Quale è la differenza di potenziale ai capi del condensatore?

Il seguente esercizio è stato tratto dal libro “L’Amaldi per i licei scientifici.blu 2”.

Testo

Il cannone elettronico di un tubo a raggi catodici produce elettroni con velocità di 0.65 \cdot 10 ^ {7} m/s. Il fascio prodotto attraversa le piastre di un condensatore e gli elettroni subiscono una deviazione dall’asse orizzontale di 2.9 mm. Le armature del condensatore sono lunghe 7.0 cm e distano tra loro di 6.0mm

Calcola la differenza di potenziale che è applicata al condensatore.

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Energia potenziale del sistema di cariche nell’ atomo di idrogeno

Testo

L’atomo di idrogeno è costituito da un protone e da un elettrone posti alla distanza del raggio di Bohr, pari a 5.29\cdot 10^{-11}m .

Calcola l’energia potenziale di questo sistema di cariche nel vuoto.

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Il cambio di volume di aria nella siringa

Testo

Una siringa ben tappata è chiusa da uno stantuffo lubrificato e contiene 0.80mL di aria alla temperatura ambiente di 20°C. La siringa così predisposta viene introdotta in un freezer dove la temperatura è mantenuta a -18°C.

  • Quale sarà il volume dell’aria nella stringa una volta raggiunto l’equilibrio termico con il freezer?

Soluzione

Per la prima legge di Gay-Lussac, espressa per i gradi centigradi, si ha:

V = V_0 (1+\alpha t )

In cui:

  • V è il volume del gas alla temperatura t;
  • V_0 è il volume del gas alla temperatura di 0 ^{\circ}C;
  • \alpha è il coefficiente di dilatazione termica del gas ideale, pari a \frac  {1}{273.14^{\circ}C};
  • t è la temperatura alla quale si trova il corpo.

Ne nostro caso si vuole calcolare il volume finale V_f del gas a -18°C . Per scoprire il valore del volume del’aria a 0°C si deve ricavare la formula inversa sfruttando volume iniziale V_i, il quale è pari a quello che avrebbe il gas se si trovasse alla temperatura di 20°C.

Quindi:

V_0 = \frac{V_i}{(1+\alpha t_i )}

In cui:

  • V_i è il volume iniziale del gas;
  • t_i è la temperatura iniziale alla quale si trova il corpo, cioè 20°C.

La stessa legge vale per il volume finale e quindi:

V_f = V_0 (1+\alpha t_f )

In cui:

  • V_f è il volume finale del gas;
  • t_f è la temperatura finale alla quale si trova il corpo, cioè -18°C.

Combinando le informazioni si può scrivere:

V_f = \frac{1+\alpha t_f }{1+\alpha t_i } V_i \rightarrow

\huge{V_f = \frac{1+\frac {1}{273.14^{\circ}C} \cdot (-18^{\circ}C) }{1+\frac {1}{273.14^{\circ}C} \cdot (20^{\circ}C)} }0.80mL \approx 0.70mL

Quindi il volume dell’aria nella stringa una volta raggiunto l’equilibrio termico con il freezer è di 0.70mL circa.

Qui di seguito puoi scaricare il documento relativo a questo esercizio:

Come calcolare la corrente e la carica di una spira rotante in un campo magnetico costante.

Le fasi seguenti mostrano un procedimento generico per la risoluzione di un problema che chiede il calcolo della corrente e della quantità di carica in una spira rotante immersa in un campo magnetico.

In questo caso si suppone di essere a conoscenza del valore di campo magnetico, della superficie della spira, della frequenza di rotazione della spira e del tempo desiderato.

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Resistori in serie

Testo

In un circuito sono collegati in serie un generatore di tensione di 18,0V e dieci resistori uguali. Viene misurata l’intensità di corrente, che risulta di 6mA.

  • Calcola la resistenza equivalente del circuito.
  • Calcola il valore della resistenza di ciascun resistore
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Calcolo del campo elettrico generato da due cariche elettriche

Testo

Un triangolo rettangolo ha l’angolo in B di 30° e l’ipotenusa BC che misura 80.0cm. Nei vertici A e B sono fissate due cariche  Q_A=-2,4\mu C e Q_B=-9,6\mu C.

  • Disegna i campi elettrici prodotti dalle due cariche nel vertice C e calcola i moduli dei due campi
  • Disegna il campo elettrico totale in C e calcola il suo modulo

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Quanta massa ha l’altro bambino?

Testo

Due bambini sono seduti su ciascuna delle estremità di una tavola lunga 3.5m. La tavola è fissata su un punto che dista 2m dall’estremità su cui si trova un bambino che pesa 400N. Quanto massa ha l’altro bambino?

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Lavoro e spostamento di una carica elettrica puntiforme in campo elettrico uniforme

Testo

Una carica q=+2.4\mu C si sposta in un campo elettrico uniforme d’intensità E=4\frac{V}{m} seguendo la direzione e il verso del campo elettrico. La differenza di potenziale tra la posizione iniziale e quella finale vale V_I - V_F=0.29V. Calcola:

  • Il lavoro fatto sulla carica dalla forza elettrica;
  • L’entità dello spostamento subito dalla carica.

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Esercizio n.67 pag. 697 (L’Amaldi per il licei scientifici.blu – Seconda edizione)

Testo

Due distribuzioni lineari di carica sono disposte parallelamente a distanza d=2.0m l’una dall’altra. Le due densità lineari di carica sono, rispettivamente, \lambda_1 = 4.0 \cdot 10^{-3} C/m e \lambda_2 = 1.0 \cdot 10^{-3} C/m

  • Calcola il modulo del campo elettrico nel punto P equidistante tra i due fili. Quali sono direzione e verso del campo elettrico?
  • In quali punti è nullo il campo elettrico totale?

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Esercizio sulla seconda legge di Ohm

Testo

Due fili conduttori di materiali diversi hanno lo stesso diametro e il primo è lungo il doppio del secondo. Il primo ha una resistenza pari a 16 \Omega, il secondo ha una resistenza di 24 \Omega.

Quale è il rapporto tra le resistività dei due fili?

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