rea de Fsica BAIN 054 Segundo semestre 2014 Facultad de Ciencias de la Ingeniera ___________________________________________________________________________________________________ Favor notificar errores o comentarios al coordinador Sebastin Urrutia, surrutia@uach.cl Gua de estudio 1.3

Corriente elctrica y circuitos elctricos Secciones correspondientes en Bibliografa y recursos Contenidos:Corrienteelctrica,LeydeOhm,ResistenciaElctrica, Circuito,Potencia,DensidaddeCorriente,VelocidaddeDeriva, Resistividadydependenciadelatemperatura,Fuerzaelectromotriz, Campoelctricoencircuito,Potencialelctricoencircuito, Comportamiento de Corriente y Voltaje en Resistencias en serie/paralelo, Resistencia equivalente, Ampermetro y Voltmetro ideal Habilidades: - dominar los conceptos y definiciones matemticas bsicas de corriente y circuitos elctricos - calcular corrientes y Voltajes y Resistencias en circuitos elctricos - calcular energa y potencia elctrica en elementos de circuitosSears, Zemansky: 25.1 hasta 25.5 26.1 hasta 26.3 https://phet.colorado.edu/es/simulation/circuit-construction-kit-dc https://phet.colorado.edu/es/simulation/battery-resistor-circuit Ejercicios y problemas 3.1.Una corriente de 3.6 A fluye a travs de un faro de automvil. Cuntos Coulomb de Carga pasan por el faro en 3.0 h? [Rsp: 3,89 104] 3.2.Cul eslarapidez(de deriva)paraunacorriente I= 1 A, enunconductordecobrededimetro 0.163 cm?. (ne=8.5x1028electrones/m3; e=1,6x10-19 C) [Rsp: vd=3,56x10-5 m/s] 3.3.Una Corriente de 5.00 A corre a travs de un alambre de cobre de calibre 12 (dimetro, 2.05 mm) y de una bombilla. El cobre tiene 8,5 1028electrones 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?d) Si fuera a usarse un alambre con el doble del dimetro, cules de las respuestas anteriores cambiaran? Los valores aumentaran o disminuiran? [Rsp: a) 3,12 1019, b) 1,51 106 2 , c) 1,11 104 ] 3.4. Esfrecuentequeenlasinstalacioneselctricasdomsticasseutilicealambredecobrede2.05mmde dimetro. Determine la resistencia de un alambre de ese tipo con longitud de 24.0 m. [Rsp: 0,125] 3.5.La Densidad de Corriente en un cable cilndrico con radio R= 2,0 mm es uniforme a lo largo de su seccin transversal y tiene el valor = 2,0 105 2 .a)Calcule el valor de la Corriente por la parte exterior del cable entre la distancia radial R/2 y R. b)AhorasupongaquelaDensidaddeCorrientenoesuniformesinoquevaraconladistanciaradialr segnlarelacin: = 2,con = 3,0 1011 4 .CalculenuevamentelaCorrienteporlaporcin exterior del cable descrito en a). [Rsp: a) = 1,9, ) = 7,1] 3.6. Unalmparaincandescentede40WattestcompuestoporunfilamentodeWolframiode0,75mde longitudyundimetrode24m.Calculelatemperaturadelalmparasiseoperaa240Voltyconsu potencia nominal. Se tienen los siguientes datos: la Resistividad de Wolframio a 20C es 5,6 108; elcoeficientedetemperaturaes4,1 103/.Asuma un incremento lineal de la Resistividad. 3.7. YElcircuitoqueseilustraenlafiguraincluyedos bateras,cadaunaconFEMyResistenciainterna,y dos Resistores. Determine: a) la Corriente en el circuito (magnitud y direccin) b) el Voltaje terminal

de la batera de 16.0 V c)ladiferenciadepotencial

delpuntoacon respecto al punto c (Voltaje entre a y c). d) Elabore la grfica de los aumentos y las cadas del Voltaje en este circuito. [Rsp: a) 0,47 A; b) 15,2 V; c) 11 V] rea de Fsica BAIN 054 Segundo semestre 2014 Facultad de Ciencias de la Ingeniera ___________________________________________________________________________________________________ Favor notificar errores o comentarios al coordinador Sebastin Urrutia, surrutia@uach.cl 3.8.Las siguientes mediciones se efectuaron en un Resistor : I [A]0.501.002.004.00 V[V]2.553.113.774.58 a) Grafique el Voltaje V como funcin de I. b) Obedece el Resistor a la ley de Ohm? c) Elabore la grfica de la resistencia R=V/I como funcin de I. 3.9.La especificacin de la Potencia de una ampolleta elctricaes la potencia que disipa cuando se conecta a travs de una diferencia de potencial (Voltaje) de 220 V.Culeslaresistenciadea)unaampolletade100Wyb)unaampolletade60W?c)Cuntacorriente pasa por cada tipo de ampolleta en su uso normal? [a) 484 ; b) 807; c) 0,45 A y 0,27 A] 3.10. EnChileyenEuropaelVoltajeestndardomsticoesde220V.EnEstadosUnidosesde120V.Por consiguiente, se entiende que una ampolleta europea de 100 W se usara con una diferencia de potencial de 220 V. a)Sisellevaunaampolletaeuropeade100Waunhogarestadounidense,culdeberasersu especificacin en Estados Unidos? b) Cunta corriente tomara la ampolleta europea de 100 W al usarse normalmente en Estados Unidos?[Rsp: a) 29.8 W; b) 0,248 A] 3.11. Setieneelcircuitodecorrientecontinuadelasiguientefigura con una fuente de poder de 25V. Determine:a) La corriente elctrica que fluye por la fuente de poder. b) La diferencia de potencial entre los puntos A y B. [Rsp: a) I = 1,93 A, b) V = 5,67 V.] 3.12.SielvoltajedelaRedelctricaesde220V(considerando corriente continua, en la realidad es alterna), y en una casa hay un refrigerador de 120 W, una TV de 80 W, unhervidorde1800Wyunmicroondasde2000W.Sitodoslosaparatosfuncionanindependientes,es decir, estn en paralelo respectivamente. a) Calcular la Resistencia totaly la Corriente total de la casa. b)Sielcostodelconsumodeenergaes125$/kWhCuntaplatagastaraenunmessielrefrigerador funciona diez horas al da, la TV cuatro horas al da, el hervidor media hora al da y el microondas una hora al da? [Rsp: a) R= 12 , IT= 18,2 A b) 16575 $] 3.13.Para el circuito que se presenta en la figura, los dos medidores son ideales, la batera no tieneResistenciainternaapreciableyel Ampermetro da una lectura de 1,25 A. a) Cul es la lectura del Voltmetro? b) Cul es la FEM de la batera? [Rsp: a) 206 V; b) 398 V] 3.14.Un cable cilndrico coaxial est compuesto porunconductorinterno(r1=1mm)yunacapametlica externa(r2=8mm).Elespaciointermedioestrellenocon unmaterialaislante(=1010).Cungrandeesla corriente de fuga entre el conductor interno y externo si elcabletieneunalongitudde100myhayunadiferenciade potencial 3000V entre los dos conductores? [Rsp: 0,9 ] (Ayuda:ReviselosejemplosdelcaptuloResistencia25.3 de Sears, Zemansky) rea de Fsica BAIN 054 Segundo semestre 2014 Facultad de Ciencias de la Ingeniera ___________________________________________________________________________________________________ Favor notificar errores o comentarios al coordinador Sebastin Urrutia, surrutia@uach.cl 3.15.UncampesinooperaensufundounGeneradorelctricoquefuncionacon combustibleDiesel.LaFEMsuministradaesde230Volt.Sinembargo,elGeneradortieneuna Resistencia interna no despreciable de R = 10 .El consumo es 2 litros por kWh de energa elctrica generada. (Nota: la energa elctrica generada se disipa en las mquinas y la Resistencia interna). ElGeneradoresutilizadoparaoperardosmquinas que pueden ser modeladas como dos Resistencias R1 = 3000 y R2 = 50 . El litro de Diesel cuesta 650 pesos. Elcampesinonoestsegurodequeformadebe conectarsusmquinasalgenerador,asqueintenta dos conexiones: A)Mquina1yMquina2conectadasenparaleloal Generador. B)Mquina1yMquina2conectadasenserieal Generador. Determine la Corriente que entrega en ambos casos A y B el Generador. DetermineloscostosdecombustiblequetendrenamboscasosAyBelcampesinosilasmquinas operan durante 8 horas.Determineelrendimientoenamboscasos,entendindosebajorendimientoelporcentajedeenerga aprovechada en las mquinas: r=P_maquinas P_entregada 3.16PorunaampolletafluyeCorrienteelctrica.Ahorase conectauncablealrededordelaampolletaenelcircuito comomuestralafigura.Expliquecmosecomportala corriente en esta situacin. 3.17Cada uno delos tres resistores de la figuratiene una resistencia de2,4Vydisipaunmximode36Wsincalentarseenexceso. Cul es la potencia mxima que el circuito puede disipar? [Resp: 54 Watt] 3.18Ampermetrodeescalasmltiples:Laresistenciaelctricadel galvanmetro G en la figura es de 48 Ohm. Un galvanmetro es un instrumentoquepermitemedircorrienteselctricasmedianteladesviacinmagnticadeuna aguja. Elgalvanmetrosufreunadesviacindeescalacompletaconunacorrientede0,02A.Cuandose conecta el medidor al circuito que se va a medir, se hace una conexin conel conector marcado con + y la otra con el conectormarcado con la escalade corriente deseada. Calcule las magnitudes de las resistencias R1, R2 y R3 que se requieren para convertir el galvanmetro en un ampermetro de escalas mltiples que se desve la escala completa con corrientes de 10 A, 1 A y 0,1 A. [Resp: 0,12 ; 1,08 , 10,8 ]