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• Juan Carlos Saltarin Leones

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08/08/2019 Departamento de Ciencias Básicas Física Eléctrica Unidad 4: Interacciones eléctrica de la materia

Preguntas 1. Una partícula cargada se mueve en un campo magnético constante (ver figura 1). Establezca si cada una de las siguientes afirmaciones relacionadas con la fuerza magnética ejercida sobre la partícula es falsa o verdadera. (Suponga que el campo magnético no es paralelo ni anti paralelo a la velocidad.) a) No realiza trabajo sobre la partícula. b) Puede incrementar la velocidad de la partícula. c) Puede cambiar la velocidad de la partícula. d) Sólo puede actuar sobre la partícula cuando esta se encuentra en movimiento. e) No modifica la energía cinética de la partícula.

Figura 1. 2. En el sistema de coordenadas ​xyz,​ trace y especifique (en términos de los vectores unitarios ​x, y y ​z​) la dirección de la fuerza magnética sobre cada una de las partículas en movimiento que muestra la figura 2. Las direcciones de las fuerzas magnéticas para las situaciones donde v y B están en a) –X y Z, b) Y y Z es : a) -Y y X b) Y y X c) Z y -X d) X y Y

Figura 2

3. Three particles travel through a region of space where the magnetic field is out of the page, as shown in the figure 3. The electric charge of each of the three particles is, respectively, a) 1 is neutral, 2 is positive, and 3 is negative. b) 1 is positive, 2 is neutral, and 3 is negative. c) 1 is positive, 2 is negative, and 3 is neutral. d) 1 is negative, 2 is neutral, and 3 is positive.

Figure 3

08/08/2019 4. Un electrón, moviéndose hacia el oeste, entra en un campo magnético uniforme. Debido a este campo, el electrón se curva hacia arriba. La dirección del campo magnético es: a) hacia el norte. b) hacia el sur. c) hacia el oeste. d) hacia arriba. 5. Un electrón que se mueve en la dirección del eje + x entra en un campo magnético. Si el electrón experimenta una desviación magnética en la dirección -y, la dirección del campo magnético en esta región apunta en la dirección del a) + z. b) – z. c) – x. d) + y. 6. Dos alambres rectos largos están paralelos entre si (ver figura 4). Los alambres conducen corrientes de magnitudes diferentes. Si la cantidad de corriente que circula por cada alambre se duplica, la magnitud de la fuerza entre los alambres es: a) El doble de la magnitud de la fuerza original. b) Cuatro veces la magnitud de la fuerza original. c) Igual a la magnitud de la fuerza original. d) La mitad de la magnitud de la fuerza original.

Figura 4 7. En un experimento para demostrar que existe interacción entre dos conductores se toman dos alambres rectos largos que conducen corrientes que circulan en la misma dirección como muestra la figura 4. De acuerdo a estas condiciones la fuerza que experimentaría estos alambres es: a​) De atracción. b​) De repulsión. c​) Cero. d) No es posible conocer la fuerza. 8. Como proyecto de laboratorio los estudiantes construyen un solenoide. Si deciden construir otro solenoide donde el número de vueltas se duplica, y su longitud se reduce a la mitad. ¿Cómo cambia su campo magnético? a) Se duplica. b) Se reduce a la mitad. c) Se cuadruplica. d) Permanece sin cambio. 9. Un alambre transporta corriente en el plano del papel en dirección a la parte superior de la página. El alambre experimenta una fuerza magnética hacia el borde derecho de la página. La dirección del campo magnético que crea esta fuerza se localiza. a) en el plano de la página y con dirección hacia el borde izquierdo, b) en el plano de la página y con dirección hacia el borde inferior, c) hacia arriba y alejándose de la página, d) hacia abajo y adentro de la página.

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10. Un alambre que conduce corriente eléctrica atraviesa perpendicularmente una tarjeta sobre la que se esparce limaduras de hierro (ver figura 4). ¿Qué configuración adoptarán ellas?

Figura 4

Figura 4 . 11. A charged particle is moving with speed v perpendicular to a uniform magnetic field. A second identical charged particle is moving with speed 2v perpendicular to the same magnetic field. If the frequency of revolution of the first particle is f, the frequency of revolution of the second particle is a) b) c) d)

f. 2f . 4f . f /2 .

12. Ions having equal charges but masses of M and 2M are accelerated through the same potential difference and then enter a uniform magnetic field perpendicular to their path. If the heavier ions follow a circular arc ot radius R, what is the radius of the arc followed by the lighter? a) b) c) d)

4R 3R √2R R/√2

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Problemas Responda los problemas 1 al 4 teniendo en cuenta la siguiente información. Un alambre largo que conduce una corriente de 4.5 A formados dobleces a 90°, como se muestra en la figura 5. La parte flexionada del alambre pasa a través de un campo magnético uniforme de 0.240 T dirigido como se indica en la figura 5 y confinado a una región limitada del espacio. Determine la fuerza que el campo magnético ejerce sobre:

Figura 5. Figura 5 1. El alambre en primer tramo horizontal con una longitud de 20 cm. 2. El alambre de 30 cm de longitud. 3. El alambre horizontal de mayor longitud. 4. La fuerza magnética total que el campo magnético ejerce sobre todo el alambre es. Responda los problemas 5 a 7 teniendo en cuenta la siguiente información. Un alambre largo y recto conduce una corriente de 25.0 A. Se lanza un electrón paralelo al alambre con una velocidad de 250 km/s en la misma dirección de la corriente, a 2.00 cm del alambre. 5. Calcule la magnitud del campo magnético a los 2 cm del alambre. 6. Calcule la magnitud y dirección de la aceleración inicial del electrón. 7. ¿Cuáles deben ser la magnitud y la dirección de un campo eléctrico uniforme que permita que el electrón siga su recorrido paralelo al alambre? 8. El campo magnético de la Tierra en cierta ubicación está dirigido verticalmente hacia abajo y tiene una magnitud de 50.0 µT. Un protón se encuentra trasladándose horizontalmente hacia el oeste en el campo con una rapidez de 6.20 x 10​6 m/s. i) ¿Cuáles son la dirección y la magnitud de la fuerza magnética que el campo ejerce sobre esta partícula? ii) ¿Cuál es el radio del arco circular que ha recorrido el protón?

08/08/2019 9. Una partícula cargada que se mueve perpendicular a un campo magnético uniforme seguirá una trayectoria circular con movimiento circular uniforme y el radio de esta está dada por la expresión r = mv/qB . Una particula alfa es el núcleo desnudo de un átomo de helio, (esto es, un átomo de helio al cual se le ha arrancado sus electrones). El núcleo del átomo de helio se conforma de dos protones y de dos neutrones. Si una partícula alfa gira con una rapidez de 4,7×10​6 m/s en una región donde existe un campo magnético uniforme de 0,35T, y gira perpendicular al campo magnético. Determine el radio de la trayectoria circular descrita por la partícula alfa.

10. Un campo magnético uniforme de magnitud 0.80 T en la dirección negativa de z está presente en una región del espacio, como se muestra en la figura 6. Un campo eléctrico uniforme también está presente y se establece en 76,000 V / m en la dirección + y. Se proyecta un electrón con una velocidad inicial v​0 = 9.5 × 10​4​ m / s en la dirección + x. Encuentre la fuerza inicial sobre el electrón.

Figure 6 11. The figure 7 shows a velocity selector that can be used to measure the speed of a charged particle. A beam of particles is directed along the axis of the instrument. A parallel plate capacitor sets up an electric field E, which is oriented perpendicular to a uniform magnetic field B. If the plates are separated by 2.0 mm and the value of the magnetic field is 0.60 T, what voltage between the plates will allow particles of speed 5.0 × 10​5​ m/s to pass straight through without deflection?

Figure 7

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12. As shown in the figure 8, a small particle of charge q = -7.0 × 10​-6 C and mass m = 3.1 × 10​-12 kg has velocity ν0 = 9.4 × 10​3 m/s as it enters a region of uniform magnetic field. The particle is observed to travel in the semicircular path shown, with radius R = 5.0 cm. Calculate the magnitude and direction of the magnetic field in the region.

Figure 8

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Bibliografía: ● ● ● ● ●

SEAR, ZEMANSKY, YOUNG y FREEDMAN, Física Universitaria Vol 2., Ed.13, Pearson. SERWAY, Raymond. Fisica para ciencias e ingeniería Vol. 2, Ed. 7, McGraw Hill. Generic Physics CVC 052311. Tipler P.A., Mosca G. -Physics for Scientists and Engineers-W.H. Freeman and Co (2007) [Marcelo_Alonso,_Edward_Finn]_Física._Vol._2._Fu(b-ok.org)

Respuestas. 1. 0.216Nj 2. -0.324Nk 3. 0.420 Nj 4. 0.324Nj - 0.648 Nk 5. 2.5x10​4​ T 6. 2.5x10​12​ m/s​2 7. 62.5N /C 8. i) 49.6 al sur ii) 1.29 km 9. 14,0cm 10.​ ​-​2.4 × 10​-14​ N 11. 600V 12. 0.083 T entrado en la pagina