Taller de refuerzo 4
Corriente electrica 1. Por un conductor circula una corriente estacionaria de 2A. A) ¿Cuánta ¿Cuánta carga fluye por un punto del conductor en 5min? b) ¿Cuántos electrones deberan pasar por dicho punto en este tiempo, si la corriente se debe al flujo de electrones? 2. Por un conductor de cobre circula una corrie nte de 20A. Admitiendo A dmitiendo que cada atomo tiene un electron libre, calcular la velocidad de desplazamiento de los electrones. 3. Un tubo de rayos catodicos particular, la corriente medida del haz es de 30µA. 30µA. ¿Cuántos electrones inciden sobre la pantalla del tubo cada 40s? 4. En el modelo de Bohr del átomo de hidrogeno, un electrón en el estado de energia mas bajo sigue una trayectoria circular a una distancia de 5,29x10
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m del proton. ¿Cual es la 6
corriente de este electron orbital, or bital, si la velocidad del electron es de 2,1 9x10 m/s? 5. Una pequeña esfera que tiene una carga de 8nC se hace girar en uncirculo en el extremo de una corriente aislante. La frecuencia angular de rotacion es 100πrad/s. 100πrad/s. ¿Qué corriente promedio presenta esta carga? 6. La cantidad de carga q (en coulombs) que pasa por una superficie de 2cm 2 de area varia 3
con el tiempo de acuerdo con q=4t +5t+6, +5t+6, donde t esta en segundos. A) ¿Cuál es la corriente instantanea que pasa a traves de la superficie superficie en t=1s? b) ¿Cuál es el valor de la densidad de la corriente? -6
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7. Un alambre de aluminio aluminio que tiene tiene un area de seccion transversal de 4x10 m conduce una corriente de 5A. Encuentre la rapidez de arrastre de los electrones en el alambre. La densidad del aluminio es de 2,7g/cm 3. (Suponga que cada atomo proporciona un electron.) Ley de Ohm y Resistencia 8. Por un conductor de 10m de longitud y una resistencia de 0,2Ω 0,2 Ω circula una corriente de 5A. A) ¿Cual es la diferencia de potencial en los extremos del conductor? B) ¿Cual es el valor del campo electrico del conductor? 9. Una diferencia de potencial de 100V produce una corriente de 3A en una resistencia determinada. A) ¿Cual es su resistencia? B) Cual es la corriente cuando la diferencia de potencial es de 25V? 10. Por un conductor de cobre y otro de hierro, que tienen la misma longitud y diametro, circula la misma corriente I. A)Hallar la caida de tension en cada conductor y el cociente entre ellas. B) ¿En cual de los conductores es mayor el campo electrico? 11. Un trozo de carbon tiene una longitud de 3cm y una seccion recta cuadrada de 0,5cm de lado. Se mantiene una diferencia de potencial de 8,4V entre los extremos de su dimension mas larga. A) ¿Cual es la resistencia del bloque? B) ¿Cuál es la corriente en esta resistencia? 12. Una varilla de tungsteno tiene una longitud de 50 cm y una sección recta cuadrada de 1,0 mm de lado, (a) ¿Cuál es su resistencia a 20°C? (b) ¿Cuál es su resistencia a 40°C?
13. Una barra de carbón de radio 0,1 mm se utiliza para construir una resistencia. La resistividad de este material es 3,5 X10
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Ωm. ¿Qué longitud de la barra de carbón se
necesita para obtener una resistencia de 10Ω? 14. El tercer carril (portador de corriente) de una vía de metro está hecho de acero y tiene un 2
área de sección transversal de aproximadamente 55 cm . ¿Cuál es la resistencia de 10 km de esta vía? 15. ¿Cuál es la diferencia de potencial entre los extremos de un alambre de 30 m de longitud formado por hilo de cobre de calibre 16 por el cual circula una corriente de 5,0 A? 16. ¿A qué temperatura será la resistencia de un conductor de cobre el 10 por ciento mayor que cuando está a 20°C? 17. ¿Qué longitud tiene un conductor de cobre de calibre 14 que posee una resistencia de 2 Ω? 18. Un foco eléctrico tiene una resistencia de 240Ω cuando opera a un voltaje de 120 V. ¿Cuál es la corriente a través del foco? 19. Un resistor se construye con una barra de carbón que tiene un área de sección transversal 2
uniforme de 5.00 mm . Cuando se aplica una diferencia de potencial de 15.0 V entre los extremos de la barra, hay una corriente de 4.00 x 10-3 A en la barra. Encuentre a) la resistencia de la barra y b) su longitud. 20. Se mantiene una diferencia de potencial de 0.900 V a través de un alambre de tungsteno de 1.50 m de longitud que tiene un área de sección transversal de 0.600 mm2. ¿Cuál es la corriente en el alambre? 21. Un conductor de 1.20 cm de radio uniforme conduce una corriente de 3.00 A producida por un campo eléctrico de 120 V/m. ¿Cuál es la resistividad del material? 22. Suponga que usted desea fabricar un alambre uniforme a partir de 1.00 g de cobre. Si el alambre va a tener una resistencia de R = 0.500Ω y se va a usar todo el cobre, ¿cuáles serán a) la longitud y b) el diámetro de este alambre? 3
23. Un cubo sólido de plata (densidad = 10.5 g/cm ) tiene una masa de 90.0 g. a) ¿Cuál es la resistencia entre caras opuestas del cubo? b) Si hay un electrón de conducción por cada átomo de plata, determine la rapidez de arrastre promedio de los electrones cuando una -5
diferencia de potencial de 1.00 x lO V se aplica a las caras opuestas. (El número atómico de la plata es 47, y su masa molar es 107.87 g/mol.) 24. La barra en la figura (no dibujada a escala) está hecha de dos materiales. Ambos tienen una sección transversal cuadrada de 3.00 mm de lado. El primer material tiene una -3
resistividad de 4.00 x 10 Ωm y una longitud de 25.0 cm, en tanto que la resistividad del segundo material es igual a 6.00 x 10
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Ωm y su longitud es de 40.0 cm. ¿Cuál es la
resistencia entre los extremos de la barra? 25.0 cm
40.0 cm
Resistencia y temperatura 25. Cierto foco eléctrico tiene un filamento de tungsteno con una resistencia de 19.0 Ω cuando está frío, y de 140 Ω cuando está caliente. Encuentre la temperatura del filamento cuando está caliente. (Suponga una temperatura inicial de 20.0°C.)
26. Una barra de aluminio tiene una resistencia de 1.234 Ω a 20.0°C. Calcule la resistencia de la barra a 120°C al tomar en consideración los cambios tanto en la resistividad como en las dimensiones de la barra. 27. ¿Cuál es el cambio fraccionario de la resistencia de un filamento de hierro cuando su temperatura cambia de 25.0°C a 50.0°C? 28. La resistencia de un alambre de platino se va a calibrar para mediciones de baja temperatura. Un alambre de platino con resistencia de 1.00 Ω a 20.0°C se sumerge en nitrógeno líquido a 77 K (-196°C). Si la respuesta de temperatura del alambre de platino es lineal, ¿cuál es la resistencia esperada del alambre de platino a -196°C? («platino = 3.92 xl0-3°C-1). 29. Un segmento de un alambre de nicromo está inicialmente a 20.0°C. Utilizando datos de tabla calcule la temperatura a la cual el alambre debe calentarse para duplicar su resistencia. Energia y Potencia 30. ¿Cuál es la potencia disipada en una resistencia de 10,0 ü si la diferencia de potencial entre sus extremos es 50 V? 31. Hallar la potencia disipada en una resistencia de valor (a) 5 ü y (b) 10 Q conectada a una diferencia de potencial cons-tante de 120 V. 32. Una resistencia de carbón de 10 000Ω usada en circuitos electrónicos se diseña para disipar una potencia de 0,25 W. (a) ¿Cuál es la corriente máxima que puede transportar esta resistencia? (b)¿Qué voltaje máximo puede establecerse a través de la misma? 33. Se proyecta una resistencia de calefacción de 1 kW para funcionar a 240 V. (a) ¿Cuál es su resistencia y qué corriente circulará por ella? (b) ¿Cuál es la potencia de esta resistencia si funciona a 120 V? Se supone que la resistencia es constante. 34. Se calcula una resistencia de 10,0 Ω para disipar 5,0 W. (a) ¿Qué corriente máxima puede tolerar esta resistencia? (b) ¿Qué tensión entre sus extremos producirá esta corriente? 35. Si la energía cuesta 0,09 dólares por kilovatio-hora, (a) ¿cuánto costará hacer funcionar un tostador eléctrico durante 35min si el tostador tiene una resistencia de 11,0 Ω y está conectada a una tensión de 120 V? (b) ¿Cuánto costará hacer funcionar un sistema de calefacción de 5,0 Ω de resistencia aplicado a una tensión de 120 V durante 8 h? 36. Una batería tiene una fem de 12,0 V. ¿Cuánto trabajo realiza en 5 s si suministra una corriente de intensidad de 3 A? 37. Una pila con una fem de 12 V tiene una tensión en bornes de 11,4 V cuando proporciona una corriente de 20 A al motor de arranque de un coche. ¿Cuál es la resistencia interna r de la batería? 38. (a) ¿Cuánta potencia suministra la f em de la batería del problema 37 cuando proporciona una corriente de 20 A? (b) ¿Qué cantidad de esta potencia se proporciona al motor de arranque? (c) ¿En cuánto disminuye la energía química de la batería cuando está suministrando 20 A durante 3 min en el arranque de un coche? (d) ¿Cuánto calor se desarrolla en la batería cuando entrega 20 A durante 3 min? 39. Una batería de 12 V de un coche posee una resistencia interna de 0,4Ω. (a) ¿Cuál es la corriente si se cortocircuita momentáneamente la batería? (b) ¿Cuál es la tensión en
bornes cuando la batería suministra una corriente de 20 A para poner en marcha el motor? 40. Un estudiante de física enchufa constantemente un calentador de 1200 W en su habitación durante el invierno. Si la energía eléctrica cuesta 0,09 dólares por kilovatiohora, ¿cuánto deberá pagar por esta calefacción cada mes de 30 días? 41. Un tostador está nominado a 600 W cuando se conecta a una fuente de 120 V. ¿Qué corriente conduce el tostador, y cuál es su resistencia? 42. En una instalación hidroeléctrica, una turbina entrega 1 500 hp a un generador, el cual, a su vez, convierte 80.0% de la energía mecánica en energía eléctrica. En estas condiciones, ¿qué corriente entregará el generador a una diferencia de potencial terminal de 2 000 V? 43. ¿Cuál es la resistencia que necesita un calefactor de inmersión que aumentará la temperatura de 1.50 kg de agua de 10.0°C a 50.0°C en 10.0 min mientras opera a 110 V? 44. Una bobina calefactora de 500 W diseñada para operar a 110 V está hecha de alambre de nicromo de 0.500 mm de diámetro, a) Suponiendo que la resistividad del nicromo permanece constante en su valor a 20.0°C, encuentre la longitud del alambre utilizado. b) Considere luego la variación de la resistividad con la temperara. ¿Qué potencia entregará en realidad la bobina del inciso a) cuando se caliente hasta 1 200°C? 45. Una bobina de alambre de nicromo mide 25.0 m de longitud. El alambre tiene un diámetro de 0.400 mm y a 20.0°C. Si el alambre porta una corriente de 0.5A, ¿cuáles son a) la magnitud del campo eléctrico en el mismo y b) la potencia que se le entrega? c) Si la temtura se incrementa a 340°C y la diferencia de potencial a través del alambre permanece constante, ¿cuál es la potencia entregada?
