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jueves, 8 de diciembre de 2016
martes, 6 de diciembre de 2016
Laboratorio #1: Simulación de circuitos con Spice
A continuación paso a desarrollar las diferentes simulaciones requeridas en el laboratorio de Física. Adjunto imágenes gráficas de los distintos ejercicios así como los netlists de cada uno de ellos.
1ª SIMULACIÓN. LEY DE OHM
SIMULACIÓN. RESISTENCIAS EN PARALELO. CIRCUITO 1
SIMULACIÓN. RESISTENCIAS EN PARALELO. CIRCUITO 2
SIMULACIÓN. RESISTENCIAS EN PARALELO. CIRCUITO 3
CONDENSADOR
FRECUENCIA DE RESONANCIA EN CIRCUITO RLC
miércoles, 30 de noviembre de 2016
Boletín 2. Cargas y corriente eléctrica.
Primer ejercicio
Lee primero el siguiente artículo escrito por el profesor Alberto Corbi (fruto de la colaboración de UNIR y la revista Muy Interesante):
Accede al artículo desde el aula virtual o a través de la siguiente dirección web:
El artículo, como habrás podido comprobar, versa sobre la estación Sagan (parte de la misión PathFinder).
Relacionado también con la PathFinder te proponemos la siguiente yincana científica. Averigua la intensidad de funcionamiento de las baterías (no recargables) del pequeño Rover Sojourner que acompañaba a la estación Sagan. Para ello tienes que consultar los siguientes documentos científico-técnicos:
Responde a la siguiente pregunta. ¿De qué tipo eran las baterías del Sejourner? ¿Qué finalidad tenían?
Realiza los cálculos usando la ley de Ohm, las expresiones matemáticas que relacionan potencia, voltaje e intensidad en corriente continua, más la información presente en los documentos anteriores.
Resolución del Primer ejercicio
Dentro de la sección Battery Technical Information procedemos a extraer el dato del voltaje de funcionamiento de las baterias con las que estamos trabajando.
El voltaje de funcionamiento de las baterias es entre 8 y 11 Watios.
A continuacuón de la tabla del segundo documento se extrae la energía que utilizan las baterias, definida en Kw/h.
En el caso de la tabla presentada debemos extraer la información de la 1ª de las filas.
Concretamente al tratarse de Baterias de litio-ion su energía (potencia) es superior a 100 W/h.
La potencia se calcula realizando la siguiente formulación matemática, de este calculo desconocemos el valor I de intensidad:
Ya que el ejercicio pide la intensidad de las baterías simplemente despejamos de la formulación anterior el valor I obteniendo la siguiente ecuación:
Haciendo recopilación de los datos obtenidos con anterioridad, a saber, la potencia es mayor que 100 W/h (por ejemplo 101) y el voltaje es entre 8 y 11 Watios (por ejemplo 10 Watios) podemos calcular la operación para obtener la I de intensidad.
Este dato es la respuesta final al ejercicio planteado.
Segundo ejercicio
Lee primero el siguiente artículo escrito por el profesor Alberto Corbi (fruto de la colaboración de UNIR y la revista Muy Interesante):
Accede al artículo desde el aula virtual o a través de la siguiente dirección web:
El artículo, como habrás podido comprobar, versa sobre la estación Sagan (parte de la misión PathFinder).
Relacionado también con la PathFinder te proponemos la siguiente yincana científica. Averigua la intensidad de funcionamiento de las baterías (no recargables) del pequeño Rover Sojourner que acompañaba a la estación Sagan. Para ello tienes que consultar los siguientes documentos científico-técnicos:
- Descripción del sistema de energía del Sejourner, especialmente la sección "Battery Technical Information":
- Trabajo de recopilación de las distintas baterías que se han usado en las misiones a Marte (interesa sobre todo la Tabla 1):
- El documento de la NASA, Mars Pathfinder:
Responde a la siguiente pregunta. ¿De qué tipo eran las baterías del Sejourner? ¿Qué finalidad tenían?
Realiza los cálculos usando la ley de Ohm, las expresiones matemáticas que relacionan potencia, voltaje e intensidad en corriente continua, más la información presente en los documentos anteriores.
Resolución del Primer ejercicio
Se trata de unas baterias de cloruro de Litio (Lithium-Thionyl Chloride). Su finalidad era ayudar a un mantenimiento eléctrico, a experimentar con nuevas alternativas, así como a realizar nuevas comunicaciones.
Dentro de la sección Battery Technical Information procedemos a extraer el dato del voltaje de funcionamiento de las baterias con las que estamos trabajando.
El voltaje de funcionamiento de las baterias es entre 8 y 11 Watios.
A continuacuón de la tabla del segundo documento se extrae la energía que utilizan las baterias, definida en Kw/h.
En el caso de la tabla presentada debemos extraer la información de la 1ª de las filas.
P = I * V
Ya que el ejercicio pide la intensidad de las baterías simplemente despejamos de la formulación anterior el valor I obteniendo la siguiente ecuación:
I = P/V
Haciendo recopilación de los datos obtenidos con anterioridad, a saber, la potencia es mayor que 100 W/h (por ejemplo 101) y el voltaje es entre 8 y 11 Watios (por ejemplo 10 Watios) podemos calcular la operación para obtener la I de intensidad.
I = 101/10
I = 10,1 A (Amperios)
Este dato es la respuesta final al ejercicio planteado.
Segundo ejercicio
Tres partículas cargadas con 3×10−9 amperios por segundo se encuentran en las puntas de un cuadrado de 2 pulgadas de lado. Las dos cargas en los vértices opuestos tienen signo «+» y la que queda tiene carga de signo contrario. ¿Qué fuerza es ejercida sobre una última partícula cargada de 3×10−9 C situada en la punta del cuadrado que aún queda libre?
Resolución del Segundo ejercicio
Hay 3 partículas cargadas con signo + con 3×10−9 amperios por segundo y una con 3×10−9 amperios por segundo con signo negativo.
Para el calculo de la fuerza de cada una de las partículas se utiliza la fórmula siguiente:
El valor de K es = 9*109 y Q así como q su valor es el indicado en el ejercicio pues son cargas
El cuadrado tiene 2 pulgadas de lado por lo tanto la distancia r2 se obtiene con el Teorema de Pitágoras:
Para calcular cada una de las cargas (fuerza) utilizando la formulación matemática anterior se obtiene como resultado
Hay 3 partículas cargadas con signo + con 3×10−9 amperios por segundo y una con 3×10−9 amperios por segundo con signo negativo.
Para el calculo de la fuerza de cada una de las partículas se utiliza la fórmula siguiente:
F = K * (Q1q1)/r2
El valor de K es = 9*109 y Q así como q su valor es el indicado en el ejercicio pues son cargas
El cuadrado tiene 2 pulgadas de lado por lo tanto la distancia r2 se obtiene con el Teorema de Pitágoras:
d2= suma de catetos2
d = √((2*2.54)2+(2*2.54)2)
F1 = 9*109 * (3*109 * 3*109)/((2*2.54)2 + (2*2.54)2)
F2y = 9*109 * (3*109 * 3*109)/((2*2.54)2 + (2*2.54)2) * sen 45
F3 = 9*109 * (3*109 * 3*109)/((2*2.54)2 + (2*2.54)2)
F2x = 9*109 * (3*109 * 3*109)/((2*2.54)2 + (2*2.54)2) * cos 45
F1 = 0.0000000015693781 = -1.5693781 x 10-9
F2y = 0.0000000011097179 = +1.1097179 x 10-9
F3 = 0.0000000015693781 = - 1. 5693781 x 10-9
F2x = 0.0000000011097180 = + 1.1097180 x 10-9
F2y = 9*109 * (3*109 * 3*109)/((2*2.54)2 + (2*2.54)2) * sen 45
F3 = 9*109 * (3*109 * 3*109)/((2*2.54)2 + (2*2.54)2)
F2x = 9*109 * (3*109 * 3*109)/((2*2.54)2 + (2*2.54)2) * cos 45
Las soluciones respectivamente son:
F2y = 0.0000000011097179 = +1.1097179 x 10-9
F3 = 0.0000000015693781 = - 1. 5693781 x 10-9
F2x = 0.0000000011097180 = + 1.1097180 x 10-9
De estas cifras se procede a sumar F2y + F1 y F2x + F3 para obtener la resultante de cada fuerza en cada sentido.
Con los valores que se obtienen se formula finalmente el calculo matemático que obtiene la fuerza final, es decir, el arcotangente resultado del cociente de las 2 fuerzas resultantes, horizontal entre vertical.
F2y + F1 = +1.1097179 x 10-9+ -1.5693781 x 10-9 = -0.0000000004596602
F2x + F3 = + 1.1097180 x 10-9 + - 1. 5693781 x 10-9 = -0.0000000004596601
De ahí que el resultado final es el cociente de las cifras anteriormente calculadas realizando posteriormente su arcotangente, a saber:
Fresultante = arcotangente (Fsuperior/Finferior)
Fresultante = arcotangente (-0.0000000004596602/-0.0000000004596601)
Fresultante = 0.017451524339
Fresultante = arcotangente (-0.0000000004596602/-0.0000000004596601)
Fresultante = 0.017451524339
Webgrafía
miércoles, 23 de noviembre de 2016
Boletín 1. Cargas, campo y fuerza electrostática
Primer ejercicio
Un electrón con una capacidad de trabajo de 72090×10−19 J orbita de manera perpendicular a un campo magnético de 3250 G. ¿Cuál es el radio de la órbita? ¿Y su frecuencia y periodo angular? Resuelve el mismo ejercicio para un antineutrón.
Solución desarrollada al Primer ejercicio
Lo primero que vamos a desarrollar es el concepto de Gauss, se trata de una unidad que mide la fuerza que emite un campo magnético. Si esta es mayor, más fuerte será el campo y a su vez hay más espacio desde el exterior a la superficie de campo.
Ejemplos de uso de esta unidad de medida son, el campo magnético de la tierra es de 0,5 Gauss. Un imán pequeño tiene 100 Gauss y uno grande 15.000 Gauss
Otra cuestión a tener en cuenta es la definición de julio, a saber, la cantidad de trabajo que realiza una fuerza de un Newton en un metro de longitud situada en la misma dirección de dicha fuerza. Por tanto, la capacidad de trabajo define esa unidad de medida.
Además, debemos explicitar que la masa de un electrón es 9.1 x 10-31 Kg, se trata de una cantidad constante y que para nuestros cálculos también se da como valor conocido.
Finalmente explicar que cuando una partícula cargada se mueve a una velocidad V en un campo magnético normalmente se curva.
Con estas premisas paso a desarrollar el ejercicio planteado:
1. Convertimos los GAUSS enunciados en el ejercicio a Teslas.
Los Teslas es la unidad empleada en el Sistema Internacional de Unidades (S.I.) y los Gauss en el Sistema Cegesimal (CGS)
De ahí que en nuestro ejercicio el resultado es: 3250 G = 0,325 T
2. Para realizar los cálculos hemos de obtener la energía cinética que se obtiene con la fórmula Ec = ½*mv2.
De ahí despejamos la velocidad ya que el resto de datos los hemos ido obteniendo del problema.
3. Según la ecuación de Lorentz para realizar el cálculo del radio debemos despejar este parámetro obteniendo la siguiente formulación matemática sobre el planteamiento de origen.
Siendo B la fuerza que ejerce el campo, en el caso de nuestro ejercicio es 0,325 T (hemos realizado la conversión con anterioridad).
4. Respecto a la frecuencia angular que es otro de los aspectos requeridos se obtiene con la fórmula: 2 * PI/T
El tiempo necesario en la fórmula se consigue con la formulación matemática v = s/t, de la que se deduce que t = s/v (siendo s el espacio recorrido). Por lo tanto, t = 2*pi*radio/velocidad.
Este cálculo nos aporta el tiempo que tarda el electrón en dar una vuelta.
Una vez encontrado el valor del tiempo se puede calcular el resultado de la frecuencia angular con la formula comentada al comienzo del epígrafe y conseguir el siguiente resultado:
El otro aspecto que plantea el enunciado es para un antineutrón. Éste no orbitaría porque tiene carga 0.
Segundo ejercicio
Calcula el módulo de la fuerza magnética que actúa sobre un electrón proveniente del Sol que penetra en la aurora boreal joviana. Haz cálculos aproximados basados en la búsqueda de información relativa a Júpiter, su campo magnético y el fundamento físico de una aurora boreal. Asume que la velocidad del electrón es prácticamente la de la luz.
Solución desarrollada al Segundo ejercicio
Para contestar al presente ejercicio hemos de recurrir a la fórmula F = qV * B, es decir, el campo magnético sobre la carga constituye la ecuación de Lorentz.
Partiendo de la anterior formulación comenzamos a describir todos los elementos para finalmente realizar el cálculo solicitado.
Tercer ejercicio
Se tiene una cantidad pequeña de material lubricante de masa 2.41×1010 u (unidades de masa atómica) y una carga de 4.8×10−19 C. La gota de aceite se encuentra flotando en equilibrio gracias a la harmonía de la fuerza gravitatoria más otra fuerza extra de naturaleza eléctrica. ¿Cuál es la dirección y magnitud del campo eléctrico originado por dicha fuerza? ¿A qué te recuerda la experiencia descrita? Justifica tu respuesta.
Solución desarrollada al Tercer ejercicio
Para explicar el desarrollo de este ejercicio en primer lugar se multiplica la masa por la gravedad (m*g), es decir:
Antes de realizar este producto se pasa la unidad que refiere la masa de Unidades de masa atómica a gramos.
Partiendo de la formulación matemática m*g = q*E se despeja la E obteniendo E = m*g/q
Recuerda el vuelo de un avión. Al ir más rápido el avión sube o más despacio el avión baja.
Se trata de una situación en la que el equilibrio de fuerzas hace que un determinado elemento se quede quieto.
Siempre es opuesto al peso porque sino se cae.
Webgrafía
http://secretosparaelbienestar.com/blog/productos-magneticos-que-es-un-gauss/
https://es.wikipedia.org/wiki/Julio_(unidad)
https://www.fisicalab.com/legado/pyr/795
Un electrón con una capacidad de trabajo de 72090×10−19 J orbita de manera perpendicular a un campo magnético de 3250 G. ¿Cuál es el radio de la órbita? ¿Y su frecuencia y periodo angular? Resuelve el mismo ejercicio para un antineutrón.
Solución desarrollada al Primer ejercicio
Lo primero que vamos a desarrollar es el concepto de Gauss, se trata de una unidad que mide la fuerza que emite un campo magnético. Si esta es mayor, más fuerte será el campo y a su vez hay más espacio desde el exterior a la superficie de campo.
Ejemplos de uso de esta unidad de medida son, el campo magnético de la tierra es de 0,5 Gauss. Un imán pequeño tiene 100 Gauss y uno grande 15.000 Gauss
Otra cuestión a tener en cuenta es la definición de julio, a saber, la cantidad de trabajo que realiza una fuerza de un Newton en un metro de longitud situada en la misma dirección de dicha fuerza. Por tanto, la capacidad de trabajo define esa unidad de medida.
Además, debemos explicitar que la masa de un electrón es 9.1 x 10-31 Kg, se trata de una cantidad constante y que para nuestros cálculos también se da como valor conocido.
Finalmente explicar que cuando una partícula cargada se mueve a una velocidad V en un campo magnético normalmente se curva.
Con estas premisas paso a desarrollar el ejercicio planteado:
1. Convertimos los GAUSS enunciados en el ejercicio a Teslas.
1 T = 10000 G
1 G = 10-4 T
Los Teslas es la unidad empleada en el Sistema Internacional de Unidades (S.I.) y los Gauss en el Sistema Cegesimal (CGS)
De ahí que en nuestro ejercicio el resultado es: 3250 G = 0,325 T
2. Para realizar los cálculos hemos de obtener la energía cinética que se obtiene con la fórmula Ec = ½*mv2.
De ahí despejamos la velocidad ya que el resto de datos los hemos ido obteniendo del problema.
V = √(2 * 72090*10-19)/ 9.1 x 10-31 Kg) = 0.000000120074976577 =
120074976577 * 10-7
3. Según la ecuación de Lorentz para realizar el cálculo del radio debemos despejar este parámetro obteniendo la siguiente formulación matemática sobre el planteamiento de origen.
R = m*v/q*B
Siendo B la fuerza que ejerce el campo, en el caso de nuestro ejercicio es 0,325 T (hemos realizado la conversión con anterioridad).
R = (9.1 x 10-31 Kg *0.000000120074976577)/1,6 * 10-19 * 0,325 T.
R = 0.0000000000000000021013120900975
R = 2.1013120900975 * 10-18
4. Respecto a la frecuencia angular que es otro de los aspectos requeridos se obtiene con la fórmula: 2 * PI/T
t = 2 * 3.1415926*2.1013120900975 * 10-18/120074976577 * 10-7
t = 0.00000000000000000000109955741
t = 109955741 * 10-21
Una vez encontrado el valor del tiempo se puede calcular el resultado de la frecuencia angular con la formula comentada al comienzo del epígrafe y conseguir el siguiente resultado:
W = 2 * pi/T
W = 2 * 3.141592/109955741 * 10-21
W = 5714285714285714285714.28571428571428571428571428571429
El otro aspecto que plantea el enunciado es para un antineutrón. Éste no orbitaría porque tiene carga 0.
Segundo ejercicio
Calcula el módulo de la fuerza magnética que actúa sobre un electrón proveniente del Sol que penetra en la aurora boreal joviana. Haz cálculos aproximados basados en la búsqueda de información relativa a Júpiter, su campo magnético y el fundamento físico de una aurora boreal. Asume que la velocidad del electrón es prácticamente la de la luz.
Solución desarrollada al Segundo ejercicio
Para contestar al presente ejercicio hemos de recurrir a la fórmula F = qV * B, es decir, el campo magnético sobre la carga constituye la ecuación de Lorentz.
Partiendo de la anterior formulación comenzamos a describir todos los elementos para finalmente realizar el cálculo solicitado.
- q es una constante cuyo valor es 1.6 * 10 -19
- v es un valor fijo que equivale a 3 * 108 m/s ya que se trata de una cantidad más o menos similar a la velocidad de la luz
- En cuanto al término relativo a la aurora boreal joviana es que su distancia aproximada es de 2800 millones de Km. (http://www.lavanguardia.com/vida/20160701/402900433499/nasa-aurora-boreal-jupiter.html)
F = qV * B
F = 1.6*10-19 * 3 * 108 * 2800.000.000
F = 0.1344
F = 1.344 X 10
Tercer ejercicio
Se tiene una cantidad pequeña de material lubricante de masa 2.41×1010 u (unidades de masa atómica) y una carga de 4.8×10−19 C. La gota de aceite se encuentra flotando en equilibrio gracias a la harmonía de la fuerza gravitatoria más otra fuerza extra de naturaleza eléctrica. ¿Cuál es la dirección y magnitud del campo eléctrico originado por dicha fuerza? ¿A qué te recuerda la experiencia descrita? Justifica tu respuesta.
Solución desarrollada al Tercer ejercicio
Para explicar el desarrollo de este ejercicio en primer lugar se multiplica la masa por la gravedad (m*g), es decir:
2.41 * 1010 U * 9.81 N
2.41 * 1010 U = 4,00189879961e-22 G.
E = (4,00189879961e-22*9.81)/1.6 * 10-19=
25000000000000000000, 3247502968273041250.0635581928183286163925)
Recuerda el vuelo de un avión. Al ir más rápido el avión sube o más despacio el avión baja.
Se trata de una situación en la que el equilibrio de fuerzas hace que un determinado elemento se quede quieto.
Siempre es opuesto al peso porque sino se cae.
Webgrafía
http://secretosparaelbienestar.com/blog/productos-magneticos-que-es-un-gauss/
https://es.wikipedia.org/wiki/Julio_(unidad)
https://www.fisicalab.com/legado/pyr/795
Juan Ignacio Benítez Palacios
martes, 22 de noviembre de 2016
Bienvenida
Bienvenido a este mi blog de la asignatura Fundamentos Físicos de la Informática. En el voy a incluir los diferentes ejercicios que realice durante la evaluación de la misma así como apuntes u otras herramientas que me permitan estudiar los contenidos que se impartan.
Juan Ignacio Benítez Palacios
Curso de Adaptación al Grado UNIR 2016-17
Curso de Adaptación al Grado UNIR 2016-17
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