Guía Electricidad I

Física
GUÍA PRÁCTICA
Electricidad I: electricidad estática
Nº
1.
Programa Electivo Ciencias Básicas
Ejercicios PSU
En el proceso de carga por inducción siempre existe traspaso de
I)
II)
III)
electrones.
neutrones.
protones.
Es (son) correcta(s)
A)
B)
C)
D)
E)
2.
Al poner en contacto dos cuerpos conductores, uno cargado positivamente y otro neutro, se
espera que
A)
B)
C)
D)
E)
3.
solo I.
solo II.
solo III.
solo I y III.
I, II y III.
ambos cuerpos queden cargados positivamente.
un cuerpo quede positivo y el otro negativo.
ambos cuerpos queden cargados negativamente.
ambos cuerpos queden neutros.
los cuerpos mantengan su estado de carga eléctrica original.
Para lograr que la fuerza eléctrica entre dos cuerpos cargados aumente, se puede
I)
II)
III)
aumentar el valor de la carga eléctrica en los cuerpos.
cambiar el signo de la carga de alguno de los cuerpos.
aumentar la separación entre los cuerpos.
GUICEL001FS11-A16V1
Es (son) correcta(s)
A)
B)
C)
D)
E)
solo I.
solo II.
solo III.
solo I y II.
I, II y III.
Cpech
1
Ciencias Básicas Electivo Física
4.
5.
¿Cuál(es) de los siguientes métodos de electrización requiere(n) que uno de los cuerpos haya
sido eléctricamente cargado en forma previa?
I)
II)
III)
Frotamiento
Contacto
Inducción
A)
B)
C)
D)
E)
Solo I
Solo II
Solo III
Solo II y III
I, II y III
Un cuerpo cuyo estado de carga eléctrica es desconocido se ha acercado a un péndulo eléctrico
neutro, ocurriendo lo que muestran las siguientes figuras.
Cuerpo
Péndulo
eléctrico
Situación inicial
Situación final
Respecto de la situación final, es correcto afirmar que
A)
B)
C)
D)
E)
6.
el péndulo no se ha polarizado.
el cuerpo no está eléctricamente neutro.
el cuerpo está cargado positivamente.
el cuerpo está cargado negativamente.
el péndulo se ha cargado negativamente.
Tres esferas muy pequeñas, iguales y cargadas, se encuentran sujetas y alineadas sobre un
plano horizontal muy liso, tal como muestra la figura.
+
-q
d
q
4
-q
d
Al abandonar el sistema, de modo que las esferas se puedan mover libremente, se observa que
A)
B)
C)
D)
E)
2
Cpech
las esferas con carga negativa permanecen en sus posiciones y la esfera con carga positiva
se mueve hacia la derecha.
las esferas permanecen en sus posiciones.
la esfera con carga positiva se mueve por la perpendicular a la línea que une las cargas.
las esferas con carga negativa se mueven hacia la esfera con carga positiva, la cual
permanece en reposo.
las esferas con carga negativa se alejan por la línea que las une y la esfera con carga
positiva permanece en reposo.
GUIA PRÁCTICA
7.
8.
9.
Al frotar una barra de caucho con un trozo de lana, la barra queda electrizada negativamente. Si
ambos cuerpos se encontraban inicialmente neutros, entonces es correcto afirmar que
I)
II)
III)
el trozo de lana queda electrizado.
la barra de caucho recibió electrones.
el trozo de lana queda con déficit de electrones.
A)
B)
C)
D)
E)
Solo I
Solo II
Solo III
Solo I y II
I, II y III
Un cuerpo electrizado positivamente se acerca a la esfera de un electroscopio neutro. En estas
condiciones, es correcto afirmar que
I)
II)
III)
el electroscopio se polariza, quedando sus hojas con carga de signo positivo.
el electroscopio se polariza, quedando su esfera con carga de signo negativo.
al retirar la barra, el electroscopio queda electrizado positivamente.
A)
B)
C)
D)
E)
Solo I
Solo II
Solo III
Solo I y II
I, II y III
Tres esferas conductoras idénticas A, B y C, muy cercanas, neutras y colgadas de hilos no
conductores, están separadas la misma distancia, tal como muestra la figura.
A
B
C
Si dos de las esferas son cargadas, quedando estas con los siguientes estados de carga:
A positiva, B negativa y C neutra, entonces se espera que, inmediatamente después de ser
cargadas,
I)
II)
III)
B atraiga a la esfera A.
C y B se atraigan.
A repela a B.
Es (son) correcta(s)
A)
B)
C)
D)
E)
solo I.
solo II.
solo III.
solo I y II.
solo II y III.
Cpech
3
Ciencias Básicas Electivo Física
10.
Si un cuerpo A, electrizado positivamente, atrae a otro cuerpo B de material aislante, entonces el
cuerpo B puede estar
I)
II)
III)
cargado negativamente.
neutro.
cargado positivamente.
Es (son) correcta(s)
A)
B)
C)
D)
E)
11.
solo I.
solo II.
solo III.
solo I y II.
solo II y III.
Un cuerpo está cargado negativamente cuando tiene un
I)
II)
III)
alto número de electrones libres.
déficit de electrones.
exceso de electrones.
Es (son) correcta(s)
A)
B)
C)
D)
E)
12.
Se tiene un electroscopio cargado negativamente, producto de lo cual se produce una pequeña
separación de sus hojas. Si en estas condiciones se aproxima a la esfera del electroscopio otra
esfera, cargada negativamente con una cantidad de carga considerablemente mayor a la del
electroscopio, tal como muestra la figura, se espera que las hojas del electroscopio
A)
B)
C)
D)
E)
4
solo I.
solo II.
solo III.
solo I y II.
solo I y III.
Cpech
se separen aún más.
se acerquen.
permanezcan igual.
se carguen positivamente.
se polaricen.
GUIA PRÁCTICA
13.
La siguiente expresión corresponde al módulo F de la fuerza electrostática que actúa entre dos
cargas puntuales, de magnitudes q1 y q2, separadas una distancia r, y en donde k es la constante
de Coulomb.
q ·q
F=k· 1 2 2
r
Un grupo de alumnos, con la finalidad de comprobar la validez de esta expresión y haciendo uso
de un complejo modelo experimental, logra obtener la siguiente tabla de valores.
Número de
medición
1
2
3
4
5
q1 [statcoulomb]
q2 [statcoulomb]
r [cm]
F [dinas]
20
20
20
20
20
30
30
30
30
30
1
10
20
40
100
600
6
1,5
0,375
0,06
Considerando la información contenida en la tabla y la expresión presentada, ¿cuál de las
siguientes clasificaciones es la correcta?
14.
Variable dependiente
A) Distancia entre las cargas
Variable independiente
Constante de Coulomb
B) Magnitud de la fuerza electrostática
Magnitud de la carga q1
C) Distancia entre las cargas
D) Magnitud de la fuerza electrostática
Magnitud de la fuerza electrostática
Distancia entre las cargas
E) Magnitud de la carga q2
Constante de Coulomb
Una barra aislante P, electrizada positivamente, se coloca en las proximidades de uno de los
extremos de otra barra metálica B (fija), no electrizada y conductora. La esfera conductora E,
también descargada, está suspendida por un hilo aislante próxima al otro extremo de la barra B,
tal como lo muestra la figura.
+
+++
P
B
E
En estas condiciones, es correcto afirmar que
I)
II)
III)
la barra B se polariza.
la esfera E se polariza.
la barra B y la esfera E se atraen.
A)
B)
C)
D)
E)
Solo I
Solo II
Solo III
Solo I y II
I, II y III
Cpech
5
Ciencias Básicas Electivo Física
15.
Al poner en contacto un cuerpo conductor A, de carga QA= +10 [C], con otro cuerpo conductor
B, de carga QB = –6 [C] y luego separarlos, siempre se cumple que (qA, qB cargas finales de
los cuerpos A y B, respectivamente)
I)
II)
III)
QA + QB = qA + qB
qA y qB son positivas.
qA = + 2 [C] y qB = + 2 [C]
Es (son) correcta(s)
A)
B)
C)
D)
E)
16.
Al acercar un cuerpo A, cargado positivamente, a otro cuerpo conductor B, neutro, y luego conectar
este a tierra por un breve tiempo, es correcto afirmar que el cuerpo B
A)
B)
C)
D)
E)
17.
solo I.
solo II.
solo III.
solo I y II.
I, II y III.
cede electrones a la tierra.
cede protones a la tierra.
capta electrones desde la tierra.
se polariza, permaneciendo neutro.
queda con déficit de neutrones.
La figura muestra esferas conductoras idénticas, aisladas del entorno, que cuelgan de hilos no
conductores.
Q
P
S
Respecto de las interacciones entre las esferas, ¿cuál de las siguientes opciones es correcta?
A)
B)
C)
D)
E)
6
Cpech
En P, las esferas están cargadas negativamente.
En Q, al menos una de las esferas se encuentra neutra.
En Q, una esfera tiene carga positiva y la otra se encuentra polarizada por la primera.
En S, al menos una de las esferas se encuentra cargada.
En S, las esferas tienen carga de igual signo.
GUIA PRÁCTICA
18.
Dos cargas iguales, separadas una distancia d, se repelen con una fuerza de módulo F1. Cuando
se triplica la distancia de separación y se disminuye una de las cargas a la mitad, el módulo de la
F
nueva fuerza de repulsión es F2. ¿Cuál es la razón 1 ?
F2
A)
B)
C)
D)
E)
19.
Se tienen dos cuerpos conductores: A, neutro, y B con una carga de +6q. Si los cuerpos se tocan
entre sí y luego se separan, ¿cuál de las siguientes alternativas corresponde a la carga correcta
con la que queda el cuerpo B?
A)
B)
C)
D)
E)
20.
1:9
1 : 18
2:1
2:9
18 : 1
Neutro
Positivo
Negativo
Positivo, con carga +3q
Negativo, con carga 3q
Tres esferas conductoras idénticas, eléctricamente aisladas del entorno, tienen cargas +12 [C],
+18 [C] y 6 [C]. Si se ponen en contacto y luego se separan, entonces es correcto afirmar que
A)
B)
C)
D)
E)
la suma total de sus cargas finales es 36 [C].
dos de las esferas quedan positivas y una negativa.
cada una de las esferas queda con una carga de 8 [C] .
una esfera queda neutra y las otras dos con carga positiva.
cada esfera queda con una carga de 24 [C].
Cpech
7
Ciencias Básicas Electivo Física
Tabla de corrección
Ítem
8
Cpech
Alternativa
Habilidad
1
Reconocimiento
2
Reconocimiento
3
Comprensión
4
Reconocimiento
5
Comprensión
6
Aplicación
7
Comprensión
8
Comprensión
9
ASE
10
Comprensión
11
Reconocimiento
12
ASE
13
ASE
14
ASE
15
Comprensión
16
Comprensión
17
Comprensión
18
ASE
19
Comprensión
20
Aplicación
GUIA PRÁCTICA
Resumen de contenidos
El átomo
Es la unidad fundamental de la materia. Está compuesto, básicamente, por
tres tipos de partículas: protones, electrones y neutrones.
Electrón
Los protones y neutrones se encuentran en el núcleo, los electrones giran
a su alrededor.
Los protones y neutrones poseen una masa aproximadamente igual.
En cambio, la masa del electrón es alrededor de 1.840 veces menor que la
del protón.
Protón
Neutrón
Carga eléctrica
Es una propiedad de la materia. Los electrones poseen carga negativa y los protones poseen carga
positiva. Los neutrones no poseen carga eléctrica.
El protón (p+) posee igual cantidad de carga que el electrón (e ), pero de signo contrario:
carga p+ = – carga e
La unidad de medida de la carga eléctrica es:
S.I.: coulomb [C]
C.G.S: statcoulomb [stC]
La cantidad de carga del electrón se denomina “ carga fundamental” y su valor es:
qe- = 1,6 · 10-19 [C]
Cuerpos cargados
Cuando un átomo posee igual número de protones que de electrones, se dice que se encuentra neutro.
Si un átomo posee mayor número de electrones que de protones, se dice que se encuentra con carga
eléctrica negativa. Si posee menor número de electrones que de protones, se dice que se encuentra
con carga eléctrica positiva.
Un cuerpo se encuentra eléctricamente cargado cuando sus átomos poseen carga eléctrica.
Cpech
9
Ciencias Básicas Electivo Física
Leyes de los cuerpos cargados
1.
Ley de los signos
Cargas iguales se repelen y cargas distintas se atraen.
Esto significa que:
+
Los protones se repelen entre sí.
+
Los electrones se repelen entre sí.
Los protones y electrones se atraen.
2.
+
Ley de Coulomb
La ley de Coulomb establece la magnitud de la fuerza electroestática con que se atraen o repelen dos
cargas puntuales.
r
Fuerza
+
+
q1
q2
Fe = k ·
Donde:
Fe : módulo de la fuerza electroestática.
q1 : magnitud de la carga 1.
q2 : magnitud de la carga 2.
r : distancia entre las cargas q1 y q2.
k : constante de proporcionalidad.
Unidades para la constante de proporcionalidad k:
N ∙ m2
C2
2
C.G.S.: k = 1 dina ∙ cm
stC2
S.I.:
10
Cpech
k = 9∙109
q1 · q2
r2
Fuerza
GUIA PRÁCTICA
3.
Ley de conservación de la carga
En todo proceso la carga eléctrica se conserva; es decir, todas las cargas que habían al inicio
deben estar al final. Lo anterior se puede expresar diciendo que: la suma de las cargas iniciales
(Q) debe ser igual a la suma de las cargas finales (q):
cuerpo A
cuerpo A
+
QA
qA
+
+
+
QA : carga inicial de A
qA : carga final de A
QA + QB = qA + qB
Interacción entre los
cuerpos A y B
+
QB
+
+
cuerpo B
4.
+
qB
QB : carga inicial de B
qB : carga final de B
cuerpo B
Conservación de la carga fundamental
Un cuerpo solo puede recibir o ceder cantidades de carga
determinadas por un número entero de electrones.
La mínima carga permitida en la naturaleza es aquella
que posee el electrón; es la “carga fundamental”. No se
puede “partir” un electrón para traspasar un pedacito a
otro átomo.
Los electrones siempre se
transportan “enteros”
Durante un proceso de carga, los cuerpos solo pueden ceder o recibir un número entero de
electrones. Entre un átomo y otro solo se pueden transferir electrones; no es posible mover
neutrones ni protones.
Métodos de carga
Los métodos de carga son tres procedimientos mediante los cuales podemos cargar eléctricamente un
cuerpo:
•
Carga por frotamiento o frotación
Condiciones iniciales: Dos cuerpos neutros, de distinto material, se frotan entre sí.
Condición final: Uno de los cuerpos traspasa electrones (cargas) al otro, terminando ambos con
igual cantidad de carga, pero de signo opuesto.
Ejemplo
Dos cuerpos (neutros)
Al frotarlos, uno cede cargas al otro
e
Ambos terminan cargados
++ + + +
Cpech
11
Ciencias Básicas Electivo Física
•
Carga por contacto
Condiciones iniciales: Dos cuerpos, uno neutro y otro
cargado, se ponen en contacto y luego se separan.
Condición final: Uno de los cuerpos cede electrones
al otro, terminando ambos con carga del mismo signo.
Ejemplo
e
QA = 0 QB = +
+
+ +
++
B
A
qA= + qB= +
+
+
+ +
+
+ +
A
B
A
+ +
+
B
El signo con que terminan ambos cuerpos es el signo de la carga del cuerpo inicialmente cargado.
En general, no es posible determinar la cantidad de carga con que termina cada cuerpo.
•
Carga por inducción
Condiciones iniciales: Dos cuerpos, uno neutro (llamado inducido) y otro cargado (llamado
inductor) se acercan, sin tocarse.
Condiciones finales: El cuerpo inducido (neutro) se polariza. Si estando polarizado el inducido
es conectado a tierra, se carga con signo contrario al inductor.
Durante la polarización, inductor e inducido experimentan atracción.
Ejemplo
+
+ +
+
+
Cuerpo
inducido
(neutro)
Cuerpo
inductor
(cargado)
El cuerpo
inducido
se polariza
+
++
++
+ +
+ +
+
El cuerpo
inducido
adquiere carga
eléctrica
Se conecta
a tierra
El péndulo eléctrico
Máquina electrostática que sirve para detectar el estado de carga eléctrica de un cuerpo.
Estando el péndulo neutro, al acercarle un cuerpo cargado se polariza, produciéndose atracción entre
ambos. De esta manera se puede saber si un cuerpo se encuentra o no eléctricamente cargado.
El electroscopio
Se trata de otra máquina electrostática que, al igual
que el péndulo eléctrico, acusa el estado de carga de
un cuerpo.
Al poner en contacto (o solo acercar) un cuerpo
cargado con la esfera (neutra) del electroscopio, las
láminas metálicas de este se separan.
12
Cpech
+
+ +
+
Electroscopio
neutro
+
+
+
+
+
+
Electroscopio
cargado
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Prohibida su reproducción total o parcial.