Ejercicios con ley de Coulomb, Ejercicios de Electromagnetismo

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Actividad Integradora 1.

Electromagnetismo en el entorno

Nombre: Brenda Maldonado

Carrizales

Nombre asesor:

FECHA DE ENTREGA:11/11/

GRUPO: C1G

BRENDA……

Coulomb enunció que la fuerza de atracción o repulsión entre dos cargas eléctricas es directamente

proporcional al producto de ellas y es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.

A partir de esta ley resolverás un par de problemas, y además calcularás la energía potencial eléctrica en

términos del campo eléctrico

¿Qué entregaré?

Un documento de texto con la solución de las incógnitas solicitadas indicando los

procedimientos y despejes utilizados, al igual que el análisis dimensional (las

unidades de medida) encontradas. Si lo haces a mano en papel, puedes tomar una

fotografía y agregarla al documento.

Cómo lo realizaré?

Resuelve los problemas siguientes:

1. Un ion positivo de helio está formado por un núcleo con dos protones, dos

neutrones y un electrón orbitando alrededor de él. La cargas y masas de

estas partículas se encuentran en la siguiente tabla:

Partícula

Carga

( coulomb

Masa

(kg)

Electrón (e)

17 × 10

19

5 ×

10

Protón (p)

17 × 10

19

61 ×

10

Neutrón 0 1.

92 ×

q

2

( 300 N )(3.6× 10

− 3

m

2

9 × 10

9

Nm

2

C

2

(− 5 × 10

− 6

C )

=−2.4 × 10

− 5

q 2

N m

2

Nm

2

C

2

( C)

=C

q 2

=−2.4 × 10

− 5

C

5. Determina la energía potencial eléctrica entre dos cargas de -9 μC cada

una, que se encuentran separadas una distancia de 2.7 cm. Recuerda

utilizar:

Ley de Coulomb:

F=K

q

1

q

2

r

2

→ E

p

=K

q

1

q

2

r

Sustituyendo:

E

p

9 × 10

9

Nm

2

C

2

− 9 μC

− 9 μC

2.7 cm

E

p

9 × 10

9

Nm

2

C

2

− 9 × 10

− 6

C

− 9 × 10

− 6

C

0.027 m

E

p

9 × 10

9

Nm

2

C

2

3 × 10

− 9

C

2

m

E

p

= 27 Nm ∴ 27 J

6. ¿Cuál es la importancia de la carga del electrón y el protón en las

aplicaciones de las leyes electromagnéticas?

Es de una gran importancia ya que estas cargas son dependientes una de la otra, una de las

aplicaciones más notorias seria un diodo LED ya que para dar un color en especifico sea azul, rojo,

verde o cualquier variante; se tiene una mayor cantidad de protones o neutrones los que tratan de

unirse unos con los otros, pero gracias al cilicio o la cubierta del mismo LED, nunca se llegaran a

tocar, creando aparte de la luminosidad, un color en específico y también un consumo específico

para cada color.

7. Menciona en un párrafo de 5 líneas la importancia de la o las leyes

revisadas.

Principalmente son para encontrar la carga puntual entre dos partículas, con lo cual podemos

predecir las ondas (usando vectores), recordemos que el magnetismo y la electricidad viajan en

ondas, por ejemplo podríamos saber la velocidad, distancia y magnitud con la que se esparcirá una

onda electro magnética, si quisiéramos observar más a fondo el fenómeno físico, podríamos

colocar aserrín o caucho en algún recipiente con agua y colocar una corriente eléctrica, con eso

podríamos ver que la predicción de la distancia será reflejada con el caucho.

Brenda

V = R ∙ I

El voltaje es igual al producto de la resistencia por la intensidad.

P = V ∙ I

La potencia es igual al producto del voltaje por la intensidad.

P=V I → I =

P

V

V =I R→ R=

V

I

Sustituyendo y resolviendo :

I =

1200 W

120 V

= 10 A

R=

120 V

10 A

3. Menciona, al menos tres ejemplos, que se presenten en tu vida cotidiana de

las leyes revisadas.

Ley de Coulomb

Un ejemplo de aplicación de esta ley lo encontramos al intentar unir 2 imanes entre sí. Cuando por

más fuerza que apliquemos resulta imposible que se unan, es porque ambos imanes tienen la

misma carga.

Ley de Ohm

Un ejemplo de aplicación de esta ley lo encontramos en los focos, e incluso en la cafetera con la

que todas las mañanas ponemos a calentar el agua, simplemente es la relación que tiene el Voltaje

a la oposición de la intensidad, lo que, en palabras mas simples, mide que tanta energía eléctrica

fluye a través de algún conducto.

Describe cómo te benefician en tus actividades.

Cuando quiero poner una serie navideña, en un enchufe, puedo saber cuantas series navideñas y por cuanto

tiempo pueden estar conectadas antes de que se quemen la serie o el enchufe.

Respecto a la ley de Coulomb, es sabido que los cables generan electromagnetismo, que pueden afectar el

mismo flujo de la corriente, por eso el cable de internet recomiendan que no este cerca de la instalación

eléctrica para que no se vea afectada la señal.

Brenda

Lee el siguiente planteamiento y resuelve los problemas:

Un globo electrostáticamente cargado ejerce una fuerza de atracción sobre un

papel de tal forma que se pueden identificar dos cargas positivas en la periferia del

globo y una negativa en la periferia del papel. Las cargas del globo y del papel

están colocadas en los vértices de un triángulo isósceles cuyos lados iguales (la

distancia de q1 a q3 y la distancia de q1 a q2) tienen una longitud de 5.2 cm, tal

como se muestra en la figura. Se sabe que la carga q 1

tiene polaridad negativa con

un valor de 15 μC (microcoulomb), la carga q 2

tiene polaridad positiva con una

magnitud de 10 μC y la carga q 3

también tiene polaridad positiva con una

intensidad de 30 μC y el ángulo del vértice del triángulo formado donde se

encuentra la carga q 1

es de 50°.

1. Calcula la fuerza de q 3

sobre q 1

. Para ello, hay que sustituir los valores

de las respectivas cargas en la ecuación de la ley de Coulomb y el valor de

la distancia d , la cual corresponde a la separación entre q 1

y q 3

.

Ley de Coulomb:

F=K

q

1

q

2

r

2

≡ F=K

q

3

q

1

r

2

Sustituyendo y resolviendo :

F=

9 × 10

9

Nm

2

C

2

30 μC

− 15 μC

5.2 cm

2

F=

9 × 10

9

Nm

2

C

2

( 30 × 10

− 6

C ) (− 15 × 10

− 6

C )

( 0.052 m)

2

Fuerzas θ Componente en X Componente en Y

F1 50° -F1x -F1y

F2 0° -F2x 0

∑F

∑

x =−F 1 x−F 2

∑

y=−F 1 y

cos θ sin θ

∑

x =−F 1 x ( cos 50 ) −F 2 x

∑

y=−F 1 x ( sin 50 )

Ecuaciones obtenidas :

∑

Fx=−F 1 x ( cos 50 )−F 2 x

∑

Fy=−F 1 x ( sin 50 )

Sustituyendo y Resolviendo:

∑

Fx=−1497.781065 N ( 0.6427876097)−4992.60355 N

∑

Fx=−962.7551106 N −4992.60355 N

∑

Fx=−5955.358661 N

∑

Fy=−1497.781065 N ( 0.7660444431)

∑

Fy=−1147.366862 N

Usando una de las reglas del diagrama de cuerpo libre moveré el vector de la fuerza resultante el

cual colocare de rojo y con el nombre F3. Para así obtener un triángulo rectángulo y poder usar el

teorema de Pitágoras.

Teorema de pitágoras :

√c

2

=√a

2

+b

2

→ √ a

2

=√c

2

−b

2

Sustituyendo y Resolviendo:

√

a

2

√

(−1147.366862 N )

2

−(−5955.358661 N )

2

√

a

2

√

(1316450.716 N ¿¿ 2 )−( 35466296.78 N

2

√

a

2

√

−34149846.07 N

2

a=5843.786963 N

50° 5.2cm

-15μC

10 μC

-4992.60355 N

c

F2= q2, q

50°

F

b

a

a. Utiliza el plano cartesiano para graficar el resultado, de la magnitud

de la fuerza de atracción.

4. Menciona al menos 5 situaciones donde hayas presenciado aplicaciones

de campos eléctricos y explica para qué sirven en tu vida cotidiana.

5. Explica en un párrafo de 5 renglones por qué el cabello largo se eriza al

cepillarlo.

Un documento de texto con la solución de las incógnitas solicitadas e indicando los

procedimientos. Si lo haces a mano en papel, puedes tomar una fotografía o

escanear tu ejercicio y agregarlo al documento.

1. Ubica en tu hogar un foco que tenga grabada la especificación de potencia y

voltaje. La especificación suele indicarse de la siguiente manera: 40 W /

120 V. Toma una foto de este dato e inclúyela en tu documento.

Con los datos de tu foco, calcula su resistencia cuando se conecta a la

línea de 120 V

2. Un efecto del paso de corriente es que parte de la energía del sistema se

transforma en calor y aumenta la temperatura del circuito, lo que da lugar

al efecto Joule. Ahora, imagina que un foco tiene una resistencia de

60 Ω (ohm) y consume una corriente de 2 A. Calcula el calor que dicho

foco puede generar durante 1 minuto; expresa el resultado en calorías y

kilocalorías. Recuerda utilizar la siguiente fórmula:

Q = 0.24 I

2

R t

Y

X

F1= q3, q

F2= q2, q

50°

F