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• Jason Johnson

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CORPORACION UNIVERSITARIA AUTONOMA DE NARIÑO INGENIERIAS ELECTRONICA Y MECANICA ASIGNATURA: FISICA III TALLER ENERGIA, POTENCIAL ELECTRICO, CAPACITANCIA Y CONDENSADORES La práctica es un maestro excepcional. (Cayo Plinio El joven) 1. Imagine que un protón se mueve desde la placa positiva del arreglo de placas paralelas de la figura. Las placas están 1,5cm separadas, y el campo eléctrico es uniforme con una magnitud de 1500N/C. a. ¿Cuál es el cambio en la energía potencial eléctrica del protón? b. ¿Cuál es la diferencia de potencial eléctrico (voltaje) entre las placas? c. Si el protón se libera desde el reposo en la placa positiva ¿Qué rapidez tendrá justo antes de tocar la placa negativa?. 2. ¿Cómo cambiaran las respuestas en el problema anterior si se moviese una partícula alfa en vez de un protón? (Una partícula alfa es el núcleo de un átomo de helio y tiene una carga de +2e con una masa de aproximadamente cuatro veces la del protón). 3. Los consultorios dentales modernos cuentan con aparatos de rayos X para diagnosticar problemas dentales ocultos. En general los electrones se aceleran a través de una diferencia de potencial eléctrico de 25000v. Cuando los electrones golpean la placa positivamente cargada, su energía cinética se convierte en partículas de luz de lata energía llamadas fotones de rayos X (Los fotones son partículas de luz) Suponga que la energía cinética de un solo electrón esta igualmente distribuida entre 5 fotones de rayos X. ¿Cuánta energía tendrá un fotón? 4. En el modelo de Bohr del átomo de Hidrogeno, el electrón en órbita alrededor del protón puede existir solo en ciertas orbitas circulares. La más pequeña tiene un radio de 0,0529nm, y la siguiente mayor tiene un radio de 0,212nm. ¿Qué se puede decir acerca del potencial eléctrico asociado con cada orbita? Verifique su respuesta calculando los valores del potencial eléctrico entre las dos orbitas. 5. En el problema anterior, suponga que el electrón se movió de la más pequeña a la siguiente orbita. En estas condiciones ¿Cuál sería el cambio en la energía potencial eléctrica del electrón? 6. La molécula de agua es la base de la vida como la conocemos. Muchas de sus propiedades importantes (por ejemplo, que sea un liquido sobre la superficie de la Tierra) están relacionadas con el hecho de que es una molécula polar permanente (un dipolo eléctrico) Una simple figura de la molécula de agua, incluidas las cargas, está dada en la figura. La distancia de cada tomo de hidrogeno al átomo de oxigeno es de 9,6x10-11 m, y el ángulo θ entre las dos direcciones de enlace hidrogeno-oxigeno es de 1040. ¿Cuál será la energía electrostática de la molécula de agua?

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7. Otra molécula polar común es el monóxido de carbono (CO), un gas toxico comúnmente producido en automóviles cuando la quema de combustibles es incompleta. El átomo de carbono está positivamente cargado y el átomo de oxigeno negativamente cargado. La distancia entre el átomo de carbono y el átomo de oxigeno es de 1,20x10-10m, y la carga (promedio) sobre cada uno es de 6,60x10-20 C. Determine la energía electrostática de esta molécula. 8. ¿Cuál sería el área de placa de un condensador de placas paralelas lleno de aire a 1,0F, si la separación de las placas fuese de 1,0mm? ¿Sería realista planear la construcción de un condensador como este?. 9. En el anterior problema, ¿Cuál debería ser la separación de las placas, si se quisiera que el condensador tuviera una área de placa de 1cm 2? Compare su respuesta con un diámetro atómico típico de 10-9 a 10-10. ¿Es factible construir este condensador? 10. Durante un ataque cardiaco, el corazón late de manera errática llamada fibrilación. Una forma de lograr que el corazón vuelva a su ritmo normal es impartirle energía eléctrica suministrada por un instrumento llamad desfibrilador cardiaco. Para producir el efecto deseado se requieren aproximadamente 300j de energía. Típicamente, un desfibrilador almacena energía en un condensador cargado por una fuente de potencia de 5000V. a. ¿Qué capacitancia requiere? b. ¿Cuál es la carga en las placas del condensador? 11. En el problema anterior, si la energía permisible máxima para cualquier intento de desfibrilación es de 750j, ¿Cuál será el voltaje máximo que debería usarse?

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12. Considere un condensador (con dieléctrico) bajo la tecla de un computador (mirar la figura) El condenador está conectado a una batería de 12v y tiene una separación normal de placas (sin oprimir) de 3,00mm y una área de placa de 0,750cm2.

a. ¿Cuál será la constante del dieléctrico que se requiere si la capacitancia es de 1,10pF? b. ¿Cuánta carga se almacena en las placas bajo condiciones normales? c. ¿Cuánta carga fluye sobre las placas (es decir, cual es el cambio en sus cargas), si se comprimen hasta una separación de 2,00mm? 13. En el problema anterior, suponer que la separación entre las placas se incrementó 1,00mm del valor normal de 3,00mm. ¿La carga fluirá hacia el condensador o desde este? ¿Cuánta carga será la que fluye? 14. Dados dos condensadores, uno con una capacitancia de 5,20µF y el otro 0,5 µF, ¿Cuáles serán las cargas en cada uno y la carga total almacenada si están conectados a través de una batería de 12v? a. En serie. b. En paralelo. 15. Determinar la capacitancia equivalente de dos condensadores con capacitancias de 0,40 µF y 0,60 µF cuando están conectados a. En serie. b. En paralelo. 16. Cuando una combinación en serie de dos condenadores descargados se conecta a una batería de 12v, se extraen 173µJ de energía de la batería. Si uno de los condenadores tiene una capacitancia de 4µF, ¿Cuál será la capacitancia del otro? 17. Para el arreglo de tres condensadores en la figura mostrada a continuación. ¿Qué valor de C1 dará una capacitancia equivalente total de 1,7µF?

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18. En la figura anterior, si la capacitancia C1=0,10µF, ¿Cuál será la carga en cada uno de los condensadores. 19. Cuatro condensadores están conectados en un circuito como se ilustra en la figura. Encuentre la carga sobre cada uno de los condensadores, y la diferencia de voltaje a través de estos.

20. Cuáles son las capacitancias mínimas y máximas equivalentes que se pueden obtener combinando tres condensadores de 1,5µF; 2,0 µF y 3,0µF. ………………………………………………………………………………………………. Tu mejor maestro es tu último error. (Ralph Nader)