QUINTA PRACTICA DIRIGIDA DE FISICA II

ENERGÍA Y POTENCIA ELÉCTRICA

1) Una bombilla eléctrica de 60 W a 110 V se conecta por error a la red de 220 V; luce durante un momento con gran brillo y acaba por fundirse. Calcular:a) La potencia efectiva manifestada por la bombilla en su conexión errónea.b) La resistencia que habría que haber intercalado en serie con la bombilla en su conexión a la red de 220 V

para que hubiera funcionado correctamente.c) La potencia total puesta en juego en el caso anterior y los Kw-h consumidos por el sistema resistencia

bombilla durante 24 horas de funcionamiento.

2) La tensión en los bornes de una lámpara de arco es de 40 V y esta conectada en un circuito cuya tensión es de 110 V. Calcular:a) La resistencia que se debe intercalar, en el referido circuito, para que la lámpara funcione a su tensión

normal y con una intensidad de 10 A.b) La potencia disipada por la resistencia expresada en W.c) La potencia consumida por la lámpara expresada en CV.d) El calor producido en un minuto por la lámpara (1 J = 0.24 cal).

3) Un acumulador puede suministrar 10 A-h. ¿Durante cuanto tiempo podrá lucir una lámpara que consume 0.25 A si en la descarga suministra el acumulador los 4/5 de su capacidad utilizable?

4) Un calefactor eléctrico toma 15 A de una instalación de 220 v. ¿Cuánto hay que pagar al mes (30 días) si se enciende 3 horas diarias y la tarifa es de 27.5 centavos de Nuevo Sol por 1 KWh? Para simplificar, suponga que la corriente eléctrica pasa uniformemente en una dirección.

5) Una fuente de fuerza electromotriz (f.e.m.) de 78 V y resistencia interna de 0.5 Ω es usada para cargar una batería de acumuladores de 60 V y resistencia 1.5 Ω. Para controlar la corriente de carga se conecta en serie con ambas un resistor de 4 Ω. Hallar:a) la potencia suministrada por la fuente de f.e.m.b) la potencia de carga de la bateríac) la potencia disipada como calor en todo el circuitod) la energía almacenada en kWh (kilowatt-hora) durante un día entero de carga

6) Un calentador por radiación está ajustado a 1500 w para 120 v. El filamento de alambre uniforme se rompe cerca de un extremo y el propietario lo repara desenrollándolo. El filamento queda 10% más corto, que antes de la reparación. Hallar el nuevo valor de la potencia de salida del calentador.

CIRCUITOS ELÉCTRICOS

7) Para el circuito mostrado en la figura, determinar: a) La potencia suministrada por la batería; b) La corriente en la resistencia de 12 Ω; c) El voltaje en la resistencia de 3 Ω.

8) En el circuito de la figura, la caída de tensión a través de la resistencia de A es de 100 V. Encontrar:a) La intensidad que atraviesa cada una de las resistencias B, C, D.b) La caída de tensión en la resistencia B.c) La potencia disipada en la resistencia F

9) Una batería de acumuladores de plomo de tres vasos, cuya fuerza electromotriz es de 6.6 V, tiene una resistencia interna de 2 m en cada vaso. Determinar:a) La tensión entre los bornes cuando la intensidad de la corriente es de

200 A.b) El calor desarrollado dentro de la batería si la anterior intensidad se mantiene durante 10 s.c) Tiempo que esta batería, de 90 A-h, puede mantener una intensidad de 10 A.

10) Los polos de un generador se reúnen por medio de dos derivaciones: la primera contiene un hilo metálico de resistencia 15 ; la segunda contiene un condensador de 3 F de capacidad. El generador esta constituido por tres elementos de fuerza

electromotriz de 20 V cada uno, que poseen una resistencia interna de 1 cada uno. Cuando el circuito se encuentra en estado estacionario, calcular:a) La carga del condensadorb) La energía eléctrica acumulada en el condensador.

11) En el circuito de la figura las seis pilas son iguales; V es un voltímetro cuya resistencia es tan grande que se puede despreciar la intensidad que lo atraviesa; A es un amperímetro y B es un reóstato que nos permite variar la intensidad. Cuando el amperímetro marca 1 A, el voltímetro marca 3 V, y cuando el amperímetro marca 2 A, el voltímetro marca 1.5 V. Calcular:a) La fuerza electromotriz y la resistencia interna del conjunto de las seis pilas.b) La fuerza electromotriz y la resistencia interna de cada pila.

12) Cuatro resistencias iguales, de 10 cada una, se unen formando un cuadro; uniendo dos vértices opuestos se coloca otra resistencia de 5 y los otros dos vértices se unen a los polos de una pila de 10 V de f.e.m. y resistencia interna despreciable. Determinar:a) La resistencia equivalente del conjunto de las resistencias.b) Intensidad de la corriente que pasa por la resistencia de 5 .c) Intensidad de la corriente que pasa por la pila.

13) Se toman cuatro pilas iguales cuya fuerza electromotriz es de 2 V cada una, en paralelo, y se cierra el circuito intercalando una resistencia y un amperímetro; éste señala una corriente de 1.14 A (primer caso). Se asocian tres de las pilas anteriores en paralelo y la pila restante en serie; se cierra el circuito intercalando la misma resistencia que en el caso anterior y el amperímetro; éste señala una corriente de 1.66 A (segundo caso). a) ¿Cuál es la resistencia interna de

cada pila? ¿Cuál es la resistencia exterior?

En el caso segundo, ¿Qué diferencia de potencial marcaría un voltímetro colocado en derivación:b) Sorbe los extremos de la resistencia

exterior.c) Sobre los polos de la pila que se halla

en serie.d) Sobre los polos de cada una de las pilas asociadas en paralelo.

14) Calcular la intensidad que circula por cada uno de los hilos conductores de la figura y las diferencias de potencial (VA – VB), (VC – VD) y (VE – VF)

15) Determinar y 2, la carga y la energía del condensador en el circuito de la figura cuando se encuentra en estado estacionario.

16) Una linterna de mano usa dos pilas de 1.5 V, cada una, conectadas en serie para alimentar a una bombilla de luz de 100 Ω de resistencia, el cual alumbra consumiendo una potencia de 25 W.

a) ¿cuál es la resistencia interna de cada pila?b) ¿qué diferencia de potencial hay en los bornes extremos de la bombilla cuando está alumbrando?

17) En el circuito mostrado, calcular:a) la corriente en la resistencia de 100 Ω b) la diferencia de potencial entre A y B

18) En el circuito mostrado la resistencia interna del voltímetro es 60 y la del amperímetro 10 , calcular:

a) la intensidad de corriente que mide el amperímetrob) la diferencia de potencial que mide el voltímetro

19) En el circuito mostrado las resistencias internas del voltímetro y amperímetro son 100 y 10 , respectivamente. Hallar:

a) La resistencia equivalente del circuitob) La potencia total disipada como calor en

los resistores mostrados en el circuito.

CAMPO MAGNETICOFUERZA MAGNETICA

20) Un electrón viaja a una velocidad v= (2x106, 3x106) m/s, y sobre dicho electrón actúa un campo magnético B=(0.04, 0.02) T. Determinar la fuerza magnética que actúa sobre el electrón.

21) Un conductor, con corriente, de 50 cm de longitud y 10 g de masa, flota en posición horizontal y perpendicularmente a un campo magnético de 0,2 T, que va de sur a norte, Hallar la magnitud y dirección de la corriente para que el conductor se mantenga en equilibrio y no caiga por su peso.

22) Determinar la Fuerza Magnética ejercida por un campo B=(0.3; 0.4) T sobre un electrón, el cual es lanzado con velocidad v=3x104 m/s en la dirección del eje X positivo.

23) La Fuerza Magnética sobre el conductor por el cual circula una corriente I, tal como se muestra en la figura es de -48j N. Considerando el sistema de referencia mostrado, hallar el valor de I.

B = 1 TR = 2 mts.

La corriente sigue el sentido Indicado.

MOVIMIENTO DE CARGAS EN UN CAMPO MAGNETICO UNIFORME

24) Un electrón tiene en el punto A de la figura una velocidad v0=1x107 m/s. Determinar el tiempo necesario para que el electrón se mueva desde A hasta B, sabiendo que existe un campo magnético perpendicular al plano en el cual tiene lugar el movimiento. L = 10 cm.

25) Un protón que tiene una energía cinética de 30 MeV se mueve perpendicularmente a un campo magnético de 0,75 T. Determinar el tiempo que tardará en dar una vuelta; el radio de la trayectoria y la velocidad angular.

MOMENTOS MAGNETICO Y DE TORSION SOBRE ESPIRAS CON CORRIENTE

26) El cuadro rectangular de la figura puede girar alrededor del eje Y transportando una corriente de 10 amperios en el sentido indicado. Si el cuadro se encuentra en un campo magnético uniforme de densidad de flujo 0.2 T, paralelo al eje X, y se mantiene en la posición indicada. Calcular el momento magnético que se ejerce sobre dicho cuadro. Considerar = 30°, I = 10 A , OM = 6 cm, MN = 8 cm.

27) Del problema anterior, y suponiendo que ahora el campo magnético está dirigido en la dirección paralela al aje Z, determinar el torque que actúa sobre dicho cuadro rectangular.

28) El vector momento dipolar magnético, , de una espira de corriente coincide en dirección y sentido con vector unitario j, ¿hacia donde girará la espira si se encuentra dentro de un campo magnético uniforme, siendo las líneas de inducción B paralelas al eje negativo X?. Considere el sistema de referencia mostrado en la pregunta 2.

29) Una espira rectangular consta de 200 vueltas enrolladas muy próximas entre si. La espira tiene dimensiones de 0,40 m x 0,30 m y transporta una intensidad de corriente I = 1,20 A. La espira se articula a lo largo del eje Y, y su plano forma un ángulo =30º con el eje X positivo. Sobre la espira actúa un campo magnético B=0.8 T, en la dirección X positivo. Determinar la magnitud del torque ejercida sobre la espira debida al campo magnético.

EFECTO HALL

30) La figura muestra una platina de cobre, de ancho 2 cm, que conduce una corriente I = 0.1 A, la misma que es atravesada perpendicularmente por un campo magnético uniforme B = 0.2 T, como se indica en la figura, estableciéndose por efecto Hall un campo eléctrico 3x10-4

V/m Hallar:a. La velocidad de arrastre de los electrones.b. La diferencia de potencial (voltaje Hall) entre los

puntos P y Q. ¿Cuál tiene mayor potencial?c. Hallar la densidad de corriente en la platina.d. Determinar la sección del conductor.

LEY DE AMPERE

31) Se tiene tres conductores perpendiculares al plano XY; el primero siguiendo la dirección Z negativo, transportando una corriente de 4 amperios y pasando por el punto (2 cm, 0); el segundo siguiendo la dirección Z positivo, transportando una corriente de 2 amperios y pasando por el punto (0, 2 cm); y el tercero siguiendo la dirección Z negativo, transportando una corriente de 6 amperios y pasando por el punto (-3 cm, 0). Hallar el campo magnético en el origen de coordenadas.

32) Un solenoide de 10 cm. de longitud está formado por dos capas de hilo conductor, que tienen un diámetro medio de 3 cm. La capa interna tiene 150 espiras y la externa 200 espiras. La corriente de 2 amperios es la misma en ambas capas pero tienen sentidos contrarios. Determinar el valor de la inducción magnética en un punto próximo al centro del solenoide.

33) Dos conductores rectilíneos, muy largos y paralelos, están separados por una distancia de 40 cm La corriente en un conductor es 20 A y en el otro 6 A. Halar la fuerza magnética por unidad de longitud sobre el conductor de mayor corriente.

34) Sobre un anillo de madera cuyo diámetro medio es 10 cm. se ha enrollado un devanado toroidal de 500 vueltas. Calcular la densidad de flujo en un punto de la circunferencia media del anillo cuando la intensidad de la corriente en el devanado es 0.3 A.

35) Un conductor rectilineo transporta una corriente de 1 A. Un electrón viaja paralelamente al conductor con una velocidad de 5 x 106 m/s a una cierta distancia. Si la fuerza que se ejerce sobre el electrón es de 1,6x10 -18 N. Hallar la distancia.

36) Se tiene 2 conductores paralelos separados 3 cm transportando corrientes de 2 A y 1 A en sentidos contrarios. Un electrón viaja paralelo a ambos conductores a una distancia de 1 cm del conductor que lleva 2 A y a 2 cm del conductor que lleva 1 A Determinar la fuerza magnética ejercida sobre el electrón, sabiendo que su velocidad es v=3x104 m/s.

37) Calcular el flujo magnético producido por un toroide cuyo radio medio es 4 cm, y su bobinado presenta 800 espiras y tiene una resistencia de 100 cuando se aplica un voltaje en sus extremos de 50 voltios. El radio de la sección transversal mide 1 cm.

38) La figura representa dos conductores rectilíneos horizontales, (1) y (2), vistos de frente, y que llevan las corrientes i 1

= 30 A e i2 =8 A, con los sentidos indicados. Determinar el vector campo magnético resultante, B, en el punto P.

Los Profesores del Curso / 05/11/2013

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