13.1 Campo Magnético de un Alambre

Cuestionario

Objetivo

Los objetivos de esta actividad son desarrollar una imagen visual del campo magnético en torno a una recta, actual portadora de cable y de comprender la dependencia del campo magnético sobre la distancia entre el alambre y la corriente.

Pregunta 1: La dirección del campo magnético

¿Cuál será la apariencia del campo magnético cuando las corrientes positivas actuales fluyan a través del alambre? (Positivos actual se define a fluir fuera de la pantalla.) Aumentar la corriente en el cable y comprobar su predicción.

Cuando se le aplica carga positiva, aumenta la intensidad del campo, también aumenta el flujo de corriente. Como se ilustra en la imagen de a continuación.

============================================================

La simulación muestra las líneas del campo magnético en todo el espacio, así como el vector del campo magnético en un punto especificado en el espacio. Este punto se puede arrastrar alrededor de la ventana. Arrastre este punto alrededor de la ventana, manteniendo un ojo atento sobre la magnitud y la dirección del vector del campo magnético.

Pregunta 2: Orientación del campo magnético

¿Qué hace el ángulo de campo magnético que en relación con la posición del vector que conecta el cable hasta el punto de interés?

La dirección del campo no cambia, sigue la misma dirección por más que lo muevas. El ángulo interactúa entre los vectores ds (la longitud) y r (vector unitario)

============================================================

Pregunta 3: Magnitud a lo largo de una línea radial

¿La magnitud del campo cambia sobre el terreno a lo largo de una línea que se extiende radialmente lejos de los cables?

Cuidadosamente arrastre el vector del campo magnético sobre una recta, línea radial fuera de la línea del cable para comprobar su respuesta.

La magnitud del campo cambiara cuando se va extendiendo la línea sobre el área mostrada, disminuyendo mientras va pasando por cada circulo.

============================================================

Pregunta 4: Magnitud de campo a lo largo de una línea

¿La magnitud del campo cambia sobre el terreno a lo largo de las líneas de campo circular?

Cuidadosamente arrastre el campo magnético en torno a un vector de las líneas circulares del campo magnético para comprobar su respuesta.

Cuando mueves las líneas a lo largo del campo circular la magnitud del campo cambiara como se observa en las imágenes, disminuyendo la intensidad del campo magnético conforme avanzas por los círculos.

============================================================

Examinar la magnitud y la dirección del vector campo magnético en un punto arbitrario en el espacio

Pregunta 5: La dependencia de la actual

¿Qué va a pasar con la magnitud y la dirección del campo magnético, en el punto en el espacio que están estudiando, si el actual aumento?

Aumentar el actual y comprobar su predicción.

Cuando aumentamos el flujo que esta pasando por el alambre el campo aumentara sin cambiar la dirección ya que esta prevalecerá como se muestra en las imágenes.

============================================================

Pregunta 6: Giro de la actual

¿Qué va a pasar con la magnitud y la dirección del campo magnético, en el punto en el espacio que están estudiando, si la corriente giro de positivo a negativo?

Voltear la corriente en el cable y comprobar su predicción.

La magnitud del campo sigue siendo la misma respecto al valor que le agregues ya sea positivo o negativo, lo que cambia es el giro del campo, como se ilustra en la imagen.

============================================================

Configurar la simulación para mostrar el patrón formado cuando las limaduras de hierro se presentan cerca de la actual portadora de alambre. Examine el patrón realizado por las limaduras de hierro.

Pregunta 7: Modelo de Limaduras de hierro

¿Qué va a pasar con el patrón de limaduras de hierro, si la corriente es volteada a un valor positivo?

Voltear la corriente en el alambre de vuelta a un valor positivo y comprobar su predicción.

Las limaduras de hierro no siguen ningún patrón a diferencia de las líneas de fuerza que se puede visualizar la dirección del campo.

============================================================

Variar la corriente a través del cable y registrar la evolución de la magnitud del campo magnético en un punto arbitrario en el espacio.

Pregunta 8: Dependencia funcional en la actual

¿Cuál es la dependencia funcional del campo magnético sobre las actuales para una recta, portadora actual del alambre?

La dependencia es proporcional ya que si aumenta el flujo el campo aumentara, así como dependiendo hacia donde muevas el campo magnético este cambiara proporcionalmente en dirección a la que se deje el campo.

Ejercicios de la Unidad II

Cuestionario Equipo 7

Flujo Eléctrico.

1.- Si se aumentan todas las dimensiones de la siguiente figura, por un factor de tres, Qué efecto tendrá este cambio en el flujo eléctrico a través de la caja?

Carga positiva adentro de la caja, flujo saliente.

Ninguno, ya que la cantidad de líneas que atraviesen la caja serian las mismas sin importar las dimensiones de la caja, existiría un cambio en el flujo eléctrico si aumentáramos el valor de la carga ya que esta produciría una mayor cantidad de líneas que atravesaran la superficie de la caja.

2.- A fin de generar la cantidad máxima de energía eléctrica, los paneles solares se instalan de modo que estén aproximadamente de cara al Sol como sea posible. Explicar en qué sentido esta orientación es análoga a la obtención del flujo eléctrico máximo a través de una superficie plana.

Esta orientación se relaciona con la relación en que entre mayor ángulo de captación del sol tengan los paneles solares, mayor será la cantidad de rayos recibidos por estos y mayor la cantidad de energía generada, esto es igual en relación al flujo eléctrico, entre mayor cantidad o mas líneas de fuerza atraviesen una superficie plana mayor será el valor del flujo eléctrico.

3.- Una hoja plana de papel con área de 0.25 m^2 está orientada de modo tal que la normal a la hoja forma un ángulo de 60º con un campo eléctrico cauniforme cuya magnitud es de 14 N/C, a) Hallar la magnitud del flujo eléctrico a través de la hoja; b) Depende de la respuesta del inciso a) ¿de la forma de la hoja? ¿Por que?; c) ¿Con qué ángulo Φ entre la normal a la hoja y campo eléctrico es la magnitud del flujo a través de la hoja i) máxima? ii) ¿mínima? Explicar las respuestas.

a) A= 0.25 m²

θ= 60̊

= (14N/C)(cos60̊)(0.25 m² )

=1.75 N m² /C

E= 14 N/C

Φ=?

b) No, porque si se conoce el valor del área total, la respuesta no depende de la forma de la superficie

c) i) con un Angulo totalmente perpendicular al flujo = 90̊ la magnitud del flujo es Máxima.

ii) con un Angulo paralelo al flujo la magnitud del flujo es minima

Cuestionario Equipo 13

Potencial Eléctrico, Energía y Potencia.

1.- En cierta región del espacio el potencial está dado por V = A + Bx + Cy^3 + Dz^2, donde A, B, C y D son constantes. ¿Cuál es el campo eléctrico en esta región?

V= x + 3cy² + 2dz

2.- Dos placas metálicas paralelas grandes tienen cargas opuestas de igual magnitud. Las separan una distancia de 45 mm y la diferencia de potencial entre ellas es de 360 V, a) Cuál es la magnitud del campo eléctrico (se supone uniforme) en la región entre las placas?, b) Cuál es la magnitud de la fuerza que este campo ejerce sobre una partícula con una carga de + 2.4 nC?, c) Con base en los resultados del inciso b), calcular el trabajo realizado por el campo sobre la partícula cuando ésta se traslada de la placa de mayor a la de menor potencial; d) Compare el resultado del inciso c) con el cambio de energía potencial de la misma carga, calculado a partir del potencial eléctrico.

a) Cuál es la magnitud del campo eléctrico (se supone uniforme) en la región entre las placas?,

V₁ – V₂ = E x r

Donde:

V₁ - V₂ es la diferencia de potencial

E es la Intensidad de campo en newton/colombio

r es la distancia en metros entre los puntos 1 y 2

Entonces:

8000= E

b) Cuál es la magnitud de la fuerza que este campo ejerce sobre una partícula con una carga de + 2.4 nC?,

F= Eq

F=8000(2.4X10⁹)

F=1.92X10¹³

c) Con base en los resultados del inciso b), calcular el trabajo realizado por el campo sobre la partícula cuando ésta se traslada de la placa de mayor a la de menor potencial;

Ep=q(V_AB)

Ep=2.4X10⁹(360V)

Ep=8.64X10¹¹

d) Compare el resultado del inciso c) con el cambio de energía potencial de la misma carga, calculado a partir del potencial eléctrico.

Ep=q(V_AB)

Ep=2.4X10⁹(360V)

Ep=8.64X10¹¹

Ejercicios de la Unidad II

Cuestionario Equipo 4

Campo Eléctrico: Carga Puntual.

1.- Se coloca un protón en un campo eléctrico uniforme y luego se libera. Después se coloca un electrón en el mismo punto y se libera. ¿Experimentan estas dos partículas la misma fuerza?, ¿Y la misma aceleración?, ¿Se desplazan en la misma dirección al ser liberadas?

El protón tiene carga eléctrica positiva, y el electrón tiene carga eléctrica negativa, cuando el experimento ocurre y existe un campo eléctrico es porque existió una carga P que interactúo con otra carga y esta ultima se retiro creando con ello un campo eléctrico que dejo características propias de un campo eléctrico, sin embargo cuando se coloca nuevamente una carga se modifica el campo eléctrico por lo tanto al colocar cada carga en un tiempo determinado cada una actúo diferente al ser liberada debido a que se cambia las propiedades del campo eléctrico.

2.- Los campos eléctricos suficientemente intensos pueden provocar que los átomos se ionicen positivamente, esto es, que pierdan uno ó más electrones. Explicar como ocurre esto. ¿Qué es lo que determina la intensidad que el campo debe tener para que esto ocurra?

La ionización es el proceso químico o físico mediante el cual por medio de la energía de ionización que es la mínima energía que hay que suministrar a un átomo neutro y en su estado fundamental, perteneciente a un elemento en estado gaseoso, se produce el desprendimiento de un electrón. La intensidad de campo eléctrico se define como la fuerza ejercida sobre la unidad de carga positiva situada en ese punto.

3.- Cierta partícula tiene una carga – 3 nC. a) Hallar la magnitud y dirección del campo eléctrico debido a esta partícula en un punto situado 0.25 m directamente arriba de ella, b) ¿A que distancia de esta partícula tiene su campo eléctrico una magnitud de 12 N/C?

4.- Un electrón inicialmente en reposo se deja libre en un campo eléctrico uniforme. El electrón se acelera verticalmente hacia arribar recorriendo 4.5 m en los primeros 3 us después de ser liberado. a) ¿Cuáles son la magnitud y dirección del campo eléctrico?, b) ¿Se justifica no tener en cuenta los efectos de la gravedad?, justificar la respuesta cuantitativamente.

La fuerza aumenta, entonces el campo eléctrico debe disminuir ya que el electrón es negativo. (b) Los electrones acelerados son 10¹¹ g, entonces la gravedad debe ser negativamente pequeña comparada con la fuerza eléctrica.

Cuestionario Equipo 5

Campo Eléctrico: Debido a un Dipolo.

1.- La temperatura y velocidad del aire tiene valores diferentes en distintos lugares de la atmósfera terrestre. ¿Es la velocidad del aire un campo vectorial? ¿Por que? ¿Es la temperatura del aire un campo vectorial? ¿Por que?

El campo vectorial es un conjunto infinito de cantidades que se encuentran asociadas con cada punto del espacio. Si decimos que la velocidad del aire es

un campo vectorial estamos en lo incorrecto ya que la velocidad no se encuentra relacionada específicamente con un solo factor que se encuentre en el espacio. Ahora si decimos que la temperatura del aire es un campo vectorial estamos en lo correcto ya que la temperatura se encuentra relacionada con los factores en los que se manifiesta.

2.- Un objeto pequeño que tiene una carga de – 55 uC experimenta una fuerza hacia debajo de 6.2 x 10^9 N cuando se coloca en cierto punto de un campo eléctrico, a) ¿Cuáles son la magnitud y dirección del campo eléctrico en este punto?, ¿Cuáles serían la magnitud y dirección de la fuerza que actúa sobre un núcleo de cobre (número atómico = 29) masa atómica = 63.5 g/mol) situado en este mismo punto del campo eléctrico?

a) q= -55.0 x 10^-6 C y F esta por debajo con magnitud 6.20 x 10^-9 N. Por lo tanto, E=F/q = 1.13 x 10^-4 N/C, hacia arriba

b) Si el núcleo de cobre esta localizado en ese punto, se piensa que la fuerza de magnitud esta hacia arriba F=qE = (29).1.6 x 10^-19 C.1.13 x 10^-4 = 5.24 X 10^-22 N

3.- En un sistema de coorden

adas rectangulares se coloca una carga positiva puntual Q = 6x10^-9 C en el punto x = + 0.15 m, y = 0, y una carga puntual idéntica en x = - 0.15 m, y = 0. Hallar las componentes x y y, así como la magnitud y la dirección del campo eléctrico en los puntos siguientes: a) el origen; b) x = 0.3 m, y =0; c) x = 0.15 m, y = - 0.4 m; d) x = 0, y = 0.2 m.

a) En el origen, E=0

b) En x=0.3 m, y =0:

c) En x=0.15 m, y=-0.4m:

d) x=0, y=0.2 m

Cuestionario Equipo 6

Campo Eléctrico: Problemas.

1.- Dos partículas con cargas Q1 = 0.5 nC y Q2 = 8 nC, están separadas por una distancia de 1.2 m. ¿En qué punto a lo largo de la recta que une las dos cargas es igual a cero el campo eléctrico total debido a ambas cargas?

Las partículas cargadas q₁ (0.500nC) y q₂ (8.00nC) están separados por x=1.20 m. El campo eléctrico es cero cuando

0 o 7.5r₁² + 1.2r₁ – 0.72 = 0 r₁= 0.24,-0.4 r₁ = 0.24 que es el punto de en medio

2.- Una carga puntual de + 2 nC está en el origen, y una segunda carga puntual de – 5 nC está sobre el eje de las x en x = 8 m. a) Hallar el campo eléctrico (magnitud y dirección) en cada uno de los puntos siguientes sobre el eje de las x: i) x = 0.2 m; ii) x = 1.2 m; iii) x = - 0.2 m. b) Hallar la fuerza eléctrica neta que las dos cargas ejercerían sobre un electrón colocado en cada punto del inciso a).

a) La carga cargada q₁ (2.00 nC) esta en el origen y q₂ (-5.00 nC) esta en x= 0.800 m.

en x= 0.200 m

en x= 1.20 m

en x= 1.20 m

en x= -0.200 m

b) F= -eF

F= 1.6 x 10^-19 C. 575 N/C = 9.2 x 10^-17 N izquierda,

F= 1.6 x 10^-19 C. 269 N/C = 4.3 x 10^-17 N derecha,

F= 1.6 x 10^-19 C. 405 N/C = 6.48 x 10^-17 N derecha