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• Alexander Peñaloza

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UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER ONDAS Y PARTICULAS TALLER N° 3 (ONDAS ELECTROMAGNETICAS) 1.- Un capacitor de placas paralelas consta de placas circulares de 0.30 m de radio separadas por una distancia de 0.20 cm. El voltaje aplicado aumenta a una razón estable de 2000 V/s. La carga se distribuye así misma de manera uniforme sobre la placa y los efectos de borde no son de relevancia. A) ¿Cuál es la rapidez del incremento del campo eléctrico entre las placas? B) ¿Cuál es la corriente de desplazamiento entre las placas a un radio de 0.15 m? ¿y a un radio de 0.30 m? C) ¿Cuál es el campo magnético a un radio de 0,15 m? ¿Y a un radio de 0,30 m? 2.- El campo eléctrico en un capacitor de placas paralelas con placas circulares de radio 5.0 cm está cambiando con el tiempo según E=Ct 2 donde C= 5 x 104 V/m s2 A) ¿Cuál es el campo magnético inducido en t=0,5 s y r=1.0 cm del eje? B) ¿Y a t=2.0 s y r= 6.0 cm del eje? 3.- Si el campo eléctrico para una onda plana es E x = Ez =0 y Ey= E0 cos ⁡(kx + wt) ¿Cuáles son B y la dirección de propagación de la onda? 4.- Calcule la longitud de onda, número de onda, frecuencia y frecuencia angular aproximadas para las ondas electromagnéticas asociadas A) Su estación de radio AM favorita. B) Su estación de radio FM favorita. C) De un horno microondas. D) De la luz amarilla. E) Del Rayo X. 5.- Una estación radiodifusora emite una señal con 50kW de potencia. A) ¿Cuáles son los valores del campo eléctrico y magnético a distancias de 10 y 1000 km 6.- Una onda plana armónica de 12 μm de longitud y 10 V/m de amplitud de campo eléctrico llega a una superficie totalmente reflectora de 10 cm 2 ¿Cuál es la presión de radiación que ejerce esa onda? 7.- El campo magnético para determinada onda electromagnética tiene un valor rms de 10 -8 T A) ¿Cuál es la Intensidad de la onda? B) ¿Cuánta energía se transporta por minuto a través de un área de 0.5 m2? 8.- Suponga que un foco de 100 W emite luz por igual en todas direcciones. ¿Cuáles son los valores máximo y rms de los campos eléctricos y magnéticos a una distancia de 1.0 m? 9.- Suponga que una estación de radio de 50000 W emite su señal en todas direcciones. A) ¿Cuál es la intensidad de la señal a una distancia de 100 km? B) ¿Cuál es el valor rms del campo eléctrico a la misma distancia? 10.- Suponga que desea emplear la presión de radiación de un haz de luz para suspender en posición horizontal una hoja de papel de 100 cm 2 de área y 1.0 g de masa; además, que no hay

problemas de equilibrio, que el papel es negro y absorbe completamente la luz. A) ¿Cuántos watts debe producir la luz? B) ¿Qué supone Ud que le pueda suceder al papel? 11.- Si un haz de luz trasporta cantidad de movimiento, ¿debe sentir un retroceso análogo al de un rifle que se dispara una persona que sostiene una linterna de mano? ¿Por qué no se observa este retroceso en la práctica? 12.- El espectro electromagnético está constituido por un conjunto de ondas de esta naturaleza, elabore un cuadro resumen teniendo en cuenta los siguientes aspectos: Nombre, rango de la longitud de onda, rango de frecuencia, origen y aplicación. 13.- Para una energía incidente determinada de una onda electromagnética, ¿por qué la presión de radiación sobre una superficie perfectamente reflectora es dos veces mayor que sobre una superficie que absorbe completamente? 14.- Describa el significado físico del Vector de Poynting. 15.- Siempre que una persona toca la antena interior de un radio o receptor de televisión, la recepción mejora al instante. ¿Por qué? 16.- Calcule el valor máximo del campo magnético de una OEM en un medio donde la rapidez de la luz es dos tercios de la rapidez de la luz en el vacío y donde la amplitud del campo eléctrico es de 7.60 mV/m. 17.- Ondas de radio establecen un patrón de interferencia de onda estacionaria entre dos placas metálicas separadas dos metros. Esta es la distancia mínima entre las placas que producirá un patrón de onda estacionaria. ¿Cuál es la frecuencia fundamental? 18.- Una potencia eléctrica de entrada de 1,4 kW genera una potencia de salida en un microonda de 700 W en el magnetrón de un horno. Todas las microondas son transferidas hacia la cámara del horno a través de una onda guía, que consiste en un tubo metálico de sección rectangular con un ancho de 6.83 cm y una altura de 3.81 cm. A) ¿Cuál es la eficiencia del magnetrón? B) Suponiendo que los alimentos absorben todas las microondas producidas y no hay reflejo de energía, encuentre la dirección y magnitud el Vector de Poynting, promedio sobre el tiempo? C) Cuál es la intensidad del campo eléctrico máximo en ese punto? 19.- Una OEM tiene un campo magnético dado por B(x,t) = 8.25 x 10-9 T j sen [ (1.38 x 104 rad/m) X + wt] (A) en qué dirección viaja la onda. ¿Cuál es su frecuencia f? C) Escriba la ecuación vectorial E(x,t). 20.- La intensidad de un rayo láser cilíndrico es de 0.800 W/m 2 El área de sección transversal del haz es de 3.0 x 10-4 m2, y la intensidad es uniforme en toda la sección transversal del haz. A) ¿Cuál es la potencia de salida promedio del láser? B) ¿Cuál es valor rms (eficaz) del campo eléctrico en el haz?

BIBLIOGRAFÍA: La información sobre estos ejercicios fue tomada de los textos siguientes: - SERWAY, Jewet. Física para ciencias e ingeniería. Volumen 1. Editorial Thomson. Sexta edición. México, 2005. - SEARS, F. W. Física universitaria. Volumen 1. Editorial Pearson Addison Wesley. Décimo Segunda edición. México. 2009. - OHANIAN Hans C., MARKERT John T. Física para ingeniería y ciencias. Volumen 1. Editorial McGraw Hill. Tercera edición. México, 2009.