Guia No 7 Potencial Electrico VF

UNIVERSIDAD DE LA FRONTERA

FACULTAD DE INGENIERIA Y CIENCIAS

DEPARTAMENTO DE CIENCIAS FISICAS

Fsica II - ICF 190

Unidad IV: Energa Potencial

Gua de Ejercicios N 7

Segundo Semestre 2012

Profesores: Alfonso Llancaqueo, Asticio Vargas, Eduardo Cisternas, Pablo Riquelme. 1/ 4

ENERGA POTENCIAL, POTENCIAL 1. En el modelo atmico de Bohr, correspondiente al tomo de hidrgeno, un solo electrn gira

alrededor de un solo protn, describiendo una rbita circular de radio 5.28x10-11

m, (rbita fundamental).

a. Cunta es la energa potencial elctrica del tomo?

b. Cunta es la energa mecnica del tomo?

c. Cunta energa externa debe recibir el tomo para que el electrn cambie a una rbita de radio 4 veces mayor que la fundamental?

2. Dos cargas puntuales q1=+12x10-9

C y q2= - 12x10

-9 C, estn separadas 10 cm,

como muestra la figura:

a. Cunto trabajo deben realizar un agente externo para traer una carga de prueba desde el infinito a cada uno de los puntos a, b y c, indicados en la figura?

b. Cmo interpreta el signo (+) o (-) del trabajo realizado en cada caso?

3. Dos cargas puntuales de masa m y carga q estn obligadas a mantener una distancia d entre ellas.

a. Cunta es la energa potencial del sistema?

b. Si se liberan las cargas Cunta es su energa cintica de cada partcula cuando la distancia se ha duplicado?

4. Calcule la energa electrosttica del sistema de cargas ubicadas en los vrtices del cuadrado de lado a:

5. Las cargas mostradas en la figura estn fijas en el espacio. Determine el valor de la distancia x de modo que la energa potencial elctrica del sistema sea cero.




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6. La diferencia de potencial elctrico se define operacionalmente como:

0q

WVV

ABext

AB . Explique el

significado fsico de cada trmino de la definicin, ilustre con un ejemplo.

7. La diferencia de potencial entre los puntos A y B es VB-VA= -100 (V).

a. Cunto trabajo realiza el campo elctrico cuando un electrn se traslada desde la placa B hasta la placa A?

b. Se afirma que en la placa A, la energa potencial del electrn es mnima. Analice si esta afirmacin es verdadera o falsa.

8. Se establece una diferencia de potencial de 1600 V entre dos placas paralelas separadas 4 cm. Un electrn se libera de la placa negativa en el mismo instante que un protn se libera de la placa positiva:

a. A qu distancia de la placa positiva se cruzan?

b. Comparar sus velocidades cuando inciden sobre las placas opuestas

c. Comparar sus energas al incidir sobre las placas.

9. Dos puntos A y B estn separados 4 cm en la misma direccin que las lneas de campo elctrico

]/[600 CNiE

a. Cunta es la d.d.p. VB-VA?

b. En cunto cambia la energa potencial UB-UA si una carga puntual q= - 3C se mueve de A a B?

10. En un relmpago tpico la diferencia de potencial entre los puntos de la descarga es alrededor de 1.0 x 10

9 V y la cantidad de carga transferida es de unos 30 C.

a) Cunta energa se libera?

b) S toda la energa liberada pudiera emplearse para acelerar un automvil de 1200 kg desde el reposo, Cul sera su velocidad final?

c) S pudiera emplearse para fundir hielo, Cunto hilo fundira a 0oC?

11. La integral de lnea establece la relacin entre la diferencia de potencial y campo elctrico:

B

A

AB ldEVV

, explique, haciendo uso de un ejemplo, el significado de cada trmino de la

expresin anterior.




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12. El campo elctrico generado por una lnea infinita de carga con densidad de carga uniforme, apunta radialmente hacia fuera de la lnea, y a una distancia r del alambre tiene una magnitud de:

rrE

02)(

, Cunta es la d.d.p. entre dos puntos a 1.0 cm y 3.0 cm desde la lnea de carga si

= 4.0x10-8

(C/m)?

13. Sea una esfera conductora de radio R. Obtenga el potencial elctrico (respecto del infinito) en funcin de r. Represente la funcin en un grfico V vs r, entre r = 0 y r = 4R.

14. Sean A y B dos placas plano paralelas separadas una distancia d, las placas tienen densidades de carga y - respectivamente. Obtenga la diferencia de potencial VP-VB, donde P es un punto cualquiera del espacio, ubicado a la distancia x de la placa positiva. Represente la funcin anterior en un grfico y analcelo.

15. Un casquete conductor esfrico cargado tiene un radio interior 9.9 cm y radio exterior 10.0 cm, tiene un potencial elctrico de 150 volts. Cuando una pequea esfera cargada se ubica en el centro del casquete, el potencial elctrico de la esfera decae a 110 volts.

a. Cunta es la carga neta del casquete?

b. Cunta es la carga neta de la esferita?

16. Una carga de +1 C se coloca a 1 cm de un alambre largo delgado, cargado con = +5 C/m. Calcular la diferencia de potencial existente entre ese punto y otro situado a 3 cm del alambre. Qu trabajo hay que realizar para llevar la carga dada desde este punto al anterior? Y al revs?.

17. Una lmina infinita de carga tiene una densidad de carga = 0.12 C/m2. Cul es la separacin entre las superficies equipotenciales cuyos potenciales difieren en 48 V?

18. El potencial de un conductor esfrico cargado de radio R, respecto del infinito es: r

qV

04

1

,

siendo r igual o mayor que el radio de la esfera.

a. Represente en un grfico V vs r, el potencial, para un intervalo comprendido entre r=0 y r=5R.

b. Analice el grfico, e indique el significado de la pendiente del grfico.

c. A partir de la expresin anterior, obtenga el campo elctrico en todo punto r mayor o igual que R.




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19. En el rectngulo mostrado en la figura la lados tienen una longitud de 5 cm y 15 cm. q1 = -5.0C y q2 = +2.0C (a) Cuales son los potenciales elctricos en la esquina B y en la esquina A? (b) Cunto trabajo externo se requiere para mover a una tercera carga q3 = + 3.0 C desde B hasta A a lo largo de una diagonal del rectngulo? (c) En este proceso, se convierte el trabajo externo en energa potencial electrosttica o viceversa? Explique.

20. Una carga puntual tiene q = 1.16 C. Considrese el punto A, que est a 2.06 m de distancia, y el punto B, que est a 1.17 m de distancia en direccin diametralmente opuesta, como en la figura (a). Halle la diferencia de

potencial BA VV . Repita si los puntos A y B se localizan como en la figura (b).

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