Nombre de la materia Física. Nombre de la Licenciatura Ingeniería en sistemas computacionales. Nombre del alumno Bruno D
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Nombre de la materia Física. Nombre de la Licenciatura Ingeniería en sistemas computacionales. Nombre del alumno Bruno De Jesú s Gayosso de la Serna Matrícula 010194592 Nombre de la Tarea Actividad 6. Unidad # 5 Unidad 5 Electricidad. Nombre del Profesor Luis Corona Alcantar.
Unidad 5. Electricidad 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.
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Unidad 5. Electricidad Física
¿Cómo entregar nuestra tarea? Descargar la actividad en Word y responder directamente en el documento. -Imprimir
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Forma de evaluación: Criterio
Ponderación
Presentación
10%
Valor de los ejercicios 1.1: (Valor 3.0 punto) 2.1: (Valor 3.0 punto) 3.1: (Valor 3.0 punto)
90%
Desarrollo de la actividad: 1. Ejemplo: Ley de Coulomb
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Unidad 5. Electricidad Física
Dos cargas puntuales iguales y positivas
q 1=q 2=3.0 μC 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
μC en x = 0.5 m, y = 0?
Agrupamos los datos. q1= 3.0 μC= 3.0*10-6 C q2= 3.0 μC= 3.0*10-6 C Q= -4.0 μC= 4.0*10-6 C r= 0.64 m Ry= 0.4 m Rx= 0.5 m
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Unidad 5. Electricidad 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 o
q1 Q r
Donde K=9 x 109 N m2 /C 2
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Sustituimos los valores e para obtener
q1 Q
F 1Q
N m2 F 1Q =K 2 = 9 x 10 ¿ r C2 F 1Q =0.329589 N o
(
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)
Sustituimos valores en
X para q1:
( F 1 sobre Q ) X=F cos θ=F 1 Q cos θ=F 1 Q
Rx 0.5 m =0.329589 N =( 0.329589 N )( 0.78125 )=0.2575 N r 0.64 m
X para q1 =0.2575 N o
Sustituimos valores en
Y para q1:
( F 1 sobre Q ) Y =F sin θ=F1 Q sin θ=F 1 Q
Ry 0.4 m =0.329589 N = ( 0.329589 N ) ( 0.625 )=0.2059 N r 0.64 m
Y para q1=0.2059 N o
Sustituimos valores en
X para q2 :
( F 1 sobre Q ) X=F cos θ=F 1 Q cos θ=F 1 Q
Rx 0.5 m =0.329589 N =( 0.329589 N )( 0.78125 )=0.2575 N r 0.64 m
X para q2 =0.2575 N o
Sustituimos valores en
Y para q2:
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Unidad 5. Electricidad Física
( F 1 sobre Q ) Y =F sin θ=F1 Q sin θ=F 1 Q
Ry −0.4 m =0.329589 N =( 0.329589 N )(−0.625 )=−0.2059 N r 0.64 m
Y para q2=−0.2059 N Sustituimos los valores obtenidos en las siguientes formulas.
FQX =F q1 X + F q2 X =0.2575 N +0.2575 N=0.515 N
FQY =F q1 Y + F q 2Y =0.2059 N +(−0.2059 N )=0
∑ FQ=FQX + FQY =0.515 N +0=0.515 N
Ejercicio: (Valor 3.0 punto) 1.1. Dos cargas q 1=−8 μC y q2 =12 μC están separadas por una distancia d de 120 mm en el aire. ¿Cuál es la fuerza resultante sobre una tercera carga q 3=−4 μC colocada en el punto medio de la distancia entre las otras dos cargas?
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Unidad 5. Electricidad Física
Agrupamos los datos. q1= -8.0 μC= -8.0*10-6 C q2= 12.0 μC= 12.0*10-6 C Q= -4.0 μC= -4.0*10-6 C r= 60 mm Ley de Coulomb para fuerza entre cargas puntuales.
F=K o
q1 Q r2
Donde K=9 x 109 N m2 /C 2
Sustituimos los valores F1Q = K q1 Q = ( 9X109 Nm2)[(-8.0x10-6)(-4.0x10-6)] = 9x109 x 8.88x10-9 = 80 N r2 C2 (60x10-3)2
F1Q = 80 N F2Q = K q2 Q = ( 9X109 Nm2)[(12.0x10-6)(-4.0x10-6)] = 9x109 x 1.33x10-8 = -120 N r2 C2 (60x10-3)2 F2Q = -120 N FR = f1q + f2q = 80 + (-120) = -40 N 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 0.4 m desde el centro de la esfera.
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Unidad 5. Electricidad Física
¿Cuánta carga hay en la esfera?
∮ E⊥ dA=
Utilizaremos la ley de Gauss
q ε0 4 π r 2 → al área
Consideremos que la superficie gaussiana: esfera
Combinando ambas ecuaciones.
E ( 4 π r2 ) =
q ε0
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 C2 / N m2 E=1.9 x 102 N /C r =0.4 m π=3.1416 q=−E ( ε 0 4 π r 2 ) =−1.9 x 102 C / N m2 ¿Cuánta carga hay en la esfera?
[(
8.85 x 10−12 C 2 ( 4 ( 3.1416 ) ) ( 0.4 m)2 2 Nm
)
]
q=−3.38∗10−9 C
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Unidad 5. Electricidad Física
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 carga sobre el cilindro si éste es un conductor?
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Unidad 5. Electricidad Física
3. Ejemplo : Ley de Ohm En un calentador eléctrico existe una diferencia de potencial, entre sus terminales, de 100 V cuando la corriente es de 6.5 A. Si requerimos conocer la corriente cuando la tensión (voltaje) aumenta a 125 V. Nota: para los incisos B y C considera un tiempo igual a 1 hora. A. ¿Cuál es el valor de tal corriente? B. ¿Cuánto calor genera en Joules el calentador eléctrico, inicialmente? C. ¿Cuánto calor genera en Joules el calentador eléctrico, con el aumento de tensión (a 125 V)?
a) ¿Cuál es el valor de tal corriente? Agrupamos datos
V =100 V I =6.5 A
Primero hay que obtener la resistencia del calentador
Utilizaremos la Ley de Ohm
R=
V I
→
I=
V R
Sustituimos valores.
V 100 V R= = =15.38 Ω I 6.5 A
De tal manera que con esta resistencia obtenemos la intensidad cuando
I=
V =125 V .
V 125 V = =8.12 A R 15.38 Ω
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 2
P=I 2 t
2
P=I R=( 6.5 A ) ( 15.38 Ω )=42.25 ( 15.38 Ω )=649.805 watts Utilizaremos la fórmula de Trabajo
T =P t
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Unidad 5. Electricidad Física
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=( 1014.071watts )( 3600 s )=3650655.6 Joules
T =P t
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Unidad 5. Electricidad Física
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? Datos I=6A R = 300 R=15.38 ΩΩ
t=1 hr .=3600 s Utilizaremos la fórmula de Potencia P=I 2 t P = I2 R = (6 A)2(300)= (36) (300) = 10,800 watts Utilizaremos la fórmula de Trabajo
T =P t
T = P t = (10,800 watts) (3600 s) = 38,880,000 Joules
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