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FÍSICA II
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FÍSICAII (Prontuario de actividades
de aprendizaje; conceptos y ejercicios)
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DISTRIBUCIÓN DE BLOQUES Y SU CONTENIDO
El programa de Física II, está conformado por cuatro bloques (pregúntale a tu profesor sobre los periodos en las fechas en que veraz estos temas.
Estos 4 bloques se detallan a continuación:
BLOQUE I: EXPLICAS EL COMPORTAMIENTO DE LOS FLUIDOS (20 HRS)
El bloque I inicia con el estudio de los grandes grupos en que se divide la mecánica de los fluidos, la Hidrostática y la Hidrodinámica. En el primero se analizan las principales
características de los fluidos como son la capilaridad, la tensión superficial, la presión, la densidad, entre otros; así como los principios de Pascal y de Arquímedes. Mientras que
el segundo es un análisis de la conservación de la masa y la energía en los fluidos en movimiento, que permite comprender el principio de Bernoulli y sus aplicaciones en situaciones de la vida cotidiana y comprensión del funcionamiento de instrumentos tecnológicos basados en este principio.
BLOQUE II: IDENTIFICAS DIFERENCIAS ENTRE CALOR Y TEMPERATURA (20 HRS)
En el bloque II se introducirá la diferencia entre temperatura y calor, para luego presentar las escalas termométricas. De la misma manera se discutirá el efecto de la temperatura sobre la materia, enfatizando en las dilataciones térmicas: lineal, superficial y cúbica. Se incluirá un apartado sobre los mecanismos de transferencia de calor (conducción,
convección y radiación), al final se analizarán las leyes de la termodinámica y como, a partir de ellas, se caracterizan los procesos térmicos que involucran gases ideales.
BLOQUE III: COMPRENDES LAS LEYES DE LA ELECTRICIDAD (20 HRS)
El bloque III presenta un análisis de las propiedades de las cargas eléctricas y la ley fundamental de la electrostática (Ley de Coulomb) que existe entre ellas, como parte del
inicio del estudio de los fenómenos eléctricos. Los fundamentos de la electrodinámica son descritos a través de las leyes de Ohm, Watt y Joule y su aplicación en la comprensión del comportamiento de la electricidad en circuitos con resistencias colocadas en serie y en paralelo.
BLOQUE IV: RELACIONAS LA ELECTRICIDAD CON EL MAGNETISMO
En el bloque IV inicialmente se describen las características de los imanes y las propiedades del campo magnético, para después relacionar la electricidad y el magnetismo a
través del experimento de Oersted. La aplicación del electromagnetismo en la construcción de motores, generadores y transformadores eléctricos es parte fundamental del
presente bloque.
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BLOQUE III: COMPRENDES LAS LEYES DE LA ELECTRICIDAD (TIEMPO ASIGNADO 20 HRS)
El bloque III presenta un análisis de las propiedades de las cargas eléctricas y la ley fundamental de la electrostática (Ley de Coulomb) que existe entre ellas, como parte del
inicio del estudio de los fenómenos eléctricos. Los fundamentos de la electrodinámica son descritos a través de las leyes de Ohm, Watt y Joule y su aplicación en la comprensión del comportamiento de la electricidad en circuitos con resistencias colocadas en serie y en paralelo.
En física, la carga eléctrica es una propiedad intrínseca de algunas subatómicas que se manifiesta mediante atracciones y repulsiones que determinan las interacciones electromagnéticas entre ellas. La materia cargada eléctricamente es influida por los campos electromagnéticos, siendo a su vez, generadora de ellos. La interacción entre carga y
campo eléctrico origina una de las cuatro interacciones fundamentales: la interacción electromagnética. Desde el punto de vista del modelo estándar la carga eléctrica es una
medida de la capacidad de la partícula para intercambiar fotones.
La ley de Coulomb puede expresarse como:
La magnitud de cada una de las fuerzas eléctricas con que interactúan dos cargas puntuales en reposo es directamente proporcional al producto de la magnitud de ambas
cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa y tiene la dirección de la línea que las une. La fuerza es de repulsión si las cargas son de igual
signo, y de atracción si son de signo contrario.
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Enunciado de la ley
La ley de Coulomb es válida sólo en condiciones estacionarias, es decir, cuando no hay movimiento de las cargas o, como aproximación cuando el movimiento se realiza a velocidades bajas y en trayectorias rectilíneas uniformes. Es por ello que es llamada fuerza electrostática.
En términos matemáticos, la magnitud
Dadas dos cargas puntuales
y
de la fuerza que cada una de las dos cargas puntuales
separadas una distancia
y
ejerce sobre la otra separadas por una distancia
se expresa como:
en el vacío, se atraen o repelen entre sí con una fuerza cuya magnitud está dada por:
Ejercicio 1
Determinar la fuerza que actúa sobre las cargas eléctricas q 1 = + 1 x 10-6 C. y q 2 = + 2,5 x 10-6 C. que se encuentran en reposo y en el vacío a una distancia de 5 cm.
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Resolución:
Para calcular la fuerza de interacción entre dos cargas eléctricas puntuales en reposo recurriremos a la ley de Coulomb por lo tanto previo transformar todas las magnitudes en juego a unidades del sistema internacional de medidas nos queda que:
F= K (q1 x q2) / d2
F= (9x109 NM2/C2) (1x10-6 C
x
2.5x10-6 C
/
(0.05 M)2 = 9N
Como la respuesta obtenida es de signo positivo nos está indicando que la fuerza es de repulsión.
Ejercicio 2
Determinar la fuerza que actúa sobre las cargas eléctricas q 1 = -1,25 x 10-9 C. y q 2 = +2 x 10-5 C. que se encuentran en reposo y en el vacío a una distancia de 10 cm.
Resolución: Para calcular la fuerza de interacción entre dos cargas eléctricas puntuales en reposo recurriremos a la ley de Coulomb por lo tanto previo transformar todas las magnitudes en juego a unidades del sistema internacional de medidas nos queda que:
F= K (q1 x q2) / d2
F= (9x109 NM/C2) (-1x25-9 C
x
-2x10-5 C /
Como la respuesta obtenida es de signo negativo nos está indicando que la fuerza es de atracción.
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(0.1M)2 = -2.25x10-2N
Electrodinámica
La electrodinámica es la rama del electromagnetismo que trata de la evolución temporal en sistemas donde interactúan campos eléctricos y magnéticos con cargas en movimiento.
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La ley de Ohm dice que la intensidad que circula entre dos puntos de un circuito eléctrico es proporcional a la tensión eléctrica entre dichos puntos. Esta constante es
la conductancia eléctrica, que es lo contrario a la resistencia eléctrica.
La intensidad de corriente que circula por un circuito dado, es directamente proporcional a la tensión aplicada e inversamente proporcional a la resistencia del mismo.
La ecuación matemática que describe esta relación es:
La ley de Watt dice que la potencia eléctrica es directamente proporcional al voltage de un circuito y a la intensidad que circula por él.
Voltage en voltios (v)
Intensidad (i)
Potencia en Vatios (P)
Ecuación de Watt:
P=V.I
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Ejemplos usando los datos del triangulo:
P=VI
V=P/I
I= P/V
Ejemplos usando el círculo arriba mostrado:
P=VI
P= I2R
V= IR
ETC.
Se conoce como efecto Joule al fenómeno por el cual si en un conductor circula corriente eléctrica, parte de la energía cinética de los electrones se transforma en calor debido a
los choques que sufren con los átomos del material conductor por el que circulan, elevando la temperatura del mismo. El nombre es en honor a su descubridor, el físico británico James Prescott Joule.
El movimiento de los electrones en un cable es desordenado, esto provoca continuos choques entre ellos y como consecuencia un aumento de la temperatura en el propio cable.
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Ley de Joule
Este efecto es utilizado en la actualidad aprovechando las noblezas de la electricidad y se representa de la siguiente manera (Q= CALOR GENERADO)
(Por eso es el fenómeno que si ponemos el cableado eléctrico en una casa, y el cable es demasiado pequeño de diámetro (mayor resistencia al paso de la corriente), entonces los
cables se calientan mucho y pagamos mas luz (parte de la energía eléctrica se pierde en forma de calor)
Las propiedades físicas fundamentales de la corriente eléctrica son tres:
•
•
•
Intensidad (I)
Tensión (t)
Resistencia (R )
Algunos Ejemplos de artículos que por su construcción tienen resistencias que ponen mucha oposición al paso de la corriente y por lo tanto producen mucho calor (efecto Joule);
(y también consumen mucha electricidad)
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Intensidad de corriente - I
Como ya sabemos, la corriente eléctrica consiste en un flujo de electrones que van desde un punto con más carga negativa que otro. La intensidad depende del número de electrones que circulen en el circuito.
La unidad empleada para su medida es el Amperio (A). Cuando en un circuito se mueve una carga de 63 trillones de electrones (un culombio) en cada segundo, se dice que en el
circuito circula una intensidad de un amperio (1 A). Esta unidad es grande, así que será normal referirnos a un submúltiplo del amperio, el miliamperio (mA), equivalente a una milésima de amperio.
1 A = 1000 mA
1 mA = 0'001 A
Ejemplos:
1) A Cuanto equivale 1.30 amperes, en Mili amperes?
Respuesta. 1.30 A x 1000 mA = 1300 Mili amperes
2) A Cuanto equivale 1.65 amperes, en Mili amperes?
Respuesta. 1.65 A x 1000 mA = 1650 Mili amperes
3) A Cuanto equivalen 2500 Mili amperes, en amperes?
Respuesta. 2500 mA x 0.001 A = 2.5 amperes
4) A Cuanto equivalen 6800 Mili amperes, en amperes?
Respuesta. 6800 mA x 0.001 A = 6.8 amperes
Ya notaste la diferencia entre amperes y mili amperes?
Para medir esta magnitud se emplea el amperímetro.
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Tensión eléctrica = V
Tensión eléctrica, voltaje o diferencia de potencial son tres nombres con los que nos referiremos a la diferencia de cargas eléctricas que existe entre los polos positivo y negativo del
generador del circuito. Esta magnitud es indicativa de la cantidad de energía que será capaz de desarrollar la corriente de electrones, para una misma intensidad de corriente.
La unidad de medida es el voltio (V), y el elemento usado para medir su valor en un circuito se llama voltímetro.
Resistencia eléctrica = R
Es la oposición que presentan a la circulación de los electrones los distintos elementos intercalados en el circuito, incluido el conductor.
La unidad de medida es el ohmio (Ω). Esta unidad es demasiado pequeña por lo que es frecuente encontrar múltiplos como el kilo ohmio (KΩ), equivalente a 1000 Ω, y el mega
ohmio (MΩ), equivalente a 106 Ω.
Para medir la resistencia eléctrica de un elemento se utiliza el óhmetro.
Cuando se instalan varios receptores, éstos pueden ser montados de diferentes maneras:
•
•
•
En serie
En paralelo
Mixtos
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Circuitos en serie
En un circuito en serie los receptores están instalados uno a continuación de otro en la línea eléctrica, de tal forma que la corriente que atraviesa el primero de ellos será la misma
que la que atraviesa el último. Para instalar un nuevo elemento en serie en un circuito tendremos que cortar el cable y cada uno de los terminales generados conectarlos al receptor.
Circuito en paralelo
En un circuito en paralelo cada receptor conectado a la fuente de alimentación lo está de forma independiente al resto; cada uno tiene su propia línea, aunque haya parte de esa línea
que sea común a todos. Para conectar un nuevo receptor en paralelo, añadiremos una nueva línea conectada a los terminales de las líneas que ya hay en el circuito.
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Ejemplos prácticos de circuito en serie y de circuito en paralelo:
Vamos a ver dos ejemplos de cálculo de problemas de circuitos en serie y en paralelo.
Ejemplo 1:
En el circuito de la figura sabemos que la pila es de 4'5 V, y las lámparas tienen una resistencia de R1= 60 Ω y R2= 30 Ω. Se pide:
1. Dibujar el esquema del circuito;
2. calcular la resistencia total o equivalente del circuito, la intensidad de corriente que circulará por él cuando se cierre el interruptor y las caídas
de tensión en cada una de las bombillas.
Ejemplo 2:
En el circuito de la figura sabemos que la pila es de 4'5V, y las lámparas son de 60Ω y 30Ω, respectivamente. Calcular:
1. La intensidad en cada rama del circuito, la intensidad total que circulará y la resistencia equivalente.
2. Dibujar el esquema del circuito.
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Cálculos con la ley de Ohm
Ejemplo 1:
Un circuito eléctrico está formado por una pila de petaca de 4'5V, una bombilla que tiene una resistencia de 90 , un interruptor y los cables necesarios para unir todos ellos. Se pide
una representación gráfica del circuito y que se calcule la intensidad de la corriente que circulará cada vez que cerremos el interruptor.
Ejemplo 2:
En un circuito con una resistencia y una pila de 20 V circula una corriente de 0'2 A. Calcular el valor de dicha resistencia.
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Ejemplo 3:
Cuál será la tensión que suministra una pila sabiendo que al conectarla a un circuito en el que hay una resistencia de 45
, la intensidad es de 0'1 A. (Sol.: 4'5 V)
Ley de Ohm: problemas para resolver (Dibuja las graficas de los circuitos, apóyate con tu profesor)
1. Se conecta una resistencia de 45 Ω a una pila de 9 V. Calcula la intensidad de corriente que circula por el circuito. (Sol.: 200 mA)
Respuesta:
1°paso, Datos: Voltaje = 9 V , Resistencia (R) = 45 ohmios
, Corriente (I)=?
2° paso, Formula V=IR
, Despejando I, tenemos I=V/R
3° paso, sustituir valores I= 9/45 , lo que da como resultado 0.2 a (amperes) o lo que es lo mismo 200 mA
2. Calcula la intensidad de corriente en un circuito compuesto por una resistencia de 1'2 KΩ y una fuente de alimentación de 12 V. (Sol.: 10 mA).
Aclaración: 1'2 KΩ = 1200 Ω.
Respuesta:
1° paso, Datos: Voltaje = 12 , Resistencia (R) = 1.2 Kilo ohmios (lo que equivale a 1200 ohmios)
2° paso, Formula: V=IR (Recuerda, antes de utilizar la formula se deben convertir los “milis” o los “kilo” a sus unidades básicas; es decir V (volts), ohmios, amperes.
Por lo tanto despejando la intensidad (corriente) que es lo que piden, obtenemos; I=V/R
3° paso, sustituir valores I= 12/1200, lo que da como resultado 0.01 a (amperes) o lo que es lo mismo 10 mA
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3. Calcular el valor de la resistencia de una bombilla de 230 V, sabiendo que al conectarla circula por ella una corriente de 0'20 A. (Sol.: 1150 Ω).
Respuesta:
1° paso, Datos: Voltaje (V)= 230 , Corriente (I)= 0.20 a
2° paso, Formula: V=IR, por lo tanto despejando la resistencia (R), obtenemos; R=V/I
3° paso, sustituir valores R= 230/0.20, lo que da como resultado 1150 ohmios
4. Una resistencia de 100 Ω se conecta a una batería de 10 V. Dibuja el esquema del circuito y calcula la intensidad de corriente que circula por el mismo. (Sol.: 100 mA).
Respuesta
1° paso, Datos: Voltaje (V)= 10, resistencia (R)= 100 ohmios
2° paso, Formula: V=IR, por lo tanto despejando la corriente (I), obtenemos; I=V/R
3° paso, sustituir valores I= 10/100, lo que da como resultado 0.10 amperes o lo que es lo mismo 100 mA.
5.- Calcula el valor de una resistencia sabiendo que la intensidad en el circuito es de 0,2 A y la fuente de alimentación de 10 V. Dibuja el circuito. (Sol: 50 Ω).
Respuesta
1° paso, Datos: Voltaje (V)= 10 , corriente (I)= 0.2 amperes
2° paso, Formula: V=IR, por lo tanto despejando la resistencia (R), obtenemos R=V/I
3° paso, sustituir valores R=10/0.2, lo que da como resultado 50 ohmios
6.- Por un circuito con una resistencia de 150 Ω circula una intensidad de 100 mA. Calcula el voltaje de la fuente de alimentación. (Sol: 15 V).
Respuesta
1° paso, Datos: Resistencia (R)= 150 ohmios , corriente (I)= 100 mA o lo que es lo mismo 0.1 amperes
2° paso, Formula: V=IR
3° paso, sustituir valores V=150x0.1 , lo que da como resultado 15 Voltios
7. Al circuito anterior le cambiamos la fuente de alimentación por otra de 20V. Cuál será ahora la intensidad que atraviesa la resistencia? (Sol: 133 mA).
Aclaración: ten en cuenta que la resistencia tendrá que ser la misma, ya que sólo se ha cambiado la fuente de alimentación.
Respuesta
1° paso, Datos: Voltaje (V)= 20 , Resistencia (R)= 150 ohmios
2° paso, Formula: V=IR , por lo tanto despejando la corriente (I), obtenemos I=V/R
3° paso, sustituir valores I=20/150 , lo que da como resultado 0.133 amperes, o lo que es lo mismo 133 mA
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8. ¿Cuánta resistencia le tendremos que poner a un circuito con una fuente de alimentación de 100 V para que no circulen más de 400 mA? (Sol: 250 Ω).
Respuesta
1° paso, Datos: Voltaje (V)= 100 , corriente (I) = 400 mA o lo que es lo mismo 0.4 amperes
2° paso, Formula: V=IR, por lo tanto despejando la resistencia (R), obtenemos R=V/I
3° paso, sustituir valores R=100/0.4, lo que da como resultado 250 ohmios
Problemas: Ley de Ohm (dibuja las gráficas de los circuitos ///serie, paralelo o combinado/// apóyate con tu profesor.
Soluciona los siguientes problemas en tu cuaderno:
1. Calcular la resistencia equivalente a dos resistencias de 20 Ω y 30 Ω, conectadas en serie. Calcular la intensidad que atravesará dicho circuito cuando se conecta a una pila de
4'5 V y la caída de tensión en cada bombilla. (Sol.: Re = 50 Ω; I = 90 mA; V1=1'8 V; V2= 2'7 V).
Respuesta
1° paso, dibuja el circuito eléctrico para que tengas una mayor comprensión, recuerda es un circuito en serie.
2° paso, Datos: Resistencia 1 (R1)=20 ohmios, Resistencia 2 (R2)= 30 ohmios, Voltaje (V)= 4.5
3° paso, el Procedimiento:
a) para obtener la resistencia equivalente en un circuito en serie, solamente se SUMAN (ojo, tiene que ser circuito en serie)
Re= R1+R2 = 20 + 30 = 50 ohmios
b) para calcular la intensidad o corriente que atravesará el circuito, se utiliza la formula:
V=IR en la cual se despeja la corriente quedando I=V/Re por lo que sustituyendo queda I=4.5/50
lo que es igual a 0.09 amperes (o 90 mA)
c) para calcular la caída de tensión en cada resistencia se vuelve a usar la formula:
V=IR en cada una de las resistencia.
V (en R1)= 0.09x20 = 1.8 Voltios
y
V (en R2)=0.09x30= 2.7 Voltios
(Nótese que en un circuito en serie, que la suma de las caídas de tensión de las resistencias es igual a la fuente original, (1.8+2.7= 4.5)
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2. Calcular el valor de la resistencia equivalente en un circuito compuesto por tres bombillas de 30 Ω conectadas en serie Hallar el valor de la intensidad de corriente que atravesará
el circuito sabiendo que está conectado a una fuente de alimentación de 4'5 V y la caída de tensión en cada bombilla. ( Sol: Re = 90 Ω; I = 50 mA, V1= V2 = V3= 1'5 V).
1° paso, dibuja el circuito eléctrico para que tengas una mayor comprensión, recuerda es un circuito en serie.
2° paso, Datos: Resistencia 1 (R1)=30 ohmios, Resistencia 2 (R2)= 30 ohmios, Resistencia 3 (R3)= 30 ohmios
3° paso, el Procedimiento:
Voltaje (V)= 4.5
a) para obtener la resistencia equivalente en un circuito en serie, solamente se SUMAN (ojo, tiene que ser circuito en serie)
Re= R1+R2+R3 = 30 + 30 + 30 = 90 ohmios
b) para calcular la intensidad o corriente que atravesará el circuito, se utiliza la formula:
V=IR en la cual se despeja la corriente quedando I=V/Re por lo que sustituyendo queda I=4.5/90
lo que es igual a 0.05 amperes (o 50 mA)
c) para calcular la caída de tensión en cada resistencia se vuelve a usar la formula:
V=IR en cada una de las resistencia.
V (en R1)= 0.05x30 = 1.5 Voltios
y como las tres resistencias son iguales y pasa la misma corriente, la caída de voltaje es igual en las tres bombillas (resistencias)
(Nótese que en un circuito en serie, que la suma de las caídas de tensión de las resistencias es igual a la fuente original, (1.5+1.5+1.5= 4.5)
Has tu el ejercicio siguiente número 3 (compara tus resultados con la solución)
3. Dos operadores con resistencia de 30 Ω cada uno se conectan en serie a una fuente de alimentación Calcular la tensión que deberá suministrar dicha fuente si la intensidad que
debe atravesar a los citados operadores debe ser de 50 mA. ¿Qué caída de tensión habrá en cada operador? (Sol: V= 3 V; Vr= 1'5 V).
4. Necesitamos conectar un operador con una resistencia de 30 Ω en un circuito con una pila de 9 V. La intensidad que debe atravesar dicho operador debe ser de 0'1 A. Hallar el
valor de la resistencia que debemos conectar en serie al operador para conseguir aquel valor de la intensidad. (Sol.: 60 Ω).
1°paso, dibuja el circuito para que tengas una mayor comprensión del problema.
V
R1
R2
I
En donde: V= voltaje= 9
, R1= resistencia1= 30 ,
I= corriente= 0.1 amperes, R2= resistencia = ¿? (es lo que buscamos)
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Entonces la resistencia equivalente es la suma de las resistencias (recuerda que es un circuito en serie), quedando Re= R1+R2
por lo tanto aplicando la formula V=I x Re y sustituyendo los valores que tenemos, nos queda:
9= 0.1 x Re
o lo que es lo mismo 9= 0.1 (R1+R2) y continuando con la sustitución nos queda 9= 0.1 (30+R2)
De aquí en adelante es una caso de matemáticas, en el cual se debe despejar R2 y encontrar su valor, quedando así:
9= (0.1x30) + (0.1xR2)
9= 3 + 0.1R2
por lo tanto R2= 6/0.1= 60 ohmios
5. Averiguar la intensidad que atravesará cada una de las resistencias y la total en el circuito cuando se conectan en paralelo dos resistencias de 20 Ω a una pila de 8 V. Calcular la
resistencia equivalente (Sol.: I= 0,8 A; Ir= 0'4 A; Re= 10 Ω).
Recuerda que para sacar la resistencia equivalente, en este caso no se suman porque se trata de un circuito en paralelo (solamente en los circuitos en serie se suman)
1° paso, dibuja el circuito para que tengas una mayor comprensión del problema.
R1
It
V
En donde V (voltaje) = 8 ,
R2
R1 y R2 = 20 cada una
, I (corriente) = ¿?
2° paso, sacamos la corriente que pasa por cada resistencia (acuérdate que la suma de las corrientes que pasan por R1 y R2 resultará en la corriente total (It)
V=IR
entonces I=V/R , sustituyendo primero en R1 para sacar su corriente tenemos I= 8/20= 0.4 a (y como las resistencias valen lo mismo podemos deducir que la corriente
que pasa por R2=R1.
Entonces la corriente total (It)= I1+I2= 0.4+0.4= 0.8
Ya con la corriente total (It) conocida, podemos calcular la resistencia equivalente, quedando así:
V=IR , despejando R=V/I y sustituyendo nos queda Re= 8/0.8= 10 ohmios
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Has tu los ejercicios siguientes números 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 Y 13 (compara tus resultados con las soluciones)
6. Hallar la resistencia equivalente de un circuito con dos resistencias de 15 Ω conectadas en paralelo a una pila de 3V. Calcular la intensidad total y por rama en el circuito. (Sol.: Ir=
0'2 A; It= 0'4 A; Re= 7'5 Ω).
7. Hallar la resistencia equivalente de un circuito con dos resistencias, una de 15 Ω y otra de 30 Ω conectadas en paralelo a una pila de 9V, así como la intensidad total y por rama.
(Sol.: I1= 0'6 A; I2= 0'3 A; It= 0'9 A; Re= 10 Ω).
8. Hallar la resistencia equivalente de un circuito con dos resistencias, una de 20 Ω y otra de 30 Ω conectadas en paralelo a una fuente de alimentación de 48 V. Calcular las intensidades por rama y la total. (Sol.: I1= 2'4 A; I2= 1'6 A; It= 4 A Re= 12 Ω).
9. Un circuito dispone de una pila de 9V, un pequeño motor eléctrico con una resistencia de 12 Ω, y dos pequeñas lámparas de 30 Ω cada una -todos los receptores están instalados
en paralelo-. Dibujar el esquema del circuito y averiguar la resistencia equivalente del mismo, la intensidad total que sale del generador, y la que atraviesa cada uno de los receptores.
(Sol: Im= 0'75 A; Ib= 0'3 A; It= 1'35 A; Re= 6'67 Ω)
10. Conectamos a un circuito dos resistencias de 20 Ω en paralelo Calcular su resistencia equivalente Calcular la intensidad total que recorrerá el circuito y la que atravesará cada
una de las resistencias, cuando se conectan a una pila de 9 V. (Sol.: Re = 10 Ω; I = 900 mA; Ir= 450 mA)
11. Conectamos en paralelo una resistencia de 30 Ω con otra de 60 Ω Calcular la resistencia equivalente Hallar la intensidad que atraviesa el circuito, así como la que circulará a
través de cada una de las resistencias, al conectar el montaje a una pila de 4'5 V. (Sol.: Re = 20 Ω; I1 = 150 mA; I2 = 75 mA; IT = 225 mA).
12. Conectamos en paralelo dos lámparas de 45 Ω y 30 Ω con una pila de 9 V. Calcular la resistencia equivalente del circuito y la intensidad de corriente que circulará por él y por
cada uno de sus receptores. (Sol.: Re = 18 Ω; I1 = 200 mA; I2 = 300 mA; IT = 500 mA).
13. Calcular la resistencia equivalente de un circuito paralelo compuesto por 4 bombillas de 80 Ω de resistencia, a 220 V Calcular cuál será la intensidad que recorrerá el circuito y la
que atravesará cada una de las lámparas. (Sol.: Re = 20 Ω; I parcial = 2'75 A; IT = 11 A).
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14. Un fusible es un elemento de protección que se funde cuando por él circula una intensidad de corriente superior a un límite. Calcula cuántas lámparas de 200 Ω se podrán conectar en paralelo a una pila de 9V, si la instalación tiene un fusible de 1 A. (Sol.: 22 lámparas).
1° paso, dibuja el circuito para que tengas una mayor comprensión del problema
Batería
¿?
Solución:
Fusible
It
Datos: cuantas lámparas se pueden conectar= ¿? / Cada lámpara tiene una resistencia de 200 ohmios / Una Batería de voltaje = 9 / y el fusible tiene una capacidad máxima
para resistir 1 ampere.
Solución: Considerando que es un circuito en paralelo la corriente total (It) es la suma de cada una de las corrientes que pasa por cada foco. Y si cada foco tiene una resistencia de
200 ohmios, podemos obtener que la corriente que pasa por cada foco es de I=V/R por lo que sustituyendo valores tendríamos I=9/200 lo que es = 0.045.
Por lo tanto deducimos que si el fusible aguanta un paso de corriente de 1 amp, y por cada foco pasan 0.045 amp; simplemente dividimos 1/0.045= 22.22 por lo tanto el circuito
solamente tiene capacidad de conectar en paralelo 22 lámparas.
15. Un circuito está formado por 10 lámparas de 90 Ω conectadas en paralelo, un interruptor y una pila de 4'5V Deseo instalar un fusible en dicho circuito, para lo que dispongo de
tres modelos diferentes: de 300 mA, de 600 mA y de 800 mA Calcula cuál sería el modelo más adecuado para instalar. (Sol.: el de 600 mA).
1°paso, dibuja el circuito para que tengas una mayor comprensión del problema.
Interruptor
fusible
Batería
Solución:
Datos: 10 focos de una resistencia de 90 ohmios cada uno. / Una Batería (pila) de Voltaje= 4.5
Solución: Utilizamos nuevamente la fórmula V=IR
Antes de utilizar la formula, debemos de obtener la corriente que pasara por cada foco para luego sumar las diez corrientes y obtener una corriente total.
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V=IR , despejando obtenemos I=V/R y por el foco 1 pasa una corriente de I=4.5/90 = 0.05 amperes
Entonces considerando que los focos tiene la misma resistencia, deducimos que la corriente en cada foco es la misma, por lo tanto sumamos las corrientes de los 10 focos,
quedando una corriente total de:
It= 0.05 x 10 = 0.5 amperes (o lo que es lo mismo 500 mA)
Por lo tanto el fusible de 300 mA “se quemaría” y el de 800 mA queda “demasiado grande”; la respuesta correcta es el de 600 mA
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ANEXOBLOQUEIII
Tabla No. 13 Aplicacionesde la electricidad
Licuadoras, televiEn el hogar:
i
t léf
Maquinas,
compuEn laindustria:
tRadios,
d
teléfonos
En comunicaciones:
Alumbrados, semáforos
Entreotros
Tabla No. 14 Modelosmatemáticosde lasvariables
Concepto
Trabajo
Potencia
Resistencia (en electricidad)
Intensidad decorrienteeléctrica
Voltaje
Efecto Joule
Ley deOhm
Ley deWatt
Expresión matemática
W=FD
Significado devariables
W= trabajo, F= fuerza , D=
distancia
P=W/T
P=potencia, W=trabajo ,
T= tiempo
R=V/I
R= resistencia , V= voltaje
, I= corriente
I=V/R
I=corriente , V= voltaje ,
R= resistencia
V=IR
V= voltaje , I= corriente ,
R= resistencia
Q=I2 RT
Q= calor , I=corriente ,
T=tiempo
V=IR , I=V/R , R=V/I Relación entre el voltaje, la
resistencia y la corriente
P=IV , I=P/V , V=P/I Relación entre potencia,
corriente y voltaje
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Unidadesdemedida
Kilográmetros
HP / Watts
OHMS
amperes
Volts
Vatio-segundo
Volts, amperes u ohms
(depende)
Watts, volts, amperes
(depende)
PRONTUARIO DE LA MATERIA DE FISICA II: CONCEPTOS Y PROBLEMAS RESUELTOS
COLEGIO DE BACHILLERES DEL ESTADO DE BAJA CALIFORNIA SUR
DIRECTOR GENERAL / ING. ROBERTOPANTOJA CASTRO
DIRECTOR ACADEMICO / ING. JOSE ARTURO HERNANDEZ HERNANDEZ
PRONTUARIO ELABORADO POR:
JEFATURA DE MATERIAS DE FISICA / ING.ALFONSO MARTINEZ LLANTADA
(ESTE PRONTUARIO ES UN COMPENDIO DE DIFERENTES FUENTES DE INFORMACIÓN Y NO ESTÁ ELABORADO CON FINES DE LUCRO SOLO CON FINES EDUCATIVOS HACIA ESTUDIANTES DE LA INSTITUCIÓN)
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