1- INTRODUCCIÓN
Varios siglos antes de Cristo ya se comprobó que, cuando se frotaba un trozo de ámbar sobre piel de gato, adquiría la propiedad de atraer objetos ligeros como pequeñas plumas de aves. Se comprobó también que otros materiales adquirían este tipo de propiedad curiosa. A esos fenómenos se les llamó FENÓMENOS ELÉCTRICOS, ya que "ámbar" en griego se dice "electrón".
Se encontró que había otros materiales con un comportamiento opuesto al del ámbar. Se consideró entonces que había cuerpos con "electricidad resinosa (el ámbar es una resina" y otros con "electricidad vítrea (que se comportaban como el vidrio". Algún tiempo más tarde se les dio el nombre de "electricidad positiva" y "electricidad negativa".
Por otro lado, desde muy atrás en el tiempo, el hombre se preguntaba de qué está hecho todo cuanto nos rodea. Se sabe que, en el siglo IV, el griego Demócrito, creó la palabra átomo para representar la parte más pequeña e indivisible por tanto, en la que se puede descomponer la materia. Aunque no tenía pruebas, parecía tener sentido. Pasado un tiempo, se intentó explicar el comportamiento de la materia cuando está en estado gaseoso. Varios científicos elaboraron entonces "la teoría cinético-molecular de los gases". Varios años después, John Dalton comprueba que esta teoría es extensible a la materia en cualquier estado, así que crea su "teoría atómica de la materia".
A raíz de las experiencias de electrización hubo que considerar que había partículas dentro los átomos con una propiedad a la que se llamó "carga eléctrica" que podía ser de dos tipos opuestos. El problema que surgió entonces fue: "¿y cómo están distribuidas dentro de los átomos?¿Todas las positivas juntas? Todas distribuidas uniformemente?". Se crearon varios modelos atómicos a lo largo de la historia hasta llegar al actual llamado "nube de carga". En él los protones y los neutrones (descubiertos en 1932) se encuentran en una zona muy chiquitita en el centro de los átomos, en reposo. Los electrones se mueven a su alrededor dentro de una zona del espacio con distinto volumen, forma y orientación espacial. Dependiendo del estado en que se encuentren los electrones, las características de esa zona son distintas. Cada una de esas figuras tridimensionales se llama ORBITAL.
Si un cuerpo, constituido por átomos, pierde electrones, queda cargado positivamente. En este tema vamos a estudiar los campos electrostáticos. Estos surgen cuando una partícula con carga eléctrica, se coloca en una zona del espacio. Se dice que esa zona queda afectada por una perturbación; decimos que en esa zona del espacio hay un campo electrostático. Cuando otra partícula cargada se coloca ahí, sentirá su efecto. Vamos a ver qué características tiene el campo electrostático y cómo le afecta a partículas cargadas.
2 - LA LEY DE COULOMB
La interacción entre partículas cargadas la estudió el físico francés Charles Coulomb a finales del siglo XVIII. Para ello usó un instrumento llamado balanza de torsión.
k es una constante que depende del medio en el que se encuentren las cargas.
La unidad SI de la magnitud carga eléctrica es el Coulombio (C).
3- CAMPO ELECTROSTÁTICO
Campo electrostático es la región del espacio en la que se aprecia una perturbación provocada por un cuerpo cargado en reposo.
Para que se ponga de manifiesto, es necesario introducir en el campo otro cuerpo cargado, que sufrirá una fuerza electrostática de repulsión o de atracción dependiendo de que la carga que se introduce sea del mismo signo o de signo contrario a la del cuerpo que crea el campo.
Cuando una partícula cargada está en movimiento, crea un campo magnético.
Un campo electrostático se puede describir por la intensidad del campo en cada punto y por el potencial electrostático en cada punto. El primero es una magnitud vectorial y el segundo, escalar.
Si hay más de una partícula cargada en una zona del espacio, el vector intensidad del campo electrostático en cada punto se obtendrá aplicando el principio de superposición: La intensidad del campo electrostático en un punto es la suma vectorial de los campos que crearían cada uno de esos cuerpos cargados si estuvieran solos en ese lugar del espacio.
4- ENERGÍA POTENCIAL ELECTROSTÁTICA
La fuerza electrostática es una fuerza conservativa, así que decimos que el campo electrostático es un campo conservativo (es un campo de fuerzas). Esto ocurre porque el trabajo que realiza el campo para trasladar una partícula cargada de un punto a otro sólo depende de las posiciones inicial y final de la partícula, no del camino. Ese trabajo viene dado por la diferencia entre dos términos que dependen de la posición inicial y la final en las que se encuentra la carga que se mueve. Considerando que las dos partículas cargadas (la que crea el campo y la que se mueve) no interaccionan cuando están a una distancia infinita una de otra, podemos asignar un valor concreto a la energía potencial electrostática que tiene una partícula cargada en cada punto del espacio donde hay definido un campo. Es una magnitud escalar y su unidad SI es el Julio (J).
A diferencia de la fuerza gravitatoria, que actúa entre partículas con masa y siempre es atractiva; la fuerza electrostática puede ser atractiva o repulsiva. Esto afecta al signo de la energía potencial electrostática. Si las dos tienen el mismo signo, la energía potencial electrostática es positiva y si tienen distinto signo, será negativa.
5- POTENCIAL ELECTROSTÁTICO
El potencial electrostático en un punto es la energía potencial electrostática que tendría una partícula de carga unitaria colocada en ese punto.
El signo depende del signo que tenga la carga que crea el campo:
-Si la carga que crea el campo es positiva, el potencial electrostático será positivo en cualquier punto.
-Si la carga que crea el campo es negativa, el potencial electrostático será negativo en cualquier punto.
Si hay varias cargas en una zona del espacio, todas contribuyen al campo electrostático en cualquier punto. Para calcular el potencial en un punto cualquiera hay que usar el principio de superposición.
6 - REPRESENTACIÓN DEL CAMPO ELECTROSTÁTICO
Algunos experimentos divertidos para estudiar cómo interaccionan los imanes. A diferencia de la interacción eléctrica, no tenemos que hacerle nada a los imanes para que tengan esa propiedad de atraerse o repelerse.
CUESTIONES Y PROBLEMAS
Problemas tipo A: Tenemos una o más cargas eléctricas en reposo y nos piden calcular E y V en un punto, fuerza o trabajo que realiza el campo para mover otra carga de un punto a otro o cálculo de energía potencial electrostática.
1) Una carga q positiva está separada a una distancia d de otra carga Q.
a) Razone, ayudándose de un esquema, cuál debe ser el signo de Q para que el campo eléctrico se anule en algún punto del segmento que las une.
b) Razone cuál debe ser el signo de Q para que se anule el potencial eléctrico en algún punto del segmento que las une.
2) Dos cargas de 2 mC y -3 mC se encuentran, respectivamente, en los puntos A(0,0) y B(1,1)
a) Represente y calcule el vector campo eléctrico en el punto C(1,0) m
b) Calcule el trabajo necesario para trasladar una carga de 1 mC desde el punto C al punto D(0,1) m .
3) Dos partículas con cargas q1= 4·10^-6 C y q2= 2· 10^-6 C se encuentran situadas en los puntos (0,0) y (2,0) m , respectivamente, del plano XY.
a) Calcule el campo eléctrico en el punto (2, 2) m
b) Calcule la fuerza a la que estaría sometida un tercera partícula con carga q3=3 ·10^-8 C situada en el punto (2, 2) m .
4) Una partícula con carga q1= 4· 10^-6 C se encuentra fija en el punto P (-2,0) m del plano XY.
a) Calcule el trabajo que hay que hacer para traer otra partícula con carga q2= 4· 10^-6 C desde el infinito hasta el punto P2 (2,0) m, e interprete su signo.
b) Calcule el campo eléctrico en el punto P3 (0,3) m considerando las partículas cargadas anteriores en sus respectivos puntos.
5) Responda razonadamente a las siguientes cuestiones:
a) ¿Puede ser negativo el trabajo realizado por una fuerza eléctrica?.
b) ¿Puede ser negativa la energía potencial eléctrica?
6) Dos cargas puntuales de +10^-6 C y -10^-6 C se encuentran situadas en las posiciones (0,-4) m y (0,4) m , respectivamente.
a) Calcule el potencial en las posiciones (8,0) m y (0,6) m .
b) Determine el trabajo realizado por el campo al trasladar una carga de +5· 10^-3 C desde el punto (8,0) m y (0,6) m e interprete el signo del trabajo.
7) Razone si son ciertas las siguientes afirmaciones:
a) En una región del espacio donde hay un campo electrostático uniforme, el potencial electrostático es constante.
b) Si se deja una partícula con carga negativa en reposo en un campo electrostático se moverá hacia la dirección donde el potencial disminuye.
8) Dos cargas puntuales iguales, de -3 µC cada una, están situadas en los puntos A (2,5) m y B (8,2) m.
a) Represente en un esquema las fuerzas que se ejercen entre las cargas y calcule la intensidad de campo eléctrico en el punto P (2,0) m.
b) Determine el trabajo necesario para trasladar una carga de 1 µC desde el punto P (2,0) m hasta el punto O (0,0). Comente el resultado obtenido.
2016. SEPTIEMBRE.
9) Un péndulo consta de una esfera de 20 g, carga eléctrica desconocida y dimensiones despreciables, que cuelga de un hilo de 1 m de longitud. Para determinar el valor de su carga se coloca en un campo eléctrico uniforme y horizontal de E= 5'7 ·10^4 N/C y se observa que el hilo del péndulo se coloca formando 45 º con la vertical.
a) Dibuje en un esquema el campo eléctrico y todas las fuerzas que actúan sobre la esfera y explique, cualitativamente, cómo ha cambiado la energía del péndulo al aplicar el campo eléctrico.
b) Calcule el valor de la carga de la esfera y de las fuerzas que actúan sobre ella.
10) Campo eléctrico creado por una carga puntual. Explique sus características y por qué es un campo conservativo.
11) Explique cómo se define el campo eléctrico creado por una carga puntual y razone cuál es el valor del campo eléctrico en el punto medio entre dos cargas de valores q y 2q .
2017. SEPTIEMBRE.
12) Tenemos dos partículas cargadas idénticas separadas una distancia d.
a) ¿Puede ser nulo el campo eléctrico en algún punto próximo a ellas?.
b) ¿Y el potencial electrostático? Razone las respuestas.
13) Dos cargas distintas Q y q, separadas una distancia d, producen un potencial eléctrico cero en un punto P situado en la línea que une ambas cargas. Discuta razonadamente la veracidad de las siguientes afirmaciones:
a) Las cargas deben de tener el mismo signo.
b) El campo eléctrico debe ser nulo en P.
2020. RESERVA 3.
14) Dos pequeñas esferas cargadas están separadas una distancia de 5 cm. La carga de una de las esferas es cuatro veces la de la otra y entre ambas existe una fuerza de atracción de 0,15 N. Calcule la carga de cada esfera y el módulo del campo eléctrico en el punto medio del segmento que las une.
2017. SEPTIEMBRE.
15) Considere dos cargas puntuales de 5·10-6 C y 3·10-6 C situadas en los puntos de coordenadas (0,0) m y (2,0) m, respectivamente. Determine apoyándose de un esquema, el punto donde el campo eléctrico resultante sea nulo.
2020. RESERVA 3.
16) En el átomo de hidrógeno, el electrón se encuentra sometido al campo eléctrico creado por el protón. Calcule el trabajo realizado por el campo eléctrico para llevar el electrón desde un punto P1 , situado a 5,3·10-11 m del núcleo, hasta otro punto P2 , situado a 4,76·10-10 m del núcleo. Comente el signo del trabajo.
2017. RESERVA 2.
17) Una carga q1= 8· 10-9 C está fija en el origen de coordenadas, mientras que otra carga, q2= -10-9 C, se halla, también fija, en el punto (3,0) m. Determine:
(i) El campo eléctrico, debido a ambas cargas, en el punto A (4,0) m;
(ii) el trabajo realizado por el campo para desplazar una carga puntual q= -2·10-9 C desde A (4,0) m hasta el punto B (0,4) m. ¿Qué significado físico tiene el signo del trabajo?
2018. RESERVA 2.
18) Una partícula de carga Q, situada en el origen de coordenadas, O(0,0) m, crea en un punto A situado en el eje OX, un potencial VA= -120V y un campo eléctrico EA= 80 N/C en la dirección del eje X hacia la izquierda.. Dibuje un esquema del problema y calcule:
i) El valor de la carga Q y la posición del punto A.
ii) El trabajo necesario para llevar un electrón desde el punto A hasta un punto B de coordenadas (2,2) m.
2019. SEPTIEMBRE.
19) Explique qué son las líneas de campo eléctrico y las superficies equipotenciales. Razone si es posible que se puedan cortar dos líneas de campo. Dibuje las líneas de campo y las superficies equipotenciales correspondientes a una carga puntual positiva.
2018. RESERVA 2. EJERCICIO 2. OPCIÓN B
20) Considere una carga puntal de 5·10-6 C localizada en el vacío. Determine:
i) El potencial eléctrico creado por la carga puntual a una distancia de 0,5 m.
ii) El trabajo necesario para transportar una carga puntual de -2·10-6 desde el infinito hasta una distancia de 0,5 m de la carga original, indicando razonadamente el significado del signo del trabajo obtenido.
2019. RESERVA 2. EJERCICIO 2. OPCIÓN B
21) Una carga de 3·10-9 está situada en el origen de un sistema de coordenadas. Una segunda carga puntual de -4·10-9 se coloca en el punto (0,4) m. Ayudándose de un esquema, calcule el campo y el potencial eléctrico en el punto (3,0) m .
2020. SEPTIEMBRE. EJERCICIO 6
22) Dos cargas puntuales q1=5·10-6 C y q2= - 5·10-6 C están situadas en los puntos A (0,0) m y B (2,0) m respectivamente. Calcule el valor del campo eléctrico en el punto C (2,1) m.
2018. JUNIO. EJERCICIO 2. OPCIÓN A
23) Una carga de 3·10-6 C se encuentra en el origen de coordenadas y otra carga de -3·10-6 C está situada en el punto (1,1) m. Calcule el trabajo para desplazar una carga de 5·10-6 C desde el punto A (1,0) m hasta el punto B (2,0) m, e interprete el resultado.
2017. RESERVA 3. EJERCICIO 2. OPCIÓN B
24) Una carga eléctrica puntual con valor Q se encuentra en el vacío.
i) Escriba la expresión matemática del potencial eléctrico en un punto genérico situado a una distancia r de la carga e indique el significado de cada una de las magnitudes que aparecen en la expresión.
ii) Si el potencial aumenta al alejarnos de la carga, indique razonadamente el signo de la misma.
2019. RESERVA 2. EJERCICIO 2. OPCIÓN B
25) Justifique la veracidad o falsedad de las siguientes afirmaciones:
a) Cuando se aproximan dos cargas eléctricas del mismo signo la energía potencial electrostática aumenta.
b) En un punto del espacio donde el campo eléctrico es nulo también lo es el potencial eléctrico.
26) Dos cargas positivas q1 y q2 se encuentran situadas en los puntos (0,0) m y (3,0) m respectivamente. Sabiendo que el campo eléctrico es nulo en el punto (1,0) m y que el potencial electrostático en el punto intermedio entre ambas vale 9·104 V, determine los valores de dichas cargas.
2018. RESERVA 1. EJERCICIO 2. OPCIÓN B
27) Considere dos cargas eléctricas +q y -q situadas en dos puntos A y B. Razone cuál sería el potencial electrostático en el punto medio del segmento que une los puntos A y B. ¿Puede deducirse de dicho valor que el campo eléctrico es nulo en dicho punto? Justifique su respuesta.
28) Se coloca una carga puntual de 4·10-9 C en el origen de coordenadas y otra carga puntual de -3·10-9 C en el punto (0,1) m. Calcule el trabajo que hay que realizar para trasladar una carga de 2·10-9 C desde el punto (1,2) m hasta el punto (2,2) m.
2017. JUNIO. EJERCICIO 2. OPCIÓN B
29) i) Explique que es una superficie equipotencial. ¿Qué forma tienen la superficies equipotenciales del campo eléctrico creado por una carga puntual?; ii) Razone el trabajo realizado por la fuerza eléctrica sobre una carga que se desplaza por una superficie equipotencial.
30) Dos cargas puntuales iguales de valor - 1'2 · 10^-6 C están situadas en los puntos A(0,8) y B(6,0) m . Una tercera carga de valor -1'5 ·10^-6 C se sitúa en el punto P(3,4)m . Calcule:
a) la fuerza eléctrica total ejercida sobre la carga situada en P, apoyándose en un esquema.
b) el trabajo realizado por el campo eléctrico para trasladar la tercera carga desde el infinito hasta el punto P.
Problemas tipo B: Una carga eléctrica entra en una zona donde hay un E o una carga se mueve en presencia de otra/s.
1) En una región del espacio hay un campo eléctrico uniforme. Una carga eléctrica negativa entra en dicha región con una velocidad v, en la misma dirección y sentido del campo, deteniéndose tras recorrer una distancia d. Razone si es positivo, negativo o nulo el valor de:
a) el trabajo realizado por el campo eléctrico.
b) la variación de la energía cinética, potencial y mecánica.
2) Una partícula con carga -2· 10^-6 C y masa 10^-4 Kg se encuentra en reposo en el origen de coordenadas. Se aplica un campo eléctrico uniforme de 600 N/ C en sentido positivo del eje OX. Realice un esquema de la situación. La carga se desplaza 2 m hacia un punto P. Determine:
a) La diferencia de potencial entre el origen de coordenadas y el punto P.
b) La velocidad de la partícula en el punto P. Considere despreciable la fuerza gravitatoria.
3) Una partícula con carga positiva se encuentra dentro de un campo eléctrico uniforme.
a) ¿Aumenta o disminuye su energía potencial eléctrica al moverse en la dirección y sentido del campo?.
b) ¿Y si se moviera en una dirección perpendicular a dicho campo?. Razone las respuestas.
4) Se lanza un electrón perpendicularmente a las líneas de un campo electrostático uniforme.
a) Razone cómo es la trayectoria seguida por el electrón dentro de ese campo y dibújela.
b) Razone cómo varían su energía cinética y su energía potencial durante su movimiento.
5) Una partícula cargada se desplaza en la dirección y sentido de un campo eléctrico, de forma que su energía potencial aumenta. Deduzca de forma razonada, y apoyándose en un esquema, el signo que tiene la carga.
2020. RESERVA 4. EJERCICIO 6
6) Una partícula cargada penetra en un campo eléctrico con velocidad paralela al campo y en sentido contrario al mismo. Describa cómo influye el signo de la carga eléctrica en su trayectoria.
2016. JUNIO. EJERCICIO 1. OPCIÓN A
7) En la figura se muestra en color gris una región del espacio en la que hay un campo electrostático uniforme E dirigido hacia la derecha en el eje X . Un electrón, un protón y un neutrón penetran en la región del campo con velocidad constante desde la izquierda. Explique razonadamente cómo es el movimiento de cada partícula si se desprecian los efectos de la gravedad.
8) Un electrón dentro de un campo eléctrico uniforme, inicialmente en reposo, adquiere una aceleración de 1,25·1013 m/s2 . Obtener:
a) La intensidad del campo eléctrico.
b) El incremento de energía cinética cuando ha recorrido 0’25 m.
Datos: qe=-1,6· 10-19C, me= 9,1 ·10-31 kg
2020. RESERVA 4. EJERCICIO 6
9) Una carga eléctrica negativa se desplaza en un campo eléctrico uniforme desde un punto A hasta un punto B por la acción de la fuerza de dicho campo. Dibuje en un esquema la situación y responda razonadamente a las siguientes cuestiones:
a) ¿Cómo variará su energía potencial?
b) ¿En qué punto será mayor el potencial eléctrico?.
2019. SEPTIEMBRE. EJERCICIO 2. OPCIÓN B
10) Para dos puntos A y B de una región del espacio, en la que existe un campo eléctrico uniforme, se cumple que VA > VB. Si dejamos libre una carga negativa en el punto medio del segmento que une A con B, ¿a cuál de los dos puntos se acerca la carga? Razone la respuesta.
11) Una partícula cargada positivamente se mueve en la misma dirección y sentido de un campo eléctrico uniforme. Responda razonadamente a las siguientes cuestiones:
a) ¿Se detendrá la partícula?.
b) ¿Se desplazará la partícula hacia donde aumenta su energía potencial?.
12) Determine la carga negativa de una partícula, cuya masa es 3,8 g, para que permanezca suspendida en un campo eléctrico de 4500 N/C . Haga una representación gráfica de las fuerzas que actúan sobre la partícula.
13) Discuta la veracidad de las siguientes afirmaciones:
a) “Al analizar el movimiento de una partícula cargada positivamente en un campo eléctrico observamos que se desplaza espontáneamente hacia puntos de potencial mayor”;
b) “Dos esferas de igual carga se repelen con una fuerza F. Si duplicamos el valor de la carga de cada una de las esferas y también duplicamos la distancia entre ellas, el valor F de la fuerza no varía”.
14) En una región del espacio existe un campo eléctrico uniforme. Si una carga negativa se mueve en la dirección y sentido del campo, ¿aumenta o disminuye su energía potencial? ¿Y si la carga fuera positiva? Razone las respuestas.
2017. RESERVA 3. EJERCICIO 2. OPCIÓN B
15) Considere un campo eléctrico en una región del espacio. El potencial electrostático en dos puntos A y B (que se encuentran en la misma línea de campo) es VA y VB , cumpliéndose que VA > VB. Se deja libre una carga Q en el punto medio del segmento AB. Razone cómo es el movimiento de la carga en función de su signo.
2018. RESERVA 3. EJERCICIO 2. OPCIÓN B
16) Una carga de 2,5·10-8 C se coloca en una región donde hay un campo eléctrico de intensidad 5·104 N/C dirigido en el sentido positivo del eje Y. Calcule el trabajo que la fuerza eléctrica efectúa sobre la carga cuando ésta se desplaza 0,5 m en una dirección que forma un ángulo de 30º con el eje X.
17) Una partícula con carga q1= 3·10-6 C está fija en el punto (2,0) m del plano XY. En el punto (5,0) m , se abandona una partícula con carga q2= 5·10-6 C y masa m= 1,5·10-4 kg. Calcule razonadamente:
a) El módulo de la velocidad que adquiere q2 en el infinito si q1 está fija.
b) El valor de la carga q3 que debería tener una tercera partícula situada en el punto (0,0) m , para que q2 no se mueva al ser soltada en el punto (5,0) m .
2021. RESERVA 3. EJERCICIO B2
18) Dos partículas idénticas con carga q y masa m se encuentran separadas por una distancia d. A continuación, se mantiene fija una de las partículas y se deja que la otra se aleje hasta duplicar la distancia inicial con la primera.
a) Determine el módulo de la velocidad que adquiere la partícula en el punto final.
b) Determine cómo cambiaría el módulo de la velocidad obtenida en el apartado anterior si se duplica el valor de las cargas.
19) Dos partículas idénticas con carga q= +5·10-6 C están fijas en los puntos (0, -3) m y (0, 3) m del plano XY. Si, manteniendo fijas las dos partículas, se suelta una tercera partícula con q= -2·10-8 C y masa 8·10-6 kg en el punto (4,0) m , calcule el módulo de la velocidad con la que llega al punto (0,0).
20) Una esfera metálica de 24 g de masa colgada de un hilo muy fino de masa despreciable, se encuentra en una región del espacio donde existe un campo eléctrico uniforme y horizontal. Al cargar la esfera con 6·10-3 C, sufre una fuerza debida al campo eléctrico que hace que el hilo forme un ángulo de 30º con la vertical.
a) Represente gráficamente esta situación y haga un diagrama que muestre todas las fuerzas que actúan sobre la esfera.
b) calcule el valor del campo eléctrico y la tensión del hilo.
2018. RESERVA 3. EJERCICIO 2. OPCIÓN B
Problemas tipo C: Una partícula cargada entra en una zona donde hay definido un campo magnético (o un campo magnético y uno eléctrico)
Se descubrió varios siglos antes de Cristo en una zona de Asia que se conocía como Magnesia una piedra que atraía trocitos de hierro. A ese fenómeno se le llamó magnetismo. Esa piedra es un imán natural.
Se pueden fabricar imanes con distintas formas y de distintos materiales. Los más potentes son los de Nd.
Todos los imanes tienen dos zonas en las que su capacidad de acción es máxima y se llaman polo norte y polo sur.
La misma Tierra es un imán gigante. Las brújulas nos permiten orientarnos gracias al magnetismo de la Tierra.
Los imanes producen una deformación en el espacio que les rodea que se llama CAMPO MAGNÉTICO. Su intensidad en cada punto se representa por B. Es una magnitud vectorial y se llama vector inducción magnética.
El campo magnético se representa mediante líneas de campo.
La unidad SI de la intensidad del campo magnético es Tesla (T). Es una unidad muy grande. (Se definió entonces otra unidad submúltiplo del Tesla que es el Gauss, en honor a este matemático alemán y que vale 0,0001 T). La Tierra produce un campo magnético que varía en intensidad del Ecuador a los polos teniendo un valor medio que ronda los 0,00005 T. Los imanes que se pegan en los frigoríficos tienen una intensidad que rondan 0,001 T. Los de neodimio pueden crear hasta 1,5 T.
La magnetita es un imán natural. Pero se pueden fabricar imanes con materiales ferromagnéticos (los que tienen un comportamiento magnético parecido al hierro: Fe, Co, Ni, sus aleaciones y también algunas tierras raras. Los más comunes son: AlNiCo, ferrita (está hecho de óxido de hierro), aleaciones de Nd y Fe.
Crean campo magnético los imanes y también las cargas en movimiento. Es decir, los imanes y las corrientes eléctricas son fuentes de campo magnético.
Sienten el efecto de un campo magnético los imanes y las cargas en movimiento.
REPRESENTACIÓN DE UN CAMPO MAGNÉTICO
Para representar en el plano del papel el vector campo magnético, se puede considerar que un indio lanza una flecha con su arco. Si nosotros vemos cómo se acerca a nosotros la flecha, vemos un punto. Entonces, el campo magnético si sale del papel hacia nosotros lo representamos así. Si, por el contrario, somos el indio y la flecha se aleja de nosotros, vemos una especie de aspa, así que si el vector se aleja de nosotros se representa con un aspa.
Cuando una partícula cargada entra, con una cierta velocidad, en una zona donde hay un campo magnético uniforme, se ve sometida a una fuerza que viene dada por la ley de Lorentz.
F= q·(vxB)
Las magnitudes representadas en negrita son vectoriales.
La dirección de la fuerza es perpendicular al plano que forman los vectores v y B.
El sentido de la fuerza viene dado por "la regla de la mano derecha" o "la regla del tornillo a derechas". La primera dice que, si colocamos la mano como indica la foto de la izquierda, apuntando con el dedo índice en la dirección de la velocidad, y el dedo corazón en la dirección del campo magnético, el dedo pulgar nos dará la dirección y el sentido de la fuerza, si la carga es positiva (si es negativa, sentido opuesto al que indica el pulgar).
Cuando una partícula cargada entra, con una cierta velocidad, en una zona donde hay un hilo conductor rectilíneo por el que está circulando una corriente eléctrica de cierta intensidad, va a experimentar una fuerza magnética que viene dada por la ley de Lorentz. En este caso, el campo magnético que actúa sobre ella depende de la intensidad de corriente que circula por el hilo conductor y su distancia a él. El campo que crea el hilo conductor viene dado por la ley de Biot y Savart.
1) Una partícula alfa, con una energía cinética de 2 MeV, se mueve en una región en la que existe un campo magnético uniforme de 5 T, perpendicular a su velocidad.
a) Dibuje en un esquema los vectores velocidad de la partícula, campo magnético y fuerza magnética sobre dicha partícula y calcule el valor de la velocidad y de la fuerza magnética.
b) Razone que la trayectoria descrita es circular y determine su radio y el periodo de movimiento.
Datos: qe=-1,6· 10-19C; malfa= 6,7· 10-27 kg
2016. RESERVA 4. EJERCICIO 3. OPCIÓN A
2) Un protón que ha sido acelerado desde el reposo por una diferencia de potencial de 6000 V describe una órbita circular en un campo magnético uniforme de 0’8 T. Calcule razonadamente:
a) El módulo de la fuerza magnética que actúa sobre el protón.
b) El radio de la trayectoria descrita.
Datos: qe=-1,6· 10-19C y mprotón= 1,7· 10-27 kg
2021. JULIO. EJERCICIO B2
3) Un haz de electrones atraviesa una región del espacio siguiendo una trayectoria rectilínea. En dicha región hay aplicado un campo electrostático uniforme. ¿Es posible deducir algo acerca de la orientación del campo? Repita el razonamiento para un campo magnético uniforme.
2017. JUNIO. EJERCICIO 2. OPCIÓN A
4) Si una partícula cargada penetra en un campo eléctrico con una cierta velocidad, ¿actúa siempre una fuerza sobre ella? ¿Y si se tratara de un campo magnético?
5) Fuerza magnética sobre una carga en movimiento.
2016 - Reserva 2
6) Un protón penetra en el seno de un campo magnético uniforme con una velocidad perpendicular al campo. El protón describe una trayectoria circular con un periodo de 2· 10^-8 s y 0,03 m de radio.
a) Dibuje el esquema correspondiente y calcule el valor de su velocidad y del campo magnético.
b) Si introdujéramos en el campo un electrón con la misma velocidad, dibuje su trayectoria y determine el valor de su radio.
Datos: Qe= - 1,6· 10-9 C me= 9,1 · 10-31 kg y mp= 1,7 · 10-27 kg
7) Un electrón se mueve en sentido positivo del eje OX en una región en la que existe un campo magnético dirigido en el sentido negativo del eje OZ.
a) Indique, de forma justificada y con ayuda de un esquema, la dirección y el sentido en que debe actuar el campo eléctrico uniforme para que la partícula no se desvíe.
b) ¿Qué relación deben cumplir para ello los módulos de ambos campos?.
8) Un electrón se mueve por una región del espacio donde existen campos eléctrico y magnético uniformes, de forma que la fuerza neta que actúa sobre el electrón es nula.
a) Discuta razonadamente, con la ayuda de un esquema, cómo deben ser las direcciones y sentidos de los campos.
b) Determine la expresión del módulo de la velocidad de la partícula para que esto ocurra.
9) Un electrón se mueve a 105 m/s en el sentido positivo del eje OX, y penetra en una región donde existe un campo magnético uniforme de 1 T, dirigido en el sentido negativo del eje OZ. Determine, razonadamente, con la ayuda de un esquema:
a) La fuerza magnética que actúa sobre el electrón.
b) El campo eléctrico que hay que aplicar para que el electrón continúe con trayectoria rectilínea.
10) Un protón atraviesa una zona en la que únicamente existe un campo magnético uniforme perpendicular a su velocidad. Responda justificadamente las siguientes cuestiones:
a) ¿Realiza trabajo la fuerza magnética sobre el protón?.
b) ¿Experimenta el protón aceleración durante el recorrido?
2020. RESERVA 4. EJERCICIO 2
11) Un haz de electrones con energía cinética de 104 eV, se mueve en un campo magnético perpendicular a su velocidad, describiendo una trayectoria circular de 25 cm de radio.
a) Con ayuda de un esquema, indique la trayectoria del haz de electrones y la dirección y sentido de la fuerza, la velocidad y el campo magnético. Calcule la intensidad del campo magnético.
b) Para ese mismo campo magnético explique, cualitativamente, cómo variarían la velocidad, la trayectoria de las partículas y su radio si, en lugar de electrones, se tratara de un haz de iones de Ca2+
2016. RESERVA 3. EJERCICIO 3. OPCIÓN B
12) Responda razonadamente a las siguientes preguntas ayudándose de un esquema en cada caso:
a) ¿Realiza trabajo la fuerza magnética sobre una partícula cargada en movimiento?
b) En una región del espacio existen un campo eléctrico y otro magnético, ambos uniformes y perpendiculares entre sí. ¿Bajo qué condición no varía la trayectoria de una partícula cargada que penetra en dicha región con una velocidad perpendicular a ambos campos?
2019. RESERVA 1. EJERCICIO 2. OPCIÓN B
13) Un electrón se mueve con una velocidad de 2·103 m/s en el seno de un campo magnético uniforme de módulo B =0'25 T . Calcule la fuerza que ejerce dicho campo sobre el electrón cuando las direcciones del campo y de la velocidad del electrón son paralelas, y cuando son perpendiculares. Determine la aceleración que experimenta el electrón en ambos casos.
Datos: qe= -1,6·10-19C me= 9,1·10-31 kg
14) Una carga positiva se mueve en el seno de una campo magnético uniforme. Responda razonadamente a las siguientes cuestiones:
a) ¿Qué ángulo entre la velocidad de la carga y el campo magnético hace que el módulo de la fuerza magnética sea máximo?.
b) ¿Cómo cambia la fuerza magnética si tanto el sentido de la velocidad como el valor de la carga son opuestos al caso anterior?.
2020. RESERVA 1. EJERCICIO 6
15) (i) Escriba la expresión matemática de la fuerza magnética sobre una carga puntual, indicando el significado de las magnitudes que aparecen en la ecuación.
(ii) Discuta, razonando sus respuestas, bajo qué condiciones el módulo de la fuerza magnética es máximo y cuándo se anula
2019. RESERVA 2. EJERCICIO 2. OPCIÓN A
16) Un protón y una partícula alfa se mueven en el seno de un campo magnético uniforme describiendo trayectorias circulares idénticas. ¿Qué relación existe entre sus velocidades, sabiendo que qalfa= 2·qprotón y malfa= 4mprotón?
2018. SEPTIEMBRE. EJERCICIO 2. OPCIÓN B
17) Dos partículas cargadas se mueven con la misma velocidad y, al aplicarles un campo magnético perpendicular a dicha velocidad, se desvían en sentidos contrarios y describen trayectorias circulares de distintos radios. ¿Qué puede decirse de las características de esas partículas? Si en vez de aplicarles un campo magnético se le aplica un campo eléctrico paralelo a su trayectoria, indique razonadamente, cómo se mueven las partículas.
2016. RESERVA 2. EJERCICIO 1. OPCIÓN B
18) Un protón y un electrón penetran con la misma velocidad perpendicularmente a un campo magnético. ¿Cuál de los dos experimentará una mayor aceleración? ¿Qué partícula tendrá un radio de giro mayor?
2018. RESERVA 4. EJERCICIO 2. OPCIÓN A
19) Un protón atraviesa, sin desviarse, una región donde hay un campo magnético uniforme de 0’2 T, perpendicular a un campo eléctrico uniforme de 3·105 V·m-1
a) Realice un esquema de la situación con las fuerzas involucradas.
b) Calcule la velocidad de la partícula.
c) Calcule el radio de la trayectoria seguida por el protón si se anulase el campo eléctrico.
Datos: qe= -1,6·10-19C mp= 1,7·10-27 kg
2020. RESERVA 1. EJERCICIO 6
20) Un electrón, un protón y un átomo de hidrógeno penetran en una zona del espacio en la que existe un campo magnético uniforme perpendicular a la velocidad de las partículas. Dibuje la trayectoria que seguiría cada una de las partículas y compare las aceleraciones de las tres.
21) Una carga q negativa entra, con velocidad v , en una zona donde existe un campo eléctrico, E , de dirección perpendicular a esa velocidad. Cuál debe ser la intensidad, dirección y sentido del campo magnético B que habría que aplicar, superpuesto a E , para que la carga siguiera una trayectoria rectilínea.
2017. RESERVA 4. EJERCICIO 2. OPCIÓN A
22) Un electrón atraviesa en línea recta una región en la que coexisten un campo eléctrico y un campo magnético uniformes. Discuta la relación, ayudándose de esquemas, entre los vectores v, B y E, si:
a) El electrón mantiene fija su velocidad.
b) El electrón sigue un movimiento rectilíneo uniformemente acelerado.
2019. RESERVA 4. EJERCICIO 2. OPCIÓN A
23 Un protón que parte del reposo se acelera mediante una diferencia de potencial de 5 kV. Seguidamente entra en una región del espacio en la que existe un campo magnético uniforme perpendicular a su velocidad. Si el radio de giro descrito por el protón es de 0,05 m. ¿Qué valor tendrá el módulo del campo magnético? Calcule el periodo del movimiento.
2018. RESERVA 4. EJERCICIO 2. OPCIÓN A
24) Un electrón se mueve con un movimiento rectilíneo uniforme por una región del espacio en la que existen un campo eléctrico y un campo magnético. Justifique cual deberá ser la dirección y sentido de ambos campos y deduzca la relación entre sus módulos. ¿Qué cambiaría si la partícula fuese un protón?
26) Un protón penetra en un campo eléctrico uniforme E, de 1200 N/C, con una velocidad 106 m/s perpendicular al campo. Calcule el campo magnético, B , que habría que aplicar, superpuesto al eléctrico, para que la trayectoria del protón fuera rectilínea. Ayúdese de un esquema.
Problemas tipo D: Un hilo conductor rectilíneo o una espira de corriente interacciona con cargas eléctricas o se encuentra en una región del espacio en la que hay un campo magnético uniforme.
1) Un conductor rectilíneo de longitud L, por el que circula una corriente eléctrica I, se encuentra inmerso en un campo magnético uniforme B. Justifique razonadamente, apoyándose en un esquema:
a) Si es posible que el campo no ejerza fuerza alguna sobre él.
b) La orientación del conductor respecto del campo para que el módulo de la fuerza magnética sea máximo.
2) Un hilo conductor recto de longitud 0’2 m y masa 0,008 kg está situado a lo largo del eje OX en presencia de un campo magnético uniforme B=0'5k T y del campo gravitatorio terrestre, dirigido en el sentido negativo del eje OY, no existiendo otras fuerzas aplicadas sobre el hilo. Justifique ayudándose de un esquema, el sentido de la corriente que debe circular por el hilo para que esté en equilibrio, y calcule razonadamente el valor de la intensidad.
3) Un conductor rectilíneo transporta una corriente de 10 A en el sentido positivo del eje Z. Un protón situado a 50 cm del conductor se dirige perpendicularmente hacia el conductor con una velocidad de 2·105 m/s. Realice una representación gráfica indicando todas las magnitudes vectoriales implicadas y determine el módulo, dirección y sentido de la fuerza que actúa sobre el protón.
µo= 4π·10-7 T·m·A-1 qe= -1,602 · 10-19C
4) Por un conductor rectilíneo muy largo circula una corriente eléctrica. Razone, con ayuda de una esquema, la dirección y el sentido de la fuerza que actúa sobre una partícula con carga positiva cuando se mueve:
a) Paralelamente al conductor en el mismo sentido de la corriente.
b) Perpendicularmente al conductor, acercándose a él.
2021. RESERVA 3. EJERCICIO B1
5) ¿En qué casos un campo magnético no ejerce fuerza sobre una partícula cargada? ¿Y sobre un conductor rectilíneo indefinido por el que circula una corriente eléctrica? Razone las respuestas
Problemas tipo E: Interacción entre dos hilos conductores
Dos hilos de corriente por los que circulan corriente en igual sentido o en sentido contrario interaccionan acercándose o alejándose...
1) Por dos conductores rectilíneos muy largos y paralelos circulan corrientes de la misma intensidad y sentido. Explique razonadamente con la ayuda de esquemas:
a) La dirección y el sentido del campo magnético creado por cada corriente en la región que les rodea.
b) La dirección y el sentido de la fuerza que actúa sobre cada conductor.
2) Por dos hilos conductores rectilíneos paralelos, separados una cierta distancia, circulan corrientes de igual intensidad. Explique razonadamente, apoyándose en un esquema, si puede ser cero el campo magnético en algún punto entre los dos hilos, suponiendo que las corrientes circulan en sentidos:
a) iguales;
b) opuestos.
3) Dos conductores rectilíneos paralelos por los que circula la misma intensidad de corriente están separados una distancia de 20 cm y se atraen con una fuerza por unidad de longitud de 5,0 · 10-8 N/m.
a) Justifique si el sentido de la corriente es el mismo en ambos hilos, representando en un esquema el campo magnético y la fuerza entre ambos.
b) Calcule el valor de la intensidad de corriente que circula por cada conductor.
4) Considere dos conductores rectilíneos, muy largos, paralelos y separados 0’06 m, por los que circulan corrientes de 9 A y 15 A en el mismo sentido.
a) Dibuje en un esquema el vector campo magnético resultante en el punto medio de la línea que une ambos conductores y razone su dirección y sentido.
b) En la región entre los conductores, ¿a qué distancia del conductor por el que circulan 9 A se anula el campo magnético?. Justifique la respuesta.
2021. RESERVA 4. EJERCICIO B1
5) Suponga dos conductores rectilíneos, muy largos, paralelos y separados por una distancia “d” por los que circulan corrientes eléctricas de igual intensidad y sentido. Razone como se modifica la fuerza por unidad de longitud entre los conductores si duplicamos ambas intensidades y a la vez reducimos “d” a la mitad
2021. JULIO. EJERCICIO B2
6) Tenemos dos conductores rectilíneos verticales y muy largos, dispuestos paralelamente y separados 3’5 m. Por el primero circula una intensidad de 3 A hacia arriba.
a) Calcule razonadamente el valor y el sentido de la corriente que debe circular por el segundo conductor para que el campo magnético en un punto situado entre los dos conductores y a 1’5 m del primero sea nulo.
b) Realice un esquema representando las magnitudes implicadas.
2020. JUNIO. EJERCICIO 6
7) El campo magnético creado por un conductor rectilíneo muy largo a una distancia de 0’04 m de él es de 3·10-5 T
a) Calcule razonadamente la intensidad de corriente que circula por el hilo.
b) Si se coloca un segundo alambre paralelo a 0’04 m del primero, calcule razonadamente la intensidad y sentido de la corriente que tiene que circular por el segundo alambre para que entre ellos haya una fuerza magnética atractiva por unidad de longitud de 10-4 N/m
2020. RESERVA 4. EJERCICIO 2
8) Dos conductores rectilíneos, paralelos y verticales, distan entre sí 20 cm. Por el primero de ellos circula una corriente de 10 A hacia arriba. Calcule la corriente que debe circular por el segundo conductor, colocado a la derecha del primero, para que el campo magnético total creado por ambas corrientes en un punto situado a 5 cm a la izquierda del segundo conductor se anule.
9) Justifique la veracidad o falsedad de las siguientes afirmaciones:
a) Si las intensidades de corriente que circulan por dos conductores rectilíneos, indefinidos, paralelos y separados por una distancia, d, se duplican también se duplicará la fuerza por unidad de longitud que actúa sobre cada conductor.
b) Si lo que se duplicase fuese la distancia, entonces, la fuerza por unidad de longitud que actúa sobre cada conductor se reduciría a la mitad.
10) Dos conductores rectilíneos, paralelos y muy largos separados 0,2 m transportan corrientes de 10 y 4 A, respectivamente, en sentidos opuestos.
a) Dibuje en un esquema el campo magnético producido por cada uno de los conductores en un punto del plano definido por ellos y situado a 0,1 m a la derecha del segundo y calcule la intensidad del campo total.
b) Determine la fuerza por unidad de longitud sobre uno de los conductores, indicando si es atractiva o repulsiva.
11) Explique las características de la fuerza magnética entre dos corrientes paralelas, rectilíneas e infinitas.
12) Dos conductores rectilíneos e indefinidos paralelos, separados una distancia d, están recorridos por corrientes de intensidad I. Analice las características de las fuerzas que se ejercen entre sí los conductores en el caso en que los sentidos de las corrientes coincidan y en el caso en que sean opuestos.
13) Suponga dos hilos metálicos largos, rectilíneos y paralelos, por los que circulan corrientes en el mismo sentido con intensidades 1 A y 2 A . Si entre dichos hilos hay una separación de 20 cm, calcule el vector campo magnético a 5 cm a la izquierda del primer hilo metálico.
2018. RESERVA 1. EJERCICIO 2. OPCIÓN A
Problemas tipo F : En una espira se induce una corriente eléctrica al variar el flujo magnético que la atraviesa. INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA
1) Una espira circular gira en torno a uno de sus diámetros en un campo magnético uniforme y constante. Explique, con ayuda de un esquema y de las expresiones que precise, si se induce fuerza electromotriz en la espira cuando:
a) El campo magnético es paralelo al eje de rotación.
b) El campo magnético es perpendicular al eje de rotación.
2021. RESERVA 4. EJERCICIO B2
2) a) Por un hilo recto muy largo, colocado sobre el eje Y, circula una corriente en el sentido positivo de dicho eje. Una pequeña espira circular contenida en el plano XY se mueve con velocidad constante. Describa razonadamente cuál es la corriente inducida en la espira si:
a) la velocidad de la espira está orientada según el sentido negativo del eje Y;
b) la velocidad está dirigida en el sentido positivo del eje X.
3) a) Defina el concepto de flujo magnético e indique sus unidades en el S.I.
b) Una espira conductora plana se sitúa en el seno de un campo magnético uniforme en dirección del eje Z. Represente gráficamente y explique para qué orientaciones de la espira el flujo magnético a través de ella es máximo y nulo.
2023. JULIO. EJERCICIO B2
4) Una espira circular de 5 cm de radio gira alrededor de uno de sus diámetros con una velocidad angular de π rad/s en una región del espacio en la que existe un campo magnético uniforme de módulo igual a 10 T, perpendicular al plano de la espira. Sabiendo que en el instante inicial el flujo es máximo:
a) Calcule razonadamente, ayudándose de un esquema, la expresión del flujo magnético en función del tiempo.
b) Calcule razonadamente el valor de la fuerza electromotriz inducida en el instante t= 50 s .
2021. JUNIO.
5) Una espira circular gira con velocidad angular constante alrededor de uno de sus diámetros en una región del espacio en la que existe un campo magnético uniforme y constante perpendicular al eje de giro.
a) Deduzca de forma razonada la expresión del flujo magnético que atraviesa la espira en función del tiempo.
b) Deduzca de forma razonada la expresión de la fuerza electromotriz inducida en la espira en función del tiempo.
2021. RESERVA 1. EJERCICIO B1
6) Una espira cuadrada de 5 cm de lado se sitúa en un plano perpendicular a un campo magnético uniforme de módulo 20 T. Si se reduce de manera uniforme el valor del módulo del campo a 10 T en un intervalo de tiempo de 3 s, calcule de forma razonada:
a) La expresión del flujo magnético que atraviesa la espira en función del tiempo.
b) La fuerza electromotriz inducida en ese periodo de tiempo.
2021. RESERVA 1. EJERCICIO B1
7) Una espira cuadrada situada en el plano XY se acerca a un hilo recto muy largo situado sobre el eje OY por el que circula una corriente de intensidad constante en el sentido positivo de dicho eje.
a) Razone, con ayuda de un esquema, si varía el flujo magnético en que atraviesa la espira.
b) Razone y represente en un esquema el sentido de la corriente inducida en la espira.
2021. RESERVA 2. EJERCICIO B2
8) Una bobina de 50 espiras circulares de 0’05 m de radio se orienta en un campo magnético de manera que el flujo que la atraviesa sea máximo en todo instante. El módulo del campo magnético varía con el tiempo según la expresión B(t)= 0'5t +'8t2 (S.I.) .
a) Deduzca la expresión del flujo magnético que atraviesa la bobina en función del tiempo.
b) Determine razonadamente la fuerza electromotriz inducida en la bobina en el instante t 10s .
2021. RESERVA 4. EJERCICIO B2
9) Un solenoide de N espiras se encuentra inmerso en un campo magnético variable con el tiempo. El eje del solenoide forma un ángulo de 45º con el campo. Razone, apoyándose de un esquema, qué ocurriría con la fuerza electromotriz inducida si:
a) el número de espiras fuera el doble.
b) El ángulo entre el eje y el campo fuera el doble del inicial.
2020. JUNIO. EJERCICIO 2
9) Una espira cuadrada penetra en un campo magnético uniforme de 2 T, perpendicular al plano de la espira. Mientras entra, la superficie de la espira afectada por el campo magnético aumenta según la expresión S(t)= 0'25 t .
a) Realice un esquema que muestre el sentido de la corriente inducida en la espira y los campos magnéticos implicados (externo e inducido).
b) Calcule razonadamente la fuerza electromotriz inducida en la espira.
2020. JUNIO. EJERCICIO 2
10) Razone la veracidad o falsedad de las siguientes afirmaciones:
a) En una espira se inducirá una corriente eléctrica siempre que exista un flujo magnético que la atraviese.
b) En una espira que se encuentra dentro de un campo magnético variable con el tiempo es posible que no se genere una corriente inducida.
2020. RESERVA 1. EJERCICIO 2
11) Una espira circular de 0’03 m de radio, dentro de un campo magnético constante y uniforme de 2 T, gira con una velocidad angular de π rad/s respecto a un eje que pasa por uno de sus diámetros. Inicialmente el campo magnético es perpendicular al plano de la espira. Calcule razonadamente:
a) La fuerza electromotriz inducida para t = 0'5 s .
b) La resistencia eléctrica de la espira, sabiendo que por ella circula, para t = 0'5 s, una intensidad de corriente de 3·10-3 A .
12) Un imán se encuentra sobre una mesa, con su polo sur orientado hacia arriba. Se deja caer sobre el imán una espira circular, dispuesta horizontalmente. Justifique el sentido de la corriente inducida en la espira, y realice un esquema (visto desde arriba) que represente la corriente inducida y los campos magnéticos implicados durante la caída (el del imán y el inducido en la espira).
2020. RESERVA 3. EJERCICIO 2
13) Una bobina formada por 1000 espiras circulares de 0’025 m de radio se encuentra dentro de un campo magnético variable con el tiempo de módulo B(t) = 1 +0,5t -0,2t2 T . La dirección del campo forma un ángulo de 30º con el plano de las espiras. Calcule:
a) El flujo magnético para t = 2s .
b) La fuerza electromotriz inducida para t = 2s .
2020. RESERVA 3. EJERCICIO 2
14) a) Enuncie la ley de Lenz-Faraday.
b) Una espira cuadrada gira en torno a un eje, que coincide con uno de sus lados, bajo la acción de un campo magnético uniforme perpendicular al eje de giro. Explique cómo varían los valores del flujo magnético máximo y de la fuerza electromotriz inducida máxima al duplicar la frecuencia de giro de la espira.
2016. RESERVA 4. EJERCICIO 1. OPCIÓN A
15) Una espira circular situada en el plano XY, y que se desplaza por ese plano en ausencia de campo magnético, entra en una región en la que existe un campo magnético constante y uniforme dirigido en el sentido negativo del eje OZ.
a) Justifique, ayudándose de esquemas, si en algún momento durante dicho desplazamiento cambiará el flujo magnético en la espira.
b) Justifique, ayudándose de un esquema, si en algún momento se inducirá corriente en la espira y cuál será su sentido.
2021. JUNIO. EJERCICIO B1
16) Se sitúa una espira circular junto a un hilo recto muy largo por el que circula una corriente I, tal como se muestra en la figura. Razone, ayudándose de un esquema, si se produce corriente inducida y justifique el sentido de la misma en los siguientes casos:
a) La espira se mueve paralela al hilo
b) La espira se mueve hacia la derecha, alejándose del hilo.
2020. SEPTIEMBRE. EJERCICIO 2
17) Una espira cuadrada, situada en el plano vertical, se mueve horizontalmente atravesando una región en donde hay un campo magnético uniforme perpendicular a la misma. Razone, ayudándose de esquemas, si se induce corriente eléctrica en la espira y el sentido de circulación de la misma cuando:
a) La espira está entrando en el campo.
b) la espira se desplaza en el seno del campo.
c) La espira está saliendo del campo.
2019. RESERVA 1. EJERCICIO 2. OPCIÓN A
18) Una espira cuadrada de 4 cm de lado, situada inicialmente en el plano XY, está inmersa en un campo magnético uniforme de 3 T, dirigido en el sentido positivo del eje X. La espira gira con una velocidad angular de 100 rad/s en torno al eje Y. Calcule razonadamente, apoyándose en un esquema:
a) El flujo magnético en función del tiempo.
b) La fuerza electromotriz inducida en función del tiempo.
2020. SEPTIEMBRE. EJERCICIO 2
19) Razone qué sentido tendrá la corriente inducida en una espira cuando:
a) Acercamos perpendicularmente al plano de la espira el polo norte de un imán. Haga un esquema explicativo.
b) El plano de la espira se aleja del polo norte de un imán. Haga un esquema explicativo.
20) Una espira circular de 0,05 m de radio está en un plano horizontal entre un dispositivo de imanes que crea un campo magnético vertical hacia arriba de 0,8 T. Si durante 5·10-3 s se gira a velocidad constante el sistema de imanes, haciendo rotar 60º el campo magnético, calcule:
a) El flujo inicial y final que atraviesa la espira.
b) La fuerza electromotriz inducida en la misma.
c) La intensidad de corriente inducida si la resistencia del conductor de la espira es de 8 Ω.
2019. RESERVA 1. EJERCICIO 2. OPCIÓN A
21) Explique, con la ayuda de un esquema, cuál es el sentido de la corriente inducida en una espira cuando se le acerca la cara sur de un imán ¿Y si en lugar de acercar el imán se alejara?
2016. RESERVA 3. EJERCICIO 1. OPCIÓN A
22) Una espira circular gira en torno a uno de sus diámetros en un campo magnético uniforme. Razone, haciendo uso de las representaciones gráficas y las expresiones que precise, si se induce fuerza electromotriz en la espira en los dos siguientes casos:
(i) El campo magnético es paralelo al eje de rotación;
(ii) el campo magnético es perpendicular al eje de rotación
2018. RESERVA 2. EJERCICIO 2. OPCIÓN A
23) Una bobina circular de 20 espiras y radio 5 cm se coloca en el seno de un campo magnético dirigido perpendicularmente al plano de la bobina. El módulo del campo magnético varía con el tiempo de acuerdo con la expresión B(t)= 0,02t + 0,8t2 T. Determine:
a) El flujo magnético que atraviesa la bobina en función del tiempo;
b) la fem inducida en la bobina en el instante t = 5 s .
2018. RESERVA 2. EJERCICIO 2. OPCIÓN A
24) Una espira circular por la que circula una cierta intensidad de corriente se encuentra en reposo en el plano XY. Otra espira circular situada en el mismo plano XY se acerca con velocidad constante. Justifique si se inducirá una corriente eléctrica en la espira en movimiento y, en caso afirmativo, explique cuál será la dirección y sentido de la misma. Repita los razonamientos para el caso en que la espira en movimiento se aleje de la espira en reposo.
2018. RESERVA 3. EJERCICIO 2. OPCIÓN A
25) Enuncie la ley de inducción electromagnética y explique las características del fenómeno. Comente la veracidad o falsedad de la siguiente afirmación: un transformador eléctrico no realiza su función en corriente continua.
26) Una espira circular de 10 cm de radio, inicialmente contenida en un plano horizontal, gira a 40 π rad/ s en torno a uno de sus diámetros en el seno de un campo magnético uniforme vertical de 0,4 T. Calcule el valor máximo de la fuerza electromotriz inducida en la espira.
2018. RESERVA 4. EJERCICIO 2. OPCIÓN B
27) Una espira circular de 5 cm de radio se encuentra situada en el plano XY. En esa región del espacio existe un campo magnético dirigido en la dirección positiva del eje Z. Si en el instante inicial el valor del campo es de 5 T y a los 15 s se ha reducido linealmente a 1 T, calcule:
a) El cambio de flujo magnético producido en la espira en ese tiempo;
b) la fuerza electromotriz inducida;
c) la intensidad de corriente que circula por ella si la espira tiene una resistencia de 0,5 Ω.
2018. RESERVA 3. EJERCICIO 2. OPCIÓN A
28) Una bobina, de 10 espiras circulares de 15 cm de radio, está situada en una región en la que existe un campo magnético uniforme cuya intensidad varía con el tiempo según: B(t)= 2cos(2πt-π/4) T y cuya dirección forma un ángulo de 30º con el eje de la bobina. La resistencia de la bobina es 0,2 Ω. Calcule el flujo del campo magnético a través de la bobina en función del tiempo y la intensidad de corriente que circula por ella en el instante t =3 s .
2017. JUNIO. EJERCICIO 2. OPCIÓN A
29) Un campo magnético, de intensidad B(t)= 2sen (100πt +π) T, forma un ángulo de 45º con el plano de una espira circular de radio R =12 cm . Calcule la fuerza electromotriz inducida en la espira en el instante t=2 s .
2017. RESERVA 4. EJERCICIO 2. OPCIÓN A
30) Una espira circular de 2,5 cm de radio, que descansa en el plano XY, está situada en una región en la que existe un campo magnético B =2'5t k T donde t es el tiempo expresado en segundos.
a) Determine el valor del flujo magnético en función del tiempo y realice una representación gráfica de dicho flujo magnético frente al tiempo entre 0 y 10 s.
b) Determine el valor de la f.e.m. inducida y razone el sentido de la corriente inducida en la espira.
2016. JUNIO. EJERCICIO 3. OPCIÓN B
31) El eje de una bobina de 100 espiras circulares de 5 cm de radio es paralelo a un campo magnético de intensidad B(t)= 0,5t + 0,2t2 T. Si la resistencia de la bobina es 0,5 Ω, ¿cuál es la intensidad que circula por ella en el instante t =10 s ?
2017. RESERVA 3. EJERCICIO 2. OPCIÓN A
32) Una espira circular se encuentra en reposo en una región del espacio. Indique, razonadamente y con ayuda de un esquema, cuál será el sentido de la corriente inducida cuando:
(i) El polo norte de un imán se acerca perpendicularmente a la espira por el polo norte;
(ii) el imán está en reposo y orientado perpendicularmente a la superficie de la espira a 10 cm de su centro.
33) A una espira circular de 4 cm de radio, que descansa en el plano XY, se le aplica un campo magnético B = 0,02t3 k T, donde t es el tiempo en segundos. Represente gráficamente la fuerza electromotriz inducida en el intervalo comprendido entre t= 0 s y t =4 s .
2017. RESERVA 1. EJERCICIO 2. OPCIÓN A
34) El flujo de un campo magnético que atraviesa cada espira de una bobina de 50 vueltas viene dado por la expresión: Φ(t)=2·10-2 + 25·10-3 t2 (SI) . Deduzca la expresión de la fuerza electromotriz inducida en la bobina y calcule su valor para t =10 s , así como la intensidad de corriente inducida en la bobina, si ésta tiene una resistencia de 5 W.
2018. SEPTIEMBRE. EJERCICIO 2. OPCIÓN A
35) Razone si cuando se sitúa una espira circular de radio fijo, en reposo, en el seno de un campo magnético variable con el tiempo siempre se induce una fuerza electromotriz.
36) Una bobina de 80 espiras de radio 0,06 m se coloca en un campo magnético de manera que el flujo que la atraviesa sea máximo. Si el campo varía de acuerdo con la función B = 0,5 – 0,02t T, determine:
a) El flujo que atraviesa cada espira de la bobina en t= 10 s
b) La fuerza electromotriz inducida en la bobina.
2019. RESERVA 3. EJERCICIO 2. OPCIÓN A
37) En el seno de un campo magnético de 0’4 T se encuentra una bobina circular, de 100 espiras de 0’2 m de radio situada en un plano perpendicular al campo magnético. Determine la fuerza electromotriz inducida en la bobina en los casos siguientes referidos a un intervalo de tiempo igual a 2 s:
i) Se duplica el campo magnético.
ii) Se gira la bobina 90º en torno al eje paralelo al campo magnético.
2019. SEPTIEMBRE. EJERCICIO 2. OPCIÓN A
38) Un hilo conductor rectilíneo se encuentra junto a una espira tal como se indica en la figura. Se hace pasar una corriente continua eléctrica hacia arriba por el hilo. Justifique si se inducirá corriente en la espira en los casos siguientes:
a) La espira se encuentra en reposo.
b) La espira se mueve hacia arriba paralelamente al hilo.
c) La espira se mueve hacia la derecha.
2019. RESERVA 4. EJERCICIO 2. OPCIÓN B
39) Una bobina circular de 150 espiras y 0,12 m de diámetro gira en el seno de un campo magnético uniforme de 0,4 T inicialmente perpendicular al plano de la espira con una velocidad de 1 rad/s .
a) Calcule el flujo magnético que atraviesa la bobina en función del tiempo.
b) Determine el valor máximo de la fuerza electromotriz inducida.
2019. RESERVA 4. EJERCICIO 2. OPCIÓN B
40) Se coloca una espira circular dentro de un campo magnético uniforme B 0 perpendicular al plano de la espira y dirigido hacia adentro tal como se muestra en la figura. Explique razonadamente en qué sentido circulará la corriente inducida en la espira en los siguientes casos:
i) Si se aumenta progresivamente el radio de la espira permaneciendo constante el valor del campo.
ii) Si se mantiene el valor del radio de la espira, pero se aumenta progresivamente el valor del campo.
2019. SEPTIEMBRE. EJERCICIO 2. OPCIÓN A
41) Una espira conductora circular fija, con centro en el origen de coordenadas está contenida en el plano XY. Un imán se mueve a lo largo del eje Z. Explique razonadamente cuál es el sentido de circulación de la corriente inducida en la espira en los casos i) e ii) mostrados en las figuras.
2017. RESERVA 3. EJERCICIO 2. OPCIÓN A
42) Una espira cuadrada de 5 cm de lado se encuentra en un plano perpendicular a un campo magnético variable con el tiempo de expresión B(t)= 6t^2 + 1 (unidades SI). Calcule, ayudándose de un esquema, la expresión del flujo magnético a través de la espira en función del tiempo.
Calcule el valor de la fuerza electromotriz inducida en la espira en el instante t=10s
2021 Reserva 2
43) Una espira circular de 2,5 cm de radio, que descansa en el plano XY, está situada en una región en la que existe un campo magnético B= 2,5t2 k T donde t es el tiempo expresado en segundos.
a) Determine el valor del flujo magnético en función del tiempo y realice una representación gráfica de dicho f lujo magnético en función del tiempo y realice una representación gráfica de dicho flujo magnético frente al tiempo entre 0 y 10 s.
b) Determine el valor de la fuerza electromotriz inducida y razone el sentido de la corriente inducida en la espira.
2016 junio
44) Una espira circular de radio R se mueve con una velocidad constante v hacia la derecha, atravesando una región en la que existe un campo magnético uniforme B cuya dirección es perpendicular al plano del papel entrando en él.
a) Explique razonadamente en qué sentido circulará la corriente inducida en la espira desde que comienza a entrar en la región del campo hasta que sale enteramente del mismo.
b) Analice cualitativamente cómo varía la fuerza electromotriz inducida mientras está entrando en el campo si la espira se desplaza a una velocidad mayor.
45) Por el hilo A circula la corriente IA= 10 A
a) Determine, razonadamente, el valor y sentido de la intensidad IB, si el campo magnético total es cero en el punto P, situado a 0,25 m a la derecha del hilo A.
b Calcule la fuerza magnética que ejercen los dos hilos conductores sobre un electrón que se moviera en el mismo plano XY, con una velocidad de 5·103 m/s verticalmente hacia arriba, 0,05 m a la derecha del hilo B.
µo= 4π·10-7
2019. RESERVA 4. EJERCICIO 2. OPCIÓN A
46) Una espira rectangular está en el plano del papel y posee uno de los lados, que mide 15 cm, móvil. Éste se mueve dentro de un campo magnético uniforme de 0,8 T perpendicular al plano de la espira y hacia adentro del plano del papel con una velocidad de 0,12 m/s. Calcule:
a) La fuerza electromotriz inducida en función del tiempo.
b) la intensidad y el sentido de circulación de la corriente si la resistencia de la espira es de 0,2 ohmios.
47) a) Responda razonadamente a las siguientes cuestiones: i) ¿Puede ser nulo el flujo magnético a través de una espira colocada en una región en la que existe campo magnético?; ii) El hecho de que la f.e.m. inducida en una espira sea nula en un instante determinado, ¿implica que no hay flujo magnético en la espira en ese instante?.
48) Una bobina formada por 100 espiras circulares de radio 5 cm está situada en el interior de un campo magnético uniforme dirigid en la dirección del eje de la bobina y de módulo B ( t ) =0'1- 0'1 t2 . Determine razonadamente:
a) el flujo magnético en la bobina para t = 2 s
b) la fuerza electromotriz inducida en la bobina para t = 2s
c) el instante de tiempo en el que la fuerza electromotriz inducida es nula.