Colaborativo 1 Electromagnetismo UNAD.

ELECTROMAGNETISMO

COLABORATIVO 1

JOHN ALEXANDER VASQUEZ BETANCOURTH

CC. 1088004692

CESAR AUGUSTO MONTOYA NIETO

CC. 4516718

JULIETA SALGADO

CC. 30234401

NATALIA URIBE

CC. 98031163471

GRUPO No. 201424_49

TUTOR: MARCO JOSE BARRERA

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNAD

2016

INTRODUCCION

     El electromagnetismo es una rama de la física que estudia y unifica los fenómenos eléctricos y magnéticos en una sola teoría, cuyos fundamentos fueron sentados por Michael Faraday y formulados por primera vez de modo completo por James Clerk Maxwell. La formulación consiste en cuatro ecuaciones diferenciales vectoriales que relacionan el campo eléctrico, el campo magnético y sus respectivas fuentes materiales (corriente eléctrica, polarización eléctrica y polarización magnética), conocidas como ecuaciones de Maxwell.

     El electromagnetismo es una teoría de campos; es decir, las explicaciones y predicciones que provee se basan en magnitudes físicas vectoriales o tensoriales dependientes de la posición en el espacio y del tiempo. El electromagnetismo describe los fenómenos físicos macroscópicos en los cuales intervienen cargas eléctricas en reposo y en movimiento, usando para ello campos eléctricos y magnéticos y sus efectos sobre las sustancias sólidas, líquidas y gaseosas.

En esta primera parte ahondaremos en los conceptos de Campo Eléctrico, Potencial Eléctrico, Campos Electrostáticos, conoceremos sus diversas aplicaciones y fórmulas para poder desarrollar correctamente los ejercicios planteados por el tutor.

DESARROLLO DE EJERCICIOS ORIGINALES

Ejercicio 1 – Cesar Augusto Montoya

¿Cuál es la magnitud y dirección del campo eléctrico 20 cm arriba de una carga aislada de 33 x 10-6 C?

De acuerdo a la ley de coulomb

 [pic 1][pic 2]

Se obtiene la constante de proporcionalidad como:

 [pic 3]

Donde   es la constante de permitividad del vacío  igual a [pic 4][pic 5]

[pic 6]

El campo eléctrico sobre una carga puntual viene dado por:

[pic 7]

[pic 8]

[pic 9]

[pic 10]

                                [pic 12][pic 13][pic 11]

                                             [pic 14]

[pic 15]

Ejercicio 2 – John Alexander Vasquez

Determinen la fuerza eléctrica que actúa sobre las cargas q1 = + 5 x 10-6 C y q2 = + 3,5 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.

[pic 16][pic 17][pic 18][pic 19]

Diagrama

[pic 20][pic 21][pic 22][pic 23][pic 24][pic 25][pic 26][pic 27][pic 28]

                  +q1        r=5cm                                  +q2

F 1,2=?        F2, 1=?

        +q1          -q2

Para calcular la fuerza eléctrica utilizaremos la Ley de Culombio:

[pic 29]

Operamos:

[pic 30][pic 31][pic 32]

Justificación: Debido a que las cargas q1 y q2 son positivas, podemos deducir que la fuerza es de repulsión, ya que ambas cargas tienden a alejarse.

Ejercicio 3 – Natalia Uribe

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. Dibuje un esquema del ejercicio.

F = 6,4 x 10-14

Carga del electrón (Carga eléctrica): e- =  -1,6 x 10-19 C

[pic 33]

[pic 34]

[pic 35]

[pic 36]

Ejercicio 4 – Cesar Augusto Montoya

Calcule la capacidad equivalente a los condensadores: C1 = 4 mF, C2 = 3 mF y C3 = 5 mF, si: a) están conectados en serie y b) están conectados en paralelo. Recuerden que el prefijo “m” es de “mili” y equivale a 10-3

a). condensadores conectados en serie. El esquema de conexión seria de la forma:

[pic 37]

Si se conecta una fuente entre los terminales a y b el voltaje de esta será dividido entre cada condensador, es decir la diferencia de potencial total será la suma de las diferencias de potencial a través de los capacitores individuales. Lo que nos lleva a que:

[pic 38]

Puesto que    se aplica a cada capacitor y obtenemos:       [pic 39][pic 40][pic 41][pic 42]

Finalmente de la primera ecuación   eliminando Q: [pic 43]

[pic 44]

Finalmente sustituyendo los valores de los condensadores del ejercicio:

[pic 45]

La respuesta es:            [pic 46]

b) están conectados en paralelo

[pic 47]

[pic 48]

CT = 4mF + 3mF + 5mF

 CT =12mF[pic 49]

Ejercicio 5 – Natalia Uribe

Una esfera metálica de paredes delgadas tiene 25 cm. de radio y lleva una carga de 3 x 10-7C. Encuentre E para un punto dentro de la esfera y para un punto fuera de la esfera.

  Ley de gauss.[pic 50][pic 51]

[pic 52][pic 53][pic 54]

r>R  Fuera de la esfera.

[pic 55]

El vector normal es paralelo al campo (una esfera crea un campo eléctrico de simetría radial.

[pic 56]

El campo es constante. Por esta razón  puede salir.

La superficie gaussiana es más grande que la esfera, por tal razón, q es mayúscula.

[pic 57]

[pic 58]

[pic 59]

[pic 60]

[pic 61]

Dentro de la esfera r

[pic 62][pic 63][pic 64][pic 65][pic 66][pic 67]

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[pic 71]

[pic 72]

[pic 73]

[pic 74]

Ejercicio 6 – Julieta Salgado

Una lámina infinita cargada tiene una densidad superficial de carga 1x 10-7C/m2. ¿Qué separación tienen dos superficies equipotenciales entre las cuales hay una diferencia de potencial de 5 voltios?

Sabemos que está sobre una superficie plana:

[pic 75]

: Densidad de la carga u otra forma de escribirla sería:[pic 76]

[pic 77]

El campo eléctrico debido a una de sus placas sería:

[pic 78]

[pic 79]

El campo total producido por las dos placas sería de:

[pic 80]

[pic 81]

Entonces, el voltaje sería:

[pic 82]

d: es la distancia que separa las placas. Al despejarlo se tiene:

[pic 83]

[pic 84]

[pic 85]

Ejercicio 7 – Julieta Salgado

Dos condensadores de 2.0 µF y 4.0 µF se conectan en paralelo y se les aplica una diferencia del potencial de 300 voltios. Calcule la energía total almacenada en el sistema.

La capacitancia total (Ct) para una conexión en paralelo está dada por:

C= Capacitancia

Q= Cantidad de Carga

V= Voltaje

[pic 86]

[pic 87]

[pic 88]

También sabemos que:

[pic 89]

Entonces, la carga almacenada es:

[pic 90]

[pic 91]

[pic 92]

Ejercicio 10 – John Alexander Vasquez

¿Cuál es el potencial eléctrico a 15,0 cm de una carga puntual de 4.00 C?

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