Taller 1 F Sica El Ctrica

TALLER 1
FÍSICA ELÉCTRICA Y MAGNETISMO
PROFESOR: LUIS FERNANDO VILLAMARÍN GUERRERO
UNIVERSIDAD ECCI
1. Cuatro cargas de la misma magnitud pero de signos opuestos están dispuestas en las esquinas de un cuadrado, como
aquı́ se muestra. ¿En cuál arreglo la magnitud del campo eléctrico es máxima en el punto P?
Figure 1: Configuración de las cargas puntuales
2. Una carga puntual Q = −300nC y dos cargas puntuales de valor desconocido, q1 y q2 , están ubicadas como se muestra.
Figure 2: Campo eléctrico generado por 3 cargas
Determine:
(a) Asuma incialmente que Q = −300nC,, q1 = −300mC y q2 = 600mC determine la magnitud y dirección de la
fuerza eléctrica sobre una cuarta carga q4 = −20mC que se ubica en el origen.
(b) El signo de las cargas q1 y q2 para que el campo eléctrico en el origen se cancele
(c) La magnitud de las cargas q1 y q2
3. Una carga puntual de 20, 15mC está adherida bajo una mesa horizontal sin fricción. Está unida a una carga puntual
de 30.50mC con un alambre aislante de 2, 50cm. Un campo eléctrico uniforme de magnitud 1, 85 × 108 N C −1 está
dirigido en forma paralela al alambre.
Figure 3: Modificado del libro de Fı́sica Universitaria
Realizar los siguientes procedimientos

1
(a) Determinar la magnitud de la fuerza eléctrica que genera la carga de la izquierda sobre la carga de la derecha.
(b) Determinar la fuerza eléctrica que genera el campo eléctrico sobre la carga de la derecha.
(c) Determine la tensión en el alambre aislante
4. Usted tiene un anillo de oro puro (24 kilates) con masa de 23, 5g. El oro tiene una masa atómica de 197g/mol y un
número atómico de 79.
(a) ¿Cuántos protones hay en el anillo, y cuál es su carga total positiva?
(b) Si el anillo no tiene carga neta, ¿cuántos electrones hay en él?
5. Dos esferas tienen la misma masa y la misma carga 20, 15µC. Cuelgan del techo unidades a cuerdas de longitud
idéntica l = 1, 5m. El ángulo de las cuerdas con respecto a la vertical es de 22, 0◦ .
Figure 4: Modificado del libro de Fı́sica Para Ciencias e Ingenierı́a.
Determinar:
(a) La distancia entre las dos esferas

(b) La fuerza eléctrica que ejerce la esfera de la derecha sobre la esfera de la izquierda.
(c) Aplicando primera ley de Newton y resolviendo las ecuaciones determinar el valor de la masa de cada esfera.
6. Un electrón parte del reposo en un campo eléctrico uniforme, acelera verticalmente hacia arriba y recorre 5, 00m en
los primeros 6, 00ms después de que se libera.
(a) ¿Cuáles son la magnitud y la dirección del campo eléctrico?
(b) ¿Se justifica que se desprecien los efectos de la gravedad? Explique su respuesta cuantitativamente.
7. En la región entre dos placas planas paralelas con carga opuesta, existe un campo eléctrico. Se libera un protón desde
el reposo en la superficie de la placa con carga positiva, y golpea la superficie de la placa opuesta, que está a una
distancia de 1, 0in cm de la primera, en un intervalo de tiempo de 2, 0µs
(a) Realice un modelo gráfico del problema. (Defina claramente la polaridad de las dos placas)
(b) Determine la magnitud y dirección del campo eléctrico que permite al protón alcanzar la placa superior en este
tiempo.
(c) Determine la magnitud y dirección del vector antes de que el electrón colisione con la placa superior.
8. Una carga de −200nC está distribuida de manera uniforme sobre la superficie de una cara de un disco aislante con
radio de 3, 0in.
(a) Obtenga la magnitud y la dirección del campo eléctrico que produce este disco en el punto P sobre el eje del
disco a una distancia de 5, 0cm de su centro. (realice un modelo gráfico)
(b) Suponga que toda la carga se colocara lejos del centro y se distribuyera de manera uniforme sobre el borde
exterior del disco. Determine la magnitud y la dirección del campo eléctrico en el punto P . (realice un modelo
gráfico)
(c) Si toda la carga se lleva al centro del disco, encuentre la magnitud y la dirección del campo eléctrico en el punto
P . (realice un modelo gráfico)
(d) ¿Por qué razón el campo en el inciso c) es mayor que la del b).
2
9. La figura 5 muestra algunas de las lı́neas de campo eléctrico debidas a tres cargas puntuales situadas a lo largo del
eje vertical. Las tres cargas tienen la misma magnitud.
Figure 5: Lı́neas de campo eléctrico. Modificado del libro de Fı́sica Para Ciencias e Ingenierı́a.
(a) ¿Cuáles son los signos de las tres cargas? Explique su razonamiento.
(b) ¿En cuál(es) punto(s) la magnitud del campo eléctrico es la más pequeña? Explique su razonamiento.
(c) Diga cómo los campos producidos por cada carga puntual individual se combinan para dar un campo neto
pequeño en este(os) punto(s).
10. El dipolo que consiste en cargas e separadas 300nm se coloca entre dos discos muy grandes verticales que tienen
densidades de carga iguales pero opuestas de 200 mC
m2 como se muestra en la figura 6.
Figure 6: Lı́neas de campo eléctrico. Modificado del libro de Fı́sica Para Ciencias e Ingenierı́a.
(a) Determine la magnitud del campo eléctrico generado por los dos discos.
(b) Determine la magnitud y dirección del vector momento dipolar eléctrico.
(c) Determine la magnitud del torque que genera el campo eléctrico sobre el dipolo.
(d) Si la energı́a potencial almacenada por el dipolo está dada por la siguiente relación U = −P~ • E
~ obtenga el valor
para el dipolo entre los discos. (Es importante descomponer el vector)
11. Una carga puntual de 9, 60mC está en el centro de un cubo con lados cuya longitud mide 0, 500m.
(a) ¿Cuál es el flujo eléctrico a través de una de las seis caras del cubo?
(b) ¿Cómo cambiarı́a su respuesta al inciso a) si los lados midieran 0, 250m? Dé una explicación.
3
12. Una partı́cula pequeña tiene carga de 30, 00mC y masa de 20mg. Se desplaza desde el punto A, donde el potencial
eléctrico es VA = +100V , al punto B, donde el potencial eléctrico es VB = +800V . La fuerza eléctrica es la única que
actúa sobre la partı́cula, la cual tiene una rapidez de 15, 00m/s en el punto A.
(a) Elabore un modelo gráfico del problema
(b) ¿Cuál es su rapidez de la partı́cula en el punto B?
(c) ¿Se mueve más rápido o más lento en B que en A? Explique su respuesta.
13. Dos cargas puntuales q1 = 12, 40nC y q2 = 26, 50nC están separadas 0, 100m. El punto A está a la mitad de la
distancia entre ellas; el punto B está a 0, 080m de q1 y 0, 060m de q2 (figura 7). Considere el potencial eléctrico como
cero en el infinito.
Figure 7: Potencial eléctrico debido a dos cargas. Modificado del libro de Fı́sica Para Ciencias e Ingenierı́a.
Determine:
a) El potencial en el punto A
b) El potencial en el punto B;
c) El trabajo realizado por el campo eléctrico sobre una carga de 10, 0nC que viaja del punto B al punto A.
14. a) Un electrón se acelera de 5, 00 × 106 m/s a 7, 50 × 106 m/s. ¿A través de qué diferencia de potencial debe pasar el
electrón para que esto suceda?
15. Un campo eléctrico uniforme tiene una magnitud E y está dirigido en la dirección negativa de x. La diferencia de
potencial entre el punto a (en x = 0, 60m) y el punto b (en x = 0, 90m) es 240V .
(a) ¿Cuál punto, a o b, tiene el potencial más alto?
(b) Calcule el valor de E.
(c) Una carga puntual negativa q = −0, 200mC se desplaza de b a a. Calcule el trabajo realizado por el campo
eléctrico sobre la carga puntual.
16. Cuatro electrones se localizan en las esquinas de un cuadrado de 10, 0nm de lado, con una partı́cula alfa en su parte
media.
(a) ¿Cuánto energı́a se necesita hacer para que los cuatro electrones formen el cuadrado?
(b) ¿ Cuánto trabajo se necesita para mover una particula partı́cula alfa al punto medio de la base del cuadrado?
NOTA: Para poder comprender el manejo de los ejercicios de este taller, se recomienda revisar el libro que se encuentra en
el siguiente enlace: https://ezproxy.ecci.edu.co:2066/?il=703&pg=32

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Figure 1: Configuración de las cargas puntuales

Figure 2: Campo eléctrico generado por 3 cargas

Figure 3: Modificado del libro de Fı́sica Universitaria

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Figure 4: Modificado del libro de Fı́sica Para Ciencias e Ingenierı́a.

(a) La distancia entre las dos esferas

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