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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE MEXICO

ESCUELA NACIONAL COLEGIO DE CIENCIAS Y

HUMANIDADES PLANTEL SUR

AREA DE CIENCIAS EXPERIMENTALES ACTIVIDADES PARA EL RECESO ESCOLAR PREVENTIVO

FÍSICA II Las actividades que se presentan fueron planeadas y diseñadas para este periodo preventivo, cada una de ellas será evaluada y considerada para la calificación final del curso. Se pueden utilizar los libros que se encuentran en el blog. La fecha límite para la entrega será el 30 de abril de manera personal en hojas engrapadas con nombre y grupo.

Unidad 1: Electromagnetismo principios y aplicaciones

I. Conteste la siguientes preguntas.

1. ¿Qué estudia el Electromagnetismo?

2. ¿Qué estudia la Electrostática?

3. Define el concepto de: a) carga, b) electrón, c) neutrón, d) protón y e) masa atómica.

4. Explica el modelo atómico de Bohr.

5. ¿Qué es un generador electrostático?

6. Explica el concepto de electricidad estática.

7. ¿Qué es la electrización?

8. Explica y da un ejemplo de que es y para qué sirve el Electroscopio.

9. ¿Cuál es la diferencia entre un material aislante y uno conductor?

10. Define Carga inducida, carga por fricción y carga por inducción.

11. Define el concepto de diferencia de potencial.

12. Enuncia la Ley de Coulomb y explícala.

13. Define que es un Campo Eléctrico y explica su ecuación.

14. Describe mediante dibujos el campo eléctrico de objetos electrizados.

15. Define el concepto de Carga Eléctrica y da ejemplos.

16. Explica la Corriente Eléctrica a partir de la diferencia de potencial eléctrico.

17. Enuncia la ley de Ohm

18. Define y da un ejemplo de resistencia eléctrica

19. ¿Qué es un circuito eléctrico?

20. ¿Qué es y para qué sirve un a) amperímetro y b) voltímetro?

21. Escribe una definición de lo que es la electricidad.

22. Explica la diferencia entre electrostática y electrodinámica.

23. Explica la relación entre el electromagnetismo y tu vida cotidiana.

24. Define el concepto de carga eléctrica y sus tipos.

25. ¿Quién fue Benjamín Franklin y cuál fue su aportación a la física?

26. ¿Qué es una botella de Leyden?

27. ¿Qué son los electrones, protones y neutrones?

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28. ¿Cuál es el valor de la carga de un protón, neutrón y electrón?

29. Menciona 3 formas de electrizar los cuerpos y explica cada una de ellas.

30. ¿Cómo se carga eléctricamente un objeto?

31. Explica el funcionamiento de un electroscopio.

32. Explica que es, en que consiste y como funciona una Jaula de Faraday.

33. ¿Cómo funciona un pararrayos?

34. Enuncia la Ley de Coulomb y explica su ecuación.

35. ¿Qué es el campo eléctrico?

36. ¿Cómo se puede observar y medir un campo eléctrico?

37. ¿Cómo es el comportamiento de los objetos cargados eléctricamente?

38. ¿Cómo funciona un péndulo eléctrico y que se observa en él?

39. ¿Qué es y cómo funciona un generador Van der Graff?

40. ¿Por qué es peligrosa la electricidad en el cuerpo humano?

II. Resuelve los siguientes problemas.

1. Compara la fuerza electrostática con la gravitacional entre un protón y un electrón 𝑚𝑝 = 1.67 × 10−27 𝑘𝑔,

𝐺 = 6.67 × 10−11 𝑁𝑚2/𝑘𝑔2, 𝑞𝑝 = 1.6 × 10−19 𝐶, 𝑞𝑒 = −1.6 × 10−19 𝐶, 𝑟 = 0.532 × 10−10 𝑚.

2. Determine la distancia a la que se encuentran dos cargas eléctricas de 9 × 10−8 𝐶, al rechazarse con una fuerza

de 6.89 × 10−3 𝑁.

3. a) Calcular la magnitud de la fuerza eléctrica ejercida entre dos electrones separados en el vacío por una distancia

de 5 × 10−14 𝑚. b) Comparar esta fuerza eléctrica con la fuerza gravitacional entre los mismos electrones.

4. Dos cargas puntuales iguales separadas 89.4 𝑐𝑚 en el aire, se rechazan con una fuerza de 1.58 × 10−6 𝑁.

Calcular el valor de cada carga.

5. Dos células vecinas están ionizadas (cargadas) con radiación Χ. a) Si la carga sobre cada célula es igual

a 1.60 × 10−31 𝐶 y las células están separadas 2.5 𝜇𝑚, ¿Cuál es la fuerza ejercida por cada célula?

b) Si la distancia entre las células se duplica, ¿qué le sucede a la fuerza entre ellas?

6. a) Calcula la magnitud de la fuerza eléctrica ejercida entre dos electrones separados en el vacío por una distancia

de 356 × 10−10 𝑚. b) Compara esta fuerza eléctrica con la fuerza gravitacional entre los mismos electrones.

7. Dos cargas puntuales iguales separadas 30 𝑘𝑚 en el aire, se rechazan con una fuerza de 7.56 × 10−9 𝑁.

Encuentre el valor de cada carga.

8. Dos cargas de −200 𝜇𝐶 y −2896 𝜇𝐶 están separadas por una distancia de 3 𝑚𝑖. ¿Cuál es la fuerza electrostática

sobre cada partícula?

9. ¿Cuál es la magnitud de la fuerza electrostática entre dos electrones de un núcleo? La distancia entre los

electrones es aproximadamente de 1 × 10−22 𝑚.

10. ¿Cómo se puede comparar las intensidades o las magnitudes de las fuerzas eléctricas y gravitacionales entre un

protón y un electrón? Exprese su respuesta en términos de una relación tal que la diferencia se pueda representar

como un factor.

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11. Un átomo de hidrógeno consiste en un protón y un electrón que están separados en promedio 5.3 × 10−11 𝑚.

Encuentra la fuerza de atracción entre ellos.

12. Dos cargas, de +5 × 10−7 𝐶 𝐶 y −2 × 10−7 𝐶, se atraen entre sí con una fuerza de 100 𝑁, ¿a qué distancia

están?

13. Dos cargas se repelen entre sí con una fuerza de 1 × 10−5 𝑁 cuando están a 20 𝑐𝑚 de distancia. a) ¿Cuál es la

fuerza sobre cada una de ellas cuando están a 5 𝑐𝑚 de distancia? y b) Cuando están a 100 𝑐𝑚 de distancia.

14. Explica el experimento con el cual se formuló la Ley de Coulomb.

15. Da algunas razones para sostener la idea de que hay solamente dos clases de carga eléctrica.

16. Explica cómo cambia la magnitud de la fuerza eléctrica entre dos cargas conforme aumenta la distancia

a) aumenta, b) disminuye, c) permanece constante.

17. La Tierra nos atrae con su fuerza gravitacional, pero la fuerza eléctrica es mucho mayor que aquella. ¿Por qué

no experimentamos una fuerza eléctrica de la Tierra?

18. La ley de Coulomb es un ejemplo de una ley de cuadrado inverso. Utilice esta idea del cuadrado inverso para

determinar la razón de la fuerza eléctrica (la final dividida entre la inicial) entre dos cargas cuando la distancia

entre ellas se reduce a un tercio de su valor inicial.

19. Dos cargas se unen hasta que están a una distancia de 100 𝑐𝑚, de manera que la fuerza eléctrica entre ellas

aumente exactamente por un factor de 5. ¿Cuál era su separación original?

20. Dos cargas 𝑞1 = −8 𝜇𝐶 y 𝑞2 = 12 𝜇𝐶 están separadas por una distancia de 120 𝑚𝑚 en el aire. ¿Cuál es la fuerza

resultante sobre una tercera carga 𝑞3 = −4 𝜇𝐶 colocada en el punto medio de la distancia entre las otras dos

cargas?

21. Tres cargas 𝑞1 = 4 𝑛𝐶, 𝑞2 = −6 𝑛𝐶 y 𝑞3 = −8 𝑛𝐶 están distribuidas perpendicularmente. ¿Cuál es la fuerza y

el ángulo resultante sobre 𝑞3 debida a las otras cargas?

22. Tres cargas cuyos valores son 𝑞1 = 𝑞2 = 𝑞3 = 8 𝑛𝐶, están colocadas en los vértices de un triángulo equilátero

que mide 90 𝑦𝑑 en cada uno de sus lados. Determine el valor de la fuerza resultante sobre la carga 𝑞1, así como

en el ángulo 𝛼 que forma respecto al eje horizontal.

23. Tres cargas cuyos valores son 𝑞1 = 30 𝐶, 𝑞2 = 30 𝐶 y 𝑞3 = −30 𝐶, están colocadas en los vértices de un

triángulo equilátero que mide 30 𝑚 en cada uno de sus lados. Determine el valor de la fuerza resultante sobre la

carga 𝑞2, así como en el ángulo 𝛼 que forma respecto al eje horizontal.

24. Tres cargas cuyos valores son 𝑞1 = 789 𝜇𝐶, 𝑞2 = −679 𝜇𝐶 y 𝑞3 = 324 𝜇𝐶, están colocadas en los vértices de

un triángulo equilátero que mide 12345 𝑚𝑚 en cada uno de sus lados. Determine el valor de la fuerza resultante

sobre la carga 𝑞3, así como en el ángulo 𝛼 que forma respecto al eje horizontal.

25. Sobre un electrón que está a cierta distancia de un protón actúa una fuerza eléctrica. a) si el electrón se alejara el

doble de esa distancia del protón, ¿la fuerza eléctrica seria de 2, 1/2 , 4 o ¼ veces la fuerza original? ¿Por qué?

b) Si la fuerza original es 𝐹, y el electrón se moviese a un tercio de la distancia original hacia el protón,

¿Cuál sería la nueva fuerza eléctrica?

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26. Completa la siguiente tabla. Observa como varia la fuerza entre dos electrones. Anota todos tus cálculos en una

hoja anexa. Al completar la tabla realiza dos gráficas de dispersión de puntos; distancia vs fuerza eléctrica y

distancia vs fuerza gravitacional, con un ajuste lineal y la ecuación del grafico en Excel para cada gráfica.

Comenta tus resultados en cada caso.

III. Realiza un resumen a mano de las siguientes lecturas:

Link 1: https://alumnoscch.files.wordpress.com/2019/02/t16954_electricidad_atmosferica.pdf

Link 2: https://alumnoscch.files.wordpress.com/2019/02/teo1campo-electrico.pdf

Link 3: https://alumnoscch.files.wordpress.com/2019/02/interaccion_electromagnetica_-_1._campo_electrico.pdf

Link 4: https://alumnoscch.files.wordpress.com/2017/01/historia_del_tiempo_hawking.pdf

IV. Conteste las siguientes preguntas de electromagnetismo.

1. ¿A qué se le llama fuerzas de contacto?

2. Define la Fuerza Eléctrica.

3. ¿Qué es una carga de prueba?

4. Define el campo eléctrico.

5. ¿Como se calcula al intensidad del campo eléctrico? ¿Cómo se relaciona la ley de Coulomb y la intensidad de

campo eléctrico?

Distancia 𝟏/𝒓𝟐 𝑭𝑬 [𝑵] 𝑭𝑮 [𝑵]

𝟏 𝒄𝒎

𝟏𝟎 𝒄𝒎

𝟏 𝒎

𝟏𝟎 𝒎

𝟏𝟎𝟎 𝒎

𝟏 𝒌𝒎

𝟏𝟎𝟎 𝒌𝒎

𝟏 𝐔𝐀

𝟏 𝐀ñ𝐨 𝐋𝐮𝐳

𝟏 𝐏𝐚𝐫𝐬𝐞𝐜

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6. Calcula el valor de la constante de proporcionalidad de la Ley de Coulomb.

7. ¿Qué dice el Principio de Superposición?

8. ¿El Campo Eléctrico es un vector? Explica.

9. ¿El valor de la intensidad del campo eléctrico es constante? Explica.

10. ¿El valor del campo eléctrico será el mismo para todos los puntos con igual distancia del centro de una carga?

11. ¿Qué son las líneas de campo y que nos indican?

12. ¿Cuáles son las propiedades de las líneas de campo?

13. Dibuja las líneas de campo eléctrico para a) una carga positiva única y puntual, b) una carga negativa única y

puntual, c) dos cargas de signo contrario, d) dos cargas positivas y e) dos cargas negativas.

14. ¿En qué consiste el experimento de Faraday?

15. ¿En un cuerpo esférico cargado eléctricamente, como se calcula el valor de la intensidad del campo eléctrico

en un determinado punto a su alrededor?

V. Resuelve los siguientes problemas de campo eléctrico.

1. La intensidad de campo eléctrico entre dos placas es constante y está dirigida hacia abajo. La magnitud de la

intensidad del campo eléctrico es 6 × 104 𝑁/𝐶. ¿Cuáles son la magnitud y la dirección de la fuerza eléctrica

ejercida sobre un electrón proyectado horizontalmente entre las dos placas?

2. Demuestre que la fuerza gravitacional sobre el electrón del problema 1 puede ser despreciada.

(𝑚𝑒 = 9.1 × 10−31 𝑘𝑔).

3. ¿Cuál es la intensidad de campo eléctrico a una distancia de 2 𝑚 de una carga de −12 𝜇𝐶?

4. Calcule la fuerza eléctrica sobre un protón colocado en un campo eléctrico ascendente de magnitud

2 × 104 𝑁/𝐶.

5. Una pelota de espuma de poliestireno cubierta con una pintura conductora tiene una masa de 5 × 10−3 𝑘𝑔 y una

carga de 4 𝜇𝐶. ¿Qué campo eléctrico dirigido hacia arriba producirá una fuerza eléctrica sobre la pelota que

equilibrará el peso de la pelota?

6. Calcula la magnitud y la dirección del campo eléctrico de un punto P que está a 30 𝑐𝑚 a la derecha de una carga

puntual 𝑞 = −3 × 10−6 𝐶.

7. Dos cargas puntuales están separadas una distancia de 10 𝑐𝑚, una de ellas tiene una carga de −25 𝜇𝐶 y la otra

de 50 𝜇𝐶. a) ¿Cuál es la dirección y la magnitud del campo eléctrico de un punto P situado entre ellas a 2 𝑐𝑚 de

la carga negativa? b) Si se coloca un electrón en reposo en el mismo punto, ¿Cuál será su aceleración?

8. ¿Calcula la aceleración de un electrón en un campo eléctrico cuya intensidad es de 8 𝑁/𝐶?

9. a) ¿Como sabemos que hay dos tipos de carga eléctrica? b) ¿Cuál sería el efecto de la designación de la carga

del electrón como positiva y de la del protón como negativa?

10. ¿Por qué las líneas de un campo eléctrico nunca se cruzan?

11. Compara la fuerza electrostática con la gravitacional entre un protón y un electrón 𝑚𝑝 = 1.67 × 10−27 𝑘𝑔,

𝐺 = 6.67 × 10−11 𝑁𝑚2/𝑘𝑔2, 𝑞𝑝 = 1.6 × 10−19 𝐶, 𝑞𝑒 = −1.6 × 10−19 𝐶, 𝑟 = 0.532 × 10−10 𝑚.

12. Calcula la fuerza eléctrica entre dos cargas cuyos valores son 𝑞1 = 2 𝑚𝐶, 𝑞2 = 4 𝑚𝐶, al estar separadas en el

vacío por una distancia de 75 𝑐𝑚.

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13. Determine la distancia a la que se encuentran dos cargas eléctricas de 7 × 10−8 𝐶, al rechazarse con una fuerza

de 4.41 × 10−3 𝑁.

14. Una carga eléctrica de 2 𝜇𝐶 se encuentra en el aire a 60 𝑐𝑚 de otra carga. La fuerza con la que se rechaza es de

3 × 10−1 𝑁. ¿Cuánto vale la carga desconocida?

15. En un átomo de hidrógeno, un electrón gira alrededor de un protón en una órbita con un radio de 5.3 × 10−11 𝑚.

¿Con que fuerza eléctrica se atraen el protón y el electrón?

16. Dos cargas puntuales iguales separadas 38.6 𝑐𝑚 en el aire, se rechazan con una fuerza de 7.5 × 10−8 𝑁.

Hallar el valor de cada carga.

17. a) Calcular la magnitud de la fuerza eléctrica ejercida entre dos electrones separados en el vacío por una distancia

de 5 × 10−10 𝑚. b) Comparar esta fuerza eléctrica con la fuerza gravitacional entre los mismos electrones.

18. Dos partículas cargadas positivamente sobre el eje 𝑥 con carga 𝑞1 = 1.60 × 10−19 𝐶 y 𝑞2 = 3.20 × 10−19 𝐶

respectivamente están separadas 0.02 𝑚. Calcula cuál es la magnitud y el sentido de la fuerza electrostática.

19. Dos cargas puntuales de 80 𝑛𝐶 y −50 𝑛𝐶, están separadas 16 𝜇𝑚. Determina la fuerza electrostática entre ellas.

20. ¿Cuál es la magnitud de la fuerza electrostática entre dos protones de un núcleo? La distancia entre los protones

nucleares es del orden de 10−13 𝑐𝑚.

21. En una región una carga 𝑞 = 2 × 10−8 𝐶, siente una fuerza de 2 × 105 𝑁. ¿Cuál es la intensidad del campo

eléctrico en ese punto?

22. Una carga positiva 𝑞 = 3 × 10−9 𝐶, se encuentra situada en el espacio. Calcular la magnitud del campo eléctrico

en un punto que se encuentra a una distancia de 10−9 𝑚.

23. Una carga eléctrica de 1.8 × 10−19 𝐶, se coloca dentro de un campo eléctrico y siente una fuerza de 3 × 108 𝑁.

¿Cuál es el valor del campo?

24. Encontrar el campo eléctrico que genera una carga 𝑞 = 91.8 × 10−12 𝐶 a una distancia de 10−11 𝑚.

25. ¿Cuál es el valor del campo eléctrico en el punto del espacio en el que se coloca una carga 𝑞 = 26.4 × 10−12 𝐶

y ésta siente una fuerza de 2 × 105 𝑁?

26. Si 𝑞 = 2 × 10−7 𝐶. ¿Cuál es la magnitud y dirección de �̅� en un punto situado a 10−8 𝑚 de la carga?

27. ¿Cuál es el valor del campo eléctrico a una distancia infinita de la carga? Fundamenta ampliamente tu respuesta.

28. Una carga de prueba de 4 × 10−9 𝐶 recibe una fuerza horizontal hacia la derecha de 3 × 10−7 𝑁. ¿Cuál es el

valor de la intensidad del campo eléctrico en el punto donde está colocada la carga de prueba?

29. La intensidad del campo eléctrico producido por una carga de 97 𝜇𝐶 en un punto determinado es de

13 × 105 𝑁/𝐶 ¿A qué distancia del punto considerado se encuentra la carga?

30. a) Calcula el valor de la resistencia que se debe conectar en paralelo con una resistencia de 10 , para que la

resistencia equivalente del circuito se reduzca a 6 . b) Calcula la resistencia equivalente de cuatro resistencias

cuyos valores son 𝑅1 = 10 , 𝑅2 = 20 , 𝑅3 = 25 y 𝑅4 = 50 . Conectados a) en serie y b) en paralelo.

Dibuja el diagrama en cada caso.

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31. Tres aparatos eléctricos de 8 , 15 y 20 , se conectan en paralelo a una batería de 60 𝑉. a) dibuja el circuito

eléctrico, b) calcula el valor de la resistencia equivalente, c) determina el valor de la corriente total suministrada

por la batería y d) calcula el valor de la corriente que circula por cada aparato.

32. Una plancha eléctrica de 60 se conecta en paralelo a un tostador eléctrico de 90 , con un voltaje de 120 𝑉.

a) dibuja el circuito eléctrico, b) determina el valor de la resistencia equivalente del circuito, c) calcula la

intensidad de la corriente que circula por el circuito y d) ¿Qué valor tendrá la intensidad de la corriente que

circula por cada resistencia?

33. Dos focos, uno de 70 y otro de 80 se conectan en serie con una diferencia de potencial de 120 𝑉.

a) dibuja el circuito eléctrico y b) calcula la intensidad de la corriente que circula por el circuito.

34. Calcula la diferencia de potencial aplicada a una resistencia de 10 , si por ella fluyen 5 𝐴.

35. A partir de la definición de flujo magnético encuentra la Ley de Inducción de Faraday en su expresión general.

36. Discute la forma de la Ley de Gauss para el campo gravitacional. Encuentra las posibles semejanzas entre este

campo y el campo eléctrico.

37. Calcula el valor de �̅� (magnitud y dirección) para el campo geomagnético en el Polo Sur y en la Ciudad de

México considerándolo como un dipolo centrado respecto de la Tierra con su eje paralelo al eje de rotación.

38. Demuestra que un campo magnético puede usarse para enfocar un haz de partículas cargadas. De hecho, este es

el método que se utiliza para enfocar el haz de electrones en los microscopios electrónicos.

39. Demuestra explícitamente que si una partícula de carga 𝑞 y masa 𝑚 se desplaza dentro de un campo magnético

estático �̅�, su energía cinética seria constante en el tiempo.

40. Calcula el valor de �̅� (magnitud y dirección) para el campo geomagnético en el ecuador a la altura de la órbita

de la Tierra.

VI. Resuelve los siguientes problemas de capacitores.

1. Calcula el área de las placas de un condensador plano de 1 𝐹 cuya separación entre placas es de 1 𝑚𝑚, siendo

su dieléctrico aire.

2. Un condensador recibe una carga eléctrica de 5 × 10−5 𝐶 y la diferencia de potencial entre sus placas es de

500 𝑉. a) ¿Cuál es su capacidad? b) ¿Qué cantidad de energía almacena?

3. La capacidad de un condensador es de 1 𝜇𝐹 y su carga de 1 𝜇𝐶. ¿Cuál es la diferencia de potencial entre las

placas?

4. Un condensador cuyo dieléctrico es aire, tiene una capacitancia de 3 𝜇𝐹. Hallar la capacitancia que adquiere al

introducirse un dieléctrico cuyo valor relativo es de 2.8, utiliza 𝐶 = 𝐾𝑟𝑒𝑙𝑎𝑡𝑖𝑣𝑎 𝐶𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙.

5. Tres condensadores cuyas capacidades son de 8 𝜇𝐹, 10 𝜇𝐹 y 4 𝜇𝐹 respectivamente, están conectados en serie a

una fuente de 12 𝑉. a) ¿Cuál es la carga del condensador de 4 𝜇𝐹? b) ¿Cuál es la energía total de los tres

condensadores?

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6. Un condensador de un circuito de televisión tiene una capacitancia de 1.2 𝜇𝐹 y la diferencia de potencial entre

sus pacas es de 3000 𝑉. Calcula la energía almacenada en dicho condensador.

7. Dos láminas cuadradas de estaño de 30 𝑐𝑚 por lado están adheridas a las caras opuestas de una lámina de mica

de 0.1 𝑚𝑚 de espesor con una permitividad relativa 𝜀𝑟 de 5.6. ¿Cuál es el valor de la capacitancia?

8. a) Las placas de un capacitor tienen una separación de 5 𝑚𝑚 en el aire. Calcular su capacitancia si cada placa

rectangular mide 15 × 20 𝑐𝑚. b) Las placas de un capacitor tienen una separación de 4 𝑚𝑚 en el aire. ¿Cuál es

su capacitancia si el área de cada placa es de 0.15 𝑚2?

9. Tres capacitores de 3, 6 y 8 𝑝𝐹 se conectan primero en serie y luego en paralelo. Calcular la capacitancia

equivalente en cada caso.

10. Tres capacitores de 2, 7 y 12 𝑝𝐹 se conectan en serie a una batería de 30 𝑉, Calcula a) la capacitancia equivalente

o total de la combinación, b) la carga depositada en cada capacitor, c) la diferencia de potencial en cada capacitor.

11. Un capacitor cuyo valor es de 40 µF se conecta a una diferencia de potencial de 120 V. Expresar la carga

almacenada en [𝐶] y a cuántos electrones equivale.

12. De acuerdo con la conexión de capacitores mostrados en la figura, calcular a) la

capacitancia equivalente de la combinación b) la diferencia de potencial en cada capacitor

c) la carga depositada en cada capacitor d) la carga total almacenada en los capacitores.

13. De acuerdo con el siguiente arreglo de capacitores mostrados en la figura, calcular a) la

capacitancia equivalente del circuito en paralelo b) la capacitancia total equivalente del

circuito c) el voltaje existente en cada capacitor.

14. Una batería de 90 𝑉 se conecta a un capacitor de 20 𝜇𝐹, calcular ¿Cuál es el valor de la

carga depositada en cada placa? ¿A cuántos electrones equivale dicha carga?

15. Dos hojas de papel de estaño, cuyas dimensiones son 30 × 40 𝑐𝑚, están adheridas a las caras opuestas de una

placa de vidrio de 0.5 𝑚𝑚 de espesor con una permitividad relativa de 4.7. Calcular su capacitancia.

VII. Resuelve los siguientes problemas de Ley de Ohm.

1. Calcula la intensidad de la corriente que alimenta a una lavadora de juguete que tiene una resistencia de 10 Ω

y funciona con una batería con una diferencia de potencial de 30 𝑉.

2. Calcula el voltaje, entre dos puntos del circuito de una plancha, por el que atraviesa una corriente de 4 𝐴 y

presenta una resistencia de 17 Ω.

3. Calcula la resistencia atravesada por una corriente con una intensidad de 5 𝐴 y una diferencia de potencial

de 10 𝑉.

4. Calcula la resistencia que presenta un conductor al paso de una corriente con una tensión de 15 voltios y con una

intensidad de 3 𝐴.

5. Calcula la intensidad que lleva una corriente eléctrica por un circuito en el que se encuentra una resistencia

de 25 Ω y que presenta una diferencia de potencial entre los extremos del circuito de 80 𝑉.

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6. Calcula la tensión que lleva la corriente que alimenta a una cámara frigorífica si tiene una intensidad de 2.5 𝐴

y una resistencia de 500 Ω.

7. Calcula la intensidad de una corriente que atraviesa una resistencia de 5 Ω y que tiene una diferencia de potencial

entre los extremos de los circuitos de 105 𝑉.

8. Calcula la diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito por el que atraviesa una corriente de 8.4 𝐴

y hay una resistencia de 56 Ω.

9. Calcula la intensidad de una corriente eléctrica que atraviesa una resistencia de 5 Ω y que tiene una diferencia

de potencial entre los extremos del circuito 50 𝑉.

10. Calcula la diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito por el que atraviesa una corriente de 3 𝐴

y hay una resistencia de 38 Ω.

11. Calcula la resistencia de una corriente eléctrica que tiene 2 𝐴 y una fuente de voltaje de 4 𝑉.

12. Calcula la intensidad de la corriente que llega a un frigorífico que presenta una resistencia de 50 Ω y que tiene

una diferencia de potencial entre los extremos del circuito de 250 𝑉.

13. Calcula la diferencia de potencial entre dos puntos del circuito de un congelador por el que atraviesa una corriente

de 20 𝐴 y hay una resistencia de 30 Ω.

14. Calcula la resistencia del material por el que pasa la corriente de una plancha que tiene una intensidad de 5 𝐴

y una diferencia de potencial entre los extremos de 10 𝑉.

15. La corriente eléctrica de una lavadora es de 220 𝑉 y de 22 Ω. ¿Cuál es el valor de la intensidad de la corriente?

16. Una aspiradora tiene un voltaje de 230 𝑉 y una intensidad de 16 𝐴. Calcula la resistencia de la aspiradora.

17. Un microondas tiene una resistencia de 125 Ω y un voltaje de 220 𝑉. Calcula la intensidad del microondas.

18. Por una resistencia de 1.5 Ω se hace circular una corriente de 0.8 𝐴. Calcula el voltaje.

19. Mi abuela ha comprado un frigorífico con una resistencia de 300 Ω. ¿Qué intensidad debe tener la corriente para

que funcione adecuadamente?

20. Para reparar nuestro horno, mi madre necesita saber su voltaje. Si sabemos que necesita una corriente con una

intensidad de 35 𝐴 y que presenta una resistencia de 21 Ω, ¿Cuál será la tensión necesaria?

21. Una computadora requiere una intensidad de 35 𝐴 y una diferencia de potencial de 50 𝑉. Calcula la resistencia

que presenta.

22. Un nuevo teléfono en las instrucciones dice que tiene una diferencia de potencial de 57 𝑉 y una resistencia de

15 Ω. ¿Cuál es la intensidad de la corriente?

23. El televisor de mi abuela necesita una corriente de 4 𝐴 y una diferencia de potencial de 125 𝑉. ¿Cuál es la

resistencia que presenta?

24. El circuito eléctrico de una batidora tiene una tensión de 40 𝑉 y una resistencia de 20 Ω. Calcula la intensidad.

25. Un circuito eléctrico simple tiene una pila de 9 𝑉 y una intensidad de 5 𝐴. Calcula la resistencia del circuito.

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26. La instalación eléctrica de un generador eléctrico tiene una intensidad de 7 𝐴 y una resistencia de 3 Ω. Calcula

la tensión del generador.

27. Calcula la intensidad de una lavadora que atraviesa una resistencia de 5 Ω y que tiene una diferencia de potencial

entre los extremos del circuito de 220 𝑉.

28. Calcula la diferencia potencial entre dos puntos del circuito de un microondas por el que atraviesa una corriente

de 10 𝐴 y tiene una resistencia de 30 Ω.

29. Calcula la intensidad de la corriente eléctrica que atraviesa una resistencia de 50 Ω, si entre los puntos de los

extremos del circuito hay una tensión de 10 𝑉.

30. Calcula la resistencia que opondrá un circuito por el paso de una corriente de 5 𝐴, si entre los extremos del

circuito hay una tensión de 100 𝑉.

VIII. Conteste las siguientes preguntas de diferencia de potencial.

1. Menciona la diferencia entre trabajo positivo y negativo. b) Indica la diferencia entre energía potencial negativa

y positiva.

2. ¿En el caso de una masa m es posible que la energía potencial se incremente trasladando la masa a una posición

menor? ¿Es posible que un objeto eléctricamente cargado incremente la energía potencial al ser llevado a una

posición de potencial más bajo? Explique su respuesta.

3. Cite un ejemplo en el cual la energía potencial sea cero en algún punto donde la intensidad del campo eléctrico

no sea cero.

4. El campo eléctrico en el interior de un conductor electrostático es cero. ¿También el potencial eléctrico dentro

del conductor es cero? Explica tu respuesta.

5. Si se conoce la intensidad del campo eléctrico en algún punto, ¿Se puede determinar el potencial eléctrico en ese

punto? ¿Qué información se necesitaría?

6. La superficie de cualquier conductor es una superficie equipotencial. Justifica este enunciado.

7. Demuestra que el [𝑉 ∙ 𝑚]es dimensionalmente equivalente al [𝑁 ∙ 𝐶].

8. ¿El potencial es una propiedad asignada al espacio o a una carga? ¿A qué está asignada la energía potencial

eléctrica?

9. Explica la diferencia entre la diferencia de potencial y una diferencia en la energía potencial.

10. ¿La dirección de la intensidad del campo eléctrico va del potencial más alto hacia el más bajo? Argumenta e

ilustra tu respuesta.

11. Una carga de 2 𝑛𝐶 está separada 20 𝑐𝑚 de otra carga de 4 𝜇𝐶. a) Cuál es la energía potencial del sistema? b)

¿Cuál es el cambio en energía potencial si la carga de 2 𝑛𝐶 se mueve a una distancia de 8 𝑐𝑚 de la carga de

4 𝜇𝐶?

11

12. a) Calcule el potencial en el punto A que está a 30 𝑐𝑚 de distancia de una carga de −2 𝜇𝐶. b) ¿Cuál es la energía

potencial si una carga de 4 𝑛𝐶 está colocada en A?

13. Dos cargas 𝑞1 = 6 𝜇𝐶 y 𝑞2 = −6 𝜇𝐶 están separadas 12 𝑐𝑚. Calcule el potencial en el punto A y B.

14. ¿Cuánto trabajo realiza un campo eléctrico al mover una carga de −2 𝑛𝐶 del punto A al punto B?

15. La diferencia de potencial entre dos placas separadas 5 𝑚𝑚 es de 10 𝑘𝑉. Determine la intensidad del campo

eléctrico entre las placas.

IX. Contesta las siguientes preguntas de campo magnético.

1. Si te entregan tres barras de hierro, ¿cómo las utiliza para detectar cuál no está magnetizada?

2. Si faltan las etiquetas en un imán, ¿cómo puede determinar cuál es el polo norte?

3. Considere los experimentos descritos en la pregunta 3. ¿El extremo verde de la barra A atraería, repelería,

o no tendría una interacción con el extremo verde de la barra C? Explique.

4. Usted tiene tres barras de hierro, cada una de las cuales puede o no ser un imán permanente. Cada barra está

pintada de negro en un extremo y de blanco en el otro. Usted efectúa tres experimentos y encuentra que

el extremo blanco de la barra A repele el extremo negro de la barra B, que el extremo negro de la barra A atrae

el extremo blanco de la barra C, y que el extremo negro de la barra B atrae el extremo blanco de la barra C.

¿La barra C es un imán permanente? Explique.

5. Considere los experimentos descritos en la pregunta 4. ¿El extremo blanco de la barra A atraería, repelería, o no

tendría una interacción con el extremo blanco de la barra C? Explique.

6. Si un imán de barra se rompe en dos pedazos, ¿cuántos polos magnéticos hay?

7. Denominamos los polos magnéticos de modo que polos iguales se repelen y polos distintos se atraen. ¿Sería

posible utilizar una convención de denominación en donde los polos iguales se atrajeran y los polos diferentes

se repelieron? ¿Por qué sí o por qué no?

8. ¿Cómo es la dirección del campo magnético definida en cada punto en el espacio?

9. ¿Por qué no es posible que dos líneas de un campo magnético se crucen?

10. Uno de los polos magnéticos de la Tierra está en la Antártida ¿Es un polo norte magnético o un polo sur

magnético?

11. ¿Por qué sería más adecuado llamar a un polo norte magnético un polo magnético “que busca el norte”?

12. Si quiere caminar hacia el Polo Norte geográfico mientras esta en Puebla, México. ¿Cuál dirección de una brújula

seguiría?

13. ¿Qué tan lejos del Polo Norte geográfico apunta una brújula en la ciudad de Nueva York?

14. ¿Qué espera que le ocurrirá a la intensidad del magnetismo de un imán de barra que se deja caer sobre un suelo

duro?

15. ¿Esperarías que se magnetizara la cabeza de un martillo de acero? Explica.

12

X. Resuelve los siguientes problemas de campo magnético.

1. El récord para un campo magnético uniforme es de 45 𝑇. ¿Cómo se expresa este campo en gauss?

2. ¿Cuál es el campo magnético (expresado en gauss) de un imán de refrigerador con un campo magnético de 0.3 𝑇?

3. Se ha medido que el campo magnético en el ecuador de Júpiter es 4.3 𝐺. ¿A cuánto equivale este campo en

teslas?

4. El campo magnético asociado con las manchas solares está en el orden de 1500 𝐺. ¿Cuántos teslas es esto?

5. Un electrón tiene una velocidad de 3 × 106 𝑚/𝑠 perpendicular a un campo magnético de 2 𝑇. ¿Qué fuerza

y aceleración experimenta el electrón?

6. ¿Qué fuerza y aceleración experimentaría un protón bajo las condiciones del ejercicio 5?

7. Una bola metálica con una masa de 2 𝑔, una carga de 1 𝑚𝐶 y una velocidad de 40 𝑚/𝑠 entra a un campo

magnético de 30 𝑇. ¿Cuánto vale la fuerza y aceleración máxima de la bola?

8. Si quisiera que la fuerza magnética máxima sobre la bola del ejercicio 7 fuera igual a la fuerza gravitacional

sobre la bola, ¿cuál carga necesitaría darle?

9. ¿Cuál velocidad se necesitaría en el ejercicio 8 para que la fuerza magnética máxima fuera igual a la fuerza

gravitacional?

10. Una gota de tinta con una carga 𝑞 = 3 × 109 𝐶 se mueve en una región que contiene un campo eléctrico y un

campo magnético. La intensidad del campo eléctrico es 3 × 105 𝑁/𝐶, y la intensidad del campo magnético es

0.2 𝑇. ¿A qué velocidad debe moverse la partícula perpendicular al campo magnético para que sean iguales las

magnitudes de las fuerzas eléctrica y magnética?

11. ¿Cómo cambiaría su respuesta al ejercicio 11 si se duplicara la carga en la gota de tinta?

12. Una partícula con una carga 𝑞 = 5 𝜇𝐶, y una masa 𝑚 = 6 × 10−5 𝑘𝑔 se mueve paralela a la superficie terrestre

a una velocidad de 1000 𝑚/𝑠. ¿Cuál intensidad mínima de un campo magnético se requeriría para equilibrar la

fuerza gravitacional sobre la partícula?

13. ¿Cuál intensidad mínima de un campo magnético se requiere para equilibrar la fuerza gravitacional sobre un

protón que se mueve a una velocidad de 3 × 106 𝑚/𝑠?

14. En una placa rectangular que mide 1 𝑐𝑚 de ancho por 2 𝑐𝑚 de largo, existe una densidad de flujo magnético de

3.6 𝑇. ¿Cuál es el flujo magnético total a través de la placa en webers y maxwells?

15. En una placa circular de 3 𝑐𝑚 de radio existe una densidad de flujo magnético de 2 𝑇. Calcular el flujo magnético

total a través de la placa, en webers y maxwells.

13

Unidad 3: Introducción a la Física Moderna y Contemporánea

XI. De los siguientes temas menciona definición, características, ecuaciones, antecedentes históricos y

aportaciones a nuestra vida diaria.

1. Cuantización de la materia y la energía

2. Radiactividad,

3. Espectros Atómicos

4. Radiación de Cuerpo Negro

5. Cuantización de la energía: Hipótesis de Planck

6. Efecto Fotoeléctrico

7. Fotoceldas

8. Estructura de la materia: Átomos y Moléculas

9. Espectros de Emisión/Absorción de gases

10. Modelo atómico de Bohr

11. Espectro de emisión del átomo de hidrógeno

12. Rayos Catódicos

13. Hipótesis de DeBroglie

14. Principio de Incertidumbre de Heisenberg

15. Relatividad Especial y General

16. Relación Espacio-Tiempo

17. Aplicaciones de la Relatividad

18. Equivalencia entre masa y energía (interpretación relativista)

19. Aplicaciones de la física moderna en la ciencia y vida diaria

20. Radioisótopos

21. Fusión Nuclear

22. Fisión Nuclear

23. Reactores Nucleares

24. Generación de energía nuclear

25. Medicina Nuclear

26. Láseres

27. Fibra Óptica y Nanotecnología

28. Superconductores

29. Física Solar: Datos físicos del Sol, estructura, temperaturas, fenómenos solares atmosféricos (eyecciones de

masa coronal y fulguraciones, cadena protón-protón).

30. Rayos Cósmicos