Ejercicios con 2 cargas electricas

1.    Determinar la magnitud de la fuerza que actúa sobre las cargas eléctricas  Q1=3nc y Q2=-8nc que se encuentran en reposo y en el vacío a una distancia de 2 m.

Para calcular la fuerza de interacción de las dos cargas eléctricas puntuales en reposo aplicamos la ley de coulomb.

Como las cargas tienen signos contrarios entonces la fuerza es de atracción que tiene un módulo de :  

                                                      

2.    Determinar la magnitud de la fuerza que actúa sobre las cargas eléctricas Q1=-4nc y Q2=-2nc que se encuentran en reposo y en el vacío a una distancia de 5cm.

Para calcular la fuerza de interacción de las dos cargas eléctricas puntuales en reposo aplicamos la ley de coulomb.

Como las cargas tienen signos iguales entonces la fuerza es de repulsión que tiene un módulo de:                     

                                                   

3. Determinar la magnitud de la fuerza que actúa sobre las cargas eléctricas  Q1=1 y Q2=2.5nc que se encuentran en reposo y en el vacío a una distancia de 3 m.

Para calcular la fuerza de interacción de las dos cargas eléctricas puntuales en reposo

aplicamos la ley de coulomb.

Como las cargas tienen signos iguales entonces la fuerza es de repulsión que tiene un

módulo de:

                                                         

4. Determinar la magnitud de la fuerza que actúa sobre las cargas eléctricas Q1=1.25nc

 y Q2=2nc que se encuentran en reposo y en el vacío a una distancia de 10 cm.

  

Para calcular la fuerza de interacción de las dos cargas eléctricas puntuales en reposo

aplicamos la ley de coulomb:

 Como las cargas tienen signos diferentes entonces la fuerza es de atracción que tiene un módulo de:

                                                                     

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Preguntas de respaso

Preguntas de repaso

1. ¿cuál de estas dos fuerzas pueden ser de repulsión y de atracción: la fuerza                          gravitacional o la fuerza eléctrica?

R:/ la fuerza eléctrica porque esta fuerza equilibra la fuerza de gravedad con la fuerza de repulsión para que no haya ningún cambio físico en el ser humano.

2. Las fuerzas gravitacionales dependen de la propiedad que llamamos masa ¿Qué                    propiedad comparable subyace a las fuerzas eléctricas?.

R/: Las cargas eléctricas (Neutrones, Protones, Electrones).

3. ¿Cuál es la diferencia entre los protones y los electrones en cuanto a carga eléctrica?

R/: Los protones son de carga positiva, los electrones son de carga negativa.

4. ¿El electrón de un átomo de hidrogeno  es igual al electrón de un átomo de uranio?

R/: Si porque todos los electrones son idénticos; es decir  cada uno tiene la misma                     masa y la misma cantidad de carga negativa.

5. ¿Qué tiene más masa: un protón o un electrón?

R/: La masa del protón  es 2000 veces mayor que la de un electrón.

6. ¿Cuantos electrones tiene un átomo normal  en comparación con el número de protones ?

R/: Normal mente, los átomos tienen el mismo número de electrones que de protones.

7. ¿Cómo se comportan las cargas del mismo signo?

 R/: Se repelen.

8. ¿Cuál es la diferencia entre un ion positivo y un ion negativo?

 R/: Un ion positivo  tiene carga neta positiva, pues ha perdido uno o más electrones. Un ion negativo tiene carga neta negativa, pues ha ganado uno o más electrones adicionales.

9. A.  Si por frotamiento hacemos pasar electrones del pelaje de un gato a una barra de          caucho, ¿adquiere la barra carga positiva o negativa?

R/: La barra, puesto que pierde electrones, que son carga negativa, se volverá más positiva porque en ella ya no habrá equilibrio de cargas. Si inicialmente estaba en estado neutro, ahora la parte de electrones que se han perdido hace que haya exceso de cargas positivas que ya no están compensadas por los electrones transferidos al gato.

     B.  ¿y el pelaje del gato?

R/: Por lo anteriormente expuesto el gato que es el que recibe los electrones tendrá más carga negativa.

10. ¿Qué significa que la carga se conserva?

R/: como se hablan que los electrones no se crean ni se destruyen, si no que se trasfiere de un material a otro la carga se conserva en todo proceso, ya sea en gran escala o en el nivel atómico nuclear.

11. A. ¿En que se parece la ley de coulomb a la ley de gravitación de newton?

R/: Ambas generan una fuerza que está en la recta que une los objetos interactúales, su módulo en inversamente proporcional  al cuadrado de las distancia que las separa.

   B. ¿Cuál es la diferencia entre ambas leyes?

R/: La diferencia está en el origen de las fuerzas involucradas.

En la ley de Coulomb, la fuerza electrostática se debe a una acción entre dos partículas cargadas. Si las partículas tienen cargas de igual signo, la fuerza es de repulsión. Si tienen signos distintos la fuerza es de atracción.

En la ley de gravitación la fuerza gravitatoria entre dos partículas se debe a una propiedad de la masa de los cuerpos.  Esta fuerza es siempre de atracción.

12. La unidad de masa del SI es el kilogramo. ¿Cuál es la unidad de carga del SI?

R/: La unidad de carga en el sistema internacional es el coulomb, que se abrevia (C).

13. La constante de proporcionalidad K de la Ley de coulomb en las unidades ordinarias es enorme, mientras que la constante G de la ley de gravitación de newton es muy pequeña.

¿Qué significa esto en términos de la intensidad relativa de estas dos fuerzas?

R/: La diferencia más significativa entre las fuerzas de gravitación y las fuerzas eléctricas es que la gravedad solo atrae, mientras las fuerzas eléctricas pueden atraerse y repelerse.

14. ¿Por qué la fuerza de gravedad, que es más débil, predomina sobre la fuerza eléctrica en los objetos astronómicos?

R/: porque por ejemplo entre la tierra y la luna no existen fuerzas eléctricas detectables, en general por tal razón la débil fuerza gravitacional que es solo de atracción, es la fuerza predominante entre los cuerpos astronómicos.

15. ¿Por qué predomina la fuerza eléctrica  entre los átomos que están muy próximos entre sí?.

R/: porque las fuerzas de enlace químico que mantienen unidos los átomos en las moléculas son fuerzas  eléctricas que se ejercen en regiones pequeñas donde el equilibrio entre las fuerzas de atracción y las de repulsión no es perfecto.

16. ¿Cuál es la diferencia entre un buen conductor y un buen aislante?

R:/ La diferencia es que los electrones se mueven con más facilidad en los conductores que en los aislantes.

17.  A. ¿Por qué son buenos conductores los metales?

 R/: los metales son buenos conductores del movimiento de carga eléctricas porque sus electrones están sueltos, pueden desplazarse con libertad a otros átomos del material y también porque son buenos conductores de calor.

       B. ¿Porque son buenos aislantes los materiales como el caucho y el vidrio?.

R/: el cachucho y el vidrio son buenos aislantes porque los electrones están fuertemente ligados y permanecen en átomos específicos. Son malos conductores de calor.

18. ¿Qué es un semiconductor?.

R/: se pueden comportar unas veces como aislantes y otras veces como conductor.

19. ¿Que es un superconductor?.

R/: es cuando a temperaturas cercanas al cero absoluto ciertos metales adquieren una conductividad infinita.

20. ¿Cuáles son los tres métodos principales para cargar un objeto?.

R/: Carga por fricción, Carga por contacto, Carga por inducción.

¿Cuáles de estos métodos se lleva a cabo sin contacto físico?.

R/: el de carga por inducción, porque se acerca un objeto con carga a una superficie  conductora, y aun sin contacto físico los electrones se mueven en la superficie conductora.

21. ¿Qué es un rayo?.

R/: es un fenómeno eléctrico, son descargas eléctricas entre dos regiones de una nube con cargas contrarias.

22. ¿Qué función desempeña un pararrayos?.

R/: La punta del pararrayos recoge electrones del aire e impide que se acumule una gran cantidad de carga positiva en el edificio por inducción, la función principal es evitar una descarga eléctrica.

23. ¿Qué significa que objeto este eléctrica mente polarizado?.

R/: Un lado del átomo o molécula se hace ligeramente más positivo (o negativo) que el lado opuesto.

24. Cuando un objeto con carga polariza a otro objeto, ¿Por qué hay atracción entre los objetos?.

R/: porque el lado en que se aproxima induce una carga superficial opuesta haciendo que si el objeto está cargado negativamente los electrones se acerquen y haya atracción y los protones se hagan al lado opuesto.

25. ¿Qué es un dispolo eléctrico?.

R/: La molécula de agua,  porque está eléctrica mente polarizada en su estado normal entonces, la distribución de la carga eléctrica no es uniforme. Existe más carga negativa de un lado de la molécula que del otro.

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Electricidad y magnetismo

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Electricidad Y Magnetismo

RESUMEN.

La electricidad se presenta en las acciones de nuestro entorno vivir, se presenta en las tormentas cuando hay descargas eléctricas y el control de la electricidad se presenta en los dispositivos tecnológicos que utilizamos tales como, computadoras, televisión o para no irse muy lejos en un simple bombillo o también ya hablando en un entorno más físico en la fuerza que mantiene unidos los átomos en forma de moléculas.

Como bien se sabe el mundo ha avanzado con la ayuda de la electricidad, tanto así que en esta era tecnológica de punta es importante entender cómo podemos manipular los fundamentos de la electricidad.

Un importante componente de la electricidad es la electrostática, esto es la electricidad en reposo. La electrostática tiene que ver con las cargas eléctricas, las fuerzas que se ejercen entre ellas, los métodos de carga y su comportamiento en los materiales.

Las fuerzas y cargas eléctricas es unos de los principales conceptos en la electrostática, se habla que las fuerzas eléctricas provienen de las partículas que componen a los átomos. Un átomo consiste en un núcleo  con carga positiva rodeado de electrones y los mantiene en órbita, del mismo modo que el sol mantiene los planetas en órbita.

Los protones atraen electrones, pero estos se repelen unos a otros este comportamiento de atracción y repulsión  se atribuye a una propiedad llamada carga; donde existen dos tipos que los protones tienen carga positiva y los electrones tienen carga negativa mientras que los neutrones no tienen carga.

Se dice que una regla fundamental de todo fenómeno eléctrico es que las cargas eléctricas iguales se repelen; las cargas opuestas atraen. Esto se debe a que como ya se había hablado los electrones “carga negativa” se repelen entre si, mientras que los protones “carga positiva” los atraen.

Un átomo con carga recibe el nombre de ion, un ion positivo posee una carga neta positiva  puesto que ha perdido uno o más electrones. Un ion negativo posee una carga negativa puesto que ha ganado uno o más electrones.

De acuerdo con lo anterior la materia se compone de átomos y estos se componen a su vez de electrones, protones y neutrones. Cuando un objeto tiene el mismo número de electrones que de protones no posee carga eléctrica neta. Pero si estos números están desequilibrados el objeto está cargado eléctricamente.

Existen electrones externos de un átomo que están unidos muy débilmente y es fácil extraerlos por eso se da como ejemplo que los electrones están unidos con más firmeza en el caucho que en el pelaje de un animal. Por tal motivo cuando se frota una barra de caucho con un trozo de piel hay una transferencia de electrones de la piel a la barra esto se da ya que el caucho  testa cargado negativamente y posee un excedente de electrones a su vez la piel tiene una deficiencia de electrones y está cargado positivamente.

Se advierte que los electrones  no se crean ni se destruyen, sino que simplemente se transfieren de un material a otro. No importa el tamaño del proceso ya sea a gran escala o a nivel atómico y nuclear hay conservación de la carga. La carga de un objeto es un múltiplo entero de la carga del electrón esto quiere decir que el objeto no puede poseer una carga igual a 1.5  o a 1000.5  electrones.

Una de las leyes que rigen las cargas eléctricas es la ley de coulomb  donde el físico francés charles coulomb establece que para las partículas u objetos con carga que son pequeños en comparación con la distancia que los separa, la fuerza que se ejerce entre las cargas varia directamente con el producto de las cargas  e inversamente con el cuadrado de la distancia que las separa. Lo anterior se de a que la fuerza eléctrica entre dos objetos cualesquiera obedece una relación similar con el inverso del cuadrado de la distancia.

                                      

De acuerdo con lo anterior las cargas se expresan en coulomb (C), donde la fuerza eléctrica entre dos cargas de un coulomb es enorme donde las fuerzas eléctricas pueden atraerse y repelerse. Puesto que la mayoría de objetos poseen casi exactamente el mismo número de electrones que de protones, usualmente las fuerzas eléctricas se equilibran.

Para que los electrones se muevan con más facilidad en unos materiales que en otros. Los electrones externos de los átomos de un metal no están anclados a núcleos de átomos específicos, esto lleva a que se puedan desplazarse libremente por el material. Dado a lo anterior se afirma que los metales son buenos conductores del movimiento de carga eléctrica por la misma razón que son buenos conductores de calor.

Por otra parte los electrones de otros materiales como el caucho y el vidrio están fuertemente ligados y permanecen en átomos específicos, estos electrones no pueden desplazarse con facilidad hacia otros átomos del material.

Estos materiales son malos conductores de electricidad, por la misma razón, que son malos conductores de calor por tal razón se dice que estos son buenos “Aislantes”. Se puede clasificar las sustancias en orden de su capacidad para conducir cargas eléctricas.  Ala cabeza de la lista están los conductores y al final los aislantes, la clasificación  de una sustancia depende de la firmeza con la que los átomos de la sustancia retiene sus electrones.

También existen los semiconductores “los transistores”  que se emplean en una gran variedad de aplicaciones eléctricas, estos se comportan unas veces como aislantes y otras como conductores estos materiales son el germanio y el cilicio. A temperaturas cercanas al cero absoluto, ciertos metales adquieren una conductividad infinita(es decir, la resistencia al flujo de cargas se hace cero) estos se trata de los superconductores.

Existen tres procesos de carga, el primer proceso es el de carga por fricción que es cuando se transfiere electrones por fricción cuando un material roza con otro, esto se da cuando por ejemplo acariciamos el pelaje de un gato  oímos el crepitar las chispas  que se producen o bien cuando nos peinamos frente a un espejo  en una habitación a oscuras vemos y oímos las chispas eléctricas.

El otro proceso es el de carga por contacto, se trata de cuando se puede transferir electrones de un material a otro por simple contacto esto se da cuando por ejemplo ponemos una barra cargada en contacto con un objeto neutro se transfiere una parte de la carga a este. Cabe resaltar que si el objeto es buen conductor la carga se distribuye  en toda la superficie por que las cargas iguales se repelen entre sí. Si se trata de un mal conductor puede ser necesario tocar con la barra varias partes del objeto para obtener una distribución de carga.

El tercer proceso es el de carga por inducción, si acercamos un objeto  con carga a una superficie conductora, aun sin contacto físico los electrones se mueven en la superficie conductores. Una barra cargada sostenida cerca de una superficie metálica, por ejemplo atrae las cargas de signo contrario que tiene la barra y repele las cargas del mismo signo. El resultado es una redistribución de las cargas del objeto.

Se habla que durante las tormentas eléctricas se llevan a cabo procesos de carga por inducción. Donde la parte inferior de las nubes, de carga negativa, induce una carga positiva en la superficie terrestre creando si descargas eléctricas o rayos, benjamín franklin fue el primero en demostrar  este hecho por medio de su famoso experimento de la cometa donde demuestra que todos los rayos o relámpagos son descargas eléctricas entre dos regiones de la nube  con cargas contrarias.

Este tipo de carga por inducción se relaciona con la polarización de carga que se da cuando por inducción, un lado de la molécula o átomo se hace ligeramente más positivo. Cuando se acerca una carga negativa externa por la izquierda, las cargas del átomo neutro o molécula se re acomodan de tal manera que el lado izquierdo es ligeramente más positivo y el derecho, ligeramente negativo.

Todos los átomos o moléculas próximos a una superficie se polarizan eléctricamente. La molécula de agua es un dipolo eléctrico, porque está eléctricamente polarizada en su estado normal entonces, la distribución de la carga eléctrica no es uniforme. Existe más carga negativa de un lado de la molécula que del otro.

Lo anterior permite explicar porque un objeto con carga atrae trocitos de papel  neutros. Las moléculas del papel se polarizan los lados de la moléculas cuya carga es contraria a la del objeto están cerca de este. La proximidad prevalece y los trocitos de papel experimentan una atracción neta.

 Todos los conceptos expuestos anterior mente  nos permiten explicar fenómenos que en el común vivimos y que son sorprendentes, también nos explica los fundamentos de la electricidad a fin de proporcionar un bienestar. En el campo de los sistemas que nos compete a la titulación es muy importante saber la explicación de estos fenómenos ya que todos los dispositivos eléctricos que manejamos manejan electricidad y contiene cargas eléctricas. No solo en nuestro campo del estudio y el campo laboral también en nuestras casas a menudo tenemos relación con estos tipos de fenómenos de la física.

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