Exercicios de Física 02b. Magnetismo

Transcript

1 Exercicios de Física 02b. Magnetismo Problemas 1. Determinar el radio de la órbita descrita por un protón que penetra perpendicularmente a un campo magnético uniforme de 10-2 T, después de haber sido acelerado desde el reposo mediante una diferencia de potencial de 10 V. (m p = 1, kg; e = 1, C). 2. Establécese un campo magnético uniforme perpendicular ao plano dunha espira de raio 5,0 cm; 0,4 Ω de resistencia e autoindución desprezable. O valor da indución magnética auméntase a razón de T/s. Achar: a) Forza electromotriz inducida na espira. b) Corrente inducida na espira. c) Indicar o sentido desta corrente. 3. Determinar o raio da órbita descrita por un protón que penetra perpendicularmente a un campo magnético uniforme de 10-2 T, despois de ter sido acelerado desde o repouso mediante unha diferencia de potencial de 10 V. (m p = 1, kg; e = 1, C). 4. Una espira de 100 cm 2 de superficie se encuentra orientada de forma perpendicular a un campo magnético cuya magnitud aumenta uniformemente desde 2000 Gauss hasta en 0,25 seg. Determina: a) Cuánto vale la fuerza electromotriz inducida en la espira? b) Cuál será la intensidad de la corriente inducida si la resistencia total de la espira es de 3 Ω? c) En qué sentido circulará la corriente? Oxford, p179#34 5. Una bobina de 300 espiras de 300 cm 2 gira alrededor de un eje perpendicular a un campo magnético de 0,2 T. A qué frecuencia debe girar para generar una tensión máxima de 250 V? Oxford, p179#37 6. Determinar o raio da órbita descrita por un protón que penetra perpendicularmente a un campo magnético uniforme de 10-2 T, despois de ter sido acelerado desde o repouso mediante unha diferencia de potencial de 10 V. (m p = 1, kg; e = 1, C). Almería, Dous condutores rectilíneos, paralelos, e de gran lonxitude, están separados por unha distancia de 10 cm. Por cada un deles circula unha corrente I 1 e I 2 no mesmo sentido e de modo que I 1 = 4I 2. A que distancia dos :10:45

2 Física 02b. Magnetismo Páxina 2 / 8 condutores se anula o campo magnético? Supoñendo que I 1 = 8 A, calcular a forza por unidade de lonxitude que actúa entre os dous condutores indicando se se trata dunha forza atractiva ou repulsiva. (µ 0 = 4π 10-7 T m A -1 ). Alicante, Un electrón que se despraza con movemento rectilíneo uniforme a velocidade de ms -1, penetra nun campo magnético uniforme de T, perpendicular a traxectoria do electrón. Calcular: a/ a forza que actúa sobre o electrón. b/ o radio da traxectoria que describe. Datos. e = 1, C; m e = 9, kg. Galicia, Un ciclotrón para acelerar protóns ten un campo magnético de intensidade 0,4 Wb/m 2, e o seu radio é 0,8 m. Calcular: a) Velocidade coa que saen os protóns do ciclotrón. b) Que voltaxe faría falta para que os protóns adquirisen esa velocidade partindo do repouso. Datos: m protón = 1, kg; q protón = 1' C Proposta Calcula : a) O raio da órbita que describe un electrón nun campo magnético de intensidade B = 3 wéber/m 2 que forma un ángulo de 90º co plano da súa traxectoria. b) O tempo que tarda en dar unha volta se se move a unha velocidade de 9000 km/s. Datos: q e = 1, C ; m e = kg Sol. a) 16, m b) 11, s Proposta Un protón ten unha enerxía cinética de J. Segue unha traxectoria circular nun campo magnético B = 0,5 T. Calcula: a) O raio da traxectoria b) A frecuencia coa que xira Datos: m p = 1, kg ; q p = 1, C Sol. a) 0,072 m b) 7, Hz Proposta Un electrón penetra perpendicularmente nun campo magnético de 0,5 T cunha velocidade de 2000 km/s. a) Calcula o raio da órbita que describe. b) Acha o número de voltas que da en 0,01 s Sol. a) 22, m b) 13, rev. Proposta Un ciclotrón para acelerar protóns ten un campo magnético de intensidade 0,4 T, e o seu raio é 0,8 m. Calcula: a) Velocidade coa que saen os protóns do ciclotrón.

3 Física 02b. Magnetismo Páxina 3 / 8 b) A voltaxe que faría falla para que os protóns adquirisen esa velocidade partindo do repouso. Datos: m p = 1, kg ; q p = 1, C Sol. a) v = m/s b) V = 4, V Proposta Un electrón lanzado a km/s atravesa un campo magnético de 1 T. a) Calcula o raio da desviación máxima b) Calcula o raio da desviación mínima que pode exercer Datos: m e = 0, ; q e = -1, C Proposta Un electrón (q = - 1, C) nun átomo de hidróxeno H, segundo o modelo de Bohr, ten unha traxectoria circular de raio 0, m e unha velocidade de 0, m/s. a) Calcula a súa enerxía potencial. b) Calcula o campo magnético producido. Proposta Un electrón (q = - 1, C) a unha velocidade de m/s, entra nunha zona perpendicularmente a un campo magnético de T. a) Calcula o raio de xiro da súa órbita. b) Calcula a intensidade dun campo eléctrico que anule o efecto do campo magnético. Proposta Un electrón penetra perpendicularmente nun campo magnético de 2,7 T cunha velocidade de 2000 km/s. a) Calcula o radio da órbita que describe, b) acha o número de voltas que dá en 0,05 s. Datos: m e = 9, kg, q e = 1, C. Galicia, Un protón acelerado dende o repouso por unha diferencia de potencial de V adquire unha velocidade no sentido positivo do eixe X, coa que penetra nunha rexión na que existe un campo magnético uniforme B = 0,2 T no sentido do eixe Y. Calcula: a) O raio da órbita descrita (fai un debuxo do problema). b) O número de voltas que da en 1 segundo. Datos: m p = 1, ; q p = 1, Galicia, Un protón penetra nunha zona onde hai un campo magnético de 5 T, cunha velocidade de m s -1 e dirección perpendicular ao campo. Calcula: a) O radio da órbita descrita. b) A intensidade e sentido dun campo eléctrico que, ao aplicalo, anule o efecto do campo magnético. Fai un debuxo do problema. Datos: m p = 1, kg; q p = 1, C.

4 Física 02b. Magnetismo Páxina 4 / 8 Galicia, Un protón ten unha enerxía cinética de J. Segue unha traxectoria circular nun campo magnético B = 2 T. Calcula: a) O radio da traxectoria. b) O número de voltas que dá nun minuto. Datos: m p = 1, kg; q p = 1, C. Galicia, Un protón acelerado por unha diferencia de potencial de 5000 V penetra perpendicularmente nun campo magnético uniforme de 0,32 T. Calcula: a) A velocidade do protón. b) O radio da órbita que describe e o número de voltas que da en 1 segundo. Datos: 1p = 1, C; m p = 1, kg. Fai un debuxo do problema. Cuestións Galicia, Aplica a lei de Lorentz para ver como se desviará un protón que entra, de esquerda a dereita, nun campo magnético perpendicular ao papel e cara adentro. 2. Se se move unha espira paralelamente ó seu plano dentro dun campo magnético uniforme, indica o que é correcto: a) Prodúcese corrente inducida ó comezar o movemento. b) Non se produce ningunha corrente inducida. c) Aparece unha corrente inducida no sentido antihorario 3. Por dous condutores paralelos e próximos entre si, circulan correntes eléctricas do mesmo sentido. Que lle ocorrerá ós condutores? a) Atráense b) Repélense c) Non exercen forzas mutuas se as correntes son da mesma magnitude. Sol. a 4. Cando unha partícula cargada se move dentro dun campo magnético, a forza magnética que actúa sobre ela realiza un traballo que sempre é: a) positivo, se a carga é positiva b) positivo, sexa como sexa a carga c) cero. 5. Para que unha carga eléctrica non se desvíe ao pasar por unha zona de campo magnético non nulo, as liñas de campo teñen que ser: a) perpendiculares ó desprazamento da carga b) paralelas ó desprazamento da carga c) de calquera xeito que sexan, a carga desvíase sempre. Sol. b 6. Se un corpo cargado entra nun campo magnético, para diminuír o seu raio de xiro, debemos: a) aumentar a súa velocidade

5 Física 02b. Magnetismo Páxina 5 / 8 b) poñer o campo o máis paralelo posible á traxectoria inicial c) aumentar a carga. 7. Dous protóns desprázanse nun plano no medio dun campo magnético. Moveranse cunha traxectoria de raio diferente se: a) se moven con diferente dirección b) se moven con diferente sentido c) se moven con diferente velocidade. 8. Un condutor leva unha corrente de 1 A. Produce un campo magnético máis intenso: a) canto máis groso sexa o condutor b) canta maior sexa a velocidade de cada electrón individual c) se non varía nin condutor nin intensidade de corrente, tampouco varía a intensidade do campo magnético. 9. Nunha habitación existe un campo magnético que apunta verticalmente cara abaixo. De súpeto, lánzanse dous electróns coa mesma velocidade, pero sentidos contrarios. Como se moverán? a) En círculos tanxentes e sentido horario b) No mesmo círculo c) En círculos tanxentes e sentido antihorario. 10. As interaccións entre correntes maniféstanse porque dous condutores rectilíneos e indefinidos, paralelos, polos que circulan correntes eléctricas no mesmo sentido: a) repélense b) atráense c) xiran ata poñerse perpendiculares. 11. Lei de Ampère. Campo magnético criado por un solenoide. 12. Un positrón de carga 1, C entra nun campo magnético B = 0,1 j( T ). Se a velocidade do positrón é v = 10 5 i ( m / s), a forza que sofre, en N, é: a) 1, i b) 1, j c) 1, k 13. Un electrón describe órbitas circulares en presencia dun campo magnético B uniforme perpendicular á órbita. Disipa enerxía en forma de traballo este electrón? Por que? 14. Xustifica por que as liñas do campo magnético son pechadas. Galicia, Nunha experiencia de indución electromagnética, que condicións deben de cumprirse para que se produza forza

6 Física 02b. Magnetismo Páxina 6 / 8 electromotriz inducida. Galicia, Cales son as condicións para que exista forza electromotriz inducida? Describe unha montaxe experimental indicando que se verifica algunha das condicións que citaches. Galicia, Poden separarse os polos dun imán? Córtanse as liñas de forza magnéticas? Xustifica a resposta. Galicia, Como son as liñas vectoriais dun campo? Como son as liñas do campo electrostático e as do magnetostático? Razoa a resposta. Galicia, Nunha rexión do espacio está definido un campo magnético uniforme B dirixido de arriba a abaixo. Dispáranse horizontalmente dous electróns no mesmo punto do espacio e con idéntica velocidade pero en sentidos opostos. Que traxectorias describirán? Galicia, Un fío condutor rectilíneo e infinito, percorrido por unha intensidade de corrente I, atravesa perpendicularmente un plano. Se neste situamos un conxunto de pequenos imáns, representar graficamente como se distribúen estes pequenos imáns e indicar as posicións dos correspondentes polos norte e sur dos mesmos. Almería, Indicar como se moverá un protón que se abandona en repouso nunha rexión do espacio con campos magnético e eléctrico paralelos e uniformes. Razoa a resposta. Alicante, Como son as liñas do campo magnético creado por unha corrente rectilínea indefinida? Alicante, Un protón pasa por unha rexión do espacio sen sufrir ningunha desviación. Pode deducirse deste feito que non existen alí campos electromagnéticos? Razoa a resposta. Galicia, Un electrón describe órbitas circulares en presencia dun campo magnético B uniforme perpendicular á órbita. Disipa enerxía en forma de traballo este electrón? Por que? Galicia, Unha espira condutora repousa nun plano horizontal e é atravesada por un campo magnético vertical dirixido cara a arriba, uniforme pero decrecente co tempo. Cal será e por que o sentido da corrente inducida na espira? Galicia, Xustifica se un electrón pode ou non moverse nun campo magnético sen desviarse.

7 Física 02b. Magnetismo Páxina 7 / 8 Galicia, Unha partícula con carga eléctrica se move no seo dun campo magnético uniforme, de dirección perpendicular a velocidade da partícula. A traxectoria que describe a partícula é: a/ recta. b/ circular. c/ non hai bastantes datos para decidir a traxectoria. Galicia, As liñas de forza do campo magnético son: a) abertas como as do campo eléctrico. b) sempre cerradas. c) abertas ou cerradas dependendo da posición do imán ou bobina. Galicia, De que depende a fem nun circuíto? a) de que varíe nunha magnitude grande ou pequena o fluxo magnético que o atravesa. b) da variación de fluxo magnético "rapidez con que cambia" a través do mesmo. c) do valor do fluxo magnético que o atravesa suposto constante. Galicia, O campo magnético creado por un fío infinito e recto con corrente de 1 A nun punto a distancia de r m do fío: a) depende da inversa do cadrado da distancia; b) ten a dirección de liñas circulares arredor do fío; c) depende do cadrado da intensidade de corrente. Galicia, Por dous condutores largos, rectos e paralelos circulan correntes, I, no mesmo sentido. Nun punto do plano situado entre os dous condutores o campo magnético resultante, comparado co creado por un solo dos condutores é: a) maior; b) menor; c) o mesmo. Galicia, Se se acerca de súpeto o polo norte dun imán ao plano dunha espira sen corrente, nesta prodúcese: a) Unha fem inducida en sentido horario. b) Unha fem inducida en sentido antihorario. c) Ningunha fem porque a espira inicialmente non posúe corrente. Galicia, Un electrón e un protón describen órbitas circulares nun mesmo campo B uniforme e coa mesma enerxía cinética. Razoa as seguintes afirmacións. a) A velocidade do protón é maior. b) O radio da órbita do protón é maior. c) Os períodos de rotación son os mesmos. Dato: m p >> m e. Galicia, 2003

8 Física 02b. Magnetismo Páxina 8 / Disponse dun fío infinito recto e con corrente eléctrica I. Unha carga eléctrica +q próxima ao fío movéndose paralelamente a él e no mesmo sentido que a corrente: a) Será atraída. b) Será repelida. c) Non experimentará ningunha forza. Galicia, Unha espira rectangular está situada nun campo magnético uniforme representado polas frechas da figura. Razoa si o amperímetro indicará paso de corrente: a) Si a espira xira arredor do eixe Y. b) Si xira arredor do eixe X. c) Si se despraza ao longo de calquera dos eixes X ou Y. Galicia, Un cable recto de lonxitude l e corrente i está colocado nun campo magnético uniforme B formando con el un ángulo θ. O módulo da forza exercida sobre dito cable é: a) ilbtgθ; b) ilbsenθ c) ilbcosθ. Galicia, As liñas do campo magnético B creado por unha bobina ideal: a) nacen na cara norte e morren na cara sur da bobina; b) son liñas pechadas sobre si mesmas que atravesan a sección da bobina; c) son liñas pechadas arredor da bobina e que nunca a atravesan. Galicia, Dous condutores rectos paralelos e moi longos con correntes I no mesmo sentido: a) atráense; b) repélense; c) non interaccionan. Galicia, 2006