¡Continuamos aspirante! Resuelve la cuarta parte de la guía de física para el área de Ingeniería y Ciencias Físico Matemáticas, como preparación al examen de ingreso al IPN.
Resuelve los ejercicios por tu cuenta antes de mirar la solución. Utiliza este material como consulta para salir de dudas.
Conoce el curso que cubre todos los temas del nuevo examen de ingreso al IPN con clases en vivo y exámenes simulacro.
Reactivo 31
Elegir las características y/o ejemplos propios de una celda electroquímica secundaria.
- La reacción electroquímica se da en un solo sentido, es decir, el proceso no es reversible.
- Se emplean para crear baterías recargables.
- Se aplican principalmente en las pilas desechables.
- Algunos ejemplos son la pila de volta y las pilas secas
- Las pilas de ácido-plomo son un ejemplo de este tipo de celdas.
- 1, 3
- 2, 4
- 1, 4
- 2, 5
Solución:
Las celdas galvánicas secundarias son aquellas cuya transformación de energía química a eléctrica, puede revertirse. Gracias a esta característica, se utilizan para fabricar baterías recargables. Las celdas secundarias se recargan aplicando una corriente eléctrica entre sus terminales.
Algunos ejemplos de celdas recargables son: las pilas de ácido-plomo y las de iones de litio. Estas últimas se utilizan en la mayoría de dispositivos electrónicos que llevan baterías en la actualidad.
Teniendo esto en cuenta y examinando las características enumeradas, son ejemplos propios de celdas secundarias:
(2) Se emplean para crear baterías recargables.
(5) Las pilas de ácido-plomo son un ejemplo de este tipo de celdas.
Finalizamos el reactivo indicando como respuesta correcta al inciso d).
Reactivo 32
Los imanes tienen la propiedad de atraer a otros cuerpos. ¿Cuáles son las partes que los conforman?
- Eje magnético, línea neutral y dos polos
- Extremos positivo y negativo
- Polo positivo y polo negativo
- Polo norte y polo sur
Solución:
Los imanes están compuestos por tres partes: el eje magnético, el eje neutro y los polos magnéticos.
El eje magnético es una línea imaginaria transversal que pasa por ambos polos. El eje neutro se dibuja en la unión entre los polos magnéticos. Los polos magnéticos son las regiones por las que salen y entran las líneas de campo magnético. Por el polo norte salen y por el polo sur entran.
Con esta información, concluimos que la respuesta correcta es el inciso a).
Reactivo 33
La ley de _______ establece que el campo magnético creado por un conductor en un punto P es la integral del campo creado por el elemento de una corriente eléctrica que fluye por un circuito.
- Lenz
- Ampere
- Faraday
- Biot-Savart
Solución:
En el enunciado se describe a la ley de Biot y Savart.
B=\frac{{\mu }_{0}\cdot I}{4\cdot \pi }{\int }_{l} \frac{dl\cdot \mathrm{s}\mathrm{i}\mathrm{n}\alpha }{{r}^{2}}
La intensidad del campo magnético generado por un elemento de corriente es directamente proporcional a la intensidad de la corriente e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia al elemento. Concluimos que la respuesta correcta es el inciso d).
La ley de Biot y Savart establece que el campo magnético creado por un conductor en un punto P es la integral del campo creado por el elemento de una corriente eléctrica que fluye por un circuito.
Reactivo 34
Calcular las fuerzas ejercidas por los polos positivos de dos imanes separados a una distancia de 0.5 m y cuyas intensidades son {m}_{1}=2\times {10}^{-3}\mathrm{A}\mathrm{m} y {m}_{2}=3\times {10}^{-4}\mathrm{A}\mathrm{m} . Considerar k=1x{10}^{-7}\frac{\mathrm{N}}{{\mathrm{A}}^{2}} .
- -2.4\times {10}^{-14}\mathrm{N}
- 24\times {10}^{-13}\mathrm{N}
- 4.2\times {10}^{-13}\mathrm{N}
- 2.4\times {10}^{-13}\mathrm{N}
Solución:
Para resolver este problema, se emplea la ley de Coulomb para el magnetismo. Esta ley es una aproximación experimental, ya que se basa en la premisa de los monopolos magnéticos y en que cada uno de ellos tiene asociada una intensidad magnética.
A partir de esto, se puede estimar la fuerza magnética ejercida entre los polos de dos imanes.
F=\frac{k\cdot {m}_{1}\cdot {m}_{2}}{{d}^{2}}
En lugar de tener cargas eléctricas, tenemos “masas magnéticas”. Sustituimos los valores dados por el enunciado.
F=\frac{\left(1x{10}^{-7}\right)\left(2\times {10}^{-3}\right)\left(3\times {10}^{-4}\right)}{{\left(0.5\right)}^{2}}
F=2.4\times {10}^{-13} \mathrm{N}
La fuerza de repulsión entre los polos norte de los imanes, es aproximadamente igual a 2.4\times {10}^{-13} Newtons. Comparando con los incisos, concluimos que la respuesta correcta es el d).
Reactivo 35
La Ley de Gauss para campos _________ expresa que el flujo total que atraviesa una superficie cerrada es cero, mientras que para campos _________ el resultado es proporcional a la carga encerrada.
- magnéticos – eléctricos
- eléctricos – uniformes
- eléctricos – magnéticos
- magnéticos – no uniformes
Solución:
La ley de Gauss para el electromagnetismo, establece que el flujo de campo eléctrico es proporcional a la carga eléctrica neta encerrada por una superficie.
Si llegamos este concepto al campo magnético y consideramos que no existen monopolos magnéticos, cuando se dispone la superficie cerrada sobre el imán, la cantidad de líneas de campo magnético que salen es igual a las que entran. Por lo tanto, el flujo magnético para una superficie cerrada es cero.
Teniendo esto en cuenta y considerando a los incisos, las palabras que completan de forma correcta al enunciado son: magnéticos y eléctricos. La respuesta correcta es el inciso a).
La Ley de Gauss para campos magnéticos expresa que el flujo total que atraviesa una superficie cerrada es cero, mientras que para campos eléctricos el resultado es proporcional a la carga encerrada.
Reactivo 36
El experimento de _____ permitió demostrar la conexión entre los fenómenos eléctricos y magnéticos, mediante la colocación de una brújula cerca de una corriente eléctrica.
- Faraday
- Oersted
- Lorentz
- Lenz
Solución:
El físico Christian Oersted descubrió una forma de producir un campo magnético estático al hacer circular una corriente eléctrica a través de un conductor. El experimento consistió en colocar una brújula cerca del cable, una vez hacía circular la corriente, la brújula se posiciona perpendicular al cable.
Teniendo en cuenta la anterior descripción del experimento, concluimos que la respuesta correcta es el inciso b).
El experimento de Oersted permitió demostrar la conexión entre los fenómenos eléctricos y magnéticos, mediante la colocación de una brújula cerca de una corriente eléctrica.
Reactivo 37
De acuerdo con la imagen, debe aplicarse la regla de _____ si se pretende conocer la dirección del campo magnético cuando la corriente eléctrica es generada por un motor de corriente continua.
- la dirección del campo magnético
- la mano izquierda
- corriente generada por un motor
- la mano derecha
Solución:
Para determinar la dirección de las líneas de fuerza generadas por la corriente que circula por un conductor, se utiliza la regla de la mano izquierda, cuya convención establece que:
- El dedo índice va en la dirección de las líneas de campo
- El dedo anular apunta en la dirección de la corriente
- El dedo pulgar indica la dirección de la fuerza experimentada por la corriente
Concluimos que la respuesta correcta es el inciso b).
Reactivo 38
De acuerdo con la imagen, determinar en qué sentido debe ir la corriente sobre el hilo conductor.
- Eje Z positivo
- Eje Y negativo
- Eje Z negativo
- Eje X negativo
Solución:
Aplicando la regla de la mano derecha, en la que los dedos de la mano apuntan tangencialmente en la dirección del campo magnético, el pulgar queda sobre el cable apuntando en dirección del eje x.
La corriente va en dirección al eje x positivo.
La respuesta correcta es el inciso d).
Materiales de estudio
Reactivo 39
¿Qué ecuación es válida tanto en situaciones estáticas como dinámicas, cuando una carga se encuentra sometida simultáneamente a campos eléctricos y magnéticos?
- \overrightarrow{F}=q\left(\overrightarrow{E}+\overrightarrow{v}\times \overrightarrow{B}\right)
- \overrightarrow{F}=q(\overrightarrow{v}\times \overrightarrow{B})
- \overrightarrow{F}=q\left(\overrightarrow{E}\right)
- \overrightarrow{F}=q(\overrightarrow{E}+\overrightarrow{B})
Solución:
Cuando una carga eléctrica se encuentra en movimiento dentro de un campo electromagnético, interactúa de forma independiente con el campo eléctrico según {\overrightarrow{F}}_{e}=q\overrightarrow{E} y con el campo magnético, tal como establece {\overrightarrow{F}}_{m}=q\overrightarrow{v}\times \overrightarrow{B} .
Si realizamos un diagrama de cuerpo libre sobre la carga y determinamos la fuerza resultante sobre ella, veremos que es igual a la suma de la fuerza magnética más la fuerza eléctrica.
\overrightarrow{F}={\overrightarrow{F}}_{e}+{\overrightarrow{F}}_{m}
De esta forma, la interacción neta que sufre una carga al interactuar con un campo electromagnético viene dada por:
\overrightarrow{F}=q\overrightarrow{E}+q\overrightarrow{v}\times \overrightarrow{B}=q\left(\overrightarrow{E}+\overrightarrow{v}\times \overrightarrow{B}\right)
A esta expresión se le conoce como la Ley de Lorentz.
Concluimos el problema indicando como respuesta correcta al inciso a).
Reactivo 40
Un dispositivo conductor obedece la ley de Ohm si la________ entre cualquier par de puntos es independiente de la magnitud y polaridad de la ________ aplicada.
- corriente – resistencia
- resistencia – corriente
- diferencia de potencial – resistencia
- resistencia – diferencia de potencial
Solución:
La resistencia eléctrica de un material es una cantidad positiva. No existen valores resistivos negativos en la naturaleza. El signo del voltaje y la corriente coinciden para que la resistencia eléctrica siempre sea positiva.
Teniendo en cuenta esto, el enunciado y los incisos, concluimos que la resistencia medida entre cualquier par de puntos es independiente de la polaridad y magnitud de la diferencia de potencial aplicada. Deducimos que se trata del voltaje y no la corriente, porque la corriente no se aplica entre dos puntos en un circuito.
Un dispositivo conductor obedece la ley de Ohm si la resistencia entre cualquier par de puntos es independiente de la magnitud y polaridad de la diferencia de potencial aplicada.
La respuesta correcta es el inciso d).
