Exàmens de selectivitat – Electromagnetisme

En aquesta entrada teniu les preguntes del Bloc IV: Electromagnetisme, dels exàmens de selectivitat, de la Comunitat Valenciana, dels últims  anys.

Aneu fent els problemes i els dubtes que tingau els vorem en classe. També podeu fer algun comentari.

Els problemes tenen una màxima puntuació de 2 punts i les qüestions d’1,5 punts.

Exàmens-Electromagnetisme-2010

Exàmens-Electromagnetisme-2009

Exàmens-Electromagnetisme-2008

Exàmens-Electromagnetisme-2007

Exàmens-Electromagnetisme-2006

Exàmens-Electromagnetisme-2005

Exàmens-Electromagnetisme-2004

Exàmens-Electromagnetisme-2003

Bloque IV – Electromagnetismo

Ánimo ya habéis preparado la mitad del temario.

Después de realizar los ejercicios de autoevaluación de la página 239 y los de la página 265 del libro. Ahí van los siguientes:

Problemas

A.- Un protón penetra perpendicularmente en una región donde existe un campo magnético uniforme de valor 10^-3 T y describe una trayectoria circular de 10 cm de radio. Realiza un esquema de la situación y calcula:

a) La fuerza que ejerce el campo magnético sobre el protón e indica su dirección y sentido

ayudándote de un diagrama

b) La energía cinética del protón.

c) El número de vueltas que da el protón en 10 segundos.

(Datos: qp= 1,60·10^-19 C; mp= 1,67·10^-27 kg)

B.- Considera las cargas puntuales q₁=+10 μC, q₂= -5 μC y q₃= -10 μC, situadas en los puntos A(-4,0), B(4,0) y C(0,2), respectivamente. Calcula, sabiendo que las coordenadas están expresadas en metros, lo siguiente:

a) El vector intensidad de campo eléctrico en el punto (0,1).

b) El potencial eléctrico en el punto (0,0).

c) El trabajo realizado por el campo y por un agente externo para llevar una carga de -1μC desde el infinito hasta el punto (0,0).

Datos: K=9·10⁹ N m² C^-2, 1 μC=10^-6 C

Cuestiones

1.- Enuncia la ley de Faraday-Henry y Lenz y explica cómo se produce una corriente eléctrica en una espira que gira en un campo magnético uniforme.

2.- En el átomo de hidrógeno el electrón se encuentra a una distancia aproximada de 5,2·10^-11 m del núcleo, donde está localizado el protón. Calcula la fuerza electrostática con que se atraen ambas partículas y compárala con la fuerza gravitatoria entre ellas.

Datos: G = 6,67·10^-11 Nm2 kg-2 /mp = 1,67·10^-27 kg /me = 9,1·10 ^-31 kg /K = 9·10⁹ N·m2·C-2 /qp = 1,6·10^-19 C /

qe = -1,6·10^-19 C

3.-Formula la ley de Lorentz para una carga q en el seno de un campo magnético B. Indica que condiciones deben darse para que la fuerza magnética sobre la carga q sea nula.

4.- Indica cinco las analogías y cinco diferencias existentes entre la Ley de Gravitación

Universal de Newton y la Ley de Coulomb.

Solucions selectiu electromagnetisme

El el bloc IV del temari de Física de 2n de batxillerat entren els temes:

- Camp elèctric.

- Camp magnètic

- Inducció electromagnètica.

Aquí teniu les solucions dels problemes de selectivitat dels últims anys.

solucions electromagnetisme-juny 2010

solucions electromagnetisme-setembre 2010

solucions electromagnetisme-juny 2009

solucions electromagnetisme-setembre 2009

solucions electromagnetisme-juny 2008

solucions electromagnetisme-setembre 2008

solucions electromagnetisme-juny 2007

solucions electromagnetisme-setembre 2007

solucions electromagnetisme-juny 2006

solucions electromagnetisme-setembre 2006

solucions electromagnetisme-juny 2005

solucions electromagnetisme-setembre 2005

solucions electromagnetisme-juny 2004

solucions electromagnetisme-setembre 2004

solucions electromagnetisme-juny 2003

solucions electromagnetisme-setembre 2003

Aplicaciones del electromgnetismo

- Un electroimán es una bobina o solenoide (un trozo de alambre enrollado por el que circula corriente), que actúa igual que un imán creando un polo Norte y un polo Sur. Si en el interior de la bobina colocamos un trozo de hierro obtenemos un campo magnético más intenso. El lado del imán donde salen las lineas de campo es el polo norte. Cuando cortamos la corriente eléctrica desaparece el campo magnético.

La principal ventaja de un electroimán sobre un imán permanente es que el campo magnético podemos variarlo controlando la cantidad de corriente eléctrica. Sin embargo, se necesita una fuente continua de energía eléctrica para mantener el campo magnético.

El electroiman tiene multitud de aplicaciones, en grúas para cargar chatarra, en separación de metales, en relés de circuitos eléctricos, en el timbre, en telégrafos,en los motores de arranque,…

- Un motor eléctrico es una máquina que produce movimiento a partir de una corriente eléctrica. Transforma la energía eléctrica en energía cinética.

Si colocamos una bobina rectangular por la que circula una corriente eléctrica en el interior de un campo magnético uniforme, la espira experimentará un giro debido a la aparición de un par de fuerzas. Si la espira se conecta a un eje, podremos convertir la energía eléctrica que circula por la espira en energía cinética.

Los motores eléctricos se utilizan para provocar desplazamientos: el tren eléctrico, un coche eléctrico, una batidora, un ventilador, …

- Un timbre eléctrico es un dispositivo consta de un circuito eléctrico compuesto por una pila o generador, un interruptor y un electroimán. El electroimán está unido a una pieza metálica llamada martillo, que golpea una campana pequeña.

Al cerrar el interruptor, la corriente circula por el  electroimán y este crea un campo magnético que atrae la armadura y hace que el martillo, que está  soldado a la armadura, golpee la campana produciendo un sonido.

Para conseguir que el martillo golpee la campana repetidamente mientras el interruptor esté cerrado, y no una sola vez, se sitúa un contacto eléctrico (tornillo) en la armadura que actúa como un interruptor. Así, cuando la armadura es atraída por el electroimán, se interrumpe el contacto, cesa la corriente en el electroimán y la armadura retrocede a su posición original. Allí vuelve a establecerse el contacto eléctrico, con lo que el electroimán vuelve a atraer a la armadura, y así sucesivamente. Golpeando el martillo repetidas veces a la campana.

- El tren de levitación magnética también conocido como Maglev, es un sistema de transporte ferroviario en el cual el tren levita sobre una via sustentado por campos magnéticos.

Este método tiene la ventaja de ser más rápido, silencioso y suave que los sistemas de transporte sobre ruedas. Ademas al ser menor el rozamiento ya que no existe contacto físico entre el raíl y el tren, este sistema ferroviario puede alcanzar velocidades  de hasta 600 km/h.

Como inconveniente destaca el alto coste de las líneas, lo que ha limitado su uso comercial.

- Un galvanómetro es un dispositivo formado por varias espiras que llevan acoplada una aguja imantada. La espira está en el interior de un campo magnético creado por un imán. Cuando el circuito está abierto, no pasa corriente por el aparato y la aguja imantada señala el cero de la escala. Cuando hay corriente eléctrica, las cargas recorren las espiras creando otro imán que  gira, y de esta manera la aguja imantada se desplaza sobre una escala. Si la corriente eléctrica es mayor, el desplazamiento de la aguja será mayor.

Si en el circuito lo colocamos es serie, mide la diferencia de potencial, actúa como voltímetro. Si lo colocamos en paralelo, mide la intensidad de corriente eléctrica, actúa como amperímetro.

- Un transformador eléctrico es un aparato que transforma la corriente alterna de 220 v a corriente continua comprendida entre los 3 V y los 25 V, que es la que utilizan la mayoría de los circuitos electrónicos. Normalmente funcionan con pilas o baterías, pero cuando los conectamos a la red necesitamos transformadores.

El transformador consta de un núcleo formado por un bloque compacto de hierro o de ferrita, en el que se enrollan dos bobinas. Uno de los arrollamientos se conecta a la corriente alterna, llamado primario. Al pasar la corriente  por este primer arrollamiento,  genera un campo magnético alrededor del núcleo de hierro. Dicho campo magnético es variable, pues ha sido creado por una corriente alterna, y dará lugar a la generación de corrientes inducidas en el segundo arrollamiento, llamado secundario.

V1/V2 = N1/N2

El transformador puede utilizarse para elevar el voltaje (transformador elevador) o para reducirlo (transformador reductor).

En general, los transformadores que usamos en casa son reductores: el voltaje de salida es menor que el de entrada (220 V).

- Una dinamo o alternador es un generador eléctrico que hace la transformación contraria del motor eléctrico, transforma la energía cinética del movimiento, en energía eléctrica.

Si disponemos de un campo magnético variable, es decir, hacemos girar una espira de alambre de cobre  entre los dos polos de un imán, surge una corriente eléctrica. Esta es la principal fuente para generar electricidad.

La corriente continua es producida por una dinamo. Las espiras de hilo de cobre  se hacen girar entre los polos de un imán permanente. Cuando las espiras pasan junto al polo norte del imán, corta las líneas magnéticas que éste genera, induciéndose una corriente en las espiras. Si sigue girando cuando la espira pasa frente a la zona neutra, la corriente desaparece hasta que la espira se aproxima al polo sur, donde se vuelve a inducir una corriente de sentido contrario. Las espiras van sujetas al armazón y conectadas a un colector que se comporta como un conmutador y hace que la corriente tenga una única dirección.

La corriente alterna es generada por un alternador. Si hacemos girar las espiras de alambre de cobre por entre los polos de un imán, aparece una corriente eléctrica en la espira, que puede ser recogida por dos anillos de latón. Estos anillos están montados sobre el eje y aislados entre sí. Cada uno de estos anillos está conectado a un extremo de la espira. La corriente recogida, de esta forma, está cambiando constantemente de dirección: cada vez que el rotor gira media vuelta, el alambre positivo se convierte en negativo y viceversa, por este motivo esta corriente recibe el nombre de alterna.

La corriente alterna producida depende de la velocidad de rotación de la espira. En Europa la frecuencia de la corriente alterna es de 50 Hz.

Sincrotón

Un sincrotón es un acelerador de partículas circular, formado por un anillo toroidal hueco y algunas cavidades aceleradoras. A diferencia del ciclotrón que tiene un campo magnético constante, aquí el campo magnético varia para mantener el camino de las partículas y que circulen por el interior de la cavidad.  El radio de la trayectoria ha de permanecer constante.

Cuando aceleramos las partículas en las cavidades aceleradoras estas aumentan el radio de su trayectoria, para evitar esto se cambia el valor del campo magnético parar mantener la trayectoria por dentro del anillo.

Al sincrotón se le suministra un haz de partículas que son acelerados en su interior, cuando estas salen podemos acelerar otro haz. Esta es otra de las diferencias con el ciclotrón, que acelera partículas de manera continua.

Con el sincrotón se pueden conseguir mayores energías que en el ciclotrón. En el ciclotrón cuando las velocidades son próximas a las de la luz, la masa de las partículas aumenta (teniendo en cuenta los efectos relativistas) y esto hace que su energía no pueda aumentar más.

En el sincrotón la única forma de elevar la energía de las partículas aceleradas es incrementar su tamaño. El LCH de Ginebra (Suiza), que es el mayor acelerador de partículas, tiene una circunferencia de 27 km y esta situado a una profundidad de entre 50 y 150 m, es capaz de obtener energías superiores a los 7 TeV.

El LCH (Gran colsionador de hadrones) está situado entre la frontera de Francia y Suiza. Se ha construido para hacer chocar frontalmente protones entre si, a la velocidad de la luz, tratando de imitar lo que ocurrió en el Big Bang.

Las partículas cargadas cuando son aceleradas circularmente emiten radiación electromagnética. Si su velocidad es grande los aceleradores deben ser enterrados bajo tierra por razones de seguridad, esta radiación puede ser peligrosa. Si las velocidades no son tan grandes se utilizan estos aceleradores para estudiar esa radiación electromagnética, llamada radiación de sincrotón. La radiación de sincrotón va desde los infrarrojos hasta los rayos X.

El sincrotón ALBA, situadado en Cerdanyola del Vallés (Barcelona) es la instalación cientifica más grande y más compleja de España. Es un acelerador circular formado por un anillo de 90 m de radio, con 7 ramas, donde se llevan a cabo 7 lineas experimentales.

En el sincrotón los electrones son acelerados con una energía de 3 GeV y emiten luz de gran intensidad, radiación electromagnética, que va desde la luz visible hasta los rayos X. Esta luz es muy focalizada, polarizada y se emite en forma de pulsaciones, como el flash de una máquina fotográfica y se se utiliza para investigar a nivel molecular y atómico.

El sincrotón de Alba funciona como un gran microscopio. Los electrones acelerados emiten luz que es orientada a cada uno de los 7 haces, donde están situadas las estaciones de trabajo, con una utilidad concreta. Se puede estudiar:

- La estructura de las proteínas.

- Analisis de virus y bacterias.

- Nuevos farmacos.

- Nuevos materiales para industria.

- Atenticidad de obras de arte y restos historicos.

Campo magnético terrestre

En 1600, William Gilbert descubrió que el planeta Tierra actuaba como un gran imán con el polo Sur magnético próximo al polo Norte geográfico, y, con el polo Norte magnético cerca del polo sur geográfico. Los polos del campo magnético generado no coinciden exactamente con los polos geográficos, están desviados unos 3º hacia el oeste si medimos desde Madrid. Este ángulo se denomina declinación magnética.

Aunque hay varias teorías se cree que el campo magnético terrestre es generado por el efecto dinamo. En el núcleo terrestre existen, un núcleo interno sólido formado principalmente por hierro y níquel, y  un núcleo externo que es líquido,  y que está formado por un  magma muy caliente de un material conductor.  Cuando el planeta gira, el magma también gira. Cuando un material conductor se desplaza por un campo magnético ya existente aparecen corrientes eléctricas inducidas  que crean una dinamo dando lugar a otro campo magnético.

El campo magnético terrestre ha variado a lo largo de la historia. Con el análisis de los estratos de las rocas que tiene hierro, midiendo su magnetización se ha comprobado que ha habido épocas en las que el campo magnético ha sido cero y otras en las que se han invertido los polos, el Note por el Sur. Durante los últimos cinco millones de años se ha invertido más de 20 veces. Puede darse una inversión cada 200 000 años.

El campo magnético terrestre es bastante débil, su intensidad en las proximidades del ecuador es del orden de 0,3 gauss (3.10-5 T) y va aumentando al acercarse a los polos donde su intensidad es de 0,7 gauss.

1 T = 10 000 gauss

La brújula es un instrumento que nos permite orientarnos sobre la superficie terrestre. Está formada por una aguja imantada que puede moverse y que la utilizamos porque determina el Norte geográfico, se orienta siempre en la dirección sur-Norte. El polo Norte de la aguja señala el polo Norte geográfico porque este, está cerca del polo Sur magnético. Hay que tener en cuenta que polos opuestos de dos imanes se atraen.