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EM2011
Serie de Problemas 01
-Problemas Fundamentales-
G09NL17tania
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.
V
∆X
L
Debido a que la barra de esta moviendo con una velocidad V, utilizamos la
ecuación de movimiento rectilíneo uniforme para hallar la distancia de
desplazamiento en términos de V:
∆x = V*∆t
B
Con esto reemplazamos en la ecuación del área del lazo
∆A = L ∆x = LV*∆t
Por la ley de Faraday, tenemos que la FEM inducida es:
FEM= ∆Φь/ ∆t = B∆A/∆t = BLV* ∆t / ∆t = BLV
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.
C= є A / d
= (8.85*10^-12) (6*10^-3/1*10^-3)
=53 pF
a)
cuál es la carga en cada placa si a través de ellas se conecta una batería de 12VDC?
Q = CV
(53 pF)(12V) = 6.4*10^-10 C
a)
estime el área para construir un capacitor de 1 Faradio.
A= Cd/ є
=(1F)(1*10^-3)/ (8.85*10^-12)
=1.129*10^8 m2
Energía almacenada en un capacitor
(de una unidad de flash en una cámara fotográfica)
3. Cuánta energía eléctrica puede almacenar un capacitor de 150 microfaradios a 200 V?
E= (1/2) CV^2
=(1/2)(150*10^-6 F) (200 V)^2
=3 J
4. Si dicha energía se libera en 1 milisegundo cuál es la salida de potencia equivalente?
P= E/t
= 3 J/1*10^-3
= 3000W
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
P = I²R
P= (q/t)² R
q = √ (Pt²/R)
= √(1KW)(3600² )/ R
= √(1.296 *10^13)/R
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?
∆Q= I∆t
=(2.5 C/s)(240s)
= 600C
b) a cuántos electrones equivaldría?
e= 1.6 * 10^-19 C
600C/ 1.6 * 10^-19 C = 3.8*10^21
1A=1C/s
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?
•
V= IR
R= (1.5 V)/(mA)
= 5Ω
b) Si la batería se debilita y su voltaje desciende a 1,2 V cuál es la nueva corriente?
I = (1.2 V)/ (5Ω)
=0.24 A
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.
Q=∆E/V
=(10*10^9 J)/(50*10^6)
=20 C
b)
La potencia promedio entregada durante los 0,2 segundos.
I=Q/t
=20C/0.2s
=100A
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
En serie:
V=IR
I=24V/200Ω
= 0.12 A
a)
En paralelo:
I= I1 + I2
=(24/100)+(24/100)
= 0.48 A
Cuál es la resistencia equivalente en cada circuito?
En serie:
R= R1+R2
= 200 Ω
En paralelo:
R= 1/((1/R1)+(1/R2)=
= 50 Ω
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.
N1=N2(V1/V2)
= (30)(120/9)
= 400 espiras
a)
La potencia transformada
P= I2V2
=(0.30A)(9V)
= 2.7 W