TAREA No 2 CARGA ELÉCTRICA Y LEY DE COULOMB 1.Calcule

TAREA No 2 CARGA ELÉCTRICA Y LEY DE COULOMB
1.Calcule el número de partículas que hay en un centímetro cúbico en la nuestra
atmósfera respirable
2.Qué es un Coulomb?
3.Cuántos electrones tiene una partícula cuya carga eléctrica es un Coulomb y cuál es
su masa en kg?
4.Cuántos protones tiene una partícula cuya carga eléctrica es un Coulomb y cuál es
su masa en kg?
5.Haga un estimado de las dimensiones de las partículas arriba mencionadas.
Suponga que cada partícula esta confinada en un volúmen de un Amstrong cúbico.
6.Cuál es el campo eléctrico que "siente" un electrón en un átomo de Hidrógeno?
7.Usando la Ley de Coulomb calcule la Fuerza Eléctrica, en Newtons, que el campo
eléctrico de un protón le hace a un electrón en un átomo de Hidrógeno?
8.Calcule la Fuerza Gravitacional con la que es atraido un electrón por un protón.en un
átomo de Hidrógeno. Compárela con la Fuerza Eléctrica.
9.Cuáles son las unidades del Campo Eléctrico
10.Qué es un dispositivo denominado capacitor (también conocido como condensador
o filtro), describa sus características
11.Calcule el campo eléctrico en el interior de un capacitor
12.Qué es un electrómetro?. Puede hacer uno de bolsillo con materiales caseros, con
un costo de menos de $50.oo?
Respuestas:
1. Numero de partículas en un centímetro cubico de aire
Sabemos que la densidad del aire a 25ºC es 1.18 ∗ 10−6 𝑘𝑔/𝑐𝑚3
El aire está compuesto por 21% oxigeno y 79% nitrógeno, aproximadamente.
Obtenemos la masa molecular promedio del aire = 2.9*10-3 kg/mol
Calculamos el número de moles de un cm3 de aire
Moles =
10−6 𝑘𝑔
𝑐𝑚3
10−3 𝑘𝑔
1.18∗
2.9∗
= 4.06 ∗
𝑚𝑜𝑙
10−4 𝑚𝑜𝑙
𝑐𝑚3
Con el No de Avogadro las moléculas en 1cm3
N de partículas = 4.06 ∗
10−4 𝑚𝑜𝑙
𝑐𝑚3
∗
6.023∗1023 𝑝𝑎𝑟𝑡𝑖𝑐𝑢𝑙𝑎𝑠
1 𝑚𝑜𝑙
= 2.45 ∗ 1020 𝑝𝑎𝑟𝑡𝑖𝑐𝑢𝑙𝑎𝑠
2. COULOMB
Un coulomb se define como la cantidad de carga transportada en un segundo
por una corriente de un ampere de intensidad de corriente eléctrica.
3. Masa de un Coulomb
Un Coulomb tiene 6.25x10^18 electrones, por lo tanto su masa será :
6.25 x 1018 e − x
9.11 x 10−31 kg
= 5.7 x 10−12 kg
1𝑒−
4. El culombio positivo tiene alrededor de 6,24×1018 protones
La masa de un protón es 1,7×10−27 kg, por tanto la masa de un culombio
positivo es:
1,06 x 10-8 kg
5. Podríamos decir que un protón es como un grano de arena en un vaso de
agua y un electrón es como un grano de sal en un vaso de agua.
6. El campo eléctrico que siente un electrón en un átomo de hidrogeno es:
𝐹 𝑘𝑄𝑞 𝑘𝑄 9 ∗ 109 𝑁𝑚2 /𝐶 ∗ 1.60 ∗ 10−19 𝐶
𝐹 = 𝑞𝐸 ⇒ 𝐸 = = 2 = 2 =
= 5.76 ∗ 1011 𝑁/𝐶
𝑞 𝑟 𝑞
𝑟
(5 ∗ 10−11 𝑚)2
7. La fuerza eléctrica que le hace el campo eléctrico a un electrón en un átomo
de hidrogeno es:
N
𝐹 = 𝑞𝐸 = 1,6 𝑥 10−19 C x 5.76 x 1011 = 9,22 x 10−8 N
C
8. Calculamos la fuerza gravitacional con la que es atraído un electrón por un
protón en un átomo de hidrogeno:
3
−11 m
6.67
∗
10
x 1.67 ∗ 10−27 𝑘𝑔 x 9.11 ∗ 10−31 𝑘𝑔
𝐺𝑚𝑀
kg s 2
𝐹𝐺 = 2 =
(5 ∗ 10−11 𝑚)2
𝑟
𝐹𝐺 = 4.06 ∗ 10−47 𝑁
La fuerza gravitacional con la que es atraído un electrón por un protón en un átomo de
hidrogeno es mucho menor que la fuerza eléctrica.
9. La unidad del campo eléctrico en
el SI es Newton por Culombio (N/C), Voltio por metro (V/m) o, en unidades
básicas, kg·m·s−3·A−1 y la ecuación dimensional es MLT-3I-1.
10. CAPACITOR
Se llama capacitor a un dispositivo que almacena carga eléctrica. El capacitor
está formado por dos conductores próximos uno a otro, separados por un
aislante, de tal modo que puedan estar cargados con el mismo valor, pero con
signos contrarios.
En su forma más sencilla, un capacitor está formado por dos placas metálicas
o armaduras paralelas, de la misma superficie y encaradas, separadas por una
lámina no conductora o dieléctrico. Al conectar una de las placas a un
generador, ésta se carga e induce una carga de signo opuesto en la otra placa.
Por su parte, teniendo una de las placas cargada negativamente (Q-) y la otra
positivamente (Q+) sus cargas son iguales y la carga neta del sistema es 0, sin
embargo, se dice que el capacitor se encuentra cargado con una carga Q.
Los capacitores pueden conducir corriente continua durante sólo un instante
(por lo cual podemos decir que los capacitores, para las señales continuas, es
como un cortocircuito), aunque funcionan bien como conductores en circuitos
de corriente alterna. Es por esta propiedad lo convierte en dispositivos muy
útiles cuando se debe impedir que la corriente continua entre a determinada
parte de un circuito eléctrico, pero si queremos que pase la alterna.
Los capacitores se utilizan junto con las bobinas, formando circuitos en
resonancia, en las radios y otros equipos electrónicos. Además, en los tendidos
eléctricos se utilizan grandes capacitores para producir resonancia eléctrica en
el cable y permitir la transmisión de más potencia.
Además son utilizados en: Ventiladores, motores de Aire Acondicionado, en
Iluminación, Refrigeración, Compresores, Bombas de Agua y Motores de
Corriente Alterna, por la propiedad antes explicada.
11.
El campo eléctrico en un capacitor esta dado por
𝐸=
𝑉
𝐷
Donde V es el voltaje empleado y D la distancia entre placas.
De esta forma, el campo eléctrico en el interior de un condensador es proporcional el
potencial aplicado entre las placas e inversamente proporcional a la distancia de
separación entre ellas.
12. Se denomina electrómetro a un electroscopio dotado de una escala. Los
electrómetros, al igual que los electroscopios, han caído en desuso debido al
desarrollo de instrumentos electrónicos de precisión.
Uno de los modelos de electrómetro consiste en una caja metálica en la cual se
introduce, debidamente aislada por un tapón aislante, una varilla que soporta
una lámina de oro muy fina o una aguja de aluminio, apoyada en este caso de
tal manera que pueda girar libremente sobre una escala graduada.
Al establecer una diferencia de potencial entre la caja y la varilla con la lámina
de oro (o la aguja de aluminio), esta es atraída por la pared del recipiente. La
intensidad de la desviación puede servir para medir la diferencia de potencial
entre ambas.
Si se podría fabricar un electrómetro con un frasco de vidrio y dos laminas delgadas de
aluminio