Física Electromagnética: Cuestiones Clave sobre Cargas, Campos y Circuitos

Cargas Eléctricas y Equilibrio

1B) Considere las siguientes afirmaciones sobre cargas eléctricas:

i) Si una de las cargas q en el eje y se sustituyera por una carga -q, entonces al soltar la carga 2q con velocidad inicial nula, esta seguiría en reposo.
ii) Si la carga 2q se soltara desde el reposo en el origen del sistema de coordenadas, esta se encontraría en equilibrio.
iii) La energía potencial eléctrica de la carga 2q es igual al trabajo necesario para llevarla desde el infinito hasta la posición en la que se encuentra en el diagrama.
iv) En el infinito, al no haber potencial eléctrico, la energía cinética de la carga 2q será cero.
v) En el infinito, la fuerza electrostática neta sobre la carga 2q es cero.

Son correctas: ii), iii) y v).

Capacitores de Placas Paralelas

Supongamos ahora que la configuración de las placas del ejercicio 1.A se utiliza como un capacitor de placas paralelas. Indicar cuáles de las siguientes afirmaciones son verdaderas:

i) Si duplicamos la diferencia de potencial entre las placas, entonces tanto la capacitancia como la carga de cada una de las placas se duplican.
ii) Si aumentamos la densidad de carga de cada placa, entonces la capacitancia será mayor.
iii) Para una diferencia de potencial dada, aumentar la capacitancia implica una mayor concentración de cargas en las placas del capacitor.
iv) Si cargamos el capacitor con una carga Q, y en vez de aire colocamos aceite entre sus placas (con una constante dieléctrica k=2,8), entonces la diferencia de potencial entre placas disminuye.

Son correctas: iii) y iv).

Energía y Capacitancia

i) Para una diferencia de potencial fija, si la capacitancia del capacitor se duplica, su energía acumulada también se duplica.
ii) Si la duración del destello hubiese sido mayor, manteniéndose sin cambios la potencia luminosa de salida y la diferencia de potencial, la capacitancia calculada sería menor.
iii) Cuando entre las placas de un capacitor se introduce un material de constante dieléctrica k, entonces su capacitancia aumenta en un factor k debido a que el campo eléctrico entre sus placas aumenta en dicho factor.
iv) Si un capacitor almacena una carga Q cuando está sometido a una diferencia de potencial V, entonces si lo sometemos a una diferencia de potencial 2V, tanto la carga como la capacitancia se duplican.

Son correctas: Solo la i).

Interacción Protón-Partícula Alfa

Considere que, en lugar de dos protones, fueran un protón y una partícula alfa (un núcleo de helio) que tiene prácticamente cuatro veces la masa y dos veces la carga de un protón. En esta situación, considere las siguientes aseveraciones:

i) La fuerza que ejerce la partícula alfa sobre el protón es mayor que la que ejerce el protón sobre la partícula alfa.
ii) Las aceleraciones que experimentan la partícula alfa y el protón son iguales.
iii) Ambas partículas experimentan la misma rapidez máxima.
iv) Para determinar la rapidez máxima del protón, se debe considerar la conservación de la energía y del momento lineal.

Son correctas: Solo la iv).

Propiedades de Cargas y Conductores

a) Según nuestros actuales conocimientos, no puede existir una partícula que tenga una carga igual a 1,0×10^-20 C.
b) Los potenciales eléctricos que tienen las esferas luego de separarse son iguales.
c) En un conductor en condiciones electrostáticas, el campo eléctrico en su interior siempre debe ser nulo.
d) Si la distancia entre dos cargas puntuales se duplica, entonces la fuerza entre ellas disminuye a la cuarta parte de la fuerza que existía originalmente.
e) Cualquier configuración de cargas puntuales genera en un punto determinado un campo eléctrico que decrece con el cuadrado de la distancia de las mismas al punto considerado.
f) Cualquier exceso de carga en un conductor aislado reside por completo en su superficie.

Son FALSAS: solo la e).

Configuración de Placas y Fuerzas

i) Si modificamos la polaridad de las placas y mantenemos el signo de la carga de la esfera, se mantiene la misma configuración del sistema que se observa en la figura.
ii) Si se duplica la masa de la carga, manteniéndose el resto de los valores, el potencial entre las placas se duplica.
iii) El campo producido por las placas decrece con el cuadrado de la distancia.
iv) El campo eléctrico en un punto del espacio es igual a la fuerza por unidad de carga de prueba en dicho punto.
v) En el sistema del problema, la fuerza eléctrica sobre la carga es aproximadamente 100 veces menor que la fuerza gravitatoria ejercida sobre la misma.

Son CORRECTAS: ii) y iv).

Equilibrio Electrostático y Energía

i) Para que las esferas, al ponerse en contacto, alcancen el equilibrio electrostático, se deben desplazar cargas eléctricas de modo que se igualen sus potenciales eléctricos.
ii) Si q₃ tuviera carga negativa en lugar de positiva, el resultado final sería el mismo.
iii) En el punto de máximo acercamiento entre la esfera 2 y la partícula con carga q₃, toda la energía cinética de esta se convirtió en energía potencial eléctrica.
iv) Si inicialmente ambas esferas tuvieran el mismo radio, luego de ponerse en contacto y llegar al equilibrio electrostático, quedarían con igual carga eléctrica.
v) Una vez que la partícula con carga q₃ llegó al punto de máxima aproximación a la esfera 2, comienza a retroceder en la misma dirección con una aceleración constante. (Caso de 2 cargas con R distinto e igual signo).

Son correctas: i), iii) y iv).

Capacitores y Dieléctricos

a) La capacitancia del capacitor permanece constante al introducir el dieléctrico, ya que este no afecta la geometría de las placas.
b) La fuerza eléctrica ejercida sobre el ion es independiente del medio dieléctrico presente en el capacitor.
c) Si a un capacitor que lo mantenemos conectado a una batería le insertamos un material dieléctrico entre sus placas, entonces la energía que almacena es menor que cuando no tenía dieléctrico.
d) La aceleración del ion es menor al introducir el dieléctrico.
e) La constante dieléctrica puede tener valores menores que 1 dependiendo del material utilizado.
f) El trabajo realizado por el campo eléctrico sobre el ion depende de la masa del ion y la diferencia de potencial entre las placas. (Caso ion calcio con carga +2e).

Es correcta: d).

Circuitos Eléctricos y Corriente

2B) Considere las siguientes afirmaciones:

i) La potencia entregada por la fuente no cambia al cerrar el interruptor porque la FEM que entrega es constante.
ii) La intensidad de corriente a través de R sería mayor si conectásemos ambos resistores R₀ en serie.
iii) Si bien la corriente se establece casi instantáneamente a través del segundo R₀, los portadores de carga se mueven muy lentamente (algunos cm/s o menos aún).
iv) Cuando los portadores de carga atraviesan los resistores, pierden parte de su energía.
v) Para medir cuánta intensidad atraviesa al resistor R₀, habría que colocar un amperímetro en paralelo a este.

Son correctas: iii) y iv).

Fuerzas y Campos Magnéticos

a) Si la separación entre los cables se duplicara, la fuerza entre los conductores se reduciría a la cuarta parte.
b) Si la corriente que circula por cada alambre se duplicara, entonces la magnitud de la fuerza entre los alambres también se duplicaría.
c) La magnitud del campo magnético que crea un alambre recto de longitud infinita en un punto del espacio determinado, decrece con el cuadrado de la distancia entre dicho punto y el alambre.
e) El campo magnético que crea un alambre recto de longitud infinita en un punto del espacio determinado, es perpendicular a la dirección del alambre y está en el plano determinado por el alambre y el punto considerado.

Es correcta: d).

Comportamiento de Capacitores y Circuitos

a) Si se espera tiempo suficiente luego de encender la batería, deja de circular corriente porque el campo eléctrico debido al capacitor contrarresta el generado por la fuente.
b) La corriente eléctrica se mueve en el sentido de mayor a menor potencial, de forma opuesta a los portadores de carga típicos de un cableado de cobre.
c) Si las resistencias de la rama izquierda estuvieran en serie, al momento de cambiar la conexión del interruptor, la carga almacenada habría sido menor.
d) El capacitor almacena energía en forma de campo eléctrico, que luego es transformada en radiación EM (térmica y del rango visible) por la lamparita.
e) El campo magnético en el centro de la rama izquierda es entrante mientras se carga el capacitor, y en el centro de la rama derecha también es entrante mientras se descarga.
f) Los portadores de carga que se mueven por el circuito no son inyectados por la fuente.

Es incorrecta la opción: e).

Propiedades de Condensadores y Partículas Cargadas

a) La capacitancia del condensador vale 2,95×10^-11 F.
b) La energía cinética del protón no varía mientras describe la órbita semicircular en la región donde existe B₀.
c) Si se mantiene el ΔV entre las placas y se duplica la distancia d entre las placas, entonces el radio r de la órbita se duplica.
d) Si se mantiene el ΔV entre las placas y se duplica la distancia d entre las placas, entonces el campo eléctrico E entre las placas se reduce a la mitad.
e) Si entre las placas del capacitor colocamos un dieléctrico de constante k, y mantenemos el ΔV entre las placas, entonces el capacitor puede almacenar una energía eléctrica k veces mayor.

Es incorrecta la opción: c).

Resistividad y Conductores

a) La resistividad de un material no varía con la temperatura.
b) Si se duplica el largo del conductor es lo mismo que poner dos conductores idénticos al original en paralelo.
c) La velocidad con la que se desplaza un electrón de conducción en un conductor depende del material del cual esté fabricado dicho conductor.
d) La resistividad de cualquier conductor disminuye al aumentar el área de sección del conductor.
e) El campo magnético (B) que crea el conductor en un punto del espacio determinado, es perpendicular a la dirección del conductor y está contenido en el plano determinado por el conductor y el punto considerado.
f) El campo magnético que crea el conductor en un punto determinado, es proporcional a la corriente que circula por él e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia del punto al conductor.

Es correcta la opción: c).

Mediciones y Ley de Ohm

a) Los portadores de carga positivos en un circuito se mueven de un potencial menor a un potencial mayor, siendo la diferencia de potencial generada por la fuente FEM.
b) Para que las mediciones no sean afectadas significativamente, se debe insertar en serie un amperímetro con la mayor resistencia interna posible.
c) Si quisiéramos medir la caída de tensión en un resistor, debemos conectar un voltímetro en serie con dicho resistor.
d) La resistividad de cualquier conductor disminuye al aumentar el área de sección del conductor.
e) En los conductores no óhmicos, la corriente que circula por ellos es siempre proporcional a la diferencia de potencial entre sus extremos.
f) Si consideramos a un resistor como un cilindro de área A, resistividad ρ y longitud L, y si duplicamos la longitud L, entonces la potencia que disipa se reduce a la mitad cuando está conectado a una fuente de voltaje constante.

Es correcta: f).

Inducción Electromagnética y Conductividad

Si la bobina fuese de otro material menos conductor (mayor resistividad), entonces la potencia que disipa la bobina debido a la corriente inducida sería menor. VERDADERO
La Ley de Faraday de la inducción electromagnética se aplica exclusivamente en circuitos cerrados. FALSO

Propiedades de Conductores y Resistencia

Considere ahora un conductor genérico de resistividad dada. ¿Cuál de las siguientes afirmaciones es la verdadera?

a) Si se duplica el largo del conductor, la resistividad se duplica.
b) Duplicar el largo del conductor es lo mismo que poner dos conductores idénticos al original en serie.
c) La conductividad aumenta al aumentar el área de sección del conductor.
d) Si se conecta el conductor a una batería ideal, la energía disipada por unidad de tiempo por el conductor no depende de su resistencia.
e) Si se conecta el conductor a una batería ideal, la caída de potencial en los extremos del conductor es menor cuanto mayor sea la resistencia.
f) La Ley de Ohm establece que la resistencia del conductor es igual al cociente entre la diferencia de potencial entre sus extremos y la corriente que circula por el mismo.

Opción correcta: b).