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  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

Problemas

7.1 Energía potencial eléctrica

29 .

Considere una carga Q1(+5,0μC)Q1(+5,0μC) fijada en un sitio con otra carga Q2Q2 (carga +3,0μC+3,0μC, masa 6,0μg)6,0μg) moviéndose en el espacio vecino. (a) Evalúe la energía potencial de Q2Q2 cuando está a 4,0 cm de Q1.Q1. (b) Si Q2Q2 parte del reposo desde un punto a 4,0 cm de Q1,Q1, ¿cuál será su velocidad cuando esté a 8,0 cm de Q1Q1? (Nota: Q1Q1 se mantiene fija en su lugar).

30 .

Dos cargas Q1(+2,00μC)Q1(+2,00μC) y Q2(+2,00μC)Q2(+2,00μC) se colocan simétricamente a lo largo del eje x en x=±3,00cmx=±3,00cm. Considere una carga Q3Q3 de carga +4,00μC+4,00μC y una masa de 10,0 mg que se desplaza a lo largo del eje y. Si Q3Q3 comienza desde el reposo en y=2,00cm,y=2,00cm, ¿cuál es su velocidad cuando alcanza y=4,00cm?y=4,00cm?

31 .

Para formar un átomo de hidrógeno, se fija un protón en un punto y se trae un electrón desde muy lejos hasta una distancia de 0,529×10−10m,0,529×10−10m, la distancia media entre el protón y el electrón en un átomo de hidrógeno. ¿Cuánto trabajo se hace?

32 .

(a) ¿Cuál es la potencia media de un desfibrilador cardíaco que disipa 400 J de energía en 10,0 ms? (b) Teniendo en cuenta la alta potencia de salida, ¿por qué el desfibrilador no produce quemaduras graves?

7.2 Potencial eléctrico y diferencia de potencial

33 .

Calcule la relación de velocidades de un electrón y un ion de hidrógeno negativo (que tiene un electrón extra) acelerados a través del mismo voltaje, suponiendo velocidades finales no relativistas. Tome la masa del ion de hidrógeno para ser 1,67×10−27kg.1,67×10−27kg.

34 .

Un tubo evacuado utiliza un voltaje de aceleración de 40 kV para acelerar los electrones y hacerlos chocar con una placa de cobre y producir rayos X. De forma no relativista, ¿cuál sería la velocidad máxima de estos electrones?

35 .

Demuestre que las unidades de V/m y N/C para la intensidad del campo eléctrico son efectivamente equivalentes.

36 .

¿Cuál es la intensidad del campo eléctrico entre dos placas conductoras paralelas separadas por 1,00 cm y con una diferencia de potencial (voltaje) entre ellas de 1,50×104V1,50×104V?

37 .

La intensidad del campo eléctrico entre dos placas conductoras paralelas separadas por 4,00 cm es 7,50×104V/m7,50×104V/m. (a) ¿Cuál es la diferencia de potencial entre las placas? (b) La placa con el menor potencial se toma como cero voltios. ¿Cuál es el potencial a 1,00 cm de esa placa y a 3,00 cm de la otra?

38 .

El voltaje a través de una membrana que forma una pared celular es de 80,0 mV y la membrana tiene un grosor de 9,00 nm. ¿Cuál es la intensidad del campo eléctrico? (El valor es sorprendentemente grande, pero correcto). Se puede suponer un campo eléctrico uniforme.

39 .

Dos placas conductoras paralelas están separadas por 10,0 cm, y se considera que una de ellas está a cero voltios. (a) ¿Cuál es la intensidad del campo eléctrico entre ellas si el potencial a 8,00 cm de la placa de cero voltios (y a 2,00 cm de la otra) es de 450 V? (b) ¿Cuál es el voltaje entre las placas?

40 .

Calcule la máxima diferencia de potencial entre dos placas conductoras paralelas separadas por 0,500 cm de aire, dada la máxima intensidad de campo eléctrico sostenible en el aire que es 3,0×106V/m3,0×106V/m.

41 .

Un electrón debe ser acelerado en un campo eléctrico uniforme con una intensidad de 2,00×106V/m.2,00×106V/m. (a) ¿Qué energía en keV recibe el electrón si es acelerado a través de 0,400 m? (b) ¿A qué distancia tendría que ser acelerado para aumentar su energía en 50,0 GeV?

42 .

Utilice la definición de diferencia de potencial en términos de campo eléctrico para deducir la fórmula de la diferencia de potencial entre r=rar=ra y r=rbr=rb para una carga puntual situada en el origen. Aquí r es la coordenada radial esférica.

43 .

El campo eléctrico en una región apunta hacia fuera del eje z y la magnitud depende de la distancia s del eje. La magnitud del campo eléctrico viene dada por E=αsE=αs donde αα es una constante. Calcule la diferencia de potencial entre los puntos P1yP2P1yP2, indicando explícitamente el camino sobre el que se realiza la integración para la integral de línea.

La figura muestra dos puntos, P subíndice 1 y P subíndice 2, a distancias a y b del origen y con un ángulo phi entre ellos.
44 .

Los iones de gas con carga única se aceleran desde el reposo mediante un voltaje de 13,0 V. ¿A qué temperatura la energía cinética media de las moléculas del gas será la misma que la de estos iones?

7.3 Cálculo del potencial eléctrico

45 .

Una esfera de plástico de 0,500 cm de diámetro, utilizada en una demostración de electricidad estática, tiene una carga de 40,0 pC distribuida uniformemente en su superficie. ¿Cuál es el potencial cerca de su superficie?

46 .

A qué distancia de un punto de carga 1,00-μC1,00-μC es el potencial 100 V? ¿A qué distancia está 2,00×102V?2,00×102V?

47 .

Si el potencial debido a una carga puntual es 5,00×102V5,00×102V a una distancia de 15,0 m, ¿cuáles son el signo y la magnitud de la carga?

48 .

En la fisión nuclear, un núcleo se divide por la mitad aproximadamente. (a) ¿Cuál es el potencial 2,00×10−14m2,00×10−14m de un fragmento que tiene 46 protones? (b) ¿Cuál es la energía potencial en MeV de un fragmento de carga similar a esta distancia?

49 .

Un generador Van de Graaff de investigación tiene una esfera de metal de 2,00 m de diámetro con una carga de 5,00 mC en ella. Supongamos que la energía potencial es cero en un punto de referencia infinitamente alejado del Van de Graaff. (a) ¿Cuál es el potencial cerca de su superficie? (b) ¿A qué distancia de su centro es el potencial 1,00 MV? (c) Un átomo de oxígeno con tres electrones perdidos se libera cerca del generador Van de Graaff. ¿Cuál es su energía cinética en MeV cuando el átomo está a la distancia encontrada en la parte b?

50 .

Un pulverizador de pintura electroestática tiene una esfera de metal de 0,200 m de diámetro a un potencial de 25,0 kV que repele las gotas de pintura sobre un objeto conectado a tierra.

(a) ¿Qué carga tiene la esfera? (b) ¿Qué carga debe tener una gota de pintura de 0,100 mg para llegar al objeto con una velocidad de 10,0 m/s?

51 .

(a) ¿Cuál es el potencial entre dos puntos situados a 10 cm y 20 cm de una carga puntual de 3,0-μC3,0-μC? (b) ¿A qué lugar debería desplazarse el punto a 20 cm para aumentar esta diferencia de potencial en un factor de dos?

52 .

Calcule el potencial en los puntos P1,P2,P3,yP4P1,P2,P3,yP4 en el diagrama debido a las dos cargas dadas.

La figura muestra dos cargas, 5 mC (situada a 4 cm a la izquierda del centro) y –10 mC (situada a 4 cm a la derecha del centro). Cuatro puntos P subíndice 1, P subíndice 2, P subíndice 3 y P subíndice 4 están situados 2cm a la izquierda, 2cm a la derecha, 3cm por debajo y 3cm por encima del centro.
53 .

Dos cargas –2,0µCy+2,0µC–2,0µCy+2,0µC están separadas por 4,0 cm en el eje z de forma simétrica respecto al origen, con el positivo más arriba. Dos puntos de interés espacial P1yP2P1yP2 están situados a 3,0 cm y 30 cm del origen en un ángulo de 30°30° con respecto al eje z. Evalúe los potenciales eléctricos en P1yP2P1yP2 de dos maneras: (a) Utilizando la fórmula exacta de las cargas puntuales, y (b) utilizando la fórmula aproximada del potencial dipolar.

54 .

(a) Grafique el potencial de una varilla de 1 m de carga uniforme con 1 C/m de carga en función de la distancia perpendicular al centro. Dibuje su gráfico a partir de s=0,1mas=1,0ms=0,1mas=1,0m. (b) En la misma gráfica, trace el potencial de una carga puntual con una carga 1-C en el origen. (c) ¿Qué potencial es más fuerte cerca de la varilla? (d) ¿Qué ocurre con la diferencia a medida que aumenta la distancia? Interprete su resultado.

7.4 Determinación del campo a partir del potencial

55 .

En toda una región, las superficies equipotenciales vienen dadas por z=constantez=constante. Las superficies están igualmente espaciadas con V=100VV=100V para z=0,00m,V=200Vz=0,00m,V=200V para z=0,50m,V=300Vz=0,50m,V=300V para z=1,00m.z=1,00m. ¿Cuál es el campo eléctrico en esta región?

56 .

En una región determinada, el potencial eléctrico viene dado por V=xy2z+4xy.V=xy2z+4xy. ¿Cuál es el campo eléctrico en esta región?

57 .

Calcule el campo eléctrico de una carga lineal infinita en todo el espacio.

7.5 Equipotential Surfaces and Conductors

58 .

Se colocan dos placas de metal muy grandes a 2,0 cm de distancia, con una diferencia de potencial de 12 V entre ellas. Considere que una de las placas está a 12 V y la otra a 0 V. (a) Dibuje las superficies equipotenciales para 0, 4, 8 y 12 V. (b) A continuación, dibuje algunas líneas de campo eléctrico y confirme que son perpendiculares a las líneas equipotenciales.

59 .

A una lámina muy grande de material aislante se le colocó un exceso de electrones hasta alcanzar una densidad de carga superficial de –3,00nC/m2–3,00nC/m2. (a) A medida que aumenta la distancia de la lámina, ¿el potencial aumenta o disminuye? ¿Puede explicar por qué sin cálculos? ¿Importa la ubicación de su punto de referencia? (b) ¿Cuál es la forma de las superficies equipotenciales? (c) ¿Cuál es el espacio entre las superficies que difieren en 1,00 V?

60 .

Una esfera de metal de radio 2,0 cm está cargada con +5,0-μC+5,0-μC que se extiende por la superficie de la esfera de manera uniforme. La esfera de metal se encuentra sobre un soporte aislado y está rodeada por una capa esférica metálica más grande, de radio interior 5,0 cm y exterior 6,0 cm. Ahora, una carga de −5,0-μC−5,0-μC se coloca en el interior de la capa esférica que se extiende uniformemente en la superficie interior de la capa. Si el potencial es cero en el infinito, ¿cuál es el potencial de (a) la capa esférica, (b) la esfera, (c) el espacio entre ambas, (d) el interior de la esfera y (e) el exterior de la capa?

La figura muestra dos esferas concéntricas. La esfera interior tiene un radio de 2,0cm y una carga de 5,0µC. La esfera exterior es una capa con radio interior de 5,0cm y radio exterior de 6,0cm y carga -5,0µC.
61 .

Dos grandes placas cargadas de densidad de carga ±30μC/m2±30μC/m2 se enfrentan a una separación de 5,0 mm. (a) Calcule el potencial eléctrico en todas partes. (b) Un electrón se libera del reposo en la placa negativa, ¿con qué velocidad golpeará la placa positiva?

62 .

Un cilindro largo de aluminio de radio R metros se carga de manera que tiene una carga uniforme por unidad de longitud en su superficie de λλ.

(a) Calcule el campo eléctrico dentro y fuera del cilindro. (b) Calcule el potencial eléctrico dentro y fuera del cilindro. (c) Trace el campo eléctrico y el potencial eléctrico en función de la distancia al centro de la varilla.

63 .

Dos placas paralelas de 10 cm de lado reciben cargas iguales y opuestas de magnitud 5,0×10−9C.5,0×10−9C. Las placas están separadas 1,5 mm. ¿Cuál es la diferencia de potencial entre las placas?

64 .

La densidad de carga superficial en un tubo de metal largo y recto es σσ. ¿Cuál es el potencial eléctrico fuera y dentro de la tubería? Supongamos que la tubería tiene un diámetro de 2a.

La figura muestra la densidad de carga superficial en un tubo de metal recto de longitud infinita.
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Las capas esféricas conductoras concéntricas llevan cargas Q y –Q, respectivamente. La capa interior tiene un grosor insignificante. ¿Cuál es la diferencia de potencial entre las capas?

La figura muestra dos esferas concéntricas. La esfera interior tiene radio a y carga Q. La esfera exterior es una capa con radio interior b y radio exterior c y carga –Q.
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A continuación se muestran dos capas esféricas concéntricas de espesores y radios insignificantes R1R1 y R2.R2. Las capas interior y exterior llevan cargas netas q1q1 y q2,q2, respectivamente, donde ambas q1q1 y q2q2 son positivas. ¿Cuál es el potencial eléctrico en las regiones (a) r<R1,r<R1, (b) R1<r<R2,R1<r<R2, y (c) r>R2?r>R2?

La figura muestra dos esferas concéntricas con radios R subíndice 1 y R subíndice 2.
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Un conductor cilíndrico macizo de radio a está rodeado por una capa cilíndrica concéntrica de radio interior b. El cilindro macizo y la capa llevan cargas Q y –Q, respectivamente. Suponiendo que la longitud L de ambos conductores es mucho mayor que a o b, ¿cuál es la diferencia de potencial entre los dos conductores?

7.6 Aplicaciones de la electrostática

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(a) ¿Cuál es el campo eléctrico a 5,00 m del centro del terminal de un Van de Graaff con una carga de 3,00 mC, observando que el campo es equivalente al de una carga puntual en el centro del terminal? (b) A esta distancia, ¿qué fuerza ejerce el campo sobre una carga de 2,00-μC2,00-μC en la correa de Van de Graaff?

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(a) ¿Cuál es la dirección y la magnitud de un campo eléctrico que soporta el peso de un electrón libre cerca de la superficie de la Tierra? (b) Discuta lo que implica el pequeño valor de este campo con respecto a la fuerza relativa de las fuerzas gravitacionales y electroestáticas.

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Una técnica simple y común para acelerar electrones se muestra en la Figura 7.46, donde hay un campo eléctrico uniforme entre dos placas. Los electrones se liberan, normalmente desde un filamento caliente cerca de la placa negativa, y hay un pequeño agujero en la placa positiva que permite que los electrones continúen moviéndose. (a) Calcule la aceleración del electrón si la intensidad del campo es 2,50×104N/C2,50×104N/C. (b) Explique por qué el electrón no será atraído de vuelta a la placa positiva una vez que se mueva a través del agujero.

La figura muestra un electrón entre dos placas paralelas cargadas, una positiva y otra negativa, y líneas de campo eléctrico entre las placas.
Figura 7.46 Las placas conductoras paralelas con cargas opuestas en ellas crean un campo eléctrico relativamente uniforme que sirve para acelerar los electrones hacia la derecha. Los que atraviesan el agujero pueden utilizarse para hacer brillar la pantalla de un televisor o de un computador o para producir rayos X.
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En un contador Geiger, un fino hilo de metal situado en el centro de un tubo de metal se mantiene a un alto voltaje con respecto al tubo de metal. La radiación ionizante que entra en el tubo desprende electrones de las moléculas de gas o de los lados del tubo que luego se aceleran hacia el cable central, desprendiendo aún más electrones. Este proceso acaba provocando una avalancha detectable como una corriente. Un determinado contador Geiger tiene un tubo de radio R y el hilo interior de radio a está a un potencial de V0V0 voltios con respecto al tubo de metal exterior. Considere un punto P a una distancia s del cable central y alejado de los extremos. (a) Encuentre una fórmula para el campo eléctrico en un punto P interior utilizando la aproximación del cable infinito. (b) Encuentre una fórmula para el potencial eléctrico en un punto P interior. (c) Utilice V0=900V,a=3,00mm,R=2,00cm,V0=900V,a=3,00mm,R=2,00cm, y encuentre el valor del campo eléctrico en un punto a 1,00 cm del centro.

La figura muestra el esquema de un contador Geiger.
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El límite práctico de un campo eléctrico en el aire es de aproximadamente 3,00×106N/C3,00×106N/C. Por encima de esta intensidad, se producen chispas porque el aire comienza a ionizarse. (a) Con esta intensidad de campo eléctrico, ¿qué distancia recorrería un protón antes de alcanzar la velocidad de la luz (sin tener en cuenta los efectos relativistas)? (b) ¿Es práctico dejar el aire en los aceleradores de partículas?

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Para formar un átomo de helio, se fija una partícula alfa que contiene dos protones y dos neutrones en un lugar, y se traen dos electrones desde muy lejos, de uno en uno. El primer electrón se coloca a 0,600×10−10m0,600×10−10m de la partícula alfa y se mantiene allí mientras el segundo electrón es llevado a 0,600×10−10m0,600×10−10m de la partícula alfa en el otro lado del primer electrón. Observe la configuración final de abajo. (a) ¿Cuánto trabajo se realiza en cada paso? (b) ¿Cuál es la energía electroestática de la partícula alfa y de los dos electrones en la configuración final?

La figura muestra una partícula alfa con electrones a la izquierda y a la derecha a una distancia de 0,6 veces 10 superíndice -10 metros.
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Encuentre la energía electroestática de ocho cargas iguales (+3µC)(+3µC) cada una fijada en las esquinas de un cubo de 2 cm de lado.

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La probabilidad de que se produzca la fusión aumenta en gran medida cuando se acercan los núcleos correspondientes, pero hay que superar la repulsión de Coulomb mutua. Esto puede hacerse utilizando la energía cinética de los iones del gas de alta temperatura o acelerando los núcleos uno hacia el otro. (a) Calcule la energía potencial de dos núcleos de carga simple separados por 1,00×10−12m.1,00×10−12m. b) ¿A qué temperatura los átomos de un gas tendrán una energía cinética media igual a esta energía potencial eléctrica necesaria?

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Un núcleo de helio desnudo tiene dos cargas positivas y una masa de 6,64×1027kg6,64×1027kg. (a) Calcule su energía cinética en julios a 2,00%2,00% de la velocidad de la luz. (b) ¿Cuánto es esto en electronvoltios? (c) ¿Qué voltaje sería necesario para obtener esta energía?

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Un electrón entra en una región entre dos grandes placas paralelas de aluminio separadas por una distancia de 2,0 cm y mantenidas a una diferencia de potencial de 200 V. El electrón entra a través de un pequeño agujero en la placa negativa y se mueve hacia la placa positiva. En el momento en que el electrón está cerca de la placa negativa, su velocidad es 4,0×105m/s.4,0×105m/s. Suponga que el campo eléctrico entre las placas es uniforme, y encuentre la velocidad del electrón a (a) 0,10 cm, (b) 0,50 cm, (c) 1,0 cm, y (d) 1,5 cm de la placa negativa, y (e) inmediatamente antes de que choque con la placa positiva.

La figura muestra dos placas paralelas cargadas, una positiva y otra negativa, y un electrón que entra entre las placas. La distancia entre las placas es de 2cm y la diferencia de potencial es de 200V.
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A qué distancia están dos placas conductoras que tienen una intensidad de campo eléctrico de 4,50×103V/m4,50×103V/m entre ellas, si su diferencia de potencial es de 15,0 kV?

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a) ¿La intensidad del campo eléctrico entre dos placas conductoras paralelas superará la intensidad de ruptura del aire seco, que es 3,00×106V/m3,00×106V/m, si las placas están separadas por 2,00 mm y una diferencia de potencial de 5,0×103V5,0×103V? (b) ¿A qué distancia pueden estar las placas con este voltaje aplicado?

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Las paredes de las membranas de las células vivas tienen campos eléctricos sorprendentemente grandes a través de ellas debido a la separación de iones. ¿Cuál es el voltaje a través de una membrana de 8,00 nm de espesor si la intensidad del campo eléctrico a través de ella es de 5,50 MV/m? Se puede suponer un campo eléctrico uniforme.

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Un ion con doble carga es acelerado hasta una energía de 32,0 keV por el campo eléctrico entre dos placas conductoras paralelas separadas por 2,00 cm. ¿Cuál es la intensidad del campo eléctrico entre las placas?

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Se cree que la temperatura cerca del centro del Sol es de 15 millones de grados Celsius (1,5×107°C)(1,5×107°C) (o kelvin). ¿A través de qué voltaje se debe acelerar un ion con carga única para que tenga la misma energía que la energía cinética media de los iones a esta temperatura?

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Un rayo impacta en un árbol, moviendo 20,0 C de carga a través de una diferencia de potencial de 1,00×102MV.1,00×102MV. (a) ¿Qué energía se disipó? (b) ¿Qué masa de agua se pudo elevar de 15°C15°C hasta el punto de ebullición y luego hirvió por esta energía? (c) Discuta el daño que la expansión del vapor hirviendo podría causar al árbol.

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¿Cuál es el potencial 0,530×10−10m0,530×10−10m de un protón (la distancia media entre el protón y el electrón en un átomo de hidrógeno)?

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(a) Una esfera tiene una superficie uniformemente cargada con 1,00 C. ¿A qué distancia de su centro se encuentra el potencial de 5,00 MV? (b) ¿Qué implica su respuesta sobre el aspecto práctico de aislar una carga tan grande?

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¿Cuáles son el signo y la magnitud de una carga puntual que produce un potencial de -2,00 V a una distancia de 1,00 mm?

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En uno de los experimentos clásicos de la física nuclear de principios del siglo XX, se aceleró una partícula alfa hacia un núcleo de oro y su trayectoria se desvió sustancialmente por la interacción de Coulomb. Si la energía del núcleo alfa doblemente cargado es de 5,00 MeV, ¿a qué distancia del núcleo de oro (79 protones) podría llegar antes de ser desviada?

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