05 capacitancia

CAPACITANCIA 1. Suponga que usted tiene una barra de caucho y la frota sobre un trozo de tela como se indica en la figura. Luego de ser frotados se separan una determinada distancia.

Antes de frotar

a) Indique qué tipo de trabajo: positivo, negativo o cero se ha Después de realizado sobre el sistema (barra frotar + tela) para provocar la separación de cargas. b) Si usted ahora duplica la distancia de separación entre la barra cargada y la tela. Indique si la energía potencial eléctrica del sistema (barra + tela) se: incrementa, disminuye, o se mantiene invariable.

2. La figura de abajo muestra el proceso de carga de un capacitor desde una batería. (c)

Capacitor No conectado a la batería diferencia de potencial cero entre las placas

La batería mantiene la diferencia de potencial entre los terminales

(b)

Capacitor cargándose, los electrones fluyen en el alambre en dirección de mayor potencial

La reacción química en la batería suministra la carga a los terminales, manteniendo fija la diferencia de potencial.

(a)

Capacitor completamente cargado, el potencial de cada placa es idéntico al potencial de cada terminal.

La diferencia de potencial entre los se mantiene la misma.

a) Suponga que desconectamos los alambres los alambres de las placas después de que el capacitor se ha cargado, como se indica en la figura (c). ¿Cómo se comparan la diferencia de potencial entre las placas antes y después de ser desconectadas de la batería? b) Si nosotros reemplazamos la batería de la figura por otra que mantiene una diferencia de potencial mayor entre sus terminales, ¿es mayor, menor o igual la magnitud de la carga sobre las placas que con la primera batería?

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3. Suponga que un capacitor, cuya distancia entre sus placas es d, se conecta a una batería de diferencia de potencial Vbatería como se indica en la figura.

a) Indique qué pasa con: el campo eléctrico (E), la carga (q), la diferencia de potencial (V) y la energía del capacitor (U) si la distancia entre sus placas se duplicara, 2d. b) Las placas del capacitor se encuentran separadas una distancia 2d y conectadas a la batería. Suponga ahora que el capacitor se desconecta de la batería. Indique qué pasa con: el campo eléctrico (E), la carga (q), la diferencia de potencial (V) y la energía del capacitor (U) si la distancia entre sus placas disminuye a su separación original d.

4. Suponga que el capacitor de la figura es cargado y luego desconectado de una batería. Seguidamente una placa metálica se inserta entre sus placas como se indica a la derecha.

a) A medida que la placa conductora es insertada en el capacitor, ¿qué ocurre con el valor de la carga del capacitor? b) ¿Cuánta carga se acumula sobre cada lado de la placa metálica, una vez que ha sido insertada. c) ¿cuál es la diferencia de potencial a través de la placa metálica. d) A medida que la placa es insertada, ¿qué ocurre con la diferencia de potencial entre las placas del capacitor? e) El gráfico de abajo (a) representa el potencial entre las placas del capacitor como una función de la posición dentro del capacitor V = V(x), cuando hay “vacío” entre sus placas.

En el plano de la derecha (b), grafique V = V(x) cuando la placa metálica se encuentra entre las placas del capacitor.

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5. La figura muestra un capacitor cargado eléctricamente figura de la izquierda, y el mismo capacitor cargado con un dieléctrico entre sus placas, sea qlibre la carga que aparece sobre la placa del capacitor y sea qpolarización la carga que aparece en la superficie del dieléctrico.

a) ¿Cuál sería el valor del campo eléctrico entre las placas del capacitor, si la magnitud de la carga eléctrica de polarización en la superficie del dieléctrico fuera igual a la magnitud de la carga libre sobre las placas del capacitor? b) ¿Puede la magnitud de la carga de polarización sobre la superficie del dieléctrico ser mayor que la magnitud de la carga libre sobre la placa?

6. La figura muestra un capacitor cargado eléctricamente figura de la izquierda, y el mismo capacitor cargado con un dieléctrico entre sus placas. Compare los valores de: E, q, V, U para el capacitor en vacío y el capacitor con dieléctrico.

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7. La figura muestra un capacitor cargado eléctricamente y conectado a una batería, y el mismo capacitor cargado con un dieléctrico entre sus placas. Compare los valores de: E, q, V, U para el capacitor en vacío y el capacitor con dieléctrico conectados a la batería.

8. Usted probablemente ha visto una fotografía como la que se muestra debajo de “carga electrostática”, la esfera normalmente adquiere varios miles de voltios.

a) Describa físicamente qué ocurre sobre la persona, eléctricamente aislada, al hacer contacto con la esfera. b) ¿Sería “mortal” para la señorita si accidentalmente hiciera “tierra”? c) ¿Cuánta carga máxima estima usted que la esfera de la figura puede almacenar sin que descargue por rompimiento dieléctrico con el aire? d) ¿Cuál sería la capacitancia de un capacitor que conectado a una batería de 12 V almacene la misma carga máxima de la esfera de la figura?

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9. Le dan a usted 3 capacitores idénticos de capacidad C. Los capacitores se agrupan de tres formas diferentes como se indica en la figura. Indique cuál de estas agrupaciones dan como resultado una capacitancia Cequivalente < C.

10. Le entregan a usted tres capacitores idénticos agrupados como se indica en la figura. La batería que carga a los capacitores es idéntica. ¿En cuál de las tres agrupaciones los capacitores almacenan la mayor carga?

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