Tarea 2. Carga eléctrica y Ley de Coulomb Felipe Muñoz Pinilla Grupo 3 Cód.: 245259

Calcule el numero de partículas en un cm3 de atmosfera respirable Conociendo que la composición del aire es de principalmente Nitrógeno (78%) y Oxigeno (21%), a condiciones estándar (1 atm y 25 °C), tenemos: N 2 =1 cm 3 ∗ 1,2505 g N 2 1 cm 3 ∗ 1 mol N 2 28,01 g N 2 ∗ 6,022× 10 23 atomos N 2 1 mol N 2 =2,688× 10 22 atomos N 2 O 2 =1 cm 3 ∗ 1,429 g O 2 1 cm 3 ∗ 1 mol O 2 32,00 g O 2 ∗ 6,022× 10 23 atomos O 2 1 mol O 2 =2,689× 10 22 atomos O 2 2,688× 10 22 atomos N 2 ×0,78= 2,097× 10 22 atomos N 2 2,689× 10 22 atomos O 2 ×0,21= 5,647× 10 21 atomos O 2 2,162× 10 22 atomos ó particulas En cm3 de atmosfera respirable existen aproximadamente 2,162 x 1022 partículas.

¿Qué es un Coulomb? Un Coulomb es la cantidad de electricidad transportada en 1 segundo por una corriente de intensidad de 1 ampere. Nombrada en honor del físico francés Charles-Augustin de Coulomb.

Para un electrón (e-): q = - 1,6 x 10-19 C m = 9,1 x 10-31 Kg ¿Cuantos electrones tiene una partícula cuya carga eléctrica es un Coulomb y cual es su masa en Kg? Para un electrón (e-): q = - 1,6 x 10-19 C m = 9,1 x 10-31 Kg Número de e − = 1 C 1,6 × 10 −19 C =6,25× 10 18 e − Masa de la particula=6,25× 10 18 ∗9,1× 10 −31 =5,7× 10 −12 Kg Una partícula con una carga eléctrica de 1 Coulomb tiene 6,25 x 1018 electrones y una masa de 5,7 x 10-12 Kg.

Para un protón (p+): q = 1,6 x 10-19 C m = 1,7 x 10-27 Kg ¿Cuantos protones tiene una partícula cuya carga eléctrica es un Coulomb y cual es su masa en Kg? Para un protón (p+): q = 1,6 x 10-19 C m = 1,7 x 10-27 Kg Número de p + = 1 C 1,6 × 10 −19 C =6,25× 10 18 p + Masa de la particula=6,25× 10 18 ∗1,7× 10 −27 =1,1× 10 −8 Kg Una partícula con una carga eléctrica de 1 Coulomb tiene 6,25 x 1018 protones y una masa de 1,1 x 10-8 Kg.

Haga un estimado de las dimensiones de las partículas arriba mencionadas. Suponga que cada partícula esta confinada en un volumen de un Armstrong cubico Electrón (e-): r = 2,82 x 10-15 m V = 9,34 x 10-44 m3 A superficie = 9,9 x 10-29 m2 Protón (p+): r = 8,8 x 10-16 m V = 2,9 x 10-45 m3 A superficie = 9,73 x 10-30 m2

¿Cuál es el campo eléctrico que “siente” un electrón en un átomo de Hidrogeno? Para el calculo del campo eléctrico se debe tener en cuenta que el radio de un átomo de Hidrogeno es de 5,3 x 10-11 m y la carga de un electrón es de 1,6 x 10-19 C E= k∗ 𝑞 𝑝 r 2 = 8,9× 10 9 𝑁 𝑚 2 𝐶 2 1,6× 10 −19 C 5,3× 10 −11 𝑚 2 =5,07× 10 11 𝑁 𝐶 En un átomo de Hidrogeno el electrón “sentiría” un campo eléctrico equivalente a 5,07 x 1011 N/C

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 Sabiendo que el campo eléctrico que ejerce un electrón sobre un protón, en un átomo de Hidrogeno, es 5,07 x 1011 N/C, entonces: F E = k∗ q e ∗ q p r 2 F E =E ∗ 𝑞 𝑒 F E = 5,07× 10 11 N C 1,6× 10 −19 C =8,11× 10 −8 N La fuerza eléctrica que produce el campo eléctrico de un protón a un electrón es de 8,11 x 10-8 N

Calcule la fuerza gravitacional con la que es atraído por un protón en un átomo de Hidrógeno. Compárela con la fuerza eléctrica m e- = 9,1 x 10-31 Kg m p+ = 1,7 x 10-27 Kg F G = G∗ m 1 ∗ m 2 r 2 F G = 6.67 × 10 −11 N m 2 Kg 2 (9,1× 10 −31 Kg)(1,7× 10 −27 Kg) (5,3× 10 −11 m) 2 F G =3,67 × 10 −47 N La fuerza gravitacional es mucho menor a la fuerza eléctrica, debido a que los protones y los electrones son partículas extremadamente pequeñas.

¿Cuáles son las unidades del campo eléctrico? La unidad del campo eléctrico en el sistema internacional es el Newton por Coulomb (N/C), que se encuentra haciendo el análisis dimensional: E= K∗q r 2 = N∗ m 2 C 2 ∗C m 2 = N C Otras unidades usadas para describir el campo eléctrico son el Voltio por metro (V/m) y en unidades básicas (Kg*m)/(s3*A).

¿Qué es un dispositivo denominado capacitor (también conocido como condensador o filtro)?, describa sus características Es un dispositivo que almacena carga eléctrica. Esta 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. Conexión de carga negativa Conexión de carga positiva Dieléctrico Placa de metal Aluminio Aislante plástico En su forma más sencilla, 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.

Calcule el campo eléctrico en el interior de un capacitor Suponiendo que el área entre las placas es mucho menor que la distancia entre ellas, que no hay efecto de borde y que el campo es constante, el campo eléctrico vendría dado por: E = σ ε 0 u

¿Qué es un electrómetro ¿Qué es un electrómetro?. Puede hacer uno de bolsillo con materiales caseros con un costo de menos de $50.oo Al igual que el electroscopio es un instrumento que sirve para detectar carga y medir el potencial eléctrico, pero este esta dotado de una escala para medir efectivamente el potencial. Para construir un electrómetro con menos de $50, se puede reciclar una botella de plástico o vidrio, con tapa, un alambre de metal y una lamina larga de aluminio. Se pone una medida por detrás graduada con un transportador y conseguimos medir la repulsión de ambas laminas cuando se cargan.