ASIGNATURA FISICA II AÑO2008 GUÍA NRO. 5 CORRIENTE ELÉCTRICA Bibliografía Obligatoria (mínima) Capítulo 27 Física de Serway – Tomo II Apunte de cátedra: capìtulo VII CIRCUITOS DE CORRIENTE CONTINUA Bibliografía Obligatoria (mínima) Capítulo 28 Física de Serway – Tomo II Apunte de cátedra: capìtulo VII GUÍA DE ESTUDIO ¿Qué es un circuito eléctrico? ¿Cuál es su utilidad? Indique la diferencia entre CC (corriente continua o directa) y CA (corriente alterna) Indique las FUENTES posibles de energía eléctrica. ¿Qué se designa como una FEM? Distinga entre RESISTENCIA INTERNA de una fuente y RESISTENCIA DE CARGA del circuito. Distinga entre las disposiciones de resistencias en un circuito denominadas: en SERIE y en PARALELO. Si las resistencias NO están combinadas en serie NI en paralelo ¿cómo resolvería el circuito? (Resolver el circuito es hallar las corrientes eléctricas en todas sus ramas) LEYES DE KIRCHHOFF. Explique el funcionamiento y la aplicación de los circuitos denominados:

- PUENTE DE WHEATSTONE - POTENCIÓMETRICO Dibuje un CIRCUITO RC serie, con sus correspondientes fuente e interruptor. Indique cualitativamente que ocurre cuando se cierra el interruptor del circuito. Plantee la ECUACIÓN DE MALLA para este circuito.

A partir de esta ecuación de malla arribe a las expresiones de: CARGA DEL CAPACITOR en función del tiempo, q(t), y CORRIENTE en el circuito RC en función del tiempo, I(t). Haga ésto tanto para el proceso de CARGA del capacitor como para el proceso de DESCARGA del capacitor. ¿Qué entiende por CONSTANTE DE TIEMPO del circuito RC? ¿Cuáles son sus unidades? ¿Cómo haría para DESCARGAR un capacitor? Analice las expresiones anteriores para: el instante inicial de cierre o apertura del interruptor (t = 0), y para un tiempo muy largo después de ésto (t∞). Instrumentos de medición: amperímetro y voltímetro PROBLEMAS 1- Calcule la corriente eléctrica para la cual 3.1019 electrones pasan por la sección transversal dada de un conductor cada segundo. 2- Calcule la velocidad de deriva de los electrones en un conductor que tiene una sección transversal de 8.10-6 m2 y lleva una corriente de 8 A. Tome el número de portadores de carga por unidad de volumen como 5.1028 electrones/m3. Compare con la velocidad cuadrática media de electrones si el conductor se encuentra a 20 ºC. 3- ¿Cuál es la resistencia de un filamento de tungsteno de 15 cm de longitud y 0,002 cm de diámetro a 20 ºC? 4- Un alambre de R = 6 Ω se estira de manera que su nueva longitud es 3 veces mayor que su longitud original. Encontrar la resistencia del alambre más largo suponiendo que la resistividad y la densidad del material no cambia durante el proceso de estirado. 5- Se encuentra que alambres de aluminio y cobre de la misma longitud tienen la misma resistencia ¿cuál será la relación de sus radios? 6- Calcule la densidad de corriente eléctrica en un alambre de oro en el cual existe un campo eléctrico de 0,74 V/m. 7- Dos conductores del mismo material están conectados a una diferencia de potencial común. El conductor A tiene el doble de diámetro y el doble de longitud que el conducto B. ¿Cuál es la razón de las potencias entregadas por ambos conductores? 8- Calcule la conductividad y resistividad para el cobre según el modelo clásico y compare con los valores experimentales-

9- En el circuito indicado en la figura, sabiendo que R = 10 Ω, hallar la R equivalente entre a y b. 10-a) Determine la resistencia equivalente entre las terminales a y b del circuito de la figura. R = 100 Ω b) Si la diferencia de potencial entre las terminales a y b fuera igual a 20 V, hallar la corriente eléctrica en cada una de las resistencias. 11- Calcular para el circuito de la figura las corrientes y los potenciales en los puntos a, b y c con respecto a tierra. a) con el interruptor abierto. b) con el interruptor cerrado ε1 = 100 V r1 = 1 Ω R1 = R3 = 50 Ω R2 = 200 Ω

c)- ¿Cómo cambian los resultados del problema anterior si se agrega la pila ε2 en la posición indicada? ε2 = 10 V r2 = 2 Ω 12- En el circuito de la figura indique: a) las ecuaciones necesarias para determinar las corrientes en cada rama b) los valores de esas corrientes c) la diferencia de potencial entre los puntos a y b en el circuito de la figura. Datos: ε1 = ε4 = 5 V, ε3 = 10 V, ε2 = 15 V R1 = R2 = 5 Ω , R3 = 10 Ω , R4 = 20 Ω , R5 = R6 = 10 Ω d) Si a y b se unieran con un conductor en que sentido circularía la corriente? 13- El Puente de Wheatstone de la figura se equilibra cuando R1 = 10 Ω , R2 = 20 Ω , y R3 = 30 Ω . Calcule: a) el valor de Rx, b) las corrientes en cada rama, c) el potencial en los puntos a y b

14- Para un circuito potenciómétrico cuando la fem estándar de 1,0186 V se utiliza en el circuito la lectura en el galvanómetro da cero cuando la resistencia entre a y d es de 36Ω. Cuando se conecta una fem desconocida, la lectura del galvanómetro es cero cuando la resistencia se ajusta hasta 48 Ω ¿Cuál es el valor de la fem desconocida? 15- Para un circuito RC serie R2 = 1 MΩ , C = 5 µF y ε = 30 V. Hallar:

a) la constante de tiempo del circuito. b) la carga máxima después que el interruptor se cierra. c) la corriente después de 10 s de cerrado el interruptor. d) ¿en cuánto tiempo llegará el capacitor a la mitad de su carga final? ¿y a la mitad de su corriente inicial?

Considerar que el capacitor cargado se separa de la fuente y se conecta de modo de descargarlo a través de una resistencia R1 de 10 MΩ. e) ¿cuál es su constante de tiempo? f) ¿cuánto tardará en que su carga sea igual a la mitad

de la inicial? g) ¿y cuánto tiempo en descargarse totalmente? h) ¿cuál es la máxima corriente a través de la

resistencia? i) ¿qué carga tiene después de 10 s? j) ¿cuánta energía estaba almacenada inicialmente en

el capacitor? CUESTIONES 1- ¿Cómo conectaría resistencias de modo que la resistencia equivalente sea mayor que las resistencias individuales? Dé un ejemplo. 2- ¿Cómo conectaría resistencias de modo que la resistencia equivalente sea menor que las resistencias individuales? Dé un ejemplo. 3- Con referencia a la siguiente figura, describa qué sucede con el foco después que el interruptor es cerrado. Suponga que el capacitor tiene una gran capacidad y que inicialmente está descargado.

4- ¿Cuál debería ser la resistencia interna de un amperímetro y de un voltímetro ideal? ¿Por qué serían estos medidores ideales? 5- ¿Cuáles son los tipos de fem más corrientes? ¿Qué clase de energía se convierte en energía eléctrica en cada caso? 6- Se considera la descarga de dos capacitores idénticos, por lo tanto con la misma carga inicial, a través de dos resistencias diferentes. Para la resistencia más alta, las cantidades siguientes ¿son mayores, menores o iguales que para la resistencia más baja?

a) tiempo necesario para que la carga inicial disminuya a la mitad b) potencial entre las placas del capacitor en un momento dado

c) corriente a través de la resistencia en un momento dado

d) energía total disipada por efecto Joule en la resistencia

e) potencia gastada por el efecto Joule en la resistencia en un instante dado

7- Dos conductores del mismo diámetro pero de materiales diferentes se unen para transportar la misma corriente eléctrica. En uno de los conductores la densidad de portadores de carga es el doble que en el otro ¿En que relación están las velocidades de desplazamiento de ambos conductores? 8- María le pregunta a su tío : ¿Me has dicho que la corriente eléctrica son electrones que circulan por un hilo? Tío : Si. María : Estos electrones ¿deben ir muy, muy de prisa? Tío : Mucho menos de lo que crees : como se pasan el tiempo chocando y rebotando con los átomos del hilo, avanzan muy lentamente, a menos de 1 mm/s en promedio. María : Pero, entonces ¿cómo es que aprieto el pulsador de la puerta del frente, el timbre, que está en la casa a 10 m del pulsador suena inmediatamente, y no varias horas después? ¿Qué puede responder el tío de María? 9- En un hilo conductor recorrido por corriente continua, la caída de potencial es lineal a lo largo del hilo. El campo eléctrico interior es constante y la fuerza que ejerce sobre los electrones móviles también lo es. Los electrones deberían entonces tener un movimiento uniformemente acelerado. Pero la constancia de la corriente a lo largo del hilo demuestra que su movimiento es uniforme. ¿Cómo reconciliar la Ley de Ohm con la Ley de Newton?

10- Demuestre que 1 W es igual a 1 V.A 11- La velocidad media de desplazamiento de los electrones en un circuito eléctrico recorrido por una corriente continua de intensidad dada es : a) comparable a la de la luz b) mucho mayor que la velocidad de agitación térmica de los electrones c) tanto más pequeña cuanto mayor es la densidad de electrones libres en el material

utilizado d) tanto menor cuanto mayor es la sección del hilo conductor 12- El movimiento neto de los electrones ¿coincide con el sentido de la corriente? OBJETIVOS DE LA UNIDAD TEMATICA NRO. 5 (GUÍA NRO. 5) Al finalizar esta unidad el alumno podrá: Demostrar la ley de Ohm (microscópica y macroscópica) y sus usos, los conceptos de potencia eléctrica y la ley de Joule. Describir los elementos denominados resistores, sus características y especificaciones. Justificar la variación de la resistividad de diversos materiales con la temperatura. Criticar el carácter restringido de la ley de Ohm, de aplicación al caso de los materiales "lineales". Interpretar el modelo clásico de la conducción eléctrica, identificando sus deficiencias en la explicación de los fenómenos. Explicar las características básicas del modelo moderno basado en consideraciones cuánticas, denotando las diferencias con el clásico, tanto en el planteo teórico como en la exactitud de sus predicciones. Demostrar la importancia de aplicar modelos para la explicación de fenómenos en general, y en este caso modelos de la conducción eléctrica en particular Enunciar los conceptos de circuito eléctrico, elementos activos (fuerza electromotriz) y pasivos del mismo, corriente eléctrica, densidad de corriente, conductividad, resistividad y resistencia eléctrica, así como desarrollar las demostraciones de las expresiones que las relacionan. Describir las transformaciones energéticas que ocurren, en una pila eléctrica durante la producción de energía eléctrica y en una resistencia eléctrica que transporta una corriente.

Fundamentar la generación eléctrica mediante el efecto termoeléctrico. Describir las distintas fuentes de energía eléctrica Enunciar, explicar y demostrar según corresponda los conceptos de ramas, nodos y mallas de un circuito eléctrico, las leyes de Kirchhoff y el concepto de resistencia eléctrica equivalente. Dado un circuito eléctrico con resistencias y fuerzas electromotrices hallar las corrientes en todas las ramas del mismo aplicando las leyes de Kirchhoff y/o el método de las mallas, determinado potencias y diferencias de potencial entre puntos del mismo. Analizar los transitorios de circuitos simples que contengan resistores y capacitores. Aplicar los conocimientos adquiridos a la resolución de problemas y cuestiones similares a los presentados en clase. OBJETIVOS DE LA UNIDAD TEMATICA NRO. 6 (GUÍA NRO. 5) Describir las distintas fuentes de energía eléctrica Enunciar, explicar y demostrar según corresponda los conceptos de: reistencia eléctrica, corriente eléctrica, ramas, nodos y mallas de un circuito eléctrico, las leyes de Kirchhoff y el concepto de resistencia eléctrica equivalente. Dado un circuito eléctrico con resistencias y fuerzas electromotrices hallar las corrientes en todas las ramas del mismo aplicando las leyes de Kirchhoff , determinado potencias y diferencias de potencial entre puntos del mismo. Analizar los transitorios de circuitos simples que contengan resistores y capacitores. Aplicar los conocimientos adquiridos a la resolución de problemas y cuestiones similares a los presentados en clase.