FUERZAS ELÉCTRICAS Y MAGNÉTICAS

9
REFUERZO
FICHA 1
FUERZAS ELÉCTRICAS Y MAGNÉTICAS
ACTIVIDADES DE REFUERZO
1
2
¿Qué variación experimenta la masa de un cuerpo
cuando se carga con 1 C sabiendo que la carga
de un electrón es 1,6 ? 1019 C y su masa
es 9 ? 1031 kg?
8
Dibuja las fuerzas magnéticas que se establecen entre
los pares de imanes de la figura:
S
N
N
S
S
N
S
N
Expresa en culombios las siguientes cargas eléctricas:
a) 20 KC
b) 7,3 nC
c) 2,7 ? 104 KC
d) 0,065 nC
e) 3 ? 102 KC
f) 2500 nC
9
3
Dos cargas, q1 2 ? 105 C y q2 5 ? 106 C,
están situadas en el aire a una distancia de 45 cm
una de la otra.
a) Calcula el valor de la intensidad de las fuerzas con que
interaccionan.
b) Representa en un esquema su dirección y sentido.
4
5
Una carga de 3 nC está colocada en el vacío y atrae
a otra carga situada a 0,5 m de distancia con una
fuerza de 0,45 N. ¿Cuál es el valor de la otra carga?
¿Cuál es su signo?
Dos cargas puntuales de 2 nC y 3 nC están
situadas en el vacío y se atraen con una fuerza
de 1,3 ? 104 N. Calcula la distancia a la que están
colocadas.
6
Calcula el valor de dos cargas iguales que en el vacío
se repelen con una fuerza de 0,09 N cuando están
colocadas a una distancia de 0,9 m.
7
Define los siguientes términos:
Responde a las siguientes cuestiones:
a) ¿Qué es el electromagnetismo?
b) ¿Quién fue Hans Christian Oersted?
c) Describe con tus palabras el experimento de Oersted.
10
¿Verdadero o falso? Justifica las afirmaciones falsas:
a) En un electroimán, aunque se detenga el paso
de la corriente eléctrica, los efectos magnéticos
permanecen.
b) En 1831 Michael Faraday fue capaz de producir
una corriente eléctrica por medio de imanes.
c) Cuanto más rápido se mueve un imán dentro
de una bobina, menor es la intensidad de corriente.
d) Cuando un imán entra en una bobina, la corriente
circula en sentido contrario que cuando sale de ella.
a) Material ferromagnético.
b) Imán.
c) Brújula.
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REFUERZO
FICHA 1
FUERZAS ELÉCTRICAS Y MAGNÉTICAS
ACTIVIDADES DE REFUERZO (soluciones)
1
Hallamos la variación de la masa del cuerpo mediante
un factor de conversión:
1 C ?
6
9 ? 1031 kg
5,625 ? 1012 kg
1,6 ? 1019 C
FK?
106 C
2 ? 105 C
1 KC
109 C
7,3 ? 109 C
7,3 nC 7,3 nC ?
1 nC
c)
2,7 ? 10 4 K C 2,7 ? 10 4 KC ?
d)
0,065 nC 0,065 nC ?
e)
f)
2
2
3 ? 10 K C 3 ? 10
Q1 109 C
2,5 ? 106 C
1 nC
7
q2
+
F
8
9
–
Q1 ? Q 2
d2
Q2 2
F?d
K ? Q1
Expresamos las unidades en el SI y calculamos el valor de Q2:
Q2 0,45 N ? (0,5 m) 2
N ? m2
9 ? 10
? 3 ? 106 C
C2
4,17 ? 106 C
Su signo es positivo, ya que es atraída por la carga Q1
negativa.
Despejamos d de la expresión matemática de la ley
de Coulomb:
FK?
Q1 ? Q 2
d2
d
N
N
S
S
N
S
N
a) El electromagnetismo a la parte de la física que estudia
la relación entre los fenómenos eléctricos y magnéticos.
10
a) Falso, los efectos magnéticos desaparecen.
b) Verdadero.
9
5
S
c) Oersted construyó un circuito eléctrico y colocó
una brújula orientada en línea con un cable. Al cerrar
el interruptor, la aguja de la brújula se ponía
perpendicular al cable. Si la corriente iba en sentido
contrario, la brújula se orientaba en sentido contrario.
De la expresión de la ley de Coulomb despejamos Q2:
FK?
a) Un material ferromagnético es aquel material que siente
la atracción de un imán.
b) Hans Christian Oersted fue un físico danés que en 1819
descubrió que una corriente eléctrica se comporta como
un imán.
45 cm
4
2,8 ? 106 C
c) Una brújula es una aguja imantada que gira libremente.
b) La dirección y sentido de las fuerzas eléctricas quedan
representados en el siguiente esquema:
F
N ? m2
9 ? 10
C2
b) Un imán es un objeto capaz de atraer a ciertos objetos
metálicos, como aquellos elaborados a base de hierro,
aleaciones de cobalto o níquel, etc.
a) Para calcular la fuerza eléctrica aplicamos la ley de
Coulomb, expresando las unidades en el SI:
Q1 ? Q 2
FK?
d2
N ? m 2 2 ? 105 C ? 5 ? 106 C
F 9 ? 10 9
4,44 N
?
(0,45 m) 2
C2
q1
0,09 N ? (0,9 m) 2
Cada una de las cargas tiene un valor de 2,8 · 106 C.
106 C
KC ?
3 ? 108 C
1 KC
2500 nC 2500 nC ?
F ? d2
K
Q1 9
106 C
2,7 ? 102 C
1 KC
109 C
6,5 ? 107 C
1 nC
Q12
d2
Hallamos el valor de Q1:
20 KC 20 KC ?
b)
3
FK?
Expresamos el valor de las cargas indicadas en culombios:
a)
Q1 ? Q1
Q12
K? 2
2
d
d
Despejamos Q1 de la expresión anterior:
El cuerpo experimenta una variación de masa
de 5,626 · 1012 kg.
2
Como ambas cargas son iguales podemos escribir la ley
de Coulomb para este caso como:
K?
c) Falso, cuanto más rápido se mueve un imán dentro
de una bobina, mayor es la intensidad de corriente.
d) Verdadero.
Q1 ? Q 2
F
Expresamos las unidades en el SI y calculamos d:
d
9 ? 10 9
N ? m2
C
2
?
2 ? 109 C ? 3 ? 106 C
0,64 m
1,3 ? 104 N
Ambas cargas están separadas una distancia de 0,64 m.
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PROFUNDIZACIÓN
FUERZAS ELÉCTRICAS Y MAGNÉTICAS
ACTIVIDADES DE AMPLIACIÓN
1
¿Qué signo tiene cada una de las cargas siguientes?
Justifica tu respuesta.
5
Observa el siguiente dispositivo:
Bobina
Q2
Q1
Escobilla
d
2
Indica cuánto crees que se debe modificar la distancia
entre dos cargas eléctricas para que la fuerza de
interacción entre ellas:
Imán
a) Se duplique.
b) Se reduzca a la cuarta parte.
a) ¿Con qué fenómeno estudiado en la unidad tiene
relación?
c) Aumente cinco veces.
3
b) ¿Qué representa?
Sobre la imagen de la Tierra representa las líneas
del campo magnético terrestre.
c) ¿Cómo funciona?
6
Observa las siguientes imágenes y explica en qué
consiste el fenómeno que ves en cada una:
a)
¿Coincide el polo norte geográfico con el polo norte
magnético?
4
Dibuja un electroimán y señala las partes de las que
consta.
b)
A continuación responde:
a) ¿Crees que un electroimán se puede emplear para
separar objetos de hierro en la industria?
Razona tu respuesta.
b) Cita otras aplicaciones que puedan tener
los electroimanes.
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PROFUNDIZACIÓN
FUERZAS ELÉCTRICAS Y MAGNÉTICAS
ACTIVIDADES DE AMPLIACIÓN (soluciones)
1
2
No, el polo norte geográfico no coincide con el polo norte
magnético.
Ambas cargas tienen el mismo signo (o las dos positivas
o las dos negativas), ya que las fuerzas que se establecen
entre ellas son de repulsión.
Q1 ? Q 2
a) Si F1 K ?
y debe cumplirse que F2 2 ? F1;
d 22
tenemos:
2 ? F1 K ?
Q1 ? Q 2
d 22
d2 K?
Cerca del polo norte geográfico está el polo sur del imán
terrestre y cerca del polo sur geográfico está el polo norte
del imán.
Así el ángulo que forma la dirección del norte geográfico
con la dirección del norte magnético se denomina
ángulo de declinación magnética y tiene un valor
aproximado de unos 11°.
Q1 ? Q 2
2 F1
1
1
Q1 ? Q 2
d1
?K ?
? d1 2
4
4
F1
d1
4
Interruptor
Por tanto, la distancia entre cargas debe reducirse
a la cuarta parte.
F1
Q1 ? Q 2
b) Si F1 K ?
y debe cumplirse que F2 ;
2
2
d2
tenemos:
F1
Q1 ? Q 2
K?
4
d 22
d2 Q1 ? Q 2
4?K ?
F1
4?K ?
Clavo
Generador
Q1 ? Q 2
F1
4 ? d1 2 ? d1
d1
Por tanto, la distancia entre cargas debe duplicarse.
c) Si F1 K ?
tenemos:
5 ? F1 K ?
Q1 ? Q 2
y debe cumplirse que F2 5 ? F1;
d 22
Q1 ? Q 2
d 22
d2 1
Q1 ? Q 2
?K ?
5
F1
K?
a) Sí, ya que al comportarse como un imán atrae
a los materiales ferromagnéticos.
Q1 ? Q 2
5 ? F1
b) Los electroimanes se emplean en interruptores,
en los freno y embragues electromagnéticos
de vehículos, en zumbadores, etc.
1
? d1 0,45 ? d1
5
5
d1
a) Tiene relación con el electromagnetismo.
b) Se trata de una dinamo, un dispositivo que transforma
energía mecánica en energía eléctrica.
Por tanto, la distancia entre cargas debe multiplicarse
por 0,45.
c) Consiste en un imán que gira alrededor de una bobina
donde, a causa del movimiento, se genera corriente
eléctrica.
3
6
S
N
a) Electricidad estática.
Los cabellos de la niña se repelen entre sí debido
a la carga eléctrica positiva que adquieren al tocar
la esfera de plástico con la mano.
b) Aurora polar.
Se produce cuando llegan a la atmósfera terrestre
partículas con carga eléctrica procedentes del Sol.
Las auroras polares observadas cerca del polo norte
se llaman auroras boreales.
Las auroras polares observadas cerca del polo sur se
llaman auroras australes.
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