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UNIDAD I. Electrostática y corriente
GUÍA DE PROBLEMAS
CONTENIDOS:
Conductores, aislantes, semiconductores.
Corriente eléctrica.
Magnitudes y unidades. Trabajo. Energía y potencia. Campo eléctrico. Intensidad de
campo. Potencial. Intensidad, tensión, resistencia. Ley de Ohm. Conexiones en serie y
en paralelo. Circuitos eléctricos. Trabajo y potencia eléctricos. Redes. Kirchhoff. El
campo eléctrico y el potencial en un circuito. Relación entre potencial y tensión
eléctrica.
1] Un objeto cae desde una altura dada, llegando al suelo con cierta energía cinética. Si se
duplica la altura:
3.1) ¿Cuales serían su energía cinética y su velocidad al momento del impacto?
3.2) ¿Cómo varían la intensidad del campo gravitatorio y el potencial gravitatorio?
3.3) Construir los gráficos de Energía potencial vs. altura, Energía cinética vs. altura y
Velocidad vs. altura, utilizando Excel.
Despreciar la interacción con el aire.
2] Se electrifica una barra de plástico frotándola con lana. ¿Se habrá cargado también la
lana? ¿Qué principio fundamental está asociado con este proceso?
3] Explique cómo la teoría atómico-molecular puede justificar las diferentes propiedades
eléctricas de los materiales. ¿A qué se deberá que un buen conductor de la electricidad sea
también un buen conductor del calor?
4] En todos los puntos de cierta región del espacio se encuentra que se cumple lo siguiente:
Una carga positiva de 10 µC recibe una fuerza hacia arriba de 50 N y una carga negativa de
6 µC recibe una fuerza hacia abajo de 30 N.
a) ¿Qué conclusiones podrían sacarse sobre la existencia, o no, en dicha región de un
campo eléctrico y qué características tendría?
b) ¿Qué trabajo habría que realizar sobre la primer carga para:
b.1) Impedir que sea desplazada por la fuerza actuante.
b.2) Desplazarla 2 m hacia abajo.
b.3) Desplazarla un metro hacia la izquierda.
b.4) Desplazarla 3 m hacia arriba.
c) ¿Cuál es la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos separados por una
distancia vertical de 0,5 m y horizontal de 1 m?
d) ¿Cuál se encuentra a mayor potencial?
5] Dos cargas positivas q, de igual valor , se encuentran separadas por una distancia r.
a]Calcular el valor de la intensidad de campo y del potencial eléctrico en un punto
equidistante de ambas, sobre la recta que las une.
b] Representar la variación de ambas magnitudes sobre esa recta.
c] Relacionar los resultados obtenidos con la expresión E = - dV/dx.
6] Agregue a las cargas del problema anterior una tercera igual, completando un triángulo
equilátero.
a]Represente el valor de la intensidad de campo mediante el vector E en algunos
puntos fuera y dentro del mismo.
b]Represente el campo utilizando líneas de fuerza.
c] Repita el ejercicio aplicando un “zoom” que lo aleje disminuyendo, p.ej. 10 veces el
tamaño del triángulo.
7] ¿Cuál de los siguientes procesos consiste en, o involucra a, una corriente eléctrica?
a) La caída de un rayo.
b) La “descarga” que recibimos a veces al bajar del auto los días secos.
c) La circulación de agua por una cañería. (Recuerde que toda la materia está
constituida por cargas eléctricas y además la molécula de agua es un dipolo
eléctrico).
d) El bombardeo electrónico de la pantalla de un monitor o televisor.
8] Partiendo del hecho de que en una lámpara incandescente el brillo aumenta con la
intensidad de corriente, resuelva:
a) Numere las doce lamparitas siguientes en orden creciente de brillo. Sugerencia: resuelva
primero para cada circuito, luego compare los diferentes circuitos entre sí.
+
+
+
+
+
b) De las siguientes
cuatro
lamparitas
indique si todas
brillan y su brillo
relativo.
Explique
sus
razonamientos.
9] En los circuitos
anteriores indique el
sentido de circulación de la corriente
y el sentido de circulación de los electrones. Identifique los puntos de los circuitos con
potencial eléctrico máximo y mínimo.
10] Debe construir una resistencia eléctrica de 125Dispone de alambres cilíndricos de los
siguientes materiales:
Material
Diámetro (m)
m)
Constantan
Nicrom
10-4
0,5 x 10-4
Aluminio
10-4
Silicio
10-3
52,0 x 10-8
150 x 10-8
2,82 x 10-8
640
a) ¿Qué longitud de alambre necesitaría en cada caso?
b) ¿Qué intensidad de corriente circularía en cada caso si se aplica entre los extremos una
tensión de 9V?
11] Analice críticamente la siguiente afirmación, escuchada en un examen de EES(I):
"La relación R = V / i, indica que la resistencia de un conductor es directamente
proporcional a la tensión aplicada."
12] Por un conductor de cobre y otro de hierro, que tienen la misma longitud y diámetro,
circula la misma corriente I.
a) Expresar la relación entre las caídas de potencial de un conductor respecto al
otro.
b) Idem para la intensidad de campo eléctrico.
c) Dibujar ambos circuitos y representar la variación de E y V a lo largo de los
mismos
.
13] Discuta:
a) La potencia disipada como energía térmica en un circuito es directamente
proporcional a la resistencia del mismo.
b) Idem pero inversamente proporcional.
c) Las dos afirmaciones anteriores son falsas.
d) Las dos son ciertas.
14] Una resistencia de carbón de 10kusada en circuitos electrónicos, se diseña para
disipar una potencia de 0,25W.
a) ¿Cuál es la corriente máxima que puede transportar esa resistencia?
b) ¿Cuál es la tensión máxima que puede aplicarse entre sus extremos?
15] Por un determinado circuito, alimentado con una batería de 12V, circula una corriente
de 0,8A.
a) Determinar la resistencia total del circuito y la potencia disipada.
b) ¿Cuáles serán los nuevos valores de intensidad, resistencia y potencia disipada si
se cambia la batería por una de 24V?
16] En el circuito de la figura, donde la tensión entre bornes de la batería es de 10V,
calcular:
a) La intensidad que registra el amperímetro I2 .
b) La intensidad que circula a través de cada resistencia.
c) La diferencia de potencial entre los
extremos de cada resistencia.
d) La potencia disipada en cada
resistencia.
e) La energía total suministrada por la
batería en 30min.
f) Reconecte los elementos del circuito
de tal manera que el consumo de
potencia aumente.
g) Lo mismo para que disminuya.
17] En el circuito de la figura:
a) Calcular la resistencia equivalente entre los puntos a y b.
b) Si la tensión entre a y b es de 10V, calcular la intensidad de corriente y la diferencia de
potencial en cada resistencia.
c)
¿Cuál de todas las resistencias disipa mayor potencia?
18] Para cada uno de los circuitos siguientes, hallar la intensidad de corriente que atraviesa
cada resistencia y la tensión de la fuente.
19] En el circuito de la figura R1 = 400 , R2 = 600 , R3 = 300 , V = 12 V. Se pide hallar:
a) ¿Qué valor tiene la resistencia Rx, si se sabe que el amperímetro indica una intensidad de
corriente de 0 A?
b) ¿Cómo se modifica el resultado si se cambia la tensión de la fuente?
20] En el siguiente circuito:
a) Calcular la resistencia equivalente entre los puntos a y b.
b) ¿Cómo variaría la resistencia equivalente agregando una quinta resistencia del
mismo valor, entre los puntos c y d?
21] Una lámpara de 12 W requiere de una corriente de 1,6 A para su funcionamiento normal.
Si se dispone de una batería de automóvil de 12 V para alimentar el circuito: ¿Qué
resistencia será necesario agregar y cómo deberá conectarse, para que la lámpara funcione
normalmente?
22] Un equipo eléctrico de cebar mate, alimentado por una fuente ideal de 12 V tiene una
capacidad de 0,5 litros de agua. Se carga con agua a 20 °C y lleva su temperatura hasta 80
°C, mediante el calor disipado por las resistencias R1 y R2. Este proceso requiere una energía
de 120 kJ. Una vez alcanzada la temperatura
citada, la resistencia R1 se desconecta y R2,
que disipa 20 W, mantiene constante el estado
térmico
alcanzado,
conectándose
y
desconectándose según sea necesario.
a) Indique las posiciones de las llaves [A] y
[B] en cada una de las etapas descritas.
b) ) Adjudique un valor que le parezca
razonable para la potencia útil del
circuito y determine valores compatibles de R1 y R2.
c) Calcule el tiempo necesario para completar la etapa inicial (de 20 a 80 C).
d) Calcule las intensidades de corriente en ambas ramas durante esta etapa.
23] El circuito de la figura presenta dos estados (A y B), según la posición de la llave, tal
como se muestra. La resistencia Rc vale 500.
A
B
a) Encuentre valores posibles para la tensión de la fuente (V) y las resistencias Ro y R1.
b) Para el estado B, determine las intensidades de corriente Io, I1 e Ic.
c) Para el estado B, calcule la energía total consumida durante una hora de
funcionamiento y exprésela en J y en Wh.
24]
En el circuito de arriba no se conoce la parte grisada. Calcular las intensidades de corriente
en todas las ramas y la lectura del instrumento en blanco.
Utilice el simulador EWB para resolver los siguientes ejercicios.
25] En los circuitos esquematizados más abajo, indique cuál será la lectura en el voltímetro,
cuando se toca con la punta libre en cada uno de los sectores indicados.
Compruebe su predicción en el simulador.
Repita el ejercicio con el circuito II, cambiando la tensión de una de las baterías a 8V.
Circuito I
Circuito II
26] Indique y compruebe la lectura de los instrumentos. Mida las tensiones entre otros
puntos del circuito. Agregue otra resistencia, conectándola en las distintas formas posibles.
Prediga y compruebe los resultados.
27] Reproducir la malla del problema 22] de esta guía.
a) Resolver el punto b) para el caso en que una resistencia tenga un valor distinto.
b) Conectar una fuente de tensión continua y encontrar qué variación hay que
introducir en alguna otra resistencia para volver a la situación Vcd = 0.
c) Repetir b) asignando valores distintos a tres resistencias de las ramas paralelas .
(Hallar el valor de la cuarta para que Vcd = 0 ).
d) Medir todas las tensiones.