© PROFESOR JUAN A. RAMIREZ S. PANAMA. 2015 PREGUNTAS Y PROBLEMAS.

FISICACorriente eléctrica y resistencia

© PROFESOR JUAN A. RAMIREZ S. PANAMA. 2015

PREGUNTAS Y PROBLEMAS

Cuando una batería es parte de un circuito completo, el voltaje a través de sus terminales es su:

a. fem

b. voltaje terminal


PREGUNTAS

c. salida de potencia

d. Todas las opciones anteriores son válidas

Incorrecto


Correcto!+ -

E

+ -V


Flujo de electrones

Flujo de electrones

La fem, en realidad, representa la máxima diferencia de potencial entre las terminales de la batería. En la práctica, cuando una batería está conectada a un circuito y fluye carga, el voltaje a través de las terminales es siempre ligeramente menor que la fem.

Este “voltaje de operación” ( V ) de una batería se llama su voltaje terminal.

Resistencia interna

Tres pilas secas de 1,5 V están conectadas en serie. a) ¿Cuál es el voltaje total de la combinación? B) ¿Cuál sería el voltaje total si las pilas estuvieran conectadas en paralelo?


PROBLEMAS


PROBLEMAS

DATOS DEL PROBLEMA:

1,5 V 1,5 V 1,5 V

PROCEDIMIENTO:

a)

RESPUESTA:

𝑉 𝑇=4,5𝑉


PROBLEMAS

DATOS DEL PROBLEMA:

1,5 V

PROCEDIMIENTO:

b)

RESPUESTA:

𝑉 𝑇=1,5𝑉1,5 V

1,5 V

Dos baterías de 6,0 V y una de 12 V están conectadas en serie. a) ¿Cuál es el voltaje a través de todo el arreglo? b) ¿Qué arreglo de esas tres baterías daría un voltaje total de 12 V?


PROBLEMAS


PROBLEMAS

DATOS DEL PROBLEMA:

6 V 6 V 12 V

PROCEDIMIENTO:

𝑉 𝑇=6𝑉 +6𝑉 +12𝑉

RESPUESTA:

𝑉 𝑇=24𝑉


PROBLEMAS

DATOS DEL PROBLEMA:

6 V

PROCEDIMIENTO:

b)

RESPUESTA:

6 V

12 V

12 V

12 V

Colocar las dos baterías de 6 V en serie y ambas colocarlas en paralelos con la de 12 V.

En una máquina dental de rayos X, el movimiento de electrones acelerados es hacia el este. ¿En qué dirección es la corriente asociada con estos electrones?

a. este

b. oeste


PREGUNTAS

c. cero

Incorrecto


Correcto!


Flujo de electrones

Si los electrones fluyen hacia el este, esto quiere decir que el cátodo de la batería se encuentra a la izquierda del ánodo por lo que, la corriente convencional debe fluir hacia al oeste.

Corriente convencional

Una carga neta de 30 C pasa por el área transversal de una cable en 2,0 min. ¿Cuál es la corriente en el cable?


PROBLEMAS


PROBLEMAS

DATOS DEL PROBLEMA:

PROCEDIMIENTO:

𝐼=𝑄𝑡

=30𝐶120 𝑠

=0,25𝐶 /𝑠

RESPUESTA:

𝐼=0,25 𝐴𝑄=30𝐶

𝑡=2,0𝑚𝑖𝑛×60𝑠1𝑚𝑖𝑛

=120 s

𝐼=?

El arrancador del motor de un automóvil extrae 50 A de la batería al echarlo a andar. Si el tiempo de arranque es de 1,5 s, ¿cuántos electrones pasan por un punto dado en el circuito durante ese tiempo?


PROBLEMAS


PROBLEMAS

DATOS DEL PROBLEMA:

PROCEDIMIENTO:

𝐼=𝑄𝑡

RESPUESTA:

𝐼=50 𝐴=50𝐶𝑠×

1𝑒−

1,602×10−19𝐶

𝐼=3,1×1020 𝑒−

𝑠

𝑡=1,5 𝑠𝑒−=?

𝑄=𝐼 ∙ 𝑡=3,1×1020 𝑒−

𝑠∙1,5 𝑠

𝑄=4,7×1020𝑒−

4,7×1020𝑒−

Dos resistores óhmicos se colocan a través de una batería de 12 V, uno a la vez. La corriente resultante en el resistor A, según las mediciones, es el doble de la del resistor B. ¿Qué podría decir acerca de sus valores de resistencia?

a. b.


PREGUNTAS

c. d. Ninguna de las anteriores

Incorrecto


Correcto!


Conectando los resistores A y B en paralelo se obtienen valores distintos para las corrientes a través de los mismos.

12 V

RA

RB

I

IA = 2 IB

IB

Adicionalmente, ambos resistores en paralelo poseen igual voltaje, que a su vez es igual al voltaje de la batería.Por consiguiente:


PROBLEMAS


PROBLEMAS

DATOS DEL PROBLEMA:

PROCEDIMIENTO:

𝑉=𝑅𝐼= (6Ω ) (1,90 𝐴 )

RESPUESTA:

E

𝑎 ¿𝑉=11,4𝑉

𝐼=1,90 𝐴

𝑅=6,00Ω

𝑎 ¿𝑉=?𝑏¿𝑟=?

𝑉=11,4𝑉

E

𝑟=E −𝑉

𝐼=12𝑉 −11,4𝑉1,90 𝐴

𝑟=0,32Ω

𝑏¿𝑟=0,32Ω


PROBLEMAS


PROBLEMAS

DATOS DEL PROBLEMA: PROCEDIMIENTO:

𝑅=ρ( 𝐿𝐴 )

RESPUESTA:

𝑅=0,0130Ω

- Material: cobre

𝐿=0,60𝑚𝐷=0,10𝑐𝑚×

1𝑚102𝑐𝑚

=1×10−3𝑚

𝑅=?

𝐴=𝜋 𝐷2

4=𝜋 ∙

(1×10−3𝑚)2

4=7,85×10−7𝑚2

𝑅=(1,70×10−8Ω∙𝑚)( 0,60𝑚7,85×10−7𝑚2 )


PROBLEMAS


PROBLEMAS

DATOS DEL PROBLEMA: PROCEDIMIENTO:

RESPUESTA:

𝐿=0,75𝑚𝐴=2,0×10− 6𝑚2

a) material: hierro

𝑇=380 ˚𝐶𝑅=?

b)

∆ 𝑇=𝑇 −𝑇 0=380 ˚𝐶−20˚𝐶=360 ˚𝐶𝜌=𝜌0 (1+𝛼 ∙∆𝑇 )𝜌=(10×10−8Ω ∙𝑚 ) (1+6,51×10− 3℃−1 ∙360℃ )𝜌=3,34×10−7Ω ∙𝑚

𝑅=3,34×10−7Ω∙𝑚( 0,75𝑚2,0×10−6𝑚2 )

𝑅=0 ,125Ω𝑅=10×10−8Ω ∙𝑚 ( 0,75𝑚

2,0×10− 6𝑚2 )𝑅=0 ,0375Ω

a)

b)

Si el voltaje a través de un resistor óhmico se duplica, la potencia gastada en el resistor

a. aumenta por un factor de 2

b. aumenta por un factor de 4


PREGUNTAS

c. disminuye a la mitad

d. ninguna de las opciones anteriores es verdadera

Incorrecto


Correcto!𝑃=𝑉 2

𝑅

𝑃1=𝑉 1❑

2

𝑅

𝑃2=𝑉 2❑

2

𝑅

Tenemos que:

Como:

𝑉 2=2𝑉 1

Entonces:

𝑃2

𝑃1

=

𝑉 2❑2

𝑅𝑉 1❑

2

𝑅

𝑃2

𝑃1

=

(2𝑉 1 )❑2

𝑅𝑉 1❑

2

𝑅

𝑃2

𝑃1

=

4𝑉 12

𝑅𝑉 1❑

2

𝑅

=4


PROBLEMAS


PROBLEMAS

DATOS DEL PROBLEMA:

PROCEDIMIENTO:

𝑃=𝑉 2

𝑅

RESPUESTA:𝑃=100W 𝑅=14 4Ω𝑉=120V

𝑅=?

𝑅=𝑉 2

𝑃=

(120𝑉 )2

100𝑊=144Ω


PROBLEMAS


PROBLEMAS

DATOS DEL PROBLEMA:

𝑡=30𝑑𝑖𝑎𝑠×2h1𝑑𝑖𝑎

=60h

𝑐=$ 0.15/ h𝑘𝑊

a)

b)


PROBLEMAS

PROCEDIMIENTO:

𝑃=𝑊𝑡

RESPUESTA:

a)

𝑃=4500𝑊 ×1𝑘𝑊1000𝑊

=4,5𝑘𝑊

𝑊=𝑃 ∙𝑡=4,5𝑘𝑊 (60h )=270 h𝑘𝑊

𝐶𝑇=𝑐 ∙𝑊=$0.15h𝑘𝑊×270 h𝑘𝑊 =$ 40.50

𝑃= 𝐼2𝑅

𝑅=𝑃𝐼2

=4 500𝑊(37,5 𝐴 )2

=3,2Ω

b)


CONTENIDO DE LA HOJA DE COMPROMISO

LIBRO DE TEXTO, p.p. 586 – 586 Nos. 10, 12, 19, 23, 36, 42, 43, 47, 49, 62, 73

PROBLEMAS ADICIONALES:

Densidad

* Se dispone de tres materiales, cuyas características se recogen en la tabla siguiente, para fabricar una resistencia de 35 W, por arrollamiento de un hilo de 0,15 mm de diámetro. ¿Con cual de los materiales podría realizarse la resistencia más económica?


CONTENIDO DE LA HOJA DE COMPROMISO

PROBLEMAS ADICIONALES:

** Se mide un resistor y se encuentra un valor de 6 066 Ω a 0 ˚C y de 6 562 a 100 ˚C. ¿Cuáles son los coeficientes de temperatura y el valor nominal del resistor? Suponga TNOM = 27 ˚C.

*** La resistividad eléctrica de un metal obedece a la ecuación general

que para un hilo de aleación Ni-30Cr-2Si la resistividad r0 a 293 K es de 120 mW·cm y a = 2 · 10-3 mW · cm/K. Calcular:

a) la resistencia que tendría a 20°C un filamento arrollado de 0.35 mm de diámetro y 28 cm de longitud.b) la resistencia que tendría ese mismo filamento a 150°C.


Bibliografía:

WILSON, Jerry D. Buffa, Anthony J. Lou, Bo. Física. Pearson Educación de México, S. A. de C. V. México. 2007. pp. 568 – 585.

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