MÒDULO 12 SEMANA 1 ACTIVIDAD INTEGRADORA 1

Actividad integradora 1. Electromagnetismo en el entorno

ALUMNO:

CRISTO VIVE

ID:

CRISTO TE AMA

GRUPO:

M12

ASESOR VIRTUAL:

FECHA:

VIERNES 2 DE JUNIO DEL 2023

 

Resuelve los problemas siguientes:

 

1.    Un ion positivo de helio está formado por un núcleo con dos protones, dos neutrones y un electrón orbitando alrededor de él. La cargas y masas de estas partículas se encuentran en la siguiente tabla:

Partícula	Carga (coulomb)	Masa (kg)
Electrón (e)	-1.6021917 × 10-19	9.1095 × 10-31
Protón (p)	1.6021917 × 10-19	1.67261 × 10-27
Neutrón	0	1.67492 × 10-27

Además, en un átomo de helio, el electrón y el núcleo tienen en promedio una misma separación de 3.1 X 10 ^{– 11} m

 

1.1.                 A partir de lo anterior, encuentra la magnitud de la fuerza eléctrica entre el electrón y el núcleo de Helio. Considera la siguiente fórmula:

 

La fuerza eléctrica entre el electrón y el núcleo de helio se puede encontrar utilizando la ley de Coulomb, que establece que la fuerza eléctrica es directamente proporcional al producto de las cargas de las partículas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellas. Matemáticamente, esto se puede expresar como:

 

F = k * (q1 * q2) / r^2

 

donde F es la fuerza eléctrica, k es la constante de Coulomb, q1 y q2 son las cargas del núcleo y el electrón respectivamente, y r es la distancia promedio entre ellos.

 

En este caso, la carga del núcleo de helio es de +2e y la del electrón es -e, donde e es la carga elemental. Por lo tanto, podemos reemplazar los valores en la fórmula de Coulomb y obtener:

 

F = 8.9876 × 10^9 N·m^2/C^2 * (2 * 1.6021917 × 10^-19 C * -1.6021917 × 10^-19 C) / (3.1 × 10^-11 m)^2

 

F = -8.238 × 10^-8 N

 

Esto significa que la fuerza eléctrica entre el electrón y el núcleo de helio es de 8.238 × 10^-8 N, y es negativa debido a que el electrón y el núcleo tienen cargas opuestas.

1.2.                 Dos cargas eléctricas separadas a una distancia de 6 cm se repelen con una fuerza de 300 N. La primera carga tiene un valor de -5 μC, ¿cuál es el valor de la otra carga? Deberás despejar q₂ de la ecuación anterior y asignarle el signo correspondiente.

Podemos usar la ley de Coulomb para encontrar la carga de la segunda partícula.

 

La fórmula para la fuerza eléctrica entre dos cargas puntuales es:

 

F = k * (q1 * q2) / r^2

 

Donde:

 

F es la fuerza eléctrica en newtons (N).

k es la constante de Coulomb, cuyo valor es 9 × 10^9 N · m^2 / C^2.

q1 y q2 son las cargas de las partículas en coulombs (C).

r es la distancia entre las partículas en metros (m).

 

En este problema, se sabe que la distancia entre las cargas es de 6 cm = 0.06 m y que la carga de la primera partícula es q1 = -5 μC = -5 × 10^-6 C. Además, se sabe que las cargas se repelen, lo que significa que la segunda carga tiene el mismo signo que la primera (negativo).

 

Para encontrar la carga de la segunda partícula (q2), podemos despejarla de la ecuación anterior:

 

F = k * (q1 * q2) / r^2

 

q2 = (F * r^2) / (k * q1)

 

Reemplazando los valores conocidos, tenemos:

 

q2 = (300 N * (0.06 m)^2) / (9 × 10^9 N · m^2 / C^2 * -5 × 10^-6 C)

 

Usamos la calculadora directamente.

 

q2 = -0.72 μC

 

Por lo tanto, la carga de la segunda partícula es de -0.72 μC, con el mismo signo que la primera partícula.

 

2.    Determina la energía potencial eléctrica entre dos cargas de -9 μC cada una, que se encuentran separadas una distancia de 2.7 cm. Recuerda utilizar:

 

Para encontrar la energía potencial eléctrica (EP) entre dos cargas de -9 μC cada una, separadas por una distancia de 2.7 cm, podemos usar esta fórmula:

 

EP = k * Q * q / r

 

Donde:

 

EP es la energía potencial eléctrica en Joules (J).

 

k es la constante de Coulomb, cuyo valor es 9 × 10^9 N · m^2 / C^2.

 

Q y q son las cargas de las partículas en coulombs (C). En este caso, ambas cargas tienen el mismo valor, por lo que podemos usar Q = q = -9 μC = -9 × 10^-6 C.

 

r es la distancia entre las partículas en metros (m). En este caso, la distancia es de 2.7 cm = 0.027 m.

 

Reemplazando los valores conocidos en la fórmula, tenemos:

 

EP = (9 × 10^9 N · m^2 / C^2) * (-9 × 10^-6 C) * (-9 × 10^-6 C) / 0.027 m

 

EP = 2.43 × 10^-6 J

 

Por lo tanto, la energía potencial eléctrica entre estas dos cargas es de

 2.43 × 10^-6 J.

3.    ¿Cuál es la importancia de la carga del electrón y el protón en las aplicaciones de las leyes electromagnéticas?

La carga del electrón y el protón son fundamentales en la aplicación de las leyes electromagnéticas porque son los portadores de la carga eléctrica, que es la propiedad que permite la interacción electromagnética. La carga eléctrica es una propiedad intrínseca de las partículas subatómicas, como el electrón y el protón, y es la causa de la atracción y repulsión entre ellas.

 

Las leyes electromagnéticas, como la Ley de Coulomb, la Ley de Gauss y la Ley de Faraday, describen la relación entre las cargas eléctricas y los campos eléctricos y magnéticos que producen. Estas leyes son fundamentales para entender y aplicar la electricidad y el magnetismo en una amplia variedad de aplicaciones, desde la electricidad estática en la vida cotidiana hasta la generación de energía eléctrica y la comunicación inalámbrica.

 

La carga del electrón y el protón también son importantes en la construcción de dispositivos electrónicos, como los transistores y los circuitos integrados. Estos dispositivos utilizan la carga eléctrica para controlar y manipular el flujo de corriente eléctrica y crear funciones lógicas y analógicas complejas.

 

En resumen, la carga del electrón y el protón son fundamentales para la comprensión y aplicación de las leyes electromagnéticas, y son esenciales en una amplia variedad de aplicaciones prácticas en la tecnología moderna.

4.    Menciona en un párrafo de 5 líneas la importancia de la o las leyes revisadas.

 

La ley de Coulomb es fundamental en el campo de la electricidad y el magnetismo, ya que describe la interacción entre cargas eléctricas y permite calcular la fuerza eléctrica que actúa sobre ellas. Esta ley es esencial para entender la naturaleza de la electricidad y el magnetismo, y tiene aplicaciones importantes en áreas como la ingeniería eléctrica, la electrónica, la medicina y la comunicación.

 

Por otro lado, la ley de Joule es importante en la ingeniería eléctrica y en la fabricación de dispositivos electrónicos, ya que permite calcular la energía que se disipa en forma de calor y diseñar sistemas de enfriamiento adecuados para evitar fallas en los equipos. Esta ley es esencial para la eficiencia energética y el diseño de sistemas eléctricos seguros y confiables.

 

En resumen, tanto la ley de Coulomb como la ley de Joule son fundamentales en el campo de la electricidad y el magnetismo, y tienen aplicaciones importantes en áreas clave de la tecnología moderna. Su comprensión y aplicación son esenciales para el desarrollo y avance de nuestra sociedad en múltiples áreas de la ciencia y la tecnología.

 

 

 

 

La ley de Faraday establece que un campo magnético variable induce una corriente eléctrica en un circuito eléctrico cercano. Esta ley es fundamental en la física y en la ingeniería eléctrica, ya que permite la generación de electricidad en centrales eléctricas y la operación de motores eléctricos y transformadores. Además, esta ley también tiene aplicaciones en la electrónica, la medicina y la comunicación. En resumen, la ley de Faraday es esencial para entender y utilizar los principios de la electricidad y el magnetismo en múltiples áreas de la tecnología moderna.

 

 

 

 

 

 

Fuentes