CARGA ELCTRICA Y CAMPO ELCTRIC (Zemansky)

P21.1 dos esferas metlicas cuelgan de hilos de nylon. Cuando se colocan prximas entre si tienden a atraerse. Con base slo en esta informacin, analice los modos posibles en que podran estar cargadas las esferas. Es posible que, luego de tocarse, las esferas permanezcan adheridas una a la otra?. Explique su repuestaDesde que atraen. No pueden tener cargos netos del mismo signo. Cualquiera de los dos es neutro y el otro tiene carga neta positiva o negativa, o uno tiene carga positiva y el otro tiene carga negativa. Despus de que toquen las cargas positivas y negativas se neutralizan. Cualquier cargo residuales netos repartidos en las esferas de modo que ahora tienen cargas del mismo signo se repelen y. Si no hay carga neta residual que no se repelen, pero en cualquier caso ya no se atraen.

P21.2 La fuerza elctrica entre dos partculas con carga se debilita al aumentar la distancia. Ahora suponga que la fuerza elctrica fuera independiente de la distancia. En este caso, un peine con carga causara que un aislador neutro se polariza como en la figura. 21.7?, Por qu?, el aislador neutro sera atrado hacia el peine? Nuevamente por qu?el peine cargado todava se retirara los cargos de cantar frente hacia ella y por lo tanto polarizar los cargos en el aislador . Pero el aislador neutral no se sentira atrado por el peine . La atraccin depende de la fuerza elctrica que aumenta con la disminucin de la distancia .

P21.3Las prendas de ropa tienden a adherirse unas a otras despus de pasar por la secadora. Por qu? Esperara usted ms (o menos) adhesin si toda la ropa fuese del mismo material (algodn por ejem.) que si se secara ropa de diferentes tipos? Nuevamente por qu? (si lo desea, experimente con su prxima carga de lavadora)el movimiento de volteo en la secadora produce carga esttica en la ropa y los cargos tienden a no sufrir una fuga en el seco interior de la secadora . Habr menos apego si toda la ropa se hace del mismo material, la carga se transfiere ms fcilmente entre materiales diferentes . Los f que caen las transferencias de material diferente cobran de un material a otro.

P21.4 Una esfera metlica sin carga cuelga de un hilo de nylon. Cuando se acerca a la esfera metlica una barra de vidrio con carga positiva. La esfera es atrada hacia la barra. Pero si la esfera toca la barra, de pronto se aleja violentamente de ella. Explique por qu la esfera es atrada primera y luego repelida.la esfera atrajo porque sus cargos se polarizan . Carga negativa se dibuja la barra y ya que el ingenio de la disminucin de la distancia de la fuerza elctrica aumenta esto provoca una atraccin neta. Cuando la esfera neutra toca la barra cargada algunos de la carga positiva de la barra se transfiere a la esfera. Ahora ambos objetos tienen carga positiva y se repelen.

P21.5 Los electrones libres de un metal experimentan atraccin gravitatoria hacia la tierra. Por qu, entonces, no se depositan todos en el fondo del conductor, como un sedimento que se asienta en el fondo de un ro?Su repulsin elctrica es mucho mayor que su peso y evita que se agrupen en la parte inferior del conductor .

P21.6 Algunos de los electrones libre de un buen conductor (como un trozo de cobre, por ejemplo) se desplazan con una rapidez de 10m/s o ms. Por qu estos electrones no escapan volando del conductor?la fuerza de atraccin entre los electrones y los iones de metales de los sostiene en el metal .

P21.7 Los buenos conductores elctricos, como metales, son tpicamente buenos conductores de calor. Los aisladores elctricos, como la madera, son tpicamente malos conductores de calor. Explique por qu tendra que haber una relacin entre la conduccin elctrica y la conduccin trmica en estos materialesambos tipos de conduccin es DE a los electrones libres en el conductor .

P21.8 defienda la aseveracin siguiente si hubiese una sola partcula con carga elctrica en todo el universo, el concepto de carga elctrica carecera de significadodetectamos carga elctrica por la fuerza elctrica entre dos cargas . Con una sola carga que podra ser imposible de detectar esta propiedad de la materia.P21.9 Dos objetos metlicos idnticos estn montados en soportes aislantes. Describa como podra depositar cargar de signo opuesto pero de magnitud exactamente igual a los dos objetos.

site los dos objetos en contacto. Traiga una carga positiva varilla cerca de uno en el objeto, en su opuesto la segundo objeto. Esto har que los electrones en el objeto ms cercano a la varilla. Con la varilla cercana separar los objetos. Esta va a dejar uno con carga negativa y el otro con carga positiva. Los dos objetos eran originalmente neutro, por lo que la magnitud de la carga negativa de uno es igual a la magnitud de la carga positiva en el otro .

P21.10 Se puede cubrir recipiente con pelcula de plstico para alimentos estirando el material sobre la parte superior y presionar el material colgante contra los costados. Qu es lo que hace que se adhiera? (sugerencia: la repuesta tiene que ver con la fuerza elctrica). Se adhiere la pelcula de plstico a si misma con la misma tenacidad? Por qu se obtiene el mismo resultado con recipiente metlico? Nuevamente Por qu?

dicho envoltorio plstico se chaged s se pullled desde el del rollo. T mete el Container neutral porque polariza la carga del contenedor. La envoltura tiene en todas partes el mismo cargo y no tiende a pegarse a s misma . No funciona tan bien con los envases metlicos debido a que la carga de la envoltura se lleva a cabo sobre el metal y la envoltura de metal y luego tener el mismo cargo.

P21.11 Si uno camina sobre un tapete de nylon y luego toca un objeto metlico grande, como la perilla de una puerta, puede recibir una chispa y una sacudida Por qu tiende esto a ocurrir con ms frecuencia en los das secos que en los hmedos? (pista-: vase la fig.21.28) Por qu es menos probable recibir una sacudida si se toca un objeto metlico pequeo , como un sujetador de papeles, por ejemplo?

es ms fcil para la carga a acumularse en cuando el aire es seco . El aire hmedo conduce la carga de su cuerpo. Hay ms espacio para la carga neta de un objeto grande , por lo que un objeto grande puede aceptar ms carga .

P21.12 Usted tiene un objeto con carga negativa cmo puede depositar una carga negativa neta en una esfera metlica aislada por medio del objeto? y una carga positiva neta?

carga tocando transferencia de carga del mismo cantar a otro objeto. El uso de un objeto cargado para cargar otro por induccin coloca carga de signo opuesto en el segundo objeto.

P21.13 Si se toca con una barra con carga positiva una esfera metlica aislada inicialmente sin carga, la esfera adquiere una carga positiva neta y la barra pierde parte de su carga significa esto que se transfirieron protones de la barra a la esfera?

carga siempre implica una transferencia de electrones. La carga positiva se transfiere por los electrones que fluyen desde la esfera de metal a la varilla.

P21.14 Dos cargas puntuales iguales ejercen fuerzas iguales una sobre la otra. Pero si una carga es el doble de la otra, siguen ejerciendo fuerzas iguales una sobre la otra, o una ejerce dos veces ms fuerza que la otra?

todava ejercen fuerzas iguales el uno del otro . La fuerza de un objeto en la otra implica el producto de las cargas de los dos objetos ; ley de Newton 3er requiere que la fuerza que ejercen entre s son iguales en magnitud y opuestas en direccin.

P21.15 Se colocan un protn en un campo elctrico uniforme y luego se libera. Despus se coloca un electrn en el mismo punto y se libera Experimentan estas dos partculas las misma fuerza? y la misma aceleracin? se desplazan en la misma direccin al ser liberadas?

las dos partculas tienen cargas de la misma magnitud y signo opuesto . El campo elctrico ejerce fuerzas de la misma magnitud y direccin opuesta en las dos partculas . Ellos tienen diferentes masas , por lo que las aceleraciones son de diferente magnitud . Con la aceleracin del electrn del protn es en la direccin del campo elctrico y la aceleracin del electrn es opuesta a la direccin del campo elctrico.

P21.16 la fuerza elctrica entre un electrn y un protn, entre dos electrones o entre dos protones es mucho ms intensa que la fuerza gravitatoria entre cualquiera de estos pares de partculas. Sim embargo, pese a que el solo y los planetas contienen electrones y protones, es la fuerza gravitatoria lo que mantiene a los planetas en sus orbitas alrededor del sol. Explique esta aparente contradiccin.el sol y los planetas contienen un inmenso nmero de electrones y protones , pero en igual nmero por lo que son elctricamente neutros y ejercen ninguna fuerza elctrica sobre la otra. La masa del Sol es muy grande por lo que la fuerza que ejerce es lo suficientemente grande como para afectar el movimiento de los planetas .

P21.17 Qu semejanzas presentan las fuerzas elctricas con las fuerzas gravitatorias? Cules son las diferencias ms significativas?ambos se producen entre pares de objetos . Ambos son inversamente proporcionales al cuadrado de la distancia entre los objetos . Todos los objetos tienen masa y ejercen una fuerza gravitatoria sobre la otra. Slo los objetos con carga neta ejerce una fuerza elctrica. La fuerza de la gravedad es siempre atractiva , pero la fuerza elctrica puede ser atractiva o repulsiva , dependiendo de si los dos objetos tienen cargas del opuesto o del mismo signo .

P21.18 los ncleos atmicos se componen de protones y neutrones, esto demuestra que debe existir otro tipo de interaccin adems de las fuerzas gravitatorias y elctricas. Explique este hechosi las nicas fuerzas eran las fuerzas elctricas y gravitacionales , la fuerza de la gravedad no sera lo suficientemente fuerte como para superar la repulsin elctrica de los protones y el ncleo sera inestable . Los protones y los neutrones estn unidos por una fuerza nuclear.

P21.19 los campos elctricos suficientemente intensos pueden provocar que los tomos se ionicen positivamente, esto es, que pierdan uno o ms electrones. Explique como ocurre esto Qu es lo que determina la intensidad que el campo debe tener para que esto ocurra?el campo elctrico ejerce una fuerza sobre los electrones . Segn. La ecuacin ( 21.3 ) . Si la fuerza de forma que el campo elctrico externo es ms fuerte que las fuerzas que unen el electrn al tomo , la fuerza del campo puede tirar de electrones forman el tomo .

P21.20 Cuando uno saca cinta de plstico trasparente de un rollo intenta colocarla con precisin en una hija de papel, la cinta suele saltar y adherirse donde no se desea Por qu?la cinta se cobra , ya que se quit el rollo. Como usted lo pone en el papel en que apenas toque el papel , transfiere algunos de cargo alguno para el papel, y luego la cinta y papel se repelen .

P21.21 Se mantiene fija en el origen una partcula con carga positiva Q. se dispara una segunda partcula con carga positiva q hacia la primera partcula, y sigue la trayectoria que se muestra en la fi. 21.32 Es constante la cantidad de movimiento angular de la segunda partcula? por qu? (sugerencia Cunto momento de torsin ejerce la primera partcula sobre la segunda?La fuerza de repulsin que ejerce sobre Q q se dirige a lo largo de la lnea que une las dos cargas . Esta lnea pasa a travs de Q para que la fuerza ejerce ningn par en q para un eje que pasa por Q y el momento angular de q con respecto a este eje constante.

P21.22 la temperatura y la velocidad del aire tienen valores diferentes en distintos lugares de la atmosfera terrestre, es la velocidad del aire un campo vectorial? por qu? Es la temperatura del aire un campo vectorial? Nuevamente por qu?La velocidad del aire es un campo vectorial de velocidad porque es un vector . La temperatura no es campo vectorial porque la temperatura es un escalar , no un vector .

P21.23 Suponga que la carga que se muestra en la fi. 21.26 esta en una posicin fija. Se coloca entonces una partcula pequea con carga positiva en algn punto fijo de la figura y se deja libre seguir la trayectoria de la partcula una lnea de campo elctrico? por qu? Suponga ahora que se coloca la partcula en algn punto de la figura 21.2b y se deja en libertad (las cargas positiva y negativa que se muestran en la figura ocupan posiciones fijas). seguir su trayectoria una lnea de campo elctrico? Nuevamente Por qu? Explique as diferencias entre sus respuestas con respecto a las dos situacionesLa fuerza sobre la partcula en cualquier punto es siempre tangente a la lnea de campo elctrico en ese punto. En. la fig. 21.26a las lneas de campo son lneas rectas por lo que la fuerza es siempre en lnea recta y la velocidad y la aceleracin son siempre en la misma direccin. La partcula se mueve en una lnea recta a lo largo de una lnea de campo . Con el aumento de la velocidad. En la fig . 21.25b. las lneas de campo se curvan . A medida que la partcula se mueve a su velocidad y la aceleracin son OT en la misma direccin y la trayectoria no sigue una lnea de campo.

P21.24 La molcula de agua (H20) tiene un momento dipolar grande, en cambio, la molcula de benceno (C6H6) no tiene momento dipolar. Con base en estos hechos, explique por qu la sal comn (NaCl, cloruro de sodio) se disuelve con gran facilidad en agua, pero muy poco en bencenoel campo elctrico asociado con el momento dipolar del agua se separa de NaCl en Na + y Cl - iones . Molculas de benceno no tienen un campo elctrico dipolo.