Fundamentos Físicos y Tecnológicos de la Informática. Tema 2

Eres un ingeniero de hardware responsable de optimizar el diseño de placas de circuito impreso (PCB) para dispositivos móviles de bajo consumo. La eficiencia energética es crítica, y se necesita que los componentes, como los condensadores, almacenen la máxima energía posible en el menor espacio. Tu análisis se centra en cómo las propiedades geométricas de un condensador, como el área de las placas y la distancia de separación, influyen en su capacidad de almacenamiento. La selección del material dieléctrico también es un factor clave. Es fundamental comprender qué variables afectan la capacidad, ya que esto determina la forma en que el dispositivo maneja las fluctuaciones de energía. ¿De qué factor no depende la capacitancia de un condensador plano?. El área de las placas. La carga almacenada en las placas. La distancia de separación entre las placas. La constante dieléctrica del material entre las placas.

En la ingeniería de sistemas embebidos, se utiliza el potencial eléctrico para describir la energía que se puede obtener de las cargas en un punto dado de un circuito. Como diseñador, necesitas calcular el potencial en varios nodos de un circuito para optimizar la eficiencia energética. Un potencial más alto en un punto indica un mayor 'poder' para mover cargas a través del circuito. Es fundamental comprender que el potencial es una magnitud escalar que simplifica el cálculo de la energía potencial del sistema. Se necesita modelar el potencial eléctrico en todo el circuito para predecir el flujo de energía. Esta capacidad es crucial para diseñar circuitos de bajo consumo y alta fiabilidad. El potencial eléctrico en un punto A es de +100 V y en un punto B es de +50 V. Si se mueve una carga positiva de 2 C desde el punto B hasta el punto A, ¿cuál es el trabajo realizado por el campo eléctrico?. +100 J. +50 J. -50 J. -100 J.

Tu equipo de diseño está evaluando materiales para una nueva generación de chips de memoria no volátil, que requieren un aislamiento eléctrico superior entre sus componentes. El material dieléctrico utilizado debe tener una alta permisividad eléctrica para maximizar la capacidad de almacenamiento de energía y evitar fugas de corriente. Durante la fase de prototipado, se inserta una delgada capa de un material dieléctrico entre dos placas conductoras. El objetivo es evaluar el comportamiento del campo eléctrico y cómo se reduce dentro de este material en comparación con el vacío. Un material con una constante dieléctrica alta es ideal para reducir el campo interno y aumentar la capacitancia. Si se introduce un material dieléctrico entre las placas de un condensador cargado, ¿qué sucede con la intensidad del campo eléctrico entre las placas?. La intensidad del campo eléctrico se vuelve nula. La intensidad del campo eléctrico se mantiene constante. La intensidad del campo eléctrico aumenta. La intensidad del campo eléctrico se reduce.

Como parte de un equipo que diseña un sensor biomédico de nanopartículas, necesitas modelar el movimiento de partículas cargadas en un entorno virtual. El software de simulación debe calcular el campo eléctrico en cualquier punto del espacio debido a una carga puntual. Para garantizar que las partículas sigan la trayectoria deseada sin desviarse, es fundamental que el modelo del campo sea preciso. Un error en la magnitud o dirección del campo podría invalidar por completo los resultados de la simulación. La complejidad del problema aumenta al considerar la colocación estratégica de varias cargas para generar un campo uniforme en una región de interés. Para ello, se necesita una comprensión detallada de cómo una sola carga puntual contribuye al campo total. El objetivo es asegurar que la manipulación de las nanopartículas sea controlada y predecible. Esto es crucial para el funcionamiento de todo el sensor. Un único sensor de carga puntual positiva, de 5×10−9 C, se utiliza en el diseño de un sistema de microfluidos. ¿Cuál es la magnitud del campo eléctrico que genera esta carga a una distancia de 1 cm (0.01 m)? Considere la constante de Coulomb k_e≈9×10^(9) N⋅m^2/C^2. 9.0×105 N/C. 4.5×105 N/C. 9.0×102 N/C. 4.5×103 N/C.

Estás a cargo de la simulación de un sistema de propulsión iónica para una nave espacial, que utiliza campos eléctricos para acelerar iones. Para modelar el movimiento de los iones, necesitas calcular con precisión el campo eléctrico creado por las placas del acelerador. El campo es el factor clave que determina la trayectoria y la velocidad de los iones. La dirección y magnitud del campo eléctrico deben ser correctas para que el modelo funcione. Un error en el cálculo del campo podría resultar en una trayectoria incorrecta y un diseño de propulsión ineficiente. Se debe considerar la carga de las partículas y su posición para determinar el campo en cualquier punto del espacio. Si una carga de prueba positiva experimenta una fuerza de 5 N en un punto del espacio y el campo eléctrico en ese punto tiene una magnitud de 2.5 N/C, ¿cuál es el valor de la carga de prueba?. 2 C. 0.5 C. 0.2 C. 12.5 C.

Un equipo de ingenieros está diseñando una interfaz táctil capacitiva para un dispositivo médico portátil. La tecnología se basa en la variación del potencial eléctrico al acercar un dedo. Para simular el comportamiento del sistema, es fundamental calcular el potencial eléctrico en varios puntos de la pantalla. El objetivo es identificar la configuración de electrodos que ofrezca la mayor sensibilidad, lo que se traduce en un cambio significativo de potencial al interactuar el usuario. A diferencia del campo eléctrico, que es vectorial, el potencial eléctrico es una magnitud escalar, lo que simplifica los cálculos. Es crucial entender cómo se relaciona el potencial con la energía necesaria para mover cargas dentro del sistema. Se coloca una carga positiva q de prueba en un punto del espacio con un potencial eléctrico V. Si la carga de prueba se duplica, ¿cómo cambia la energía potencial del sistema?. La energía potencial se mantiene constante. La energía potencial se reduce a la mitad. La energía potencial se reduce a la cuarta parte. La energía potencial se duplica.

Como ingeniero eléctrico en prácticas, se te asigna la tarea de diseñar el circuito de alimentación de un panel de control para un robot industrial. El panel requiere que varios componentes, como sensores y actuadores, reciban una tensión específica para funcionar correctamente. Sin embargo, la fuente de alimentación principal del robot suministra una tensión mayor. Para reducir esta tensión, debes utilizar una configuración de resistencias. El desafío es determinar la combinación de resistencias que permita obtener la tensión deseada en cada componente. Un diseño incorrecto podría sobrecargar los componentes y provocar un fallo en el sistema del robot. La comprensión de la asociación de resistencias es clave para la eficiencia y seguridad del diseño. ¿Cuál de las siguientes afirmaciones sobre la asociación de resistencias es correcta?. En una conexión en paralelo, la resistencia total es la suma de las resistencias individuales y la tensión es la misma para todas las resistencias. En una conexión en serie, la corriente es la suma de las corrientes individuales y la tensión es la misma para todas las resistencias. En una conexión en serie, la resistencia total es la suma de las resistencias individuales y la corriente es la misma para todas las resistencias. En una conexión en paralelo, la tensión es la suma de las tensiones individuales y la corriente es la misma para todas las resistencias.

En la creación de un dispositivo de instrumentación para medir la calidad del aire, se utilizan sensores electrostáticos para detectar la presencia de partículas finas. Un componente clave es un pequeño sensor que se carga y luego se mide la fuerza de repulsión entre las cargas. Para que el sensor sea sensible, la fuerza de repulsión debe ser significativa incluso a pequeñas distancias. Tu tarea es modelar el campo de fuerza que interactúa entre las partículas. La fuerza entre las cargas debe ser calculada con precisión para garantizar que la sensibilidad del sensor esté dentro de los parámetros de diseño. Se necesita un análisis cuantitativo riguroso, aplicando la Ley de Coulomb. Dos cargas puntuales, q1=+2μC y q2=+4μC, se colocan en el vacío separadas por una distancia de 30 cm (0.3 m). ¿Cuál es la magnitud de la fuerza electrostática entre ellas? Utiliza ke≈9×109 N⋅m2/C2. 8×10−2 N. 0.8 N. 0.08 N. 80 N.

En el desarrollo de un nuevo tipo de pantalla de cristal líquido (LCD), tu equipo está investigando el uso de campos eléctricos para manipular las moléculas de cristal. Para lograr la orientación precisa de estas moléculas, se requiere una configuración de electrodos que genere un campo eléctrico con una dirección específica. Las líneas de campo son la herramienta visual que te ayuda a verificar si el diseño de electrodos cumple con los requisitos. Es crucial que las líneas de campo sean paralelas en la región de interés para asegurar que todas las moléculas se alineen de la misma manera. Un patrón de campo irregular daría como resultado una mala calidad de imagen. Es necesario aplicar el principio de superposición de campos para analizar el campo total en el interior de la pantalla. ¿Cuál de las siguientes afirmaciones sobre las líneas de campo eléctrico es incorrecta?. La tangente a una línea de campo en cualquier punto da la dirección del campo eléctrico en ese punto. Las líneas de campo siempre se dirigen desde las cargas negativas hacia las positivas. Las líneas de campo nunca se cruzan entre sí. La densidad de las líneas de campo indica la magnitud del campo eléctrico.

Se te ha encargado el diseño de un sistema de protección para cables de alta tensión. El material aislante debe ser capaz de soportar campos eléctricos muy intensos sin sufrir una ruptura dieléctrica. Debes seleccionar un material con una alta constante dieléctrica para reducir la intensidad del campo en el interior del material, lo que mejora su capacidad de aislamiento. Tu análisis debe incluir una simulación del comportamiento de diferentes materiales dieléctricos al ser sometidos a campos eléctricos extremos. Se necesita comprender cómo la permisividad eléctrica de un material afecta su capacidad de reducir el campo aplicado. Esto es vital para garantizar la seguridad y la durabilidad de los cables. ¿Qué propiedad de un material dieléctrico describe su capacidad para modificar la distribución del campo eléctrico en su interior?. La permisividad eléctrica. La conductividad. La permeabilidad magnética. La resistencia eléctrica.