fisica utel 6 ejercicios resueltos, Ejercicios de Física

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Nombre de la materia Física Nombre de la Licenciatura XXXX Nombre del alumno XXXX Matrícula XXXX Nombre de la Tarea Unidad # Unidad 5 Electricidad Nombre del Profesor XXXX Fecha XXXX

Física “ Nuestra gloria más grande no consiste en no haberse caído nunca, sino en haberse levantado después de cada caída.” Confucio ACTIVIDAD 6 Objetivos:  Aplicar los conceptos de electricidad y las leyes que determinan el flujo de corriente. Instrucciones: Después de revisar los videos y los recursos siguientes debes desarrollar la actividad 6. Video Revisa los 3 videos del Prof. Víctor Alejandro García de la UTEL en donde ejemplifica y explica detalladamente la solución de problemas respecto al tema de electricidad. Lectura Termodinámica (Tippens, trad. Ramírez, 1992). Este documento fue elaborado a partir del libro de Tippens, por el área de diseño instruccional de la UTEL. En éste encontrarás los temas: calor y trabajo, función de la energía interna, primera y segunda ley de la termodinámica, así como los procesos adiabáticos, isocóricos, isotérmicos, entre otros. Adicionalmente se te proporciona un formulario con las fórmulas que necesitas para la realización de la tarea. ¿Cómo entregar nuestra tarea?

Física Dos cargas puntuales iguales y positivas q 1 =q 2 =3.0 μCC están localizadas en x = 0, y = 0.4 m y en x = 0, y = -0.4 m, respectivamente. Determina: ¿Cuál es la magnitud y la dirección de la fuerza eléctrica total (neta) que estas dos cargas ejercen sobre una tercera carga puntual, con Q = 5.0 μCC en x = 0.5 m, y = 0? Agrupamos los datos. q1= 3.0 μC= 3.010-6 CC= 3.010-6 C q2= 3.0 μC= 3.010-6 CC= 3.010-6 C Q= 5.0 μC= 3.010-6 CC= 5.010-6 C r= 0.64 m Ry= 0.4 m Rx= 0.5 m

Física  Debemos calcular las fuerzas que cada carga ejerce sobre (^) Q y después obtener la suma vectorial de las fuerzas.  La forma de calcular las fuerzas que q 1 y q 2 ejercen sobre Q consiste en usar sus componentes.  Recuerda que debemos trabajar en unidades del SI Ley de Coulomb para fuerza entre cargas puntuales. F=K q 1 Q r 2 Donde^ K=^9 x^10 9 N m 2 /C 2 o Sustituimos los valores e para obtener F 1 Q F 1 Q =K q 1 Q r

2 =(^9 x^10

9 N^ m 2 C

F 1 Q =0.329589 N

o Sustituimos valores en X para q 1 :

( F 1 sobre^ Q) X=F^ cosθ=F 1 Q cos^ θ=F 1 Q

Rx r

=0.329589 N

0.5 m 0.64 m

=( 0.329589 N ) ( 0.78125)=0.2575 N

X para q 1 =0.2575 N o Sustituimos valores en Y para q 1 :

( F 1 sobre^ Q) Y^ =F^ sin^ θ=F 1 Q sin^ θ=F 1 Q

R (^) y r

=0.329589 N

0.4 m 0.64 m

=( 0.329589 N ) ( 0.625 )=0.2059 N

Y para q 1 =0.2059 N o Sustituimos valores en X para q 2 :

( F 1 sobre^ Q) X=F^ cosθ=F 1 Q cos^ θ=F 1 Q

Rx r

=0.329589 N

0.5 m 0.64 m

=( 0.329589 N ) ( 0.78125)=0.2575 N

X para q 2 =0.2575 N o Sustituimos valores en Y para q 2 :

( F 1 sobre^ Q) Y^ =F^ sin^ θ=F 1 Q sin^ θ=F 1 Q

R (^) y r

=0.329589 N

−0.4 m 0.64 m

=( 0.329589 N ) (−0.625)=−0.2059 N

Física F= 9 x 10 9 (^12 x^10 − 6 )(− 4 x 10 − 6 )

2 =-119.97N FX=80.0 .1 N + (−119.97 N )=−39.96N

2. Ejemplo : Ley de Gauss Consideremos una esfera hueca de pared delgada y radio de 0.3 m que tiene una cantidad desconocida de carga uniformemente distribuida en su superficie. El campo eléctrico apunta directamente hacia el centro de la esfera con una magnitud de (^) 1.9 × 102 N /C, a una distancia de 0. m desde el centro de la esfera. ¿Cuánta carga hay en la esfera? Y ¿cuál es la densidad superficial de la carga sobre la esfera? Utilizaremos la ley de Gauss ∮^ E^ ⊥^ dA=^ q ε 0 Consideremos que la superficie gaussiana: esfera (^4) π r^2 → al área Combinando ambas ecuaciones.

E ( 4 π r

2

q ε 0 Despejamos q. q=E (^) ( ε 0 4 π r 2 ) Donde por ser una superficie radial la solución lleva signo negativo. q=−E (^) ( ε 0 4 π r 2 ) Agrupamos nuestros datos: ε 0 =8.85 x 10 − 12 C 2 / N m 2 E=1.9 x 10 2 N /C r =0.4 m π=3. q=−E (^) ( ε 0 4 π r 2 )=−1.9^ x^10 2 C / N m 2

[(^

8.85 x 10 − 12 C 2 N m

2 )(^4 (^ 3.1416^ )^ )^ (^ 0.4^ m)

2

]

Física ¿Cuánta carga hay en la esfera? (^) q=−3.38∗ 10 −^9 C Para el cálculo de la densidad superficial de la carga utilizaremos la fórmula: E= α 2 ε (^0) Donde es la densidad superficial, recuerda que esta fórmula aplica para cualquier superficie gaussiana. Despejando tenemos: ∝ =¿ E (^2 ε 0 ¿ Sustituyendo los valores ya conocidos de (^) E=1.9 x 102 N /C y ε 0 =8.85 x 10 − 12 C 2 / N m 2 , tenemos: ∝ =¿ (^) 1.9 x 102 N /C(8.85 x 10 −^12 C^2 / N m^2 ¿ La densidad superficial de la carga es ∝ =¿1.6815x10^9 C/m^2 Ejercicio: (Valor 3.0 punto) 2.1. El campo eléctrico justo sobre la superficie del cilindro cargado de una máquina fotocopiadora tiene una magnitud E de (^) 2.3 X 105 N /C ¿Cuál es la densidad superficial de la carga sobre el cilindro si éste es un conductor? q=−E ( ε 0 4 π r 2 )=2.3 x 10 5 [(^ 8.85 x 10 − 12 2 )

] =2.55 x 10 − 5 C

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I =

V

R

125 V

=8.12 A

b) ¿Cuánto calor genera en Joules el calentador eléctrico, inicialmente? Agrupamos datos I=6.5 A R=15.38 Ω t= 1 hr .= 3600 s Utilizaremos la fórmula de la Potencia (^) P=I 2 t P=I 2 R=( 6.5 A) 2 ( 15.38 Ω)=42.25 ( 15.38 Ω)=649.805 watts Utilizaremos la fórmula de Trabajo (^) T =P t T =P t=( 649.805 watts) ( 3600 s )= 2339298 Joules c) ¿Cuánto calor genera en Joules el calentador eléctrico, con el aumento de tensión (a 125 V)? Datos I=8.12 A R=15.38 Ω t= 1 hr .= 3600 s Utilizaremos la fórmula de Potencia (^) P=I^2 t P=I 2 R=( 8.12 A ) 2 (15.38 Ω)=65.9344 ( 15.38 Ω)=1014.071 watts Utilizaremos la fórmula de Trabajo T =P t T =P t=( 1014.071 watts) ( 3600 s)=3650655.6 Joules Ejercicio: (Valor 3.0 punto) 3.1. Una corriente de 6A fluye a través de una resistencia de (^300) Ω durante 1 hora. ¿Cuál es la potencia disipada? ¿Cuánto calor se genera expresado en joules? P=I 2 R=( 6 ) 2 ( 300 Ω)= 10800 watts T =P t=( 10800 watts) ( 3600 s) = 38880000 joule

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