UNIVERSIDAD DE COSTA RICA

ESCUELA DE FSICA

EXAMEN PARCIAL DE FSICA GENERAL III CAPTULO 27

Profesor Germn. Vidaurre Fecha de aplicacin: 9 de enero de 2014

INSTRUCCIONES GENERALES: Dispone de 1 hora para resolver la prueba. Cuando se equivoque, tache y escriba la nueva respuesta. No emplee lpiz, ni bolgrafo rojo al escribir. Escriba en forma legible y con correcta ortografa. Durante el examen no se permite el uso de formularios ni la ayuda de sus compaeros.

I PARTE: SELECCIN NICA. Escriba una equis (X) dentro del parntesis que posee la

respuesta correcta. Cada respuesta tiene el valor de 1 punto.

1. En cualquier punto del espacio, las lneas del campo magntico se orientan en la direccin de

(a) La fuerza magntica que acta sobre una carga positiva en movimiento

(b) La fuerza magntica que acta sobre una carga negativa en movimiento

(c) La velocidad de una carga positiva en movimiento

(d) La velocidad de una carga negativa en movimiento

(e) Ninguna de las anteriores

2. Un campo magntico no puede

(a) Ejercer fuerza alguna sobre una carga elctrica

(b) Acelerar a una carga elctrica

(c) Cambiar el momento de una carga elctrica

(d) Cambiar la energa cintica de una carga elctrica

(e) Existir

3. En un momento dado, un electrn (carga igual a 1,6 1019) se mueve en el plano , con

componentes de su velocidad = 5 105

y = 3 105

. En el espacio acta un

campo magntico de 0,8 con direccin +. En ese instante, la magnitud de la fuerza

magntica que acta sobre el electrn es

(a) 0

(b) 3,8 1014

(c) 5,1 1014

(d) 6,4 1014

(e) 7,5 1014

4. Un electrn y un protn viajan con la misma velocidad describiendo cada uno rbitas circulares

en un mismo campo magntico uniforme. El campo magntico entra en la hoja. Debido a que el

electrn es menos msico que el protn y su carga es negativa, mientras que la carga del protn

es positiva,

(a) El electrn viaja en sentido horario alrededor de un crculo de menor radio que el

protn, el cual viaja en sentido antihorario.

(b) El electrn viaja en sentido antihorario alrededor de un crculo de menor radio que el

protn, el cual viaja en sentido horario.

(c) El electrn viaja en sentido horario alrededor de un crculo de mayor radio que el

protn, el cual viaja en sentido antihorario.

(d) El electrn viaja en sentido antihorario alrededor de un crculo de mayor radio que el

protn, el cual viaja en sentido horario.

(e) El electrn viaja en sentido antihorario alrededor de un crculo de menor radio que el

protn, el cual viaja en sentido antihorario.

5. Considere un campo magntico uniforme en la direccin +. Una partcula con carga positiva se

mueve en la direccin + a travs del campo. La fuerza neta que acta sobre la partcula se

puede balancear aplicando un campo elctrico en la direccin

(a) +

(b)

(c) +

(d)

(e) +

6. Considere electrones de masa y carga que son acelerados a partir del reposo por una

diferencia de potencial y que luego son desviados por un campo magntico , el cual es

perpendicular a su velocidad. El radio de la trayectoria del electrn resultante es

(a) 2

(b) 2

(c) 2

(d) 2

(e) Ninguna de las anteriores

7. En cierto espectrmetro de masas, un haz de iones pasa a travs de un filtro de velocidad que

consiste de campos mutuamente perpendiculares y . Luego el haz entra en una regin con

otro campo magntico perpendicular al haz. El radio de curvatura resultante del haz de iones

es proporcional a

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

8. La figura muestra el movimiento de los electrones en un cable, el cual se encuentra cerca del

polo N de un imn. El cable ser empujado

(a) Hacia el imn

(b) De manera que se aleje del imn

(c) Hacia abajo

(d) Hacia arriba

(e) a lo largo de su longitud

9. Una corriente fluye en sentido horario a lo largo del borde de esta hoja y un campo magntico

uniforme se orienta en forma paralela a la hoja, de izquierda a derecha. Si la fuerza magntica es

la nica fuerza que acta sobre la hoja, sta rotar de manera que el borde derecho

(a) Se acerca a usted

(b) Se aleja de usted

(c) Se mueve hacia la derecha

(d) Se mueve hacia la izquierda

(e) No se mueve

10. Las unidades del momento dipolar magntico son

(a)

(b)

(c) 2

(d)

(e)

2

II PARTE: DESARROLLO. Resuelva cuidadosamente el siguiente problema (10 pts)

La figura muestra los elementos esenciales de un espectrmetro de masas comercial. Este

dispositivo se utiliza para determinar la composicin de las muestras de gas, mediante la medicin de

la abundancia de especies de diferentes masas. Un ion, de masa y carga = +, se produce en la fuente S, una cmara en la que una descarga de gas se lleva a cabo. El ion inicialmente estacionario

deja S, acelerado por una diferencia de potencial > 0, y a continuacin entra en la cmara del

selector, S1, en la que hay un campo magntico ajustable 1, apuntando hacia afuera de la pgina, y

donde tambin hay un campo elctrico deflector , apuntando de la placa positiva a la negativa. Solamente aquellas partculas con una velocidad uniforme logran salir de la cmara del selector S1,

Las partculas emergentes a la cmara S2, entran en un segundo campo magntico 2, el cual tambin apunta hacia afuera de la pgina. En esta cmara S2, la partcula se mueve a lo largo de un

semicrculo, impactando un sensor electrnico, a una distancia de la rendija de entrada. En

trminos de | |, , , , | 2| y determine:

1. el campo magntico 1 en la cmara S1 necesario para que las partculas

viajen en forma rectilnea, y

2. la masa de la partcula que impacta el sensor a una distancia de la rendija de entrada.

Solucin

1. la velocidad de la partcula al entrar en la cmara del selector se determina a partir de la conservacin de la energa:

= 1

22 = =

2

Dentro de la cmara del selector, la fuerza sobre la partcula es

= ( + 1) = 0 = 1 = 1 1 =

=

2

donde la velocidad est data en , el campo elctrico en y el campo magntico en

2. La fuerza sobre la partcula que entra en el campo magntico 2 dada por

= 2 = 2 A partir de la segunda ley de Newton, y considerando el movimiento circular de la partcula, se

cumple que

2 = 2

2 =

222

8