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  UNIVERSIDAD NACIONAL SANTIAGO ANTUNEZ DE MAYOLO FILIAL BARRANCA FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

FÍSICA III TEORIA Y PROBLEMAS

DELARC AYALA

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PROLOGO

El conjunto de problemas resueltos que conforman la presente publicación han sido extraídos de seminarios, exámenes y la teoría de los apuntes de clases realizadas durante el curso de Física III en la Universidad Nacional Santiago Antunez de Mayolo Filial Barranca. Esta publicación está pues dedicada a los estudiantes que desean realmente aprender, lo que si debo resaltar es que ningún libro es suficiente para aprender una materia, la asistencia de clases es indispensable para un buen aprendizaje, al igual que el intercambio de ideas con la asesoría adecuada que es base de la buena enseñanza. En cada uno de los capítulos desarrollados en este texto, se sigue el mismo procedimiento, después del tratamiento teórico de algún tema de los capítulos, se presentan problemas resueltos de diferente grado de dificultad, con el propósito principal de afianzar ciertos conceptos teóricos que los estudiantes descuidan, y además se presentan problemas propuestos con respuestas para que el lector pueda comprobar sus resultados. Mi agradecimiento al Msc. Carlos A. Reyes Pareja quien nos brindo una enseñanza adecuada y motivo a publicar este texto.

Barranca 6 de noviembre del 2010

Delarc Darío Ayala Cacha Alumno UNASAM Filial BARRANCA

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INDICE GENERAL

CAPÍTULO 1

CARGA MATERIA Y LEY DE COULOMB

1.1 1.2 1.3

Electrostática......................................................................................................... 1 Atomo.................................................................................................................... 1 Formas de electrizar un cuerpo ............................................................................. 2

1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9

Ley de las cargas .................................................................................. Cuantización de laelectricas carga electrica ........................................................................ 3 3 El electroscopio..................................................................................................... 3 Clasificación de la materia .................................................................................... 4 Ley de Coulomb .................................................................................................... 4 Distribución continua de la carga electrica .......................................................... 12 Problemas propuestos del capitulo 1  ......................................... .................................. 16 

1.10

CAPÍTULO 2 2.1 2.2 2.3

CAMPO ELECTRICO

Definición ............................................................................................................ 19 Carga puntual...................................................................................................... 19 Intensidad de campo electrico ............................................................................. 19

2.4 2.5 2.6 2.7

Relación entre el campo electrico y la fuerza electrica ........................................ 20 Líneas de fuerza del campo eléctrico .................................................................. 20 Campo electrico en un conductor ......................................................................... 23 Movimiento de particulas cargadas dentro de campos electricos uniformes ............................................................................................. 28 2.8 Campo electrico debido a una carga distribuida ................................................... 32 2.9 Simetria................................................................................................................ 36 2.10 Para un plano infinito ........................................................................................... 42 2.11 Problemas propuestos del capitulo 2.................................................................... 43

CAPÍTULO 3

LEY DE GAUSS 

3.1

Definición ............................................................................................................ 47

3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7

El flujo electrico ................................................................................................... 47 Ley de Gauss ...................................................................................................... 52 Aplicaciones de la Ley Gauss ............................................................................. 53 Conductores en equilibrio electrostatico ............................................................. 68 Calculo del campo electrico para conductores cargados..................................... 70 Problemas propuestos del capitulo 3 .................................................................. 76

CAPÍTULO 4 4.1 4.2 4.3 4.4

CAPÍTULO 5 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5

TRABAJO Y POTENCIAL ELECTRICO  

Integral de linea................................................................................................... 80 Trabajo y diferencia de potencial electrico ........................................................... 81 Potencial electrico ............................................................................................... 83 Problemas propuestos del capitulo 4 ................................................................. 110

ELECTRODINAMICA 

Introducción....................................................................................................... 114 Corriente electrica ............................................................................................. 114 Intensidad de corriente electrica ........................................................................ 116 Densidad de corriente electrica ......................................................................... 117 Velocidad de desplazamiento de los portadores de cargas .............................. 118

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5.6 5.7 5.8 5.9 5.10 5.11 5.12 5.13 5.14 5.15 5.16 5.17 5.18 5.19 5.20 5.21 5.22 5.23

Ley de OHM microscopico para conductores .................................................... 119 Resistividad ...................................................................................................... 120 Resistencia electrica ......................................................................................... 121 Ley de OHM macroscopico ............................................................................... 122 Representación de una resistencia electrica .................................................... 123 Variación de una resistencia con la temperatura .............................................. 124 Asociación de resistencias ............................................................................... 125 Conversión de resistencia estrella a delta y viceversa ...................................... 131 Leyes de Kirchhoff............................................................................................. 134 Puente de Wheatstone ...................................................................................... 136 Teorema de la trayectoria.................................................................................. 138 La fuerza electromotriz ...................................................................................... 139 Energia y potencial electrico .............................................................................. 140 Potencia que se discipa en una resistencia ....................................................... 142 Cortocircuito de una resistencia electrica .......................................................... 142 Simetria ............................................................................................................. 145 Instrumentos de medición electrica ................................................................... 148 Problemas propuestos del capitulo 5 .................................................. ........................ 152

CAPÍTULO 6 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 6.8 6.9 6.10 6.11

CAPÍTULO 7 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 7.7

CAPACITANCIA

Capacidad de un conductor............................................................................... 156 Capacitancia electrica ....................................................................................... 156 El condensador o capacitor ............................................................................... 157 Capacitancia del condensador .......................................................................... 157 Calculo de capacitancia de condensadores ...................................................... 157 Representación de los condensadores en los circuitos electricos ..................... 162 Conexión de condensadores ............................................................................ 162 Energia que se almacena en un condensador................................................... 164 Densidad de energia electrostatica ................................................................... 165 Circuito RC-SERIE ........................................................................................... 168 Problemas propuestos del capitulo 6 ................................................................ 174

MAGNETISMO  

7.8 7.9

Concepto........................................................................................................... 178 Propiedades de los imanes ............................................................................... 178 Campo magnetico ............................................................................................. 179 Flujo magnetico ................................................................................................. 180 Fuerza magnetica sobre una carga en movimiento .......................................... 182 Fuerza de Lorentz ............................................................................................. 184 Modificación de la regla de la mano derecha para hallar la dirección de la fuerza magnetica ........................................................ 185 Efecto hall ......................................................................................................... 185 Movimiento de particulas cargadas dentro de un

7.10 7.11 7.12 7.13 7.14

campo magnetico uniforme ............................................................................... 187 Periodo del movimiento circular ........................................................................ 189 Fuerza magnetica sobre un conductor rectilineo con corriente .......................... 191 Fuerza momento de torsión sobre una espira con corriente .............................. 193 Momento dipolar magnetico .............................................................................. 194 Problemas propuestos del capitulo 7 ................................................................. 203

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 BIBLIOGRAFIA

1.  Humberto Asmat

Física General III, Teoría y Problemas. Edit. Trama Impresiones

2.  Serway – Beichner

Física Solucionario. Volumen 3 Edit. San Marcos

3.  Humberto Leyva Naveros

Electrostática y Magnetismo. Edit. Moshera S.R.L.

4.  A. Navarro – F. Taipe

Física III, Electrostática. Edit. Ciencias S.R.Ltda.

5. A. Navarro – F. Taipe  

Física III, Electrodinámica. Edit. Ciencias S.R.Ltda.

6.  Marcoantonio Salvador Q.

Física, Electrostática. Edit. Cuscano

7.  Marcoantonio Salvador Q.

Física, Electrodinámica. Edit. Cuscano

8.  Marcoantonio Salvador Q.

Física, Condensadores. Edit. Cuscano

9.  Marcoantonio Salvador Q.

Física, Electromagnetismo. Edit. Cuscano

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