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EM2011
Serie de Problemas 01
-Problemas Fundamentales-
G 09NL28 Camilo
Universidad Nacional de Colombia
Depto. de Física
Mayo 2011
Faraday
1. Una barra conductora, de longitud L, se
mueve, con velocidad V, hacia la derecha
sobre un conductor con forma de U en un
campo magnético uniforme que apunta hacia
fuera de la página.
Averiguar la fuerza electromotriz inducida en
función de B, L y V.
Segun la Ley de Faraday se tiene que
donde fem es la fem inducida y
es el cambio de flujo
magnético respecto al tiempo. Se toma el vector A paralelo a
B. Esto implica que
Como la magnitud de B es constante se tiene que la fem
inducida es
(1)
Ahora bien, se tiene que en el tiempo dt, la barra conductora se
mueve con velocidad
es decir, recorre una distancia dx=Vdt. Se tiene entonces que el
área por la que pasan las líneas de campo magnético se
incremente en una cantidad
Reemplazando este resultado en la ecuación (1) se obtiene que
la fem inducida es
Capacitores
2. Calcule la capacitancia de un capacitor de
placas paralelas que miden 20 cm x 30 cm y
están separadas por una brecha de aire de 1
mm.
a) cuál es la carga en cada placa si a través de
ellas se conecta una batería de 12VDC?
b) estime el área para construir un capacitor de
1 Faradio.
La capacitancia de un condensador depende del área de cada
placa y de la distancia que las separa y viene dada por la
expresión
Para un par de placas de 20cm x 30cm se tiene que A=0.06m2
Suponiendo que la permitividad del aire es ε =
y
que las placas están separadas 1mm se tiene que la
capacitancia es
a) También se tiene que la carga en cada placa es
Si a través de ellas se conecta una batería de 12V se tiene una
carga en cada placa de
b) Para construir un capacitor de un Faradio cuyas placas estén
separadas 1mm por el vacio se tiene que el área de las placas
tendría que ser
Energía almacenada en un capacitor
3. Cuánta energía eléctrica puede almacenar un capacitor de 150
microfaradios a 200 V?
La energía que puede almacenar un capacitor de 150µF a 200V
4. Si dicha energía se libera en 1 milisegundo cuál es la salida de
potencia equivalente?
Si la energía anterior se libera en 1ms la salida de potencia
equivalente es
Corriente es Flujo de carga eléctrica
5. Cuál es la carga que circula cada hora por un resistor si la
potencia aplicada es un kilovatio
Si se aplica una potencia de 1kW a una resistencia de 1kΩ se
tiene que la corriente que pasa por dicho resistor es
En una hora la carga que pasa a través del resistor de 1kΩ es
igual a
Corriente eléctrica
6. Por un alambre circula una corriente estacionaria de 2.5 A
durante 4 minutos.
a) Cuánta carga total pasa por su área transversal durante ese
tiempo?
La carga total que pasa por el área transversal de un alambre por
el que circula una corriente de 2.5 A durante 4 minutos es
b) a cuántos electrones equivaldría?
Esta cantidad de carga equivale a la siguiente cantidad de
electrones
Ley de Ohm
7. El bombillo de una linterna consume 300 mA de una batería
de 1,5 V
• a) Cuál es la resistencia de la bombilla?
La Ley de Ohm dice que V=IR. Si el bombillo de una linterna
consume 300mA de una batería de 1,5V entonces la
resistencia de la bombilla es
• b) Si la batería se debilita y su voltaje desciende a 1,2 V cuál es
la nueva corriente?
Si la batería se debilita y su voltaje desciende a 1,2V, la nueva
corriente es
Corriente eléctrica en la naturaleza salvaje
8. En un relámpago típico se puede transferir una energía de 10
Giga julios a través de una diferencia de potencial de 50 Mega
Voltios durante un tiempo de 0,2 segundos.
a) Estime la cantidad de carga transferida entre la nube y la
tierra.
La cantidad de carga transferida entre la nube y la tierra es
a) La potencia promedio entregada durante los 0,2 segundos.
La potencia promedio entregada durante los 0,2 segundos es
Circuitos
9. Dos resistores de 100 ohmios están conectados en paralelo y
en serie a una batería de 24 VDC.
a) Cuál es la corriente a través de cada resistor
Por divisor de voltaje
Por ley de Ohm la corriente en la primera y segunda resistencia
es
a) Cuál es la resistencia equivalente en cada circuito?
La resistencia equivalente de este circuito es
a) Cuál es la corriente a través de cada resistor
La corriente a través de cada resistor es la misma porque están
sometidas al mismo potencial. Esto es
a) Cuál es la resistencia equivalente en cada circuito?
La resistencia equivalente de este circuito es
Transformadores
10. Un transformador para uso doméstico reduce el voltaje de
120 VAC a 9 VAC. La bobina secundaria tiene 30 espiras y
extrae 300 mA. Calcule:
a) El número de espiras de la bobina primaria.
Se tiene la siguiente relación entre el numero de espiras y el
voltaje del primario y el secundario
El numero de espiras de la bobina primaria es
a) La potencia transformada
La potencia transformada es