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FÍSICA II
PRÁCTICO 5
Corriente continua
Ejercicio 1
Se considera un cable de plata de 1 mm 2 de sección que lleva una corriente de
intensidad 30A. Calcule:
a) La velocidad promedio de los electrones suponiendo que sólo un electrón por
átomo interviene en la conducción.
b) La densidad de corriente en el cable.
c) La d.d.p. requerida para enviar dicha corriente a través de 50 m de alambre de
plata.
Datos de la plata: densidad
resistividad 1,6 10-8 m.
10,5 g/cm3;
masa atómica 107,87 g/mol;
Ejercicio 2
Una unión p-n está formada por dos materiales semiconductores diferentes en
forma de cilindros idénticos de 0,165 mm de radio, como se muestra en la
figura. En una aplicación fluyen a través de la unión 3,501015 electrones por
segundo del lado n al lado p, mientras que 2,251015 huecos por segundo
fluyen del lado p al lado n. (Un hueco actúa como se fuera una partícula de
misma carga que los electrones, pero de signo opuesto). Determine la
corriente total y la densidad de corriente.
p
n
Ejercicio 3
Un alambre de resistencia Ro, largo L y sección transversal constante se estira para
formar otro alambre cuya longitud es 3 veces la original. Encuentre la resistencia del
nuevo alambre en función de Ro suponiendo que la resistividad y la densidad del
material no cambian durante el estiramiento.
Ejercicio 4
En la atmósfera inferior de la Tierra existen iones negativos y positivos, creados por
elementos radiactivos en el suelo y en los rayos cósmicos del espacio. En cierta región,
el campo eléctrico atmosférico es de 120 V/m dirigido hacia abajo. Debido a este
campo, los iones conuna sola carga positiva (620 por cm³) se mueven hacia abajo y los
iones con una carga negativa (550 por cm³) se mueven hacia abajo. La conductividad
media es de 2.70×10-14 1/Ωm. Calcule:
a) La velocidad dearrastre de los iones.
b) La densidad de corriente.
Práctico 5
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Ejercicio 5
Un relámpago cae en el extremo de un pararrayos de acero y produce una corriente de
15000 A que dura 65 μs. El pararrayos mide 2.0 m de altura y 1.8 cm de diámetro, y su
extremo inferior está conectado a tierra por medio de un alambre de cobre de 8.0 mm de
diámetro.
a) Calcule la diferencia de potencial entre la parte superior del pararrayos de acero y el
extremo inferior del alambre de cobre durante la descarga.
b) Determine la energía total que se deposita en el pararrayos y en el alambre por la
corriente.
Ejercicio 6
Una batería de 12.0 V tiene una resistencia interna de 0.24 V y capacidad de 50.0 Ah.
La batería se carga haciendo pasar una corriente de 10 A a través de ella durante 5.0 h.
a) ¿Cuál es el voltaje terminal durante el proceso de carga?
b) ¿Cuál es el total de energía eléctrica que se suministra a la batería durante la carga?
c) ¿Cuánta energía eléctrica se disipa en la resistencia interna mientras se carga la
batería?
d ) Se descarga por completo la batería a través de un resistor, de nuevo con una
corriente constante de 10 A. ¿Cuál es la resistencia externa del circuito?
e) ¿Cuánta energía eléctrica se suministra en total al resistor externo?
f ) ¿Cuánta energía eléctrica se disipa en total en la resistencia interna?
g) ¿Por qué no son iguales las respuestas a los incisos b) y e)?
Ejercicio 7
a) Dos lámparas eléctricas, de resistencias R1 y R2 (R2 < R1), se conectan en serie y en
paralelo, en ambos casos a la misma fuente (es decir a la misma tensión). Para cada
conexión, ¿Cuál de las dos se ve más brillante?
b) Explique como pueden funcionar las lamparitas de una guirnalda navideña si se
conectan a 220 voltios y cada una tiene un filamento que no soporta una tensión mayor
de 25 voltios.
c) Explique qué significa el rótulo 75 W en una lámpara doméstica.
d) Si se desea que una estufa disipe más calor, ¿se debe acortar el rulo o alargarlo?
Práctico 5
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Ejercicio 8
Un voltímetro (resistencia RV) y un amperímetro (resistencia Ra)
están conectados para medir una resistencia R, como en la
figura. La resistencia está dada por R = V/i en donde V es la
lectura del voltímetro e i es la corriente en el resistor R.
Parte de la corriente registrada por el amperímetro (i’) pasa por el voltímetro de modo
que la razón de las lecturas en el amperímetro (=V/i’) da únicamente una lectura
aparente de la resistencia R, que llamaremos R’. Demuestre que R y R’ se relacionan
según:
Nótese que cuando RV  , R’  R.
Ejercicio 9
En el circuito que se ilustra en la figura encuentre a) la corriente en el resistor de 3.00 V;
b) las fem desconocidas E1 y E2; c) la resistencia R. Note que se dan tres corrientes.
Ejercicio 10
En la figura se ilustra un circuito en el que todos los medidores son ideales y las baterías
no tienen resistencia interna apreciable.
a) Diga cuál será la lectura del voltímetro con el interruptor S abierto. ¿Cuál punto está
a un potencial mayor: a o b?
b) Con el interruptor cerrado, obtenga a lectura del voltímetro y del amperímetro. ¿Cuál
trayectoria (superior o nferior) sigue la corriente a través del interruptor.
Práctico 5
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Ejercicio 11
En el circuito de la figura se mide la corriente que pasa a través de la batería de 12.0 V y
resulta ser de 70.6 mA en el sentido que se indica. ¿Cuál es el voltaje terminal Vab de la
batería de 24.0 V?
Ejercicio 12
La relación entre la corriente y el voltaje de un diodo semiconductor está dada por:
eV
kT
I =I S ( e −1)
I
+
V
-
donde k = 1.38×10-23 J/K es la constante de Boltzmann, T es la temperatura absoluta e IS
es una constante característica de cada diodo. El diodo está conectado en serie con un
resistor R = 1.00 Ω y una batería con E = 2.00 V. La batería tiene resistencia interna
despreciable.
a) Obtenga una ecuación para V. Observe que no es posible despejar V algebraicamente.
b) El valor de V debe obtenerse con métodos numéricos. Un enfoque es probar un valor
de V y observar lo que ocurre en los lados izquierdo y derecho de la ecuación, luego se
usa esto para mejorar la selección de V. Con Is = 1.50 mA y T = 293 K, obtenga una
solución (exacta hasta dos cifras significativas) para la caída del voltaje V a través del
diodo y la corriente I que pasa por éste.
Práctico 5
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Ejercicio 13
Un capacitor que inicialmente está descargado se conecta en serie con un resistor y una
fuente de fem con E = 110 V y resistencia interna insignificante. Apenas completado el
circuito, la corriente que pasa por el resistor es de 6.3×10-5 A. La constante de tiempo
para el circuito es de 6.2 s. ¿Cuáles son los valores de la resistencia del resistor y de la
capacitancia del capacitor?
Ejercicio 14
El capacitor de la figura está inicialmente descargado. El interruptor se cierra en t = 0s.
a) Inmediatamente después de cerrar el interruptor, ¿cuál es la corriente a través de cada
resistor?
b) ¿Cuál es la carga final en el capacitor?
Ejercicio 15
Considere el circuito de la figura en la que
se muestra una lámpara de descarga
gaseosa (L). Cuando la tensión en los
bornes de la lámpara supera un valor crítico
Vc, se produce una descarga en su interior,
emitiendo luz. Considere que la descarga es
instantánea e inmediatamente después de la
descarga el condensador queda descargado, además, mientras la tensión en la lámpara es
menor que Vc, la corriente en esa rama es cero.
Suponga que Vc = ½ V0, R=10 k y C=2,010-4 F. Para estos datos, realice una gráfica
cualitativa de la tensión en los bornes de la lámpara en función del tiempo, para varias
descargas del capacitor. Suponga que en t = 0 el capacitor está descargado. Halle el
periodo de la lámpara (cada cuanto tiempo se enciende).
Práctico 5
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