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

16.1

Es mayor inmediatamente después de conectar la corriente. La corriente de desplazamiento y el campo magnético de la misma son proporcionales a la tasa de cambio del campo eléctrico entre las placas, que es mayor cuando las placas comienzan a cargarse.

16.2

No. El campo eléctrico cambiante según la versión modificada de la ley de Ampère induciría necesariamente un campo magnético cambiante.

16.3

(1) la ley de Faraday, (2) la ley de Ampère-Maxwell

16.4

a. Las direcciones de propagación de la onda, del campo E y del campo B son mutuamente perpendiculares. b. La velocidad de la onda electromagnética es la velocidad de la luz c=1/ε0μ0c=1/ε0μ0 independiente de la frecuencia. c. La relación entre las amplitudes de los campos eléctricos y magnéticos es E/B=c.E/B=c.

16.5

Su aceleración disminuiría porque la fuerza de radiación es proporcional a la intensidad de la luz del Sol, que disminuye con la distancia. Su velocidad, sin embargo, no cambiaría si no fuera por los efectos de la gravedad del Sol y los planetas.

16.6

Se encuentran en diferentes rangos de longitud de onda y, por tanto, también en diferentes rangos de frecuencia.

Preguntas Conceptuales

1 .

La corriente que entra en el condensador para cambiar el campo eléctrico entre las placas es igual a la corriente de desplazamiento entre las placas.

3 .

La primera demostración requiere simplemente observar la corriente producida en un cable que experimenta un campo magnético cambiante. La segunda demostración requiere mover la carga eléctrica de un lugar a otro y, por tanto, implica corrientes eléctricas que generan un campo eléctrico cambiante. Los campos magnéticos de estas corrientes no se separan fácilmente del campo magnético que produce la corriente de desplazamiento.

5 .

en (a), porque el campo eléctrico es paralelo al cable, acelerando los electrones

7 .

Una corriente constante en un circuito de corriente continua no produce ondas electromagnéticas. Si la magnitud de la corriente varía permaneciendo en la misma dirección, los cables emitirán ondas electromagnéticas, por ejemplo, si la corriente se enciende o se apaga.

9 .

La cantidad de energía (alrededor de 100W/m2100W/m2) puede producir rápidamente un cambio considerable de temperatura, pero la ligera presión (alrededor de 3,00×10−7N/m23,00×10−7N/m2) es demasiado pequeño para notarlo.

11 .

Tiene la magnitud del flujo de energía y apunta en la dirección de propagación de la onda. Da la dirección del flujo de energía y la cantidad de energía por área transportada por segundo.

13 .

La fuerza sobre una superficie que actúa en el tiempo ΔtΔt es el momento que la fuerza impartiría al objeto. El cambio de momento de la luz se duplica si la luz se refleja al comparar con el momento cuando se absorbe, por lo que la fuerza que actúa sobre el objeto es el doble.

15 .

a. Según la regla de la mano derecha, el sentido de la propagación de la energía se invertiría. b. Esto dejaría el vector SS, y por tanto la dirección de propagación, la misma.

17 .

a. Las ondas de radio se producen generalmente mediante una corriente alterna en un cable o un campo eléctrico oscilante entre dos placas; b. La radiación infrarroja es producida comúnmente por cuerpos calentados cuyos átomos y las cargas que los componen vibran a la frecuencia adecuada.

19 .

a. azul; b. La luz de longitudes de onda más largas que el azul atraviesa el aire con menos dispersión, mientras que una mayor parte de la luz azul se dispersa en diferentes direcciones en el cielo para darle ese color azul.

21 .

Una antena típica tiene una respuesta más fuerte cuando los alambres que la forman están orientados en paralelo al campo eléctrico de la onda de radio.

23 .

No, es muy estrecho y solo una pequeña porción del espectro electromagnético general.

25 .

La luz visible se produce normalmente por los cambios de energía de los electrones en átomos y moléculas orientados al azar. Las ondas de radio suelen ser emitidas por una ac que fluye a lo largo de un cable, que tiene una orientación fija y produce campos eléctricos orientados en determinadas direcciones.

27 .

El radar puede observar objetos del tamaño de un avión y utiliza ondas de radio de unos 0,5 cm de longitud de onda. La luz visible puede utilizarse para ver células biológicas individuales y tiene longitudes de onda de aproximadamente 10−7m10−7m.

29 .

Ondas de radio ELF

31 .

La frecuencia de 2,45 GHz de un horno microondas está cerca de las frecuencias específicas de la banda de 2,4 GHz utilizada para el WiFi.

Problemas

33 .

B ind = μ 0 2 π r I ind = μ 0 2 π r ε 0 Φ E t = μ 0 2 π r ε 0 ( A E t ) = μ 0 2 π r ε 0 A ( 1 d d V ( t ) d t ) = μ 0 2 π r [ ε 0 A d ] [ 1 C d Q ( t ) d t ] = μ 0 2 π r d Q ( t ) d t porque C = ε 0 A d B ind = μ 0 2 π r I ind = μ 0 2 π r ε 0 Φ E t = μ 0 2 π r ε 0 ( A E t ) = μ 0 2 π r ε 0 A ( 1 d d V ( t ) d t ) = μ 0 2 π r [ ε 0 A d ] [ 1 C d Q ( t ) d t ] = μ 0 2 π r d Q ( t ) d t porque C = ε 0 A d

35 .

a Ires=V0senωtRIres=V0senωtR; b Id=CV0ωcosωtId=CV0ωcosωt;
c Ireal=Ires+dQdt=V0senωtR+CV0ddtsenωt=V0senωtR+CV0ωcosωtIreal=Ires+dQdt=V0senωtR+CV0ddtsenωt=V0senωtR+CV0ωcosωt; que es la suma de IresIres y Ireal,Ireal, consistente con el modo en que la corriente de desplazamiento mantiene la continuidad de la corriente.

37 .

1,77 × 10 −3 A 1,77 × 10 −3 A

39 .

I d = ( 7,97 × 10 −10 A ) sen ( 150 t ) I d = ( 7,97 × 10 −10 A ) sen ( 150 t )

41 .

499 s

43 .

25 m

45 .

a. 5.00 V/m; b 9,55×108Hz9,55×108Hz; c. 31,4 cm; d. hacia el eje +x;
e. B=(1,67×10−8T)cos[kx(6×109s−1)t+0,40]k^B=(1,67×10−8T)cos[kx(6×109s−1)t+0,40]k^

47 .

I d = π ε 0 ω R 2 E 0 sen ( k x ω t ) I d = π ε 0 ω R 2 E 0 sen ( k x ω t )

49 .

El campo magnético es descendente y tiene una magnitud 2,00×10−8T2,00×10−8T.

51 .

a 6,45×10−3V/m;6,45×10−3V/m; b. 394 m

53 .

11,5 m

55 .

5,97 × 10 −3 W/m 2 5,97 × 10 −3 W/m 2

57 .

a. E 0 = 1.027 V/m , B 0 = 3,42 × 10 −6 T ; b. 3,96 × 10 26 W a. E 0 = 1.027 V/m , B 0 = 3,42 × 10 −6 T ; b. 3,96 × 10 26 W

59 .

20,8 W/m 2 20,8 W/m 2

61 .

a 4,42×10‒6W/m24,42×10‒6W/m2; b 5,77×10‒2V/m5,77×10‒2V/m

63 .

a 7,47×10−14W/m27,47×10−14W/m2; b 3,66×1013W3,66×1013W; c. 1,12 W

65 .

1,99 × 10 −11 N/m 2 1,99 × 10 −11 N/m 2

67 .

F = m a = ( p ) ( π r 2 ) , p = m a π r 2 = ε 0 2 E 0 2 E 0 = 2 m a ε 0 π r 2 = 2 ( 10 −8 kg ) ( 0,30 m/s 2 ) ( 8,854 × 10 −12 C 2 / N · m 2 ) ( π ) ( 2 × 10 −6 m ) 2 E 0 = 7,34 × 10 6 V/m F = m a = ( p ) ( π r 2 ) , p = m a π r 2 = ε 0 2 E 0 2 E 0 = 2 m a ε 0 π r 2 = 2 ( 10 −8 kg ) ( 0,30 m/s 2 ) ( 8,854 × 10 −12 C 2 / N · m 2 ) ( π ) ( 2 × 10 −6 m ) 2 E 0 = 7,34 × 10 6 V/m

69 .

a 4,50×10−6N;4,50×10−6N; b. se reduce a la mitad de la presión, 2,25×10−6N2,25×10−6N

71 .

a W=12π2r4mc2I2t2; b.E=πr2ItW=12π2r4mc2I2t2; b.E=πr2It

73 .

a 1,5×1018Hz1,5×1018Hz; b. Rayos X

75 .

a. El rango de longitudes de onda es de 187 m a 556 m. b. El rango de longitudes de onda es de 2,78 m a 3,41 m.

77 .

P = ( 12 m 30 m ) 2 ( 100 mW ) = 16 mW P = ( 12 m 30 m ) 2 ( 100 mW ) = 16 mW

79 .

el tiempo para 1bit=1,27×10−8s,1bit=1,27×10−8s, la diferencia en el tiempo de viaje es 5,34×10−8s5,34×10−8s

81 .

a 1,5×10−9m;1,5×10−9m; b 5,9×10−7m;5,9×10−7m; c 3,0×10−15m3,0×10−15m

83 .

5,17×10−12T,5,17×10−12T, el campo geomagnético no oscilante de 25-65 μTμT es mucho más grande

85 .

a 1,33×102V/m1,33×102V/m; b 4,44×1011T4,44×1011T; c 3,00×108m3,00×108m

87 .

a 5,00×106m5,00×106m; b. onda de radio; c 4,33×10−5T4,33×10−5T

Problemas Adicionales

89 .

I d = ( 10 N/C ) ( 8,845 × 10 −12 C 2 /N · m 2 ) π ( 0,03 m ) 2 ( 5.000 1 s ) = 1,25 × 10 −9 A I d = ( 10 N/C ) ( 8,845 × 10 −12 C 2 /N · m 2 ) π ( 0,03 m ) 2 ( 5.000 1 s ) = 1,25 × 10 −9 A

91 .

3,75×107km3,75×107km, que es mucho mayor que la circunferencia de la Tierra

93 .

a. 564 W; b 1,80×104W/m21,80×104W/m2; c 3,68×103V/m3,68×103V/m; d 1,23×10−5T1,23×10−5T

95 .

a 5,00×103W/m25,00×103W/m2; b 3,88×106N3,88×106N; c 5,18×1012N5,18×1012N

97 .

a I=PA=P4πr21r2I=PA=P4πr21r2; b IE02,B02E02,B021r2E0,B01rIE02,B02E02,B021r2E0,B01r

99 .

La energía en el cable = S · d A = ( 1 μ 0 E B ) ( 2 π r L ) = 1 μ 0 ( V L ) ( μ 0 i 2 π r ) ( 2 π r L ) = i V = i 2 R La energía en el cable = S · d A = ( 1 μ 0 E B ) ( 2 π r L ) = 1 μ 0 ( V L ) ( μ 0 i 2 π r ) ( 2 π r L ) = i V = i 2 R

101 .

0,431

103 .

a 1,5×1011m1,5×1011m; b 5,0×10−7s5,0×10−7s; c. 33 ns

105 .

sonido: λ sonido = v s f = 343 m/s 20,0 Hz = 17,2 m radio: λ radio = c f = 3,00 × 10 8 m/s 1.030 × 10 3 Hz = 291 m; o 17,1 λ sonido sonido: λ sonido = v s f = 343 m/s 20,0 Hz = 17,2 m radio: λ radio = c f = 3,00 × 10 8 m/s 1.030 × 10 3 Hz = 291 m; o 17,1 λ sonido

Problemas De Desafío

107 .

a 0,29μm0,29μm; b. La presión de radiación es mayor que la gravedad del Sol si el tamaño de la partícula es menor, porque la fuerza gravitatoria varía como el radio al cubo mientras que la presión de radiación varía como el radio al cuadrado. c. La fuerza de radiación hacia el exterior implica que las partículas más pequeñas tienen menos probabilidades de estar cerca del Sol que fuera del rango de la presión de radiación del Sol.

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.