Ingeniera en Electrnica y TelecomunicacionesMayo-Agosto 2014Electricidad y magnetismoAA6. Corriente elctrica, resistividad, resistencia, fem y potencia elctrica.

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Genaro Luna Tapia

I. Corriente elctrica1. Una corriente de 5.00A corre a travs de un alambre de cobre de calibre 12 (dimetro, 2.05mm) y de una bombilla. El cobre tiene electrones libres por metro cbico. a) Cuntos electrones pasan por la bombilla cada segundo? b) Cul es la densidad de corriente en el alambre? c) Con qu rapidez un electrn comn pasa por cualquier punto dado del alambre? 2. Un alambre de calibre 18 (dimetro de 1.02mm) transporta una corriente con densidad de . Calcule a) la corriente en el alambre y b) la velocidad de deriva de los electrones en el alambre.3. El cobre tiene electrones libres por metro cbico. Un alambre de cobre de calibre 12, equivalente a 2.05mm de dimetro, y longitud de 71.0cm, conduce 4.85A de corriente. a) Cunto tiempo se requiere para que un electrn recorra la longitud del alambre? b) Repita el inciso a) para un alambre de cobre de calibre 6 (dimetro, 4.12mm) de la misma longitud y que conduce la misma corriente. c) En general, cmo afecta a la velocidad de deriva de los electrones del alambre el cambio del dimetro de un alambre que transporta una cantidad dada de corriente?II. Resistividad y resistencia4. a) A temperatura ambiente, cul es la intensidad del campo elctrico que se necesita generar en un alambre de cobre calibre 12 (2.05mm de dimetro) para que fluya una corriente de 2.75A? b) Qu campo sera necesario si el alambre estuviera hecho de plata?5. Una varilla cilndrica de 1.50m de largo y 0.500cm de dimetro se conecta a una fuente de potencia que mantiene una diferencia de potencial constante de 15.0V entre sus extremos, en tanto que un ampermetro mide la corriente que la cruza. Se observa que a temperatura ambiente (20.0C) el ampermetro da una lectura de 18.5A, en tanto que a 92.0C arroja una lectura de 17.2A. Se puede ignorar la expansin trmica de la varilla. Calcule a) la resistividad y b) el coeficiente de temperatura de la resistividad a 20C para el material de la varilla.6. En un experimento realizado a temperatura ambiente, una corriente de 0.820A fluye a travs de un alambre de 3.26mm de dimetro. Calcule la magnitud del campo elctrico en el alambre si ste es de a) tungsteno y b) aluminio.7. Qu longitud de alambre de cobre de 0.462mm de dimetro tiene una resistencia de 1.00V?III. Fuerza electromotriz8. Considere el circuito que se ilustra en la figura. El voltaje terminal de la batera de 24.0V es de 21.2V. Cules son a) la resistencia interna de la batera y b) la resistencia del resistor en el circuito?9. Se conecta un voltmetro ideal V a un resistor de 2.0V y una batera con una fem de 5.0V y resistencia interna de 0.5V, como se indica en la figura. a) Cul es la corriente en el resistor de 2.0V? b) Cul es el voltaje terminal de la batera? c) Cul es la lectura en el voltmetro?10. Cuando se abre el interruptor S de la figura, el voltmetro V de la batera da una lectura de 3.08V. Cuando se cierra el interruptor, la lectura del voltmetro cae a 2.97V, y la del ampermetro es de 1.65A. Determine la fem, la resistencia interna de la batera y la resistencia del circuito R. Suponga que los dos instrumentos son ideales, por lo que no afectan el circuito.11. El circuito que se ilustra en la figura incluye dos bateras, cada una con fem y resistencia interna, y dos resistores. Determine a) la corriente en el circuito (magnitud y direccin); b) el voltaje terminal Vab de la batera de 16.0V; c) la diferencia de potencial Vac del punto a con respecto al punto c.IV. Energa y potencia12. Un resistor con diferencia de potencial de 15.0V a travs de sus extremos desarrolla energa trmica a una tasa de 327W. a) Cul es su resistencia? b) Cul es la corriente en el resistor?13. La especificacin de la potencia de una bombilla elctrica (como las comunes de 100 W) es la potencia que disipa cuando se conecta a travs de una diferencia de potencial de 120 V. Cul es la resistencia de a) una bombilla de 100 W y b) una bombilla de 60 W? c) Cunta corriente pasa por cada tipo de bombilla en su uso normal?14. Si se conecta una bombilla elctrica de 75 W a travs de una diferencia de potencial de 220 V (como en Europa), cunta potencia disipa?15. El receptor de un sistema de posicionamiento global (GPS), que funciona con bateras, opera a 9.0 V y toma una corriente de 0.13 A. Cunta energa elctrica consume en 1.5 h?