Omitir e ir al contenidoIr a la página de accesibilidad
Logo de OpenStax
  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

Compruebe Lo Aprendido

13.1

1,1 T/s

13.2

Para el observador mostrado, la corriente fluye en el sentido de las agujas del reloj a medida que el imán se acerca, disminuye a cero cuando el imán está centrado en el plano de la bobina y, luego, fluye en sentido contrario a las agujas del reloj cuando el imán sale de la bobina

La figura muestra un imán que se mueve dentro y a través del bucle con el polo sur orientado hacia él. La posición (a) corresponde al imán que se acerca al bucle; la posición (b) corresponde al imán que entra directamente en el bucle. La posición (c) corresponde al imán que se aleja del bucle.
13.4

ε=Bl2ω/2,ε=Bl2ω/2, con O a un potencial más alto que S

13.5

1,5 V

13.6

a. sí; b. Sí; sin embargo, hay una falta de simetría entre el campo eléctrico y la bobina, lo que hace que E·dlE·dl una relación más complicada que no se puede simplificar como se muestra en el ejemplo.

13.7

3,4 × 10 −3 V / m 3,4 × 10 −3 V / m

13.8

P 1 , P 2 , P 4 P 1 , P 2 , P 4

13.9

a. 3.1×106V;3.1×106V; b. 2,0×107V/m2,0×107V/m

Preguntas Conceptuales

1 .

La emf depende de la velocidad de cambio del campo magnético.

3 .

Ambos tienen los mismos campos eléctricos inducidos; sin embargo, el anillo de cobre tiene una emf inducida mucho mayor porque conduce la electricidad mejor que el anillo de madera.

5 .

a. no; b. sí

7 .

Mientras el flujo magnético cambie de positivo a negativo o de negativo a positivo, puede haber una emf inducida.

9 .

Coloque el bucle de manera que las líneas de campo sean perpendiculares al vector área o paralelas a la superficie.

11 .

a. En el sentido de las agujas del reloj visto desde el circuito; b. En sentido contrario a las agujas del reloj visto desde el circuito

13 .

Cuando el bucle entra, la emf inducida crea una corriente en sentido contrario a las agujas del reloj mientras que cuando el bucle sale esta crea una corriente en el sentido de las agujas del reloj. Mientras el bucle está totalmente dentro del campo magnético, no hay cambio de flujo y, por tanto, no hay corriente inducida.

15 .

a. En sentido contrario a las agujas del reloj visto desde el imán; b. En el sentido de las agujas del reloj visto desde el imán; c. En el sentido de las agujas del reloj visto desde el imán; d. En sentido contrario a las agujas del reloj visto desde el imán; e. En el sentido de las agujas del reloj visto desde el imán; f. sin corriente

17 .

Las cargas positivas en las alas estarían al oeste, o a la izquierda del piloto, mientras que las cargas negativas estarían al este o a la derecha del piloto. Así, las puntas de las alas de la izquierda serían positivas y las de la derecha negativas.

19 .

El trabajo es mayor que la energía cinética porque se necesita energía para contrarrestar la emf inducida.

21 .

La lámina conductora se protege de los campos magnéticos cambiantes creando una emf inducida. Esta emf inducida crea un campo magnético inducido que se opone a cualquier cambio en los campos magnéticos del campo inferior. Por lo tanto, no hay campo magnético neto en la región por encima de esta hoja. Si el campo fuera debido a un campo magnético estático, no se crearía ninguna emf inducida, ya que se necesita un flujo magnético cambiante para inducir una emf. Por lo tanto, este campo magnético estático no estará blindado.

23 .

a. corriente inducida cero, fuerza cero; b. corriente inducida en el sentido de las agujas del reloj, la fuerza es hacia la izquierda; c. corriente inducida cero, fuerza cero; d. corriente inducida en sentido contrario a las agujas del reloj, la fuerza es hacia la izquierda; e. corriente inducida cero, fuerza cero.

Problemas

25 .

a. 3,8 V; b. 2,2 V; c. 0 V

27 .

B=1,5t,0t<2,0ms,B=3,0mT,2,0mst5,0ms,B=−3,0t+18mT,5,0ms<t6,0ms,ε=dΦmdt=d(BA)dt=AdBdt,ε=π(0,100m)2(1,5T/s)=-47mV(0t<2,0ms),ε=π(0,100m)2(0)=0(2,0mst5,0ms),ε=π(0,100m)2(−3,0T/s)=94mV(5,0ms<t<6,0ms).B=1,5t,0t<2,0ms,B=3,0mT,2,0mst5,0ms,B=−3,0t+18mT,5,0ms<t6,0ms,ε=dΦmdt=d(BA)dt=AdBdt,ε=π(0,100m)2(1,5T/s)=-47mV(0t<2,0ms),ε=π(0,100m)2(0)=0(2,0mst5,0ms),ε=π(0,100m)2(−3,0T/s)=94mV(5,0ms<t<6,0ms).

La figura muestra la emf en mV trazada en función del tiempo en ms. La emf es igual a –47 mV cuando el tiempo es igual a cero. Aumenta de forma escalonada hasta llegar a 0 cuando el tiempo alcanza los 2 ms. La emf se mantiene igual hasta los 5 ms y luego aumenta de forma escalonada hasta los 94 mV. Se mantiene constante hasta que el tiempo alcanza los 6 ms.
29 .

Cada respuesta es 20 veces las respuestas dadas anteriormente.

31 .

n ^ = k ^ , d Φ m = C y sen ( ω t ) d x d y , Φ m = C a b 2 sen ( ω t ) 2 , ε = C a b 2 ω cos ( ω t ) 2 . n ^ = k ^ , d Φ m = C y sen ( ω t ) d x d y , Φ m = C a b 2 sen ( ω t ) 2 , ε = C a b 2 ω cos ( ω t ) 2 .

33 .

a. 7,8×10−3V7,8×10−3V; b. En sentido contrario a las agujas del reloj desde la misma vista que el campo magnético

35 .

a. 150 A hacia abajo a través del resistor; b. 46 A hacia arriba a través del resistor; c. 0,019 A hacia abajo a través del resistor

37 .

0,0015 V

39 .

ε=B0ldωcos(Ωt)ld+B0sen(Ωt)lv ε=B0ldωcos(Ωt)ld+B0sen(Ωt)lv

41 .

ε = B l v cos θ ε = B l v cos θ

43 .

a. 2×10−19T2×10−19T; b. 1,25 V/m; c. 0,3125 V; d. 16 m/s

45 .

0,018 A, en el sentido de las agujas del reloj como se ve en el diagrama

47 .

9,375 V/m

49 .

Adentro, B=μ0nI,E·dl=(πr2)μ0ndIdt,B=μ0nI,E·dl=(πr2)μ0ndIdt, así que, E=μ0nr2·dIdtE=μ0nr2·dIdt (adentro). Afuera, E(2πr)=πR2μ0ndIdt,E(2πr)=πR2μ0ndIdt, así que, E=μ0nR22r·dIdtE=μ0nR22r·dIdt (afuera)

51 .

a. Eadentro=r2dBdtEadentro=r2dBdt, Eafuera=dBdtR22rEafuera=dBdtR22r; b. W=4,19×10−23JW=4,19×10−23J; c. 0 J; d Fmag.=4×10−13N,Fmag.=4×10−13N, Felec.=2,7×10−22NFelec.=2,7×10−22N

53 .

7,1 μ A 7,1 μ A

55 .

tres vueltas con una superficie de 1 m2

57 .

a. ω=120πrad/s,ε=850sin120πt V;ω=120πrad/s,ε=850sin120πt V;
b. P=720sen2120πtW;P=720sen2120πtW;
c. P=360sen2120πtWP=360sen2120πtW

59 .

a. B es proporcional a Q; b. Si la bobina gira fácilmente, el campo magnético es perpendicular. Si la bobina está en una posición de equilibrio, es paralelo.

61 .

a. 1,33 A; b. 0,50 A; c. 60 W; d. 37,5 W; e. 22.5W

Problemas Adicionales

63 .

4,8 × 106 A/s

65 .

2,83×10−4A2,83×10−4A, la siguiente es la dirección para el aumento del campo magnético

La figura muestra un bucle circular colocada entre dos polos de un electroimán de herradura.
67 .

0,375 V

69 .

a. 0,94 V; b. 0,70 N; c. 3,52 J/s; d. 3,52 W

71 .

( d B d t ) A 2 π r ( d B d t ) A 2 π r

73 .

a Rf+Ra=120V2,0A=60Ω,así queRf=50ΩRf+Ra=120V2,0A=60Ω,así queRf=50Ω;
b I=εsεiRf+Ra,εi=90VI=εsεiRf+Ra,εi=90V;
c εi=60Vεi=60V

Problemas De Desafío

75 .

N es el número máximo de vueltas permitido.

77 .

0,848 V

79 .

Φ = μ 0 I 0 a 2 π ln ( 1 + b x ) , ε = μ 0 I 0 a b v 2 π x ( x + b ) , así que I = μ 0 I 0 a b v 2 π R x ( x + b ) Φ = μ 0 I 0 a 2 π ln ( 1 + b x ) , ε = μ 0 I 0 a b v 2 π x ( x + b ) , así que I = μ 0 I 0 a b v 2 π R x ( x + b )

81 .

a 1,01×10−6V1,01×10−6V; b 1,37×10−7V1,37×10−7V; c. 0 V

83 .

a v=mgRsenθB2l2cos2θ;v=mgRsenθB2l2cos2θ; b mgvsenθmgvsenθ; c mcΔTmcΔT; d. la corriente invertiría su dirección pero la barra seguiría deslizándose a la misma velocidad

85 .

a
B=μ0nI,Φm=BA=μ0nIA,ε=9,9×10−4V;B=μ0nI,Φm=BA=μ0nIA,ε=9,9×10−4V;
b 9,9×10−4V9,9×10−4V;
c E·dl=ε,E=1,6×10−3V/mE·dl=ε,E=1,6×10−3V/m; d 9,9×10−4V9,9×10−4V;
e. no, porque no hay simetría cilíndrica

87 .

a 1,92×106rad/s=1,83×107rpm1,92×106rad/s=1,83×107rpm; b. Esta velocidad angular es desmesurada, superior a la que se puede obtener en cualquier sistema mecánico. c. La suposición de que se podría obtener un voltaje tan grande como 12,0 kV no es razonable.

89 .

2 μ 0 π a 2 I 0 n ω R 2 μ 0 π a 2 I 0 n ω R

91 .

m R v o B 2 D 2 m R v o B 2 D 2

Cita/Atribución

¿Desea citar, compartir o modificar este libro? Este libro es Creative Commons Attribution License 4.0 y debe atribuir a OpenStax.

Información de atribución
  • Si redistribuye todo o parte de este libro en formato impreso, debe incluir en cada página física la siguiente atribución:
    Acceso gratis en https://openstax.org/books/f%C3%ADsica-universitaria-volumen-2/pages/1-introduccion
  • Si redistribuye todo o parte de este libro en formato digital, debe incluir en cada vista de la página digital la siguiente atribución:
    Acceso gratuito en https://openstax.org/books/f%C3%ADsica-universitaria-volumen-2/pages/1-introduccion
Información sobre citas

© 29 oct. 2021 OpenStax. El contenido de los libros de texto que produce OpenStax tiene una licencia de Creative Commons Attribution License 4.0 license. El nombre de OpenStax, el logotipo de OpenStax, las portadas de libros de OpenStax, el nombre de OpenStax CNX y el logotipo de OpenStax CNX no están sujetos a la licencia de Creative Commons y no se pueden reproducir sin el previo y expreso consentimiento por escrito de Rice University.