Trabajo 1 Electricidad Y Electromagnetismo

INTRODUCCION

La electrostática es el punto de partida para el estudio del fenómeno de la electricidad, su control por parte del hombre y, por cierto, es la base de numerosas aplicaciones científicas y tecnológicas.

La física por su carácter de ciencia provee modelos que le permiten a la ingeniería predecir comportamientos simular situaciones reales dimensionar equipos caracterizar los alimentos sometidos a proceso de producción o manipulación directa o indirecta y el desarrollo de nuevos alimentos.

La caracterización de alimentos se realiza a través de técnicas previamente definidas por la ingeniería y para su desarrollo puede utilizarse instrumentación altamente especializada cuyo soporte se fundamenta en principios físicos a partir de los cuales se definen los parámetros que determinan el estado de los alimentos

Alguna de estas técnicas se basa en la utilización de radiación electromagnética tanto para la conservación como para la caracterización de los alimentos.

La creciente demanda del consumidor de alimentos mínimamente procesados está impulsando el desarrollo de nuevos métodos de conservación. Procesos no térmicos (como alta presión hidrostática, ultrasonidos, irradiación, campos eléctricos de alta intensidad, campos magnéticos oscilantes y destellos de luz blanca) pueden utilizarse con este objetivo sin que se vea afectada la calidad de los alimentos. Aunque la eficacia de estos métodos se conoce desde hace tiempo, es ahora cuando se está produciendo los mayores avances tecnológicos para hacer posible su comercialización.

OBJETIVO GENERAL

El Grupo Colaborativo debe entregar la solución de los siguientes ejercicios y realización de algunas experiencias

OBJETIVO ESPECÍFICOS

 El Grupo Colaborativo debe entregar la solución de los ejercicios de aplicación.

 Replicar mínimo 1 de las experiencias presentadas, con el fin de entender los fundamentos que conformas los conceptos básicos de electrostática.

 Escoger un tema para realizar una consulta de profundización, buscando identificar los campos de aplicación de la electricidad y electromagnetismo en nuestro campo de estudio.

FASE 1: RESOLUCIÓN DE EJERCICIOS DE APLICACIÓN

1. Determinen la fuerza eléctrica que actúa sobre las cargas q1 = + 1 x 10-6 C y q2 = + 2,5 x 10-6 C, las cuales se encuentran en reposo y en el vacío a una distancia de 5 cm. Dibujen un esquema del ejercicio.

La fuerza eléctrica es de atracción o de repulsión? Justifiquen su respuesta.

Solución:

Para calcular la fuerza de interacción entre dos cargas eléctricas puntuales en reposo utilizamos la siguiente formula:

F= K(Q1Q2/r2)

Con lo cual K= 9*109 [Nm2/C2]

F = 9 * 109 (1*10-6 2.5*10-6 / 0,05m2)

F= 9N

Con respecto al ejercicio podemos deducir que La fuerza es de repulsión ya que las cargas son de igual signo

La fuerza de repulsión es de 9 N.

Gráficamente:

2. Determinen el valor del campo eléctrico en un punto A sabiendo que si se coloca un electrón en dicho punto recibe una fuerza de F = 6,4 x 10-14 N.

Recuerden que la carga del electrón es e= -1,6 x 10-19 C.

Dibujen un esquema del ejercicio.

Solución:

E = F/Q1

E= 6,4*10-14N/-1.6*10-19C

E = 0,4*105 N/C

En este ejercicio tenemos que la carga del electrón es negativa lo que da como resultado que el sentido de la fuerza sea opuesto al del campo

El campo eléctrico en el punto vale -4 x 105 N/C. Características del vector (dirección, sentido y punto de aplicación).

Ilustración.

3. Un campo eléctrico uniforme de valor 200 N/C tiene la dirección x positiva. Se deja en libertad una carga puntual Q = 3 x 10-6 C, inicialmente en reposo y ubicada en el origen de coordenadas.

a) Cuál es el cambio en energía potencial del sistema, si la carga se desplaza desde x = 0m hasta x = 4m?

b) Cuál es la diferencia de potencial ΔV(0-4) = V(4m) - V(0m)?

Solución:

F= Q0*E

F*d=Q0*E*d

La diferencia de energía potencial se calcula como

ΔEP=ΔUA-B =Q0*E*d

ΔEP= 3*10-6C * 200N/C * 4M

ΔEP= -2,4*10-3V

a) La variación de energía potencial eléctrica de la carga desde x = 0 a x = 4 m es - 2.4 x 10-3 V

b) La diferencia de potencia V(0-4)= V(4m) - V(0m) = - 800 v

E= - = -VAB= F.dAB =-200 X 4m = -800V=VAB = -800V

4. Calculen la capacidad equivalente a los condensadores: C1 = 3 mF, C2 = 6 mF y C3 = 12 mF, si: a) están conectados en serie b) están conectados en paralelo. Recuerden que el prefijo “m” es de “mili” y equivale a 10-3

SOLUCION:

=3 mF, = 6mF, =12 mF

a) Para conexión en serie se conecta:

= + + = = = 1.71 mF ó 1.71 F.

SOLUCION:

La capacidad equivalente a la configuración de condensadores en serie propuesta es de 171 mF

b) Para conexión en paralelo:

Ctotal= C1+ C2 + C3….+C

Ctotal = 3mF+6mF+12mF= 21mF

La capacidad equivalente a la configuración de condensadores en paralelo propuesta es de 21 Mf.

FASE 2: DESARROLLO DE EXPERIENCIAS PRÁCTICAS

REPLICA DEL VIDEO 1: EXPERIENCIAS SOBRE CARGAS ESTATICAS

PROCEDIMIENTO

Para realizar este experimento necesitamos los siguientes materiales:

• Un globo inflado

• Cinta de teflón

• Guantes quirúrgicos

• Tijeras

2. para realizar el experimento nos ponemos los guantes quirúrgicos, tomamos un trozo de cinta de teflón de aproximadamente 60 cm de largo, lo doblamos por la mitad y con el guante lo frotamos de arriba abajo.

Se observa como al frotarlo la cinta se separan, debido a que cuando frote la cinta de teflón con el guante quirúrgico, este le transfiere electrones a la cinta, y al hacer esto conseguimos que los dos segmentos de cinta tengan la misma carga eléctrica lo que hace que se repelen o separen.

3. Ahora acercamos el guante a la cinta de teflón, esta es atraída, ya que el guante le sede electrones a la cinta, entonces el guante tiene cargas positivas y la cinta una carga negativa lo que hace que adhieran.

SEGUNDA PARTE

1. Tomamos el globo y lo froto contra mi cabello por unos minutos, buscando que se dé una transferencia de electrones entre los dos.

2. Aproximamos el globo a la cinta de teflón, y lo que logramos observar es que la cinta y el globo se repelan, ya que la cinta de teflón había quedado cargada en la primera parte del experimento con electrones negativos y el globo también tiene carga negativa lo que hace que no se atraigan entre sí.

TERCERA PARTE

Para la tercera parte del experimento utilizaremos un globo, agua y nos vamos a la cocina.

Al acercar este globo que está cargado eléctricamente al chorro de agua, observamos como el chorro es atraído por el globo.

Sabemos que el globo tiene carga eléctrica, y el agua no la tiene, pero el agua está formada por moléculas polares, es decir son moléculas que tiene una distribución asimétrica de carga eléctrica, ósea que de un extremo tiene mayor carga negativa y en el otro extremo tienen mayor carga positiva, entonces al acercar el globo que tiene carga negativa y las moléculas del agua se orientan hacia las de carga positiva, y ya sabemos que las cargas opuestas se atraen.

OBSERVACIONES

La rama de la ciencia conocida como la electrostática es complicada. Esto no es porque sea extremadamente difícil de entender para nosotros, sino porque es muy complicado de explicar. Por supuesto, es posible obtener una buena comprensión de la electrostática a través de un estudio adecuado de los principios científicos detrás de ella.

Nos encontramos con la electrostática en el día a día. Por ejemplo, la electrostática está en funcionamiento cuando se quita un envoltorio plástico de un trozo de alimento, y el plástico se pega a nuestro cuerpo. La electrostática se puede sentir cuando uno se descarga a sí mismo en una perilla de la puerta después de caminar a través de una habitación llena de alfombras.

Otro ejemplo de la electrostática es cuando se frota un globo sobre el cabello. Después, al mantener el globo cerca de la cabeza, el cabello se para. Todos estos ejemplos son el resultado directo de la electrostática, y hay muchos más.

FASE 3 APLICACIÓN DE LA ELECTROSTÁTICA EN LA INDUSTRIA ALIMENTARIA

1. PULVERIZACIÓN ELECTROSTÁTICA CON ÁCIDOS ORGÁNICOS:

Según un nuevo estudio publicado por Journal of Food Science, la pulverización electrostática con ácidos orgánicos ofrece a la industria de productos frescos una protección más eficaz contra el

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