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Física Universitaria Volumen 2

Preguntas Conceptuales

Física Universitaria Volumen 2Preguntas Conceptuales
  1. Prefacio
  2. Termodinámica
    1. 1 Temperatura y calor
      1. Introducción
      2. 1.1 Temperatura y equilibrio térmico
      3. 1.2 Termómetros y escalas de temperatura
      4. 1.3 Dilatación térmica
      5. 1.4 Transferencia de calor, calor específico y calorimetría
      6. 1.5 Cambios de fase
      7. 1.6 Mecanismos de transferencia de calor
      8. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    2. 2 Teoría cinética de los gases
      1. Introducción
      2. 2.1 Modelo molecular de un gas ideal
      3. 2.2 Presión, temperatura y velocidad media cuadrática (rms)
      4. 2.3 Capacidad calorífica y equipartición de energía
      5. 2.4 Distribución de las velocidades moleculares
      6. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    3. 3 Primera ley de la termodinámica
      1. Introducción
      2. 3.1 Sistemas termodinámicos
      3. 3.2 Trabajo, calor y energía interna
      4. 3.3 Primera ley de la termodinámica
      5. 3.4 Procesos termodinámicos
      6. 3.5 Capacidades térmicas de un gas ideal
      7. 3.6 Procesos adiabáticos para un gas ideal
      8. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    4. 4 Segunda ley de la termodinámica
      1. Introducción
      2. 4.1 Procesos reversibles e irreversibles
      3. 4.2 Máquinas térmicas
      4. 4.3 Refrigeradores y bombas de calor
      5. 4.4 Enunciados de la segunda ley de la termodinámica
      6. 4.5 El ciclo de Carnot
      7. 4.6 Entropía
      8. 4.7 Entropía a escala microscópica
      9. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
  3. Electricidad y magnetismo
    1. 5 Cargas y campos eléctricos
      1. Introducción
      2. 5.1 Carga eléctrica
      3. 5.2 Conductores, aislantes y carga por inducción
      4. 5.3 Ley de Coulomb
      5. 5.4 Campo eléctrico
      6. 5.5 Cálculo de los campos eléctricos de las distribuciones de carga
      7. 5.6 Líneas de campo eléctrico
      8. 5.7 Dipolos eléctricos
      9. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
    2. 6 Ley de Gauss
      1. Introducción
      2. 6.1 Flujo eléctrico
      3. 6.2 Explicar la ley de Gauss
      4. 6.3 Aplicación de la ley de Gauss
      5. 6.4 Conductores en equilibrio electrostático
      6. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    3. 7 Potencial eléctrico
      1. Introducción
      2. 7.1 Energía potencial eléctrica
      3. 7.2 Potencial eléctrico y diferencia de potencial
      4. 7.3 Cálculo del potencial eléctrico
      5. 7.4 Determinación del campo a partir del potencial
      6. 7.5 Equipotential Surfaces and Conductors
      7. 7.6 Aplicaciones de la electrostática
      8. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    4. 8 Capacitancia
      1. Introducción
      2. 8.1 Condensadores y capacitancia
      3. 8.2 Condensadores en serie y en paralelo
      4. 8.3 Energía almacenada en un condensador
      5. 8.4 Condensador con dieléctrico
      6. 8.5 Modelo molecular de un dieléctrico
      7. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    5. 9 Corriente y resistencia
      1. Introducción
      2. 9.1 Corriente eléctrica
      3. 9.2 Modelo de conducción en metales
      4. 9.3 Resistividad y resistencia
      5. 9.4 Ley de Ohm
      6. 9.5 Energía eléctrica y potencia
      7. 9.6 Superconductores
      8. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    6. 10 Circuitos de corriente directa
      1. Introducción
      2. 10.1 Fuerza electromotriz
      3. 10.2 Resistores en serie y en paralelo
      4. 10.3 Reglas de Kirchhoff
      5. 10.4 Instrumentos de medición eléctrica
      6. 10.5 Circuitos RC
      7. 10.6 Cableado doméstico y seguridad eléctrica
      8. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    7. 11 Fuerzas y campos magnéticos
      1. Introducción
      2. 11.1 El magnetismo y sus descubrimientos históricos
      3. 11.2 Campos y líneas magnéticas
      4. 11.3 Movimiento de una partícula cargada en un campo magnético
      5. 11.4 Fuerza magnética sobre un conductor portador de corriente
      6. 11.5 Fuerza y torque en un bucle de corriente
      7. 11.6 El efecto Hall
      8. 11.7 Aplicaciones de las fuerzas y campos magnéticos
      9. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    8. 12 Fuentes de campos magnéticos
      1. Introducción
      2. 12.1 La ley de Biot-Savart
      3. 12.2 Campo magnético debido a un cable recto delgado
      4. 12.3 Fuerza magnética entre dos corrientes paralelas
      5. 12.4 Campo magnético de un bucle de corriente
      6. 12.5 Ley de Ampère
      7. 12.6 Solenoides y toroides
      8. 12.7 El magnetismo en la materia
      9. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    9. 13 Inducción electromagnética
      1. Introducción
      2. 13.1 Ley de Faraday
      3. 13.2 Ley de Lenz
      4. 13.3 Fuerza electromotriz (emf) de movimiento
      5. 13.4 Campos eléctricos inducidos
      6. 13.5 Corrientes de Foucault
      7. 13.6 Generadores eléctricos y fuerza contraelectromotriz
      8. 13.7 Aplicaciones de la inducción electromagnética
      9. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    10. 14 Inductancia
      1. Introducción
      2. 14.1 Inductancia mutua
      3. 14.2 Autoinducción e inductores
      4. 14.3 Energía en un campo magnético
      5. 14.4 Circuitos RL
      6. 14.5 Oscilaciones en un circuito LC
      7. 14.6 Circuitos RLC en serie
      8. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    11. 15 Circuitos de corriente alterna
      1. Introducción
      2. 15.1 Fuentes de ac
      3. 15.2 Circuitos simples de ac
      4. 15.3 Circuitos en serie RLC con ac
      5. 15.4 Potencia en un circuito de ac
      6. 15.5 Resonancia en un circuito de ac
      7. 15.6 Transformadores
      8. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    12. 16 Ondas electromagnéticas
      1. Introducción
      2. 16.1 Ecuaciones de Maxwell y ondas electromagnéticas
      3. 16.2 Ondas electromagnéticas planas
      4. 16.3 Energía transportada por las ondas electromagnéticas
      5. 16.4 Momento y presión de radiación
      6. 16.5 El espectro electromagnético
      7. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
  4. A Unidades
  5. B Factores de conversión
  6. C Constantes fundamentales
  7. D Datos astronómicos
  8. E Fórmulas matemáticas
  9. F Química
  10. G El alfabeto griego
  11. Clave de Respuestas
    1. Capítulo 1
    2. Capítulo 2
    3. Capítulo 3
    4. Capítulo 4
    5. Capítulo 5
    6. Capítulo 6
    7. Capítulo 7
    8. Capítulo 8
    9. Capítulo 9
    10. Capítulo 10
    11. Capítulo 11
    12. Capítulo 12
    13. Capítulo 13
    14. Capítulo 14
    15. Capítulo 15
    16. Capítulo 16
  12. Índice

Preguntas Conceptuales

16.1 Ecuaciones de Maxwell y ondas electromagnéticas

1 .

Explique cómo la corriente de desplazamiento mantiene la continuidad de la corriente en un circuito que contiene un condensador.

2 .

Describa las líneas de campo del campo magnético inducido a lo largo del borde del cilindro horizontal imaginario que se muestra a continuación, si el cilindro se encuentra en un campo eléctrico espacialmente uniforme que es horizontal, apunta a la derecha y aumenta en magnitud.

La figura muestra un cilindro colocado horizontalmente. Hay tres columnas de flechas marcadas con el vector E a través del cilindro. Las flechas apuntan a la derecha. La columna de la izquierda tiene las flechas más cortas y la de la derecha las más largas.
3 .

¿Por qué es mucho más fácil demostrar en un laboratorio para estudiantes que un campo magnético cambiante induce un campo eléctrico que demostrar que un campo eléctrico cambiante produce un campo magnético?

16.2 Ondas electromagnéticas planas

4 .

Si el campo eléctrico de una onda electromagnética oscila a lo largo del eje z y el campo magnético oscila a lo largo del eje x, ¿en qué dirección posible viaja la onda?

5 .

¿En qué situación de las que se muestran a continuación tendrá más éxito la onda electromagnética para inducir una corriente en el cable? Explique.

Las figuras a y b muestran las ondas electromagnéticas con componentes tanto eléctricas como magnéticas. En la figura a, el campo eléctrico es paralelo al cable y el campo magnético es perpendicular. En la figura b, el campo magnético es paralelo al cable y el campo eléctrico es perpendicular.
6 .

¿En qué situación de las que se muestran a continuación tendrá más éxito la onda electromagnética para inducir una corriente en el bucle? Explique.

Las figuras a y b muestran las ondas electromagnéticas con componentes tanto eléctricas como magnéticas que atraviesan un bucle conectado a un sintonizador. En la figura a, el campo eléctrico es paralelo al bucle y el campo magnético es perpendicular. En la figura b, el campo magnético es paralelo al bucle y el campo eléctrico es perpendicular.
7 .

¿En qué condiciones pueden emitir ondas electromagnéticas los cables de un circuito en el que la corriente fluye en una sola dirección?

8 .

A continuación se muestra el patrón de interferencia de dos antenas de radio que emiten la misma señal. Explique cómo esto es análogo al patrón de interferencia para el sonido producido por dos altavoces. ¿Podría utilizarse para hacer un sistema de antena direccional que emita preferentemente en determinadas direcciones? Explique.

La figura muestra las ondas como círculos que irradian desde dos puntos situados uno al lado del otro. Los puntos de intersección de los círculos están resaltados y marcados como interferencia constructiva. Las flechas que conectan los puntos de interferencia constructiva irradian hacia el exterior. Estos son marcados como dirección de interferencia constructiva.

16.3 Energía transportada por las ondas electromagnéticas

9 .

Cuando se está al aire libre bajo la luz del sol, ¿por qué se puede sentir la energía que lleva la luz del sol, pero no el momento que lleva?

10 .

¿Cómo depende la intensidad de una onda electromagnética de su campo eléctrico? ¿Cómo depende de su campo magnético?

11 .

¿Qué significado físico tiene el vector de Poynting?

12 .

Un láser de helio-neón de 2,0 mW transmite un haz continuo de luz roja de sección transversal 0,25cm20,25cm2. Si el rayo no diverge de forma apreciable, ¿cuánto variaría su campo eléctrico rms con respecto a la distancia del láser? Explique.

16.4 Momento y presión de radiación

13 .

¿Por qué la presión de radiación de una onda electromagnética sobre una superficie perfectamente reflectante es dos veces mayor que la presión sobre una superficie perfectamente absorbente?

14 .

¿Por qué las primeras fotos del telescopio Hubble del cometa Ison acercándose a la Tierra mostraban que solo tenía una coma difusa a su alrededor y no la pronunciada doble cola que se desarrolló más tarde (vea más adelante)?

Una foto del telescopio Hubble de un cometa. Aparece como un punto brillante con luz difusa a su alrededor.
Figura 16.21 (créditos: modificación del trabajo de la NASA, la Agencia Espacial Europea (European Space Agency, ESA), J.-Y. Li (Instituto de Ciencias Planetarias) y el Equipo Científico de Imágenes del Cometa ISON tomadas por el telescopio Hubble).
15 .

(a) Si el campo eléctrico y el campo magnético de una onda plana sinusoidal se intercambiaran, ¿en qué dirección relativa a la anterior se propagaría la energía?
(b) ¿Y qué pasaría si los campos eléctrico y magnético se cambiaran a sus negativos?

16.5 El espectro electromagnético

16 .

Compare la velocidad, la longitud de onda y la frecuencia de las ondas de radio y los rayos X que viajan en el vacío.

17 .

La carga eléctrica acelerada emite radiación electromagnética. Cómo se aplica esto en cada caso: (a) ondas de radio, (b) radiación infrarroja.

18 .

Compare y contraste el significado del prefijo "micro" en los nombres de las unidades del SI en el término microondas.

19 .

Una parte de la luz que atraviesa el aire es dispersada en todas las direcciones por las moléculas que componen la atmósfera. Las longitudes de onda de la luz visible son mayores que los tamaños moleculares y la dispersión es más fuerte para las longitudes de onda de la luz más cercanas a los tamaños de las moléculas.
(a) ¿Cuál de los principales colores de la luz se dispersa más? (b) Explique por qué esto daría al cielo su familiar color de fondo al mediodía.

20 .

Cuando se saca un tazón de sopa de un horno microondas se comprueba que la sopa está humeante, mientras que el tazón solo está caliente al tacto. Discuta los cambios de temperatura que se han producido en términos de transferencia de energía.

21 .

Ciertas orientaciones de una antena de televisión ofrecen una mejor recepción que otras para una emisora concreta. Explique.

22 .

¿Qué propiedad de la luz corresponde al volumen del sonido?

23 .

¿Es la región visible una parte importante del espectro electromagnético?

24 .

¿Puede el cuerpo humano detectar la radiación electromagnética que está fuera de la región visible del espectro?

25 .

Las ondas de radio suelen tener sus campos E y B en direcciones específicas, mientras que la luz visible suele tener sus campos E y B en direcciones aleatorias y rápidamente cambiantes que son perpendiculares entre sí y a la dirección de propagación. ¿Puede explicar por qué?

26 .

Mencione un ejemplo de resonancia en la recepción de ondas electromagnéticas.

27 .

Ilustre que el tamaño de los detalles de un objeto que puede detectarse con ondas electromagnéticas está relacionado con su longitud de onda, comparando los detalles observables con dos tipos diferentes (por ejemplo, el radar y la luz visible).

28 .

¿En qué parte del espectro electromagnético se encuentra cada una de estas ondas:
(a) f = 10,0 kHz, (b) f=λ=750nmf=λ=750nm,
(c) f=1,25×108Hzf=1,25×108Hz, (d) 0,30 nm

29 .

¿En qué rango de radiación electromagnética se encuentran las ondas electromagnéticas emitidas por las líneas eléctricas en un país que utiliza ac de 50 Hz?

30 .

Si se pudiera modificar un horno de microondas para que las ondas generadas estuvieran simplemente en la gama de infrarrojos en lugar de utilizar microondas, ¿cómo afectaría esto al calentamiento desigual del horno?

31 .

Un horno microondas con fugas en una casa puede causar a veces interferencias con el sistema WiFi del propietario. ¿Por qué?

32 .

Cuando un presentador de noticias de televisión en un estudio habla con un reportero en un país lejano, a veces hay un retraso notable entre el momento en que el presentador habla en el estudio y el momento en que el reportero remoto lo oye y responde. Explique las causas de este retraso.

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