GALILEO

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL DEL TACHIRA

DEPARTAMENTO DE MATEMATICAS Y FISICA

ASIGNATURA FISICA II

EJERCICIOS COMPLEMENTARIOS2 Unidad1. Calcular la capacidad de un condensador cilndrico que consta de un conductor cilndrico de radio a y carga +q concntrico; con un cascarn cilndrico de radio b y carga q (b > a). La longitud del condensador es L; se supone que es mucho mayor que los radios a y b para despreciar los efectos en los extremos.

2. Un cable coaxial est compuesto de un conductor macizo cilndrico en el centro, y por fuera un conductor cilndrico. Suponga que el espacio entre los dos conductores es aire. El radio del conductor interno es 5.0 mm, y el del conductor externo es 5.0 cm. radio interior. Suponga que el conductor del centro tiene una carga de C/m y que el conductor de afuera est colocado a tierra. Use el teorema de Gauss para determinar el campo elctrico en cualquier punto entre los dos conductores. Cmo se ven las superficies equipotenciales? Cmo cambiara el resultado si el conductor externo no estuviera aislado?Mantos cilndricos concntricos3. Un condensador de 4 F cargado a 400 V, y otro de 2 F cargado a 200 V, se ponen en contacto entre s, con la placa positiva de uno conectado a la negativa del otro. Determinar, despus de haberse conectado:

a) La carga elctrica de cada condensador.

b) La diferencia de potencial entre las placas de cada condensador.Q1=1600 [C];Q2=400 [C]V1=300 [V];

V2=600 [V]4. En un condensador de placas paralelas se ponen dos dielctricos llenndose como se muestra en la figura. Demostrar que la capacidad del condensador lleno esta dada por:

5. En un condensador de placas paralelas se ponen dos dielctricos llenndolo como se muestra en la figura. Demostrar que la capacidad del condensador lleno esta dada por:

6. Una placa de dielctrico de espesor b se introduce entre las placas de un condensador de placas paralelas cuya separacin de placas es d. Demostrar que la capacidad de este condensador es:

7. Calcule la capacitancia equivalente de la combinacin de tres capacitores de la figura. Ct = 2.4 [F]8. En la figura la capacitancia de cada uno de los condensadores es de 4F. Calcule la carga y la energa almacenada en cada uno de los capacitores.

Q1=12[C];Q2=12[C];Q3=48[C];U1=18 [J];U2=18 [J];U3=288 [J];9. Los capacitores de la figura inicialmente estaban descargados. Determine el voltaje de cada uno de los tres capacitores despus de cerrar el interruptor S. Si luego se introduce una hoja de material de constante dielctrica = 4, que llena completamente el espacio entre las placas del capacitor de 12 F, calcule el nuevo potencial en cada uno de los capacitores

V1=50/3[V];V2=40/3[V];V3=40/3[V]V1=70/3[V];V2=20/3[V];V3=20/3[V]

10. Cuatro capacitores inicialmente descargados son conectados como muestra la figura. Los valores de ellos son C1=4F, C2= 2F, C3=5F y C4=8F. Calcule la diferencia de potencial entre los puntos A y B.

Va - Vb = 220/9 [V]11. Calcular la resistencia de un hilo de cobre a una temperatura de 35 C, si su resistencia a 5 C es de 72 . Coeficiente de temperatura del cobre, = 410-3 C-1.

R35 = 80.64 12. Un micrfono de 50 de resistencia se alimenta mediante una pila de fem 3 V, cuya resistencia interna es de 2 . El micrfono se conecta en serie con una resistencia de 8 . Determinar la intensidad de la corriente elctrica que circula por el micrfono.

I = 0.05 A13. Cuatro resistencias, R1 = 20 , R2 = 60 , R3 = 30 y R4 = 80 , estn asociadas en paralelo. Se las conecta a una fuente de 12 V. Calcular la intensidad de corriente en cada resistencia y la intensidad de corriente total. I1 = 0.6 A ; I2 = 0.2 A ; I3 = 0.4 A ; I4 = 0.15 A ; IT = 1.35 A14. Un circuito elctrico consta de diez pilas asociadas en serie. Si la fem de cada pila es de 1,25 V y su resistencia interna de 0,03 , calcular la intensidad de corriente que circula a travs del circuito, cuando la resistencia exterior de ste es de 499,7 .

I = 0.03 A15. Un circuito elctrico consta de seis pilas asociadas en paralelo. La fem de cada pila es de 1,5 V y su resistencia interna de 0,5 . Si la resistencia exterior del circuito es de 500 , determinar la intensidad de corriente que atraviesa el circuito.

I = 3 10-3 A16. Determinar el error relativo que se comete al medir la diferencia de potencial en los extremos de una resistencia elctrica de 50 mediante un voltmetro cuya resistencia es de 50 . La resistencia de 50 est en serie con un generador de 12 V y resistencia interna r = 1 .

er = 1.9%17. Determinar la resistencia total para ambos circuitos de la Figura

Re = 1081

Re = 9.8 A18. Determinar la resistencia elctrica de las aristas de un cubo, hecho de hilo conductor, al conectarlo a un circuito entre dos vrtices opuestos. La resistencia de cada arista del cubo mide R Re = 5/6R19. Dada la red de la Figura, calcular:

a) La resistencia entre los terminales de entrada.

b) Qu tensin aplicada a la entrada hace circular por la resistencia de 4 una corriente de intensidad 1 A?

Re = 4 V = 46.7v

20. Dada la red de la Figura, determinar las intensidades de corriente que circulan por los conductores.

i1 = 1 A ; i2 = 1 A ; i3 = 2 A

21. Sea la red de la Figura. Determinar las intensidades que circulan por cada una de las ramas.

i1 = 0.82 A ; i2 = 0.54 A ; i3 = 1.36 A

22. Aplicando las reglas de Kirchhoff, hallar la intensidad de la corriente que circula por la resistencia de 4 de la red de la Figura. i1=1.4A; i2=1.4A; i3=3.0Ai4=1.8A; i5=4.8A; i6=3.2A

23. En el circuito de la Figura 10.19, cul es el potencial del punto M? Qu resistencia habra que colocar en el punto N para que VM = 8 V?

VM=15V; RN=724. La rapidez de desplazamiento de los electrones en alambre de cobre de 0.30 mm de dimetro es 0.10 mm/s. Calcule la corriente que fluye en este alambre.

i = 0.095[A]25. Un alambre de cobre transporta una corriente de 8.0 A. La rapidez de desplazamiento de sus electrones es 0.15 mm/s. Indique el dimetro del alambre.

d = 2.2[mm]26. Un alambre lleva una corriente de 1.5 A. Cuntos electrones cruzan cierta rea del alambre en 1 s?

n = 9.375 101827. Un cargador de bateras suministra una corriente e 3.0 A durante 5.0 h a un acumulador de 12 V. Cul es carga total que pas a travs del acumulador? Cunta energa haba acumulada en la batera si se supone que la carga fue la ideal en 90%?

q = 54000[C];U = 0.4[MJ]28. La corriente del haz de electrones de TV es e 6.0 A Cuntos electrones chocan con la pantalla en cada segundo? N = 3.75 101829. En el oro y en el cobre cada tomo contribuye con un electrn de conduccin. Calcule la rapidez de desplazamiento de los electrones en un alambre de oro de 1.0 mm de dimetro por el que fluye una corriente de 4.0A.

vd = 0.54[mm/s]30. Suponga que en el aluminio, metal polivalente, cada tomo contribuye con tres electrones de conduccin. Calcule la velocidad de corrimiento de los electrones en un alambre de aluminio de 1.0 mm de dimetro por el que fluye una corriente de 4.0 A.

vd = 0.176[mm/s]31. El haz de protones (iones H+) de un ciclotrn de 30 MeV es de 0.50 A. Cuntos protones chocan con el blanco por segundo, y cunta energa se deposita en el blanco durante 10 s si los protones quedan inmviles dentro del blanco? Si el blanco es un bloque de plomo de 10 g, inicialmente a temperatura ambiente, cul sera su temperatura al final de los 10 s si no se eliminara la energa depositada por el haz?32. Se conecta un resistor de 15 con una fuente de Voltaje. Si fluye una corriente de 9.0 A en el resistor, cul la diferencia de potencial entre las terminales de la fuente de voltaje?V = 135[V]33. Un resistor de 18 se conecta a una batera de 12 V. Cunta corriente suministra la batera?i = 0.67[A]34. Se conecta un resistor con una batera de 6.0 V. Si la corriente que fluye de la batera es de 1.2 A, cul es la resistencia del resistor?R = 5[]35. Se har una resistencia de 47 enrollando un alambre de platino. Slo se debe usar 1.8 g de platino. Cul deber ser el dimetro del alambre de platino? d = 0.04[cm]36. Un foco tiene un filamento de tungsteno cuya resistencia a la temperatura ambiente es de 100 . Cul es su resistencia a la temperatura funcionamiento de 1800 C?R1800 = 918.8[]37. Un conductor de potencia, de dos alambres, lleva una corriente de 150 A. Si los conductores se hacen de cobre y la cada de voltaje no debe exceder de 0.20 V por Kilmetro cul debera ser el dimetro de cada uno de los alambres? Cul es la masa de esta lnea por una longitud de 150m (la distancia aproximada entre las torres)?38. Un alambre de 0.20 mm de dimetro y 5.0 m de longitud tiene una resistencia de 8.0 . El alambre se pasa a travs de una serie de dados hasta que se ha reducido su dimetro a 0.050 mm. Suponiendo que no hay prdida de material y que el proceso de hilado no cambia la resistividad del alambre, determinar la resistencia del alambre despus del hilado.39. A qu temperatura tendr la misma resistencia un alambre de cobre de determinada longitud que un trozo de alambre de aluminio de la misma longitud y dimetro mantenido a la temperatura ambiente?

40. Encuentre la dimensin de la resistividad en trminos de [M], [L], [T] y [Q], siendo [Q] la dimensin de la carga (coulomb).

41. En ciertas aplicaciones se usan termmetros de resistencia. Suponga que un resistor de alambre enrollado est hecho de alambre de aluminio de 0.200mm de dimetro y 60.0m de longitud Cul es su resistencia a temperatura ambiente? Si se usa este resistor como termmetro con qu precisin ha de medirse su resistencia para determinar cambios de temperatura de 0.2 C?42. Frecuentemente se usa alambre de tungsteno en los focos incandescentes. Si el dimetro del alambre es de 0.10 mm, qu longitud debe tener el filamento para que la resistencia del foco sea 14 a 18000K?43. El alambre elctrico se fabrica de cobre o de aluminio. Con qu relacin de dimetros de alambre para los dos materiales, tendrn tanto, resistencia como longitudes iguales? Cul es la relacin de las masas de estos dos alambres de distinto material?

44. La resistencia de un carrete de alambre de cobre de 0.080 mm de dimetro es de 25 a temperatura ambiente. Qu longitud tiene el alambre?45. Un alambre de aluminio de 30 m de longitud tiene una resistencia de 2.4 . Cul es su dimetro?46. Una resistencia de alambre enrollado se fabrica con manganina. Qu longitud de alambre de manganina de 0.040 mm de dimetro se necesita para fabricar una resistencia de 200 ?47. El coeficiente trmico de la resistividad slo si las dimensiones del conductor no cambian con la temperatura. Demuestre que si el coeficiente de expansin trmica lineal es y el conductor se expande isotrpicamente, entonces

48. Qu importancia numrica tiene la correccin debida a la expansin trmica al calcular el cambio en la resistencia de un alambre de aluminio?

49. Un pequeo radio de transistores trabaja con 0.5 W Qu corriente le suministra su batera de 9 V?50. Cuando se conecta un resistor de 6.0 a una batera ideal, se disipan 24 W en este resistor. Calcule la corriente que pasa a travs del resistor y la cada de voltaje correspondiente.

51. Demuestre que V2/R tiene la dimensin de potencia.52. Calcule el consumo promedio de potencia en su hogar. Compruebe el clculo con el recibo de la compaa de luz.53. Una tetera elctrica puede calentar 0.50 L de agua desde 20C hasta 100 C en 4.0 min. cuando se conecta a una fuente de 120 V. Sin tomar en cuenta las prdidas de calor, calcule la resistencia del calefactor de la tetera.54. Se usa cinta de nicromo de 0.20 mm de espesor para construir un elemento resistivo de un calentador 1500 W que ha de conectarse a una fuente de volta de 120 V. Si la cinta mide 3.0 mm, de ancho, cul debe ser su longitud?. Si el calentador alcanza una temperatura de 500C, cul es el porcentaje de cambio en disipacin en relacin a los valores a 20C?

55. Muchos sistemas elctricos de gran tamao son enfriados por agua. Un electroimn grande consume 250 A cuando se aplican 100 V en sus bobinas. A qu flujo debe circular el agua de enfriamiento por las bobinas para que el aumento de temperatura no sea mayor de 35C a corriente mxima?56. Un horno autolimpiador tiene bobinas de calentamiento cuyo consumo total de potencia es 6.0 kW. El horno se conecta a una fuente de voltaje de 240 V. Cul es la corriente total que fluye en la unidad durante la auto limpieza? Si la auto limpieza implica el funcionamiento continuo de esas bobinas durante 2.5 h, cul es el costo de limpieza en un lugar donde la tarifa elctrica es de Bs. 68 el kWh?

57. Los resistores que se usan en los aparatos de radio y TV se clasifican de acuerdo con su capacidad para disipar potencia. Cul es el voltaje mximo que se puede aplicar a travs de una resistencia de 1/4 Watt y 230 sin daar el resistor?58. Una de las causas ms frecuentes de los incendios es el calentamiento excesivo de los conductores que maneja corrientes mayores que las especificadas. De qu dimetro es el alambre de cobre que puede conducir una corriente de 20 A sin generar ms de 2.0 W de calor por metro de conductor?59. Una plancha elctrica es de 1500 W. Cunta corriente toma este electrodomstico de una fuente de 110 V? Cul es la resistencia del elemento calentador? Si elemento calentador est hecho de cinta de nicromo de 1.60 mm x 0.20 mm de seccin transversal, cul debe ser la longitud de esta cinta? El nicromo es una aleacin de nquel y cromo que se usa ampliamente en tostadores, calefactores, planchas y aparatos semejantes.

60. Para preparar bebidas calientes se usan mucho los calentadores pequeos de inmersin. Qu potencia y qu resistencia debe tener uno de estos calentadores para usarse en un automvil (fuente de 12 V) para elevar la temperatura de 0.24 L de agua a temperatura ambiente hasta 90C en 3.0 min? (Sin tomar en cuenta el calor que se pierde al medio)61. Un tostador de 1500 W debe usarse con fuente de 110 V. Cunta corriente emplea este tostador y cul deber ser su resistencia? Suponiendo que una parte de las espiras calentadoras se ponen en corto, reduciendo as la resistencia hasta 80% de su valor inicial, cul el cambio, si es que lo hay, en su consumo de potencia al conectarlo a 110 V como antes?

62. Un foco incandescente usa filamento de tungsteno. En su temperatura de funcionamiento de 1830 K, el foco toma una corriente de 1.20 A al conectarlo a una fuente de 110 V. Calcule la corriente tomada cuando el foco se conecta por primera vez a la fuente, y la potencia consumida inicialmente; hacer lo mismo para el consumo en condiciones de funcionamiento normal.63. La resistencia entre las terminales A y B de la figura es 2.0 . Calcule la resistencia del resistor R. R = 4

64. La potencia total disipada en el circuito de la figura es 20 W. Calcule la resistencia del resistor R.

I = 2 A; V2 = 4V; V1 = 6V; R1 = 3 65. Se conectan en paralelo dos resistores de 6.0 cada uno. Cul debe ser la resistencia de un tercer resistor para que cuando tambin se le conecte en paralelo con los otros dos, la resistencia total de la combinacin sea 2.0 ? R = 6 66. Calcule la resistencia entre las terminales A y B, para la combinacin de resistores que se ilustra en la figura

RAB = 2 67. Se corta en cuatro partes iguales un alambre de resistencia R. Se unen despus las cuatro secciones en los extremos para formar un conductor trenzado de la cuarta parte de la longitud de alambre original. Cul es la resistencia del conductor trenzado? Re = R/1668. Encuentre la resistencia equivalente a resistores de 3 , 6 y 8 conectados en paralelo. Re = 0.625 69. Cuntos valores distintos de resistencia se pueden obtener usando tres resistores idnticos de 12.0 ? Cul es la resistencia equivalente de cada una de las combinaciones? Re = 3R; Re = R/3; Re = 3R/2; Re = 2R/370. Se conectan en paralelo resistores de 2 , 3 y 6 . La corriente que pasa por el resistor de 6 es de 3 A. Calcular las corrientes en los otros dos resistores. I1 = 9A; I2 = 6A71. Se le dan al lector tres resistores cuyas resistencias son 2 , 3 y 4 . Cuntos valores distintos de resistencia se pueden obtener mediante combinaciones adecuadas de esos tres elementos? Cules son esos valores? Son 8 circuitos semejantes al problema 69

72. La potencia disipada del circuito de la figura es 45 W. Determine la resistencia del resistor R.

R = 473. Para ajustar la intensidad luminosa de una lmpara de escritorio, se coloca un resistor R variable en serie con la lmpara. Su foco es de 100 W y 110 V. Cul debe ser el grado de variacin de R para que el foco pueda funcionar entre 40 y 80 W? R = 70; R = 1574. Se conectan en serie un resistor de 12 y otro de 8 . Qu resistencia debe tener un tercer resistor, conectado en paralelo con el de 12 para que la resistencia equivalente de toda la combinacin sea de 12 ? R = 6

75. Los resistores de la red de la figura son idnticos, y cada uno disipa no ms de 10 W: Cul es la potencia mxima que se puede disipar en esta red? Pt = 20W76. Calcule las resistencias equivalentes que pueden reemplazar a las redes entre las terminales para las figuras mostradas:

Rt = 179/17

Rt = 12

Rt = 15.8

77. Encuentre la corriente en el resistor de 5 de la figura, la potencia disipada en el resistor de 4 y la diferencia de potencial en el resistor de 2

78. Calcule la potencia suministrada por la batera en la figura79. Calcular la corriente que toma de la batera el circuito de la figura cuando el interruptor S est abierto y cuando est cerrado. Cunta corriente pasa por el alambre que conecta las terminales A y B cuando S est cerrado? Cul es la resistencia equivalente entre D y C bajo las dos condiciones?

80. Un restato es un resistor de alambre enrollado con un contacto deslizante, se puede usar como divisor de voltaje, como se ve en la figura. Esto es, el voltaje a travs del resistor RL depende de la posicin del contacto deslizante del restato. Suponga que el restato est hecho con alambre de resistencia uniforme por unidad de longitud, y que la resistencia entre sus terminales es de 10000 , calcule la diferencia de potencial a travs del resistor de carga RL cuando el contacto deslizante est en el punto b, siendo a - b = (a - c)/3, si RL = 2000 y si RL = 200000 . Qu conclusiones generales, si es que las hay, se pueden sacar de los resultados?

81. Calcule las corrientes en todas las resistencias del circuito de la figura

82. Investigar los valores desconocidos de las resistencias en el circuito de la figura

83. Calcule las corrientes de las redes de las figuras

84. Calcule las corrientes en cada una de las resistencias de la figura

85. Investigue las corrientes en cada una de las resistencias de la figura

86. Calcule la corriente que pasa por cada una de las resistencias de la figura87. Una batera tiene una fem de 30 V y una resistencia interna de 2.5 . Calcule la corriente en una resistencia de 20 conectada con las terminales de la batera, y la potencia disipada por la resistencia. Cul es la potencia mxima que puede suministrar la batera a una carga? Cul debera ser la resistencia de la carga bajo estas condiciones?88. Se conecta una resistencia variable con una batera, y se mide la potencia disipada por este resistor al variar el valor de la resistencia. Cuando R = 1.80 , la potencia alcanza un valor mximo de 405 W. Calcule la fem y la resistencia interna de la batera. 89. Un acumulador de 12 V tiene una resistencia de 0.03 . Durante 3 h se enva una corriente de carga a este acumulador. Cunta energa queda almacenada en el acumulador durante este tiempo?90. La resistencia interna de un acumulador de automvil depende mucho de la temperatura, aumentando al disminuir la temperatura. Suponga que la resistencia interna del acumulador es 0.012 a 5C, y 0.10 a -15C, .y que la resistencia de la marcha o motor de arranque es 0.20 , qu corrientes tomar la marcha de este acumulador de 12 V en las maanas cuando la temperatura sea 5C y -15C? En cada caso, qu potencia se disipa en la resistencia interna del acumulador?

91. Un acumulador de automvil, de 12 V, tiene resistencia interna de 0.015 . La marcha toma una corriente de 120 A. Cul es entonces el potencial entre las terminales del acumulador?

92. Cuando se conecta un resistor de 25 con las terminales de una batera, la corriente en el circuito es de 2.00 A. Si se coloca un resistor de 100 en paralelo con el de 25 , la corriente total tomada de la batera es 2.25 A. Calcule la fem y la resistencia interna de la batera. 93. Se balancea el puente de la figura cuando el valor de la resistencia variable es de 132.0 . Cul es el valor del resistor desconocido RX y cunta potencia se disipa en este resistor en el equilibrio?

94. Un circuito alterno al puente de Wheatstone es el "puente de Wheatstone de cursor en alambre" de la figura 65. Si R1 = 3000 y la corriente en el medidor es cero cuando el contacto deslizante est a un tercio de la longitud del alambre, como se indica, cul es el valor del resistor desconocido RX?

Prof. Juan Retamal G.

Ing. Carmen Saldivia L.vretamal@unet.edu.ve

csaldiva@unet.edu.ve

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