cm de largo forma un ángulo de 30 respecto al flujo magnético en la figura 29.10. Si la densidad de flujo es 0.3 T, calcula el flujo magnético que penetra la espira. 5. Una bobina de alambre de 30 cm de diámetro está en dirección perpendicular a un campo magnético de 0.6 T. Si la bobina gira hasta formar un ángulo de 60 con ese campo, cómo cambiará el flujo? 6. Un flujo de 13.6 mwb pasa a través de una espira de alambre de 240 mm de diámetro. Encuentre la magnitud de la densidad de flujo magnético si el plano de la bobina es perpendicular al campo. 3
4. PROBLEMAS DE REPASO FÍSICA IV CAMPO MAGNÉTICO EN CONDUCTORES Y FUERZAS MAGNÉTICAS 1. Cuál es la inducción magnética B en el aire en un punto localizado a 4 cm de un alambre largo que conduce una corriente de 6 A? 2. Una bobina circular con 40 vueltas de alambre en el aire tiene 6 cm de radio y está en el mismo plano de la hoja. Qué corriente deberá pasar por la bobina para producir una densidad de flujo de 2 mt en su centro? 3. Una espira circular de 50 mm de radio que se encuentra en el mismo plano que la hoja conduce una corriente de 15 A en contrasentido a las manecillas del reloj. Está sumergida en un medio cuya permeabilidad relativa es de 3.0. Cuáles son la magnitud y la dirección de la inducción magnética en el centro de la espira? 4. Un solenoide toroidal tiene 750 espiras de hilo de cobre y el diámetro medio de su núcleo de aire es de 10 cm. Hallar la intensidad de corriente eléctrica que debe circular por él para que origine una inducción magnética de 1.8 x 10 3 T en su núcleo. 5. Un núcleo toroidal de hierro, de 8 cm 2 de sección recta y 15 cm de diámetro medio, se embobina con 400 vueltas de hilo conductor. Dicho núcleo tiene un entre-hierro de 0.2 cm de longitud. La permeabilidad magnética relativa del hierro es de 500. Hallar el valor de la corriente eléctrica que debe circular por el embobinado para que el flujo magnético asociado sea de 10-4 Wb. 6. Determinar la masa de un ión positivo que se desplaza con una rapidez lineal de 10 7 m/s en una trayectoria circular de 1.55 m de radio, normal a la dirección de un campo magnético de inducción 0.134 T. La carga del ión es equivalente a dos electrones. 7. Un deuterón es una partícula nuclear formada por un protón y un neutrón unidos entre sí por fuerzas nucleares. La masa del deuterón es de 3.347 10-27 kg, y su carga es de + 1e. Se ha observado que un deuterón proyectado dentro de un campo magnético cuya densidad de flujo es de 1.2T viaja en una trayectoria circular de 300 mm de radio. Cuál es la velocidad del deuterón? 8. Un trozo de alambre de 12cm conduce una corriente de 4.0 A formando un ángulo de 41 al norte de un campo B dirigido al este. Cuál deberá ser la magnitud del campo B para que produzca una fuerza de 5 N sobre ese trozo de alambre? Cuál es la dirección de la fuerza? 9. Un trozo de alambre de 80 mm forma un ángulo de 53 al sur respecto a un campo B de 2.3 T dirigido al oeste. Cuáles son la magnitud y la dirección de la corriente en ese alambre si experimenta una fuerza de 2 N dirigida hacia fuera de la hoja? 10. Dos conductores rectilíneos, paralelos y de gran longitud, distan entre sí 4 cm en el aire, y transportan una corriente de 2 y 6 A de intensidad respectivamente, en el mismo sentido. Hallar la fuerza ejercida entre ambos por unidad de longitud de conductor. 11. Calcular la longitud de un par de conductores rectos y paralelos, que se rechazan entre sí con una fuerza magnética de 8.6 dinas, cuando están separados, en el espacio libre una distancia de 1.7 cm, sabiendo que por cada uno de ellos circula una corriente de 2.21 A de intensidad en sentidos contrarios. 12. Determinar la distancia que separa a dos conductores rectos y paralelos de 15 cm de longitud, considerando que por cada uno de ellos circula una carga dé 75 C en 0.18 minutos, y que entre ellos existe una fuerza magnética cuya magnitud es de 19.6 dinas. 4
1. PROBLEMAS DE REPASO FÍSICA IV MOMENTO MAGNÉTICO, APARATOS DE MEDICIÓN Y LEY DE INDUCCIÓN DE FARADAY 1. Una espira de alambre rectangular tiene una superficie de 0.30 m 2. El plano de la espira hace un ángulo de 30 respecto a un campo magnético de 0.75 T. Cuál es el momento de torsión de la espira si la corriente es de 7.0 A? 2. Un solenoide tiene 600 vueltas de 20 cm 2 de área y conduce una corriente de 3.8 A. El eje del solenoide forma un ángulo de 30 con un campo magnético de magnitud desconocida. Si el momento de torsión resultante en el solenoide es de 1.25 Nm, cuál es la densidad de flujo magnético? 3. Una bobina de alambre plana tiene 150 vueltas de radio de 4.0 cm y fluye por ella una corriente de 5.0 A. Qué ángulo forma el plano de la bobina con el campo magnético de 1.2 T si el momento de torsión producido es de 0.60 N m. 4. Una bobina de 120 vueltas de 90 mm de diámetro y tiene su plano perpendicular a un campo magnético 60 mt producido por un electroimán cercano. La corriente en el electroimán se corta y se colapsa presentando una fuerza electromotriz de 6 V que es inducida en la bobina. Cuánto tarda el campo en desaparecer? 5. Un amperímetro tiene una resistencia desconocida y se conecta en paralelo con otra de 0.001 Ω. Hallar la intensidad de la corriente eléctrica que circula por dicho amperímetro. Si la corriente en la línea es de 50 A. 6. Un galvanómetro tiene una resistencia de 28 Ω e indica 1 ma a fondo de escala. Determinar qué valor de resistencia y cómo se debe conectar, para convertir a dicho galvanómetro en: a) Un amperímetro con 0.25 A de intensidad de corriente a fondo de escala. b) Un voltímetro con 0.2 voltios a fondo de escala. 7. La lectura de un voltímetro es de 150 voltios en su escala completa. La bobina del galvanómetro tiene una resistencia de 50Ω y produce una desviación de escala completa para 20 mv. Cuál es el valor de la resistencia multiplicadora conectada en serie con él? 8. Una bobina de 40 espiras pasa por los polos de un imán en un tiempo de 0.004 s, induciéndose en ella una fem de 8 voltios. Calcular el flujo magnético que la atraviesa en el instante de terminar su movimiento, si partió de un lugar en donde éste vale 5 x 10-4 Webers. 9. Calcular la fem inducida máxima alterna que se mide en las terminales de un generador, cuya bobina rectangular consta de 100 espiras, con dimensiones de 10 cm de largo por 5 cm de ancho, girando a 50 rad/s en el interior de un campo magnético uniforme de inducción 0.003 T. 10. Una bobina de 200 espiras y una resistencia de 6 Ω es atravesada por un campo magnético que induce en dicha bobina una fuerza electromotriz de 35 voltios cuando el flujo magnético cambia de 2 x 10-5 webers a 10-4 webers. Determinar: a) El tiempo transcurrido para la variación del flujo magnético. b) La intensidad de la corriente inducida en la bobina. 5