Ricardo Alberto Ramírez Barrozo G1N24ricardo 174759 Banco de preguntas Ricardo Alberto Ramírez Barrozo G1N24ricardo 174759

¿Matemáticamente qué es el voltaje? 𝑉= 𝑈 𝑞 𝑉= 𝐹 𝑞 𝑉= 𝑈 𝑟 𝑉= 𝐵 𝑟 Donde U es la energía potencial, F es la fuerza electrostática y B es el campo magnético.

Justificación El voltaje es la energía potencial por unidad de carga. Se define el voltaje V en cualquier punto en el campo eléctrico como la energía potencial U por unidad de carga asociada con una carga de prueba q0 en ese punto.

¿Cuáles son la unidades del voltaje? 𝑉 𝑚 𝐶𝑉 𝐴 𝐽 𝐶 Donde V son volts, C son Coulombs, A son Amperes y J son Joules

Justificación Si recordamos la definición de voltaje tendremos que 𝑉= 𝑈 𝑞 Entonces, ya que las unidades de energía son Joules y las de carga son Coulombs, el voltaje tendrá sus unidades en 1𝑉= 𝐽 𝐶

¿Que es un electronvolt (eV)? Es un unidad de energía Es un submúltiplo de un volt Es el numero de electrones presentes en un volt Ninguna de las anteriores

Justificación Cuando una partícula con carga q se desplaza de un punto en el que el potencial es Vb a otro en que es Va, el cambio en la energía potencial U es… 𝑈 𝐴 − 𝑈 𝐵 =𝑞 𝑉 𝐴 − 𝑉 𝐵 =𝑞 𝑉 𝐴𝐵 Si la carga q es igual a la magnitud e de la carga del electrón, 1,6∗ 10 −19 C, y la diferencia de potencial es Vab, el cambio en la energía es… 𝑞 𝑉 𝐴𝐵 =1,6∗ 10 −19 𝐶∗1𝑉=1,6∗ 10 −19 𝐶𝑉=1,6∗ 10 −19 𝐽 Esta cantidad de energía se define como 1 electrón volt (1 eV)

¿A que es igual el voltaje entre dos placas conductoras paralelas con cargas opuestas? 𝐸∆𝑦 qE 𝑞 𝑉

Justificación El voltaje en un punto y , entre las dos placas producido por el campo E sobre la partícula q, es 𝑉= 𝑈 𝑞 = 𝑞𝐸∆𝑦 𝑞 Por lo que al simplificar queda resumida la expresión en 𝑉=𝐸∆𝑦

Si se efectúa la integral 𝑉= 𝐸∙𝑑𝑙 para una trayectoria cerrada como la que se aprecia en la figura, la integral siempre será igual a cero, independientemente de la forma de la trayectoria y de dónde se localicen las cargas en relación con ésta. Explique por qué es así. Porque el limite de integración superior e inferior son iguales. Porque los vectores de campo se cancelan. Las respuestas a y b son correctas. Ninguna de las anteriores.

Justificación La energía potencial es una función de estado por lo que no depende de la trayectoria sino del cambio de posición así que ya que en una trayectoria cerrada tanto el punto de inicio como el de finalización son iguales y en consecuencia el desplazamiento es cero lo que se vera reflejado en la integral don de los limites de integración serán iguales y al evaluarse la integral esta se hará igual a cero sin importar la posición de las cargas o como sea la trayectoria

¿Qué tan lejos de una carga puntual de -7 ¿Qué tan lejos de una carga puntual de -7.20 μC debe situarse una carga puntual de 2.30 μC para que la energía potencial eléctrica U del par de cargas sea -0.400 J? -0,37 m 0,37 m 0,61 m -0,61 m r=? -7.20 μC 2,30 μC

Recordemos a que es igual la energía potencial eléctrica 𝑈=𝑘 𝑞 0 𝑞 1 𝑟 𝑈=𝑘 𝑞 0 𝑞 1 𝑟 Si despejamos r tendremos 𝑟=𝑘 𝑞 0 𝑞 1 𝑈 Remplazando por los valores dados en el problema 𝑟=9∗ 10 9 𝐽 𝑚 𝐶 2 −7.20∗ 10 −6 𝐶∗2,30∗ 10 −6 𝐶 −0,400 𝐽 𝑟=0,37 𝑚

Una carga puntual tiene una carga de 2,50. 10-11 C Una carga puntual tiene una carga de 2,50 *10-11 C. ¿A qué distancia de la carga puntual el potencial eléctrico es de? a) 90.0 V b) 30.0 V 2,5 mm y 5,0 mm 2,5 mm y 7,5 mm 2,5 m y 7,5 m

El potencial se define como 𝑉=𝑘 𝑞 𝑟 ∴𝑟=𝑘 𝑞 𝑉 Entonces al remplazar Para 90,0 V 𝑟=9∗ 10 9 𝑉𝑚 𝐶 2,5∗ 10 −11 𝐶 90,0 𝑉 =2,5∗ 10 −3 𝑚 1 𝑚𝑚 1∗ 10 −3 𝑚 =2,5 𝑚𝑚 Para 30,0 V 𝑟=9∗ 10 9 𝑉𝑚 𝐶 2,5∗ 10 −11 𝐶 30,0 𝑉 =7,5∗ 10 −3 𝑚 1 𝑚𝑚 1∗ 10 −3 𝑚 =7,5 𝑚𝑚

A cierta distancia de una carga puntual, el potencial y la magnitud del campo eléctrico debido a esa carga son 4.98 V y 12.0 V/m, respectivamente. ¿Cuál es la distancia a la carga puntual? ¿Cuál es la magnitud de la carga? 0,4 m 2,3 ÅC 0,4 m 2,3 C 0,4 m 2,3 μC 0,4 m 2,3 mC

El campo eléctrico puede definirse como 𝐸= 𝑉 𝐷 ∴𝐷= 𝑉 𝐸 = 4,98𝑉 12,0 𝑉/𝑚 =0,415 𝑚 De la definición de voltaje 𝑉=𝑘 𝑞 𝑟 ∴ 𝑉𝑟 𝐾 =𝑞= 4,98𝑉∗0,415 𝑚 9∗ 10 9 𝑉𝑚 𝐶 =2,3∗ 10 −10 𝐶

Una partícula pequeña tiene carga de -5.00 μC y masa de 2.00 * 1024 kg. Se desplaza desde el punto A, donde el potencial eléctrico es VA = 200 V, al punto B, donde el potencial eléctrico es VB = 800V. La fuerza eléctrica es la única que actúa sobre la partícula, la cual tiene una rapidez de 5.00 m/s en el punto A. ¿Cuál es su rapidez en el punto B? 2,0 m/s 5,0 m/s 7,4 m/s -2,0 m/s VA=200 V v = 5 m/s -5,00 μC VB = 800 V v = ? m/s

El voltaje entre los dos puntos es igual a … 𝑉 𝐴𝐵 = 𝑉 𝐴 − 𝑉 𝐵 =200 𝑉−800 𝑉=−600 𝑉 Por la definición de voltaje… 𝑉 𝐴𝐵 = 1 𝑞 𝑈 𝐴 − 𝑈 𝐵 ∴𝑞 𝑉 𝐴𝐵 = 𝑈 𝐴 − 𝑈 𝐵 =−600 𝑉 ∗−5,00∗ 10 −6 𝐶=3∗ 10 −3 𝐽 𝑈 𝐴 − 𝑈 𝐵 =−∆ 𝑈 𝐴𝐵 Si recordamos la ley de conservación de la energía −∆ 𝑈 𝐴𝐵 =∆ 𝐾 𝐴𝐵 Despejando K en el punto B −∆ 𝑈 𝐴𝐵 + 𝐾 𝐴 = 𝐾 𝐵 Sabiendo que es K y luego despejando 𝑣 𝐾= 1 2 𝑚 𝑣 𝐵 2 ∴ 𝑣 𝐵 = 2 𝐾 𝐵 𝑚 Remplazando 𝐾 𝐵 , tenemos 𝑣 𝐵 = 2 −∆ 𝑈 𝐴𝐵 + 𝐾 𝐴 𝑚 Ya casi terminamos remplazamos 𝐾 𝐴 por su expresión completa 𝑣 𝐵 = 2 −∆ 𝑈 𝐴𝐵 + 1 2 𝑚 𝑣 𝐴 2 𝑚 Entonces la velocidad en B será 𝑣 𝐵 =7,4 m/s

En un bulbo conocido como diodo existen dos placas una llamada cátodo que emite electrones y llamada una ánodo que los “recibe”. Entre el cátodo y ánodo, hay una diferencia de potencial de 295 V. Un electrón sale de la superficie del cátodo con rapidez inicial igual a cero. Calcule su rapidez al incidir en el ánodo y el rango de la onda electromagnética generada al impactar el electrón. 1,02*107 m rayos x 1,02*107 m visible 1,02*107 m gamma 1,02*107 m IR

El voltaje entre los dos puntos es igual a … 𝑉 𝐶𝐴 = 𝑉 𝐶 − 𝑉 𝐴 =295 𝑉 Por la definición de voltaje… 𝑉 𝐶𝐴 = 1 𝑞 𝑈 𝐶 − 𝑈 𝐴 ∴𝑞 𝑉 𝐶𝐴 = 𝑈 𝐶 − 𝑈 𝐴 =295 𝑉 ∗1,6∗ 10 −19 𝐶=4,72∗ 10 −17 𝐽 𝑈 𝐶 − 𝑈 𝐴 =−∆ 𝑈 𝐶𝐴 Si recordamos la ley de conservación de la energía −∆ 𝑈 𝐶𝐴 =∆ 𝐾 𝐶𝐴 Despejando K en el ánodo, y como 𝑣 𝐶 =0 y 𝐾 𝐶 =0 entonces −∆ 𝑈 𝐶𝐴 = 𝐾 𝐴 Sabiendo que es K y luego despejando 𝑣 𝐾= 1 2 𝑚 𝑣 𝐴 2 ∴ 𝑣 𝐴 = 2 𝐾 𝐴 𝑚 Remplazando 𝐾 𝐵 , tenemos 𝑣 𝐴 = 2 −∆ 𝑈 𝐶𝐴 𝑚 Entonces la velocidad en el ánodo será 𝑣 𝐵 =1,02∗ 10 7 m/s La energía cinética en el ánodo es igual a la energía de la onda 𝐾 𝐴 =𝐸=ℎ𝜈∴ 𝐸 ℎ =𝜈= 𝑐 𝜆 ∴𝜆= 𝑐 𝜈 = 3∗ 10 8 𝑚/𝑠 7,13∗ 10 16 𝐻𝑧 =4,21∗ 10 −9 𝑚=421𝑛𝑚 La onda esta en el rango visible del espectro electromagnetico