Solucionario Fisica 200 3p4656

Se tiene un hilo conductor por el que circula una corriente de intensidad I. Coplanar al hilo se dispone una espira rectangular de dimensiones 2 cm x 5 cm con el lado mayor paralelo al hilo. La espira tiene una resistencia de 0'01 ohmmios y su centro está a 10 cm del hilo. Movemos la espira con velocidad constante de 5 m/s hasta que su centro está a 20 cm del hilo y medimos una circulación de cargas de

5.10-8 culombios. Determinar la Intensidad que circula por el hilo y la intensidad por la espira en función del tiempo.

Según la ley de Faraday-Lenz la intensidad i que circula por la espira es: i = ( - dF /dt ) /R = dq /dt dq = - dF /R

®

®

q = (Fi - Ff) /R

[1]

El flujo del campo magnético, creado por la corriente I, en un instante determinado, estando el centro de la espira a una distancia x del hilo, es:

Sustituyendo en [1] y despejando la intensidad del hilo I:

La f.e.m. inducida será:

Un haz de electrones acelerado por una diferencia de potencial de 300 V, se introduce en una región donde hay un campo magnético uniforme perpendicular al plano del papel y hacia el lector de intensidad 1.46 10-4 T. La anchura de la región es de 2.5 cm. Si no hubiese campo magnético los electrones seguirían un camino rectilíneo.  

¿Qué camino seguirán cuando se establece el campo magnético?. ¿Cuánto se desviarán verticalmente al salir de la región?. Razónese las respuestas

Datos: masa del electrón 9.1 10-31 kg, carga 1.6 10-19 C.

Un electrón es acelerado por una diferencia de potencial de 300 V, entra en una región donde hay un campo eléctrico producido por las placas de un condensador de 40 cm de longitud y separadas 4 cm a las cuales se le aplica una diferencia de potencial de 100 V. Calcular   

La velocidad inicial del electrón antes de entrar en dicha región.  El punto de impacto o la desviación del electrón a la salida de las placas.  Ahora, aplicamos un campo magnético perpendicular al plano. Determinar la  intensidad y el sentido (hacia dentro o hacia afuera) del campo magnético para que  el electrón no se desvíe. 

Razónese todas las respuestas dibujando los vectores correspondientes

Datos: carga del electrón 1.6 10-19 C, masa 9.1 10-31 kg.

Un electrón es acelerado por una diferencia de potencial de 300 V, entra en una región donde hay un campo eléctrico producido por las placas de un condensador de 40 cm de longitud y separadas 4 cm a las cuales se le aplica una diferencia de potencial de 100 V. Calcular el punto de impacto o la desviación del electrón a la salida de las placas. Ahora, aplicamos hay un campo magnético perpendicular al plano. Determinar la intensidad y el sentido ( hacia dentro o hacia afuera) del campo magnético para que el electrón no se desvíe.

Se suprime el campo eléctrico, determinar el radio de la órbita del electrón. Dibujar su trayectoria. ¿Chocará contra las placas?. Razónese todas las respuestas haciendo los esquemas correspondientes. Datos: carga del electrón 1.6 10-19 C, masa 9.1 10-31 kg.

9.- Un haz de electrones acelerados por una diferencia de potencial de 300 V, se introduce en una región donde existe un campo magnético uniforme dirigido desde el plano del papel hacia el lector, la anchura de la región es de 2.5 cm. Si no hubiese campo magnético, el haz de electrones produciría una mancha en el punto F de la pantalla fluorescente situada a 5 cm del borde de dicha región. Cuando se conecta un campo magnético de 1.46·10-3 T. Dibujar el arco de circunferencia que describe el electrón y calcular su radio. Determinar la desviación del haz en la pantalla. Datos del electrón, m=9.1·10-31 kg, q=1.6·10-19 C.

Una espira rectangular por las que circula una corriente de 5 A, de dimensiones 10 y 15 cm está en una región en la que hay un campo magnético uniforme B=0.02 T a lo largo del eje Z, la espira forma un ángulo de 30º con el plano XY tal como se indica en la figura 

Dibujar las fuerza sobre cada uno de los lados de la espira, calcular su módulo



Hallar el momento (módulo, dirección y sentido) de las fuerzas respecto del eje de rotación.

Por una espira rectangular de la de lados 6 y 8 cm circula una corriente de 10 A en el sentido indicado en la figura. Está en el seno de un campo magnético uniforme B=0.2 T dirigido a lo largo del eje Y tal como se muestra en las figuras. La espira está orientada de modo que el ángulo θ=60º. 

Calcular la fuerza sobre cada lado de la espira dibujando su dirección y sentido tanto en el espacio (figura de la izquierda) como en la proyección XY (derecha).



El momento de dichas fuerzas (módulo, dirección y sentido) respecto del eje de rotación Z.

5.- Una corriente rectilínea está cerca de una espira rectangular, tal como se muestra en la figura. Calcular. La fuerza que ejerce el campo magnético producido por la corriente rectilínea sobre los lados AB, BC, CD y DA de la espira cuando está a una distancia de10 cm.

Se tienen dos cilindros concéntricos, uno de ellos hueco por el que circula una corriente I uniformemente distribuida en su sección, y por el otro circula la misma corriente pero en sentido contrario, estando también distribuida uniformemente por su sección. Calcular el campo magnético para puntos a una distancia r del eje:  rc

Un hilo rectilíneo conduce una corriente de 4 A, un cable cilíndrico de 3 cm de radio conduce la misma corriente, uniformemente distribuída, pero en sentido contrario.  Determínese, aplicando la ley de Ampère, la expresión de campo magnético producido por cada una de las corrientes rectilíneas indefinidas a una distancia r, de forma separada.  Hallar el campo magnético (módulo, dirección y sentido), en los puntos (13 cm, 0), y en el punto (0 cm, 4 cm) producido por las dos corrientes. Por último, hallar la fuerza, (módulo, dirección y sentido) que ejerce el cable sobre la unidad de longitud del hilo rectilíneo

El módulo del campo magnético producido por una corriente rectilíneo indefinida en un punto P situado a una distancia r vale . Tres largos conductores rectilíneos conducen la misma corriente I=2A en los sentidos indicados en la figura. Calcular el campo magnético en los puntos A (-a, 0), B(0, 0) y C (a, 0), siendo a=10 cm.

Sabiendo que los símbolos representan corrientes rectilíneas indefinidas perpendiculares al plano del papel, y en el sentido indicado. Determínese el vector campo magnético resultante en P

Un cable cilíndrico muy largo de radio 3 cm conduce una corriente de 4 A, uniformemente distribuida, un hilo rectilíneo indefinido paralelo al cable y situado a 12 cm del centro del cable, conduce la misma corriente pero en sentido opuesto.  Determínese, razonadamente, el módulo, dirección y sentido del campo magnético producido por una corriente rectilínea indefinida a una distancia r.  La expresión del campo B para ra, siendo a el radio de la corriente rectilínea uniformemente distribuida.  Hallar el campo magnético (módulo, dirección y sentido), en los puntos (-1.5 cm, 0), (13 cm, 0), y en el punto (6 cm, 4 cm).

Un cable cilíndrico muy largo de radio 3 cm conduce una corriente de 4 A, (hacia afuera) uniformemente distribuida , un hilo rectilíneo indefinido paralelo al cable y situado a 12 cm del centro del cable, conduce la misma corriente pero en sentido opuesto (hacia adentro).  Determinar el campo magnético (módulo, dirección y sentido), en los puntos (x=1.5 cm, y=0) y ( x=6 cm y= 4 cm).  Hallar la fuerza (módulo, dirección y sentido) que ejerce el cable sobre una unidad de longitud del hilo rectilíneo.

Dos conductores cilíndricos muy largos y paralelos, tienen el mismo radio, 3cm, y conducen corrientes en sentidos opuestos, el de la izquierda 3 A hacia dentro, y el de la derecha 5 A hacia afuera. La distancia entre los centros de los dos conductores es de 12 cm.  Determinar de forma razonda el campo magnético en el punto P de coordenadas (2, -2).c

Un cable cilíndrico muy largo de radio 5 cm conduce una corriente de 8 A, uniformemente distribuida, otro cable de la misma forma y dimensiones paralelo al anterior y situado a 12 cm del centro del primero, conduce la misma corriente pero en sentido opuesto. 

Aplicando la ley de Ampère deducir razonadamente, la expresión del campo B para  r a, siendo a el radio de la corriente rectilínea uniformemente  distribuida. 



Hallar el vector campo magnético, en los puntos A (-2 cm, 0), y en el punto B (12 cm, 4).

Un cable cilíndrico hueco muy largo de radio interior a=2 cm y exterior b=4 cm conduce una corriente de 8 A, uniformemente distribuida en su sección, otro cable rectilíneo paralelo al anterior y situado a 12 cm del centro del primero, conduce la misma corriente pero en sentido opuesto. Aplicando la ley de Ampère a cada corriente de forma aislada, deducir  razonadamente, la expresión del campo B en función de la distancia r a la corriente:  

para una corriente de intensidad i, que circula por un cable rectilíneo e indefinido.  Para una corriente de intensidad I que circula por un cable cilíndrico hueco de  radios interior a y exterior b, en los intervalos:  r b. 



Hallar el vector campo magnético, en los puntos O (0, 0 cm), y en el punto A (0, 3  cm) B (6, 6)   

Determinar, razonadamente, el módulo y la dirección del campo magnético producido por un toroide de N espiras por el que circula una corriente de intensidad i, a una distancia a b. Calcular el coeficiente de autoinducción. Datos, a=5 cm, b=10 cm, sección rectangular de altura h=1 cm Si por el toroide circula una intensidad i=2 A, calcula la energía almacenada en el toroide en forma de campo magnético. En el instante t=0 se desconecta de la batería, deduce como

varía la intensidad en el toroide con el tiempo, y dibújalo en una gráfica i-t. ¿En qué se convierte la energía almacenada en el toroide?

7.- Una varilla conductora de masa 10 g desliza sobre carriles paralelos distantes 20 cm y que forman un ángulo de 30º con el plano horizontal. Los carriles se cierran por la parte inferior, tal como se indica en la figura. En la región existe un campo magnético uniforme y perpendicular al plano horizontal de intensidad 1 T.    

Calcular la fem en función de la velocidad constante de la varilla. La intensidad de la corriente inducida si la resistencia del circuito es de 10 . La(s) fuerza(s) sobre la varilla. ¿Cuánto valdrá la velocidad de la varilla cuando desliza con movimiento uniforme? (se desprecia el rozamiento). Razonar las respuestas dibujando los esquemas correspondientes.

Determinar, aplicando la ley de Ampère, el campo magnético producido por una corriente rectilínea e indefinida de intensidad i. Una corriente rectilínea conduce una corriente de 10 A. La espira rectangular una corriente de 2 A en el sentido de las agujas del reloj. Calcular.   

La fuerza (módulo, dirección y sentido) que ejerce la corriente rectilínea sobre cada uno de los lados de la espira El coeficiente de inducción mutua. Supongamos ahora, que la corriente rectilínea tiene una amplitud de 10 A y una frecuencia de 60Hz, determinar la intensidad de la corriente inducida en la espira, si su resistencia es de 40 Dibújese sobre la espira el sentido de dicha corriente cada cuarto de periodo. Dibujar en un mismo gráfico, intensidad - tiempo, la intensidad en la corriente rectilínea y la intensidad en la espira. Razónese las respuestas.

xplicar el funcionamiento de un transformador. Una casa de campo precisa de 18 kW y toma la corriente de una red de 15 kV. Los aparatos instalados en la casa funcionan a 220 V. El transformador que nos reduce la tensión tiene un rendimiento del 90% y su secundario tiene 40 espiras. Calcular:  

La intensidad en el primario y en el secunadrio. El número de espiras del primario.



Determinar, razonadamente la intensidad del campo magnético en el interior de un solenoide de longitud L, y de N vueltas, por el que circula una corriente de intensidad I. Obtener el coeficiente de inducción mutua de dos solenoides rectos largos y concéntricos de N1 y N2 espiras, longitud L1 y L2, y secciones S1 y S2 respectivamente. Datos: n1= 100 espiras por cm, n2=150 espiras por cm. S1= 9/ cm2, S2=3/ cm2. L1= 20 cm, L2=30 cm.







Si por el primario, solenoide exterior, circula una corriente, como indica la figura, obtener y hacer un gráfico de la corriente del secundario, sabiendo que su resistencia es de 50 Razónese la respuesta a partir de esquemas en los que se especifique el sentido de la corriente en el primario y en el secundario

Una espira cuadrada de lado 2a y resistencia R se mueve con velocidad constante v hacia la derecha como se muestra en la figura, penetra en una región de anchura 2b donde hay un campo magnético uniforme perpendicular al plano del papel y hacia fuera de módulo B. Calcular en los tres casos siguientes: cuando la espira se está introduciendo, está introducida, y está saliendo de la región que contiene el campo magnético   



El flujo en función de la posición x del centro de la espira. La fem y el sentido de la corriente inducida, justificando la respuesta en términos de la ley de Lenz Dibujar la fuerza que ejerce el campo magnético sobre cuatro portadores de carga situados en cada lado de la espira en los tres casos citados, justificando el sentido de la corriente inducida del apartado anterior por otro procedimiento. Dibuja y calcula la fuerza que ejerce el campo magnético sobre la corriente inducida en los tres casos. ¿Qué fuerza tenemos que ejercer para que la espira se mueva con velocidad constante?. Calcula la energía por unidad de tiempo (potencia) mecánica y la disipada en la resistencia. ¿Coinciden?

Una varilla conductora de masa 10 g desliza sobre carriles paralelos verticales distantes 20 cm. Los carriles muy largos se cierran por la parte inferior, tal como se indica en la figura. En la región existe un campo magnético uniforme y perpendicular al plano del papel de intensidad 1.5 T.  Determinar el sentido de la corriente inducida aplicando la ley de Lenz.  Dibujar la fuerza sobre un portador de carga positivo situado en la varilla AB. De su sentido indicar si el potencial de A es mayor o menor que el de B y justificar cómo circula la corriente en el circuito.  Dibuja las fuerzas sobre la varilla AB. La varilla parte del reposo, su velocidad se incrementa indefinidamente o alcanza un valor límite constante. Razona la respuesta  En el segundo caso, ¿cuánto vale esta velocidad?. La resistencia de la varilla es de 10 (los carriles se suponen superconductores).

Usando los diagramas de vectores rotatorios, estudiar el circuito de corriente alterna de la figura.  Hallar la amplitud de la intensidad, y el ángulo de desfase.  Hallar también la potencia media suministrada por la f.em. Datos: Vo = 100 V, R= 1 , L=0.003 H, C=0.002 F, =120 rad/s

Una espira rectangular de dimensiones l y w y resistencia R se mueve con velocidad constante v hacia la derecha como se muestra en la figura, penetra en una región donde hay un campo magnético uniforme perpendicular al plano del papel y hacia dentro de módulo B. Calcular y hacer un gráfico de:  El flujo, la f.e.m. y la fuerza sobre la espira, en función de la posición de la espira, es decir, cuando la espira se está introduciendo, está introducida, y está saliendo de la región que contiene el campo magnético.  Explíquese el mecanismo (fuerza sobre los portadores de carga) de establecimiento de la corriente inducida en los tres casos citados.

.-Una bobina compuesta de N espiras apretadas del mismo radio r, está apoyada en un plano que hace 30º con la horizontal. Se establece un campo magnético B en la dirección vertical. Suponiendo que el radio de las espiras decrece con el tiempo de la forma r=r0-vt Calcular la fem y dibujar el sentido de la corriente inducida, razonando la respuesta.

4.- Una bobina formada por 120 espiras rectangulares apretadas, de dimensiones 4 cm y 12 cm, está situada en un plano que forma 30º con el plano XY. La bobina está en una región en la que existe un campo magnético paralelo al eje Z que varía entre -0.003 y 0.003 T de la forma indicada en la parte derecha de la figura.



Para cada uno de los intervalos de tiempo: 0-1, 1-2, 2-4, 4-5 ms (milisegundos). Dibujar en la bobina el sentido de la corriente inducida (razonando la respuesta)



Calcular la fem.



Hacer un gráfico de la intensidad en función del tiempo, sabiendo que la resistencia de la bobina es 50 Ω.

.-Una bobina compuesta de N espiras apretadas del mismo radio r, está apoyada en un plano que hace 30º con la horizontal. Se establece un campo magnético B en la dirección vertical. Suponiendo que el radio de las espiras decrece con el tiempo de la forma r=r0-vt Calcular la fem y dibujar el sentido de la corriente inducida, razonando la respuesta.

Una varilla de longitud r gira con velocidad angular constante  apoyando su extremo P en un rail semicircular del mismo radio. El dispositivo está situado en un campo magnético B uniforme, perpendicular al plano del papel y dirigido hacia adentro. Determinar  Mediante la ley de Faraday-Lenz, la fem y el sentido de la corriente inducida.  Mediante el mecanismo de la corriente inducida determinar la diferencia de potencial entre O y P. ¿Cómo se mueven los portadores de carga positivos: en la varilla y en el conductor circular?.  Comprobar que las respuestas (a) y (b) son concordantes.  Determinar la intensidad de la corriente en un instante t, sabiendo que la varilla y el rail son conductores de la misma sección y resistividad.

Una varilla de longitud r gira con velocidad angular  apoyado su extremo P en un raíl semicircular del mismo radio. El dispositivo está situado en un campo magnético B uniforme, perpendicular al plano del papel y dirigido hacia adentro.  Determinar razonadamente, la fem y el sentido de la corriente inducida  Si en un instante dado la resistencia del circuito es R. Hallar la fuerza que ejerce el campo magnético sobre una porción infinitesimal de la varilla OP, y el momento de las fuerzas sobre la varilla respecto del centro O. Hállese la potencia necesaria que tendremos que suministrar para mantener la varilla girando con velocidad constante.

Una bobina hecha de 120 espiras rectangulares apretadas, de dimensiones 4 cm y 12 cm, están situada en un plano que forma 30º con el plano XY. La bobina está en una región en la que existe un campo magnético paralelo al eje Z.  Si el campo

magnético vale 0.02 T y por la bobina circula una corriente de intensidad 2 A. Calcular módulo, dirección y sentido del momento de las fuerzas sobre la bobina.  Consideremos

ahora el caso en el que el campo es variable con el tiempo, y la bobina está fija en el plano inclinado, según se muestra en la figura. Trazar un gráfico de la intensidad de la corriente inducida en función del tiempo. (Tomar como positiva la intensidad de la corriente en el sentido contrario al de las agujas del reloj). Razónese las respuestas. Dato: la bobina presenta una resistencia de 50 .

La espira está hecha de un material cuya resistencia es 10 Ω. a) La espira está orientada de modo que el ángulo θ=60º. Determinar la intensidad de la corriente inducida i y dibujar el sentido de la misma cuando B disminuye linealmente con el tiempo de 0.2 T a 0 T en 0.1 s. b) Ahora el campo B=0.2 T y no cambia con el tiempo, pero la espira gira con velocidad angular constante ω=2 rad/s. 

Determinar la expresión de la corriente inducida i en la espira en función del tiempo. Hacer un gráfico de i frente a t.



Calcular la intensidad de la corriente inducida y dibujar su sentido (figura más abajo), cuando la espira se encuentra en la posición θ= 60º, 135º, 210, 330º Razónese la respuesta.

http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/examenes/fem/fem.htm

2.-Dibujar el sentido de la corriente inducida en las siguientes situaciones, razonando la respuesta en términos de la ley de Lenz y del mecanismo de la corriente inducida (fuerza sobre un portador de carga positivo)

Determinar, la expresión de la fem inducida.

http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/examenes/magnetico/magnetico.htm

http://exa.unne.edu.ar/depar/areas/fisica/electymagne/TEORIA/examenes/magnetico/ magnetico.htm