fisica iii taller voltaje, capacitancia y condensadores

CORPORACION UNIVERSITARIA AUTONOMA DE NARIO

INGENIERIAS ELECTRONICA Y MECANICA

ASIGNATURA: FISICA III

TALLER

ENERGIA, POTENCIAL ELECTRICO, CAPACITANCIA Y CONDENSADORES

La prctica es un maestro excepcional. (Cayo Plinio El joven)

1. Imagine que un protn se mueve desde la placa positiva del arreglo de placas paralelas de la figura. Las placas estn 1,5cm separadas, y el campo elctrico es uniforme con una

magnitud de 1500N/C.

a. Cul es el cambio en la energa potencial elctrica del protn? b. Cul es la diferencia de potencial elctrico (voltaje) entre las placas? c. Si el protn se libera desde el reposo en la placa positiva Qu rapidez tendr justo

antes de tocar la placa negativa?.

2. Cmo cambiaran las respuestas en el problema anterior si se moviese una partcula alfa en vez de un protn? (Una partcula alfa es el ncleo de un tomo de helio y tiene una

carga de +2e con una masa de aproximadamente cuatro veces la del protn).

3. Los consultorios dentales modernos cuentan con aparatos de rayos X para diagnosticar problemas dentales ocultos. En general los electrones se aceleran a travs de una

diferencia de potencial elctrico de 25000v. Cuando los electrones golpean la placa

positivamente cargada, su energa cintica se convierte en partculas de luz de lata

energa llamadas fotones de rayos X (Los fotones son partculas de luz) Suponga que la

energa cintica de un solo electrn esta igualmente distribuida entre 5 fotones de rayos

X. Cunta energa tendr un fotn?

4. En el modelo de Bohr del tomo de Hidrogeno, el electrn en rbita alrededor del protn puede existir solo en ciertas orbitas circulares. La ms pequea tiene un radio de

0,0529nm, y la siguiente mayor tiene un radio de 0,212nm. Qu se puede decir acerca

del potencial elctrico asociado con cada orbita? Verifique su respuesta calculando los

valores del potencial elctrico entre las dos orbitas.

5. En el problema anterior, suponga que el electrn se movi de la ms pequea a la siguiente orbita. En estas condiciones Cul sera el cambio en la energa potencial

elctrica del electrn?

6. La molcula de agua es la base de la vida como la conocemos. Muchas de sus propiedades importantes (por ejemplo, que sea un liquido sobre la superficie de la

Tierra) estn relacionadas con el hecho de que es una molcula polar permanente (un

dipolo elctrico) Una simple figura de la molcula de agua, incluidas las cargas, est

dada en la figura. La distancia de cada tomo de hidrogeno al tomo de oxigeno es de

9,6x10-11

m, y el ngulo entre las dos direcciones de enlace hidrogeno-oxigeno es de 104

0. Cul ser la energa electrosttica de la molcula de agua?




7. Otra molcula polar comn es el monxido de carbono (CO), un gas toxico comnmente producido en automviles cuando la quema de combustibles es

incompleta. El tomo de carbono est positivamente cargado y el tomo de oxigeno

negativamente cargado. La distancia entre el tomo de carbono y el tomo de

oxigeno es de 1,20x10-10

m, y la carga (promedio) sobre cada uno es de 6,60x10-20

C. Determine la energa electrosttica de esta molcula.

8. Cul sera el rea de placa de un condensador de placas paralelas lleno de aire a 1,0F, si la separacin de las placas fuese de 1,0mm? Sera realista planear la

construccin de un condensador como este?.

9. En el anterior problema, Cul debera ser la separacin de las placas, si se quisiera que el condensador tuviera una rea de placa de 1cm

2? Compare su respuesta con un

dimetro atmico tpico de 10-9

a 10-10

. Es factible construir este condensador?

10. Durante un ataque cardiaco, el corazn late de manera errtica llamada fibrilacin. Una forma de lograr que el corazn vuelva a su ritmo normal es impartirle energa

elctrica suministrada por un instrumento llamad desfibrilador cardiaco. Para

producir el efecto deseado se requieren aproximadamente 300j de energa.

Tpicamente, un desfibrilador almacena energa en un condensador cargado por una

fuente de potencia de 5000V.

a. Qu capacitancia requiere? b. Cul es la carga en las placas del condensador?

11. En el problema anterior, si la energa permisible mxima para cualquier intento de desfibrilacin es de 750j, Cul ser el voltaje mximo que debera usarse?




12. Considere un condensador (con dielctrico) bajo la tecla de un computador (mirar la figura) El condenador est conectado a una batera de 12v y tiene una separacin

normal de placas (sin oprimir) de 3,00mm y una rea de placa de 0,750cm2.

a. Cul ser la constante del dielctrico que se requiere si la capacitancia es de 1,10pF?

b. Cunta carga se almacena en las placas bajo condiciones normales? c. Cunta carga fluye sobre las placas (es decir, cual es el cambio en sus cargas),

si se comprimen hasta una separacin de 2,00mm?

13. En el problema anterior, suponer que la separacin entre las placas se increment 1,00mm del valor normal de 3,00mm. La carga fluir hacia el condensador o desde

este? Cunta carga ser la que fluye?

14. Dados dos condensadores, uno con una capacitancia de 5,20F y el otro 0,5 F, Cules sern las cargas en cada uno y la carga total almacenada si estn conectados

a travs de una batera de 12v?

a. En serie. b. En paralelo.

15. Determinar la capacitancia equivalente de dos condensadores con capacitancias de 0,40 F y 0,60 F cuando estn conectados

a. En serie. b. En paralelo.

16. Cuando una combinacin en serie de dos condenadores descargados se conecta a una batera de 12v, se extraen 173J de energa de la batera. Si uno de los

condenadores tiene una capacitancia de 4F, Cul ser la capacitancia del otro?

17. Para el arreglo de tres condensadores en la figura mostrada a continuacin. Qu valor de C1 dar una capacitancia equivalente total de 1,7F?




18. En la figura anterior, si la capacitancia C1=0,10F, Cul ser la carga en cada uno de los condensadores.

19. Cuatro condensadores estn conectados en un circuito como se ilustra en la figura.

Encuentre la carga sobre cada uno de los condensadores, y la diferencia de voltaje a

travs de estos.

20. Cules son las capacitancias mnimas y mximas equivalentes que se pueden obtener combinando tres condensadores de 1,5F; 2,0 F y 3,0F.

. Tu mejor maestro es tu ltimo error. (Ralph Nader)

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