Ejercicio Resuelto 001 (Capacitancia y Dieléctricos)

 Algunos dispositivos inalámbricos y celulares modernos utilizan supercondensadores con valores de capacitancia muy grandes. ¿Cuánta carga se almacena en un supercondensador con capacitancia $50.0 \mathrm{~F}$ y diferencia de potencial $2.50 \mathrm{~V}$ ?

Solución:

Datos: \( \color{red}{\mathrm{Q} = ?}\), \( \mathrm{C}=50.0\mathrm{~F} \), \( \mathrm{V}=2.50\mathrm{~V}  \)

\[ \begin{aligned}C=\frac{Q}{V} \Rightarrow & Q=C V \\ & Q=50(2.5) \\ & Q=125 \mathrm{C} \end{aligned} \]

\[\begin{align} C=\frac{Q}{V} \Rightarrow & Q=C V \\ & Q=50(2.5) \\ & Q=125 \mathrm{C} \end{align} \]











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Pregunta: Se le dan dos cargas puntuales desconocidas, $Q_{1}$ y $Q_{2}$. En un punto sobre la línea que las une, a un tercio del camino entre $Q_{1}$ y $Q_{2}$, el campo eléctrico es cero (ver Figura). ¿Cuál es el cociente $Q_{1} / Q_{2}$ ? Datos: Resolucion: Campo elétrico en $P$ debido a $Q_1$ $$ E_1=\frac{1}{4 \pi \epsilon_0} \frac{Q_1}{\left(\frac{l}{3}\right)^2}=\frac{1}{4 \pi \epsilon_0} \frac{9 Q_1}{l^2} $$ Campo elétrico en $P$ debiclo a $Q_2$. $$ E_2=\frac{1}{4 \pi \epsilon_0} \frac{Q_2}{\left(\frac{2}{3} l\right)^2}=\frac{1}{4 \pi \epsilon_0} \frac{9 Q_2}{4 l^2} $$ Debido a la condición del problema $$ E_1-E_2=0 \Longrightarrow E_1=E_2 $$ Entonces $$ \begin{aligned} \frac{1}{4 \pi \epsilon_0} \frac{9 Q_1}{l^2} &=\frac{1}{4 \pi \epsilon_0} \frac{9 Q_2}{4 l^2} \\ Q_1 &=\frac{Q_2}{4} \\ \frac{Q_1}{Q_2} &=\frac{1}{4} \end{aligned} $$
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Pregunta: Obtenga la fuerza que actúa sobre una carga puntual positiva \(q\) situada a una distancia \(x\) del extremo de una varilla de longitud \(L\), con una carga positiva \(Q\) distribuida uniformemente (ver figura) Datos: Resolucion: \begin{equation*} \begin{aligned} d F&=\frac{1}{4 \pi \epsilon_{0}} \frac{q d Q}{r^{2}}\\ &\lambda=\frac{d Q}{d x_{2}} \Rightarrow d Q=\lambda d x_{2}\\ d F&=\frac{1}{4 \pi \epsilon_{0}} \frac{q \lambda d x_{2}}{\left(L+x-x_{2}\right)^{2}}\\ F&=\int_{0}^{1} \frac{1}{4 \pi \epsilon_{0}} \frac{q \lambda d x_{2}}{\left(L+x-x_{2}\right)^{2}}\\ F&=\frac{1}{4 \pi \epsilon_{0}} q \lambda \int_{0}^{L} \frac{1}{\left(L+x-x_{2}\right)^{2}} d x_{2}\\ F&=\frac{1}{4 \pi \epsilon_{0}} q \lambda\left[-\frac{1}{-L-x+x_{2}}\right]_{0}^{L}\\ F&=\frac{1}{4 \pi E_{0}} q \lambda\left[-\frac{1}{-L-x+L}+\left(\frac{1}{-L-x+0}\right)\right]\\ F&=\frac{1}{4 \pi \epsilon_{0}} q \lambda\left[\frac{1}{x}-\frac{1}{1+x}\ri...
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