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Teoría básica y problemas propuestos de circuitos eléctricos de corriente continua (página 2)




Enviado por George Castle



Partes: 1, 2

PROBLEMAS PROPUESTOS CON
RESPUESTAS

  1. R1

    R2

    R3

    R4

    Voltaje(V)

    50

    50

    50

    50

    Corriente(mA)

    1000

    50

    16,67

    4,995

    Potencia(W)

    50

    2,5

    0,8335

    0,24975

  2. Rellene el siguiente cuadro con el voltaje, la
    corriente y la potencia
    eléctrica disipada por cada resistor.
  3. Sobre un resistor de 10  se mantiene una
    corriente de 5 A durante 4 minutos. ¿Cuántos
    coulomb y cuantos electrones pasan a través de la
    sección transversal del resistor durante ese tiempo.
    Sol. 1,2 x 103 Coul; 7,5 x 1021
    electrones.
  4. En un alambre de cobre de
    0,10 pulgadas de diámetro existe una pequeña
    corriente de 1 x 10-16 A. Calcular la velocidad de
    arrastre de los electrones. Sol. 1,5 x 10-15
    m/s
  5. El área de la sección transversal del
    riel de acero de
    un tranvía es de 7,1 pulgadas cuadradas.
    ¿Cuál es la resistencia de 10 millas de riel?. La
    resistividad el acero es de 6 x 10-7 .m. Sol.
    2,1 

    R1

    R2

    R3

    Voltaje(V)

    16

    16

    48

    Corriente(A)

    1.333

    2.667

    4.000

    Potencia(W)

    0,021328

    0,042672

    0,192

  6. Rellene el siguiente cuadro con el voltaje, la
    corriente y la potencia eléctrica disipada por cada
    resistor:

    R1

    R2

    R3

    R4

    Voltaje(V)

    2.80

    7.00

    4.20

    4.20

    Corriente(mA)

    1400

    1400

    700

    700

    Potencia(W)

    3,92

    9,8

    2,94

    2,94

  7. Calcule la diferencia de potencial entre a y b,
    así como la corriente, el voltaje y la potencia
    consumida por cada resistor: Sol. 0,001
    V

    R1

    R2

    R3

    R4

    R5

    R6

    R8

    Voltaje(V)

    0.0074

    0.0065

    0.1383

    0.1383

    0.1383

    0.1383

    14.99

    Corriente(mA)

    2.306

    2.306

    3.458

    3.458

    2.306

    3.458

    14.99

    Potencia(W)

    0,0170644

    0,014989

    0,4782414

    0,4782414

    0,3189198

    0,4782414

    0,2247001

  8. Rellene el siguiente cuadro con el voltaje, la
    corriente y la potencia eléctrica disipada por cada
    resistor:
  9. Un alambre de cobre y uno de hierro, de
    la misma longitud, están sometidos a la misma diferencia
    de potencial. ¿Cuál debe ser la relación
    entre sus radios para que la corriente a través de ellos
    sea la misma?.¿Puede ocurrir que la densidad de
    corriente sea la misma en los dos alambres, escogiendo
    adecuadamente sus radios?. Sol. 2,4 siendo mayor el del
    hierra; No
  10. Un alambre de nicromo (es una aleación de
    níquel y cromo que se usa comúnmente en los
    elementos calefactores) tiene una longitud de 1 m; el
    área de su sección transversal es 1
    mm2 y transporta una corriente de 4 A cuando se
    aplica una diferencia de potencial de 2 V entre sus extremos.
    ¿Cuál es la conductividad del nicromo?.
    Sol. 2 x 106 Siemens

    R1

    R2

    R3

    Voltaje(V)

    0.250

    2.250

    9.750

    Corriente (mA)

    62.50

    750

    812.5

    Potencia(W)

    0,015625

    1,6875

    7,921875

  11. Determine la corriente, el voltaje y la potencia que
    consume cada resistor en la red mostrada:
  12. Se fabrican dos conductores de la misma longitud con
    el mismo material. El conductor A es un alambre sólido
    de 1 mm de diámetro. El conductor B es un tubo de 2 mm
    de diámetro. ¿Cuál es la relación
    RA/RB entre las resistencias
    medidas entre sus extremos?. Sol. 3,00
  13. El embobinado de cobre de un motor tiene una
    resistencia de 50  a 20ºC cuando el motor esta
    inactivo. Después de funcionar por varias horas, la
    resistencia aumenta a 58 . ¿Cuál es la
    temperatura
    del embobinado?. Sol. 61 ºC
  14. Un tubo de rayos X opera
    con una diferencia de potencial de 80 kV y consume una
    corriente de 7 mA, ¿Cuál es la potencia que
    disipa, expresada en vatios?. Sol. 560 W
  15. Un calefactor de inmersión de 500 W se coloca en
    un recipiente que contiene 2 litros de agua a 20
    ºC. ¿Cuánto tiempo tardará en
    elevarse la temperatura del agua hasta su temperatura de
    ebullición, suponiendo que el agua
    absorbe el 80 % de la energía
    disponible?:¿Cuánto tiempo más
    tardará en evaporarse la mitad del agua?. Sol.
    28 min; 1,6 horas.

    Resistencia ()

    7

    3

    4

    2

    8

    20

    1

    1.5

    Voltaje(V)

    3,3285

    0,14763

    2,0988

    0,5726

    3,7536

    4,616

    0,1892

    0,630

    Corriente (mA)

    475,5

    49,21

    524,7

    286,3

    469,2

    230,8

    189,2

    420

    Potencia(W)

    1,5827

    0,0073

    1,1012

    0,1639

    1,7612

    1,0654

    0,0358

    0,2646

  16. Determine la corriente, el voltaje y la potencia
    consumida por cada resistor en la red presentada a
    continuación:
  17. Un calefactor por radiación, de 1250 W, se fabrica de tal
    forma que opera a 115 V. ¿Cuál será la
    corriente en el calefactor?.¿cual será la
    resistencia de la bobina calefactora?. ¿Cuántas
    kilocalorías irradia el calefactor en una hora?
    Sol. 11 A; 11 ; 1100 Kcal

  18. Calcule el circuito equivalente Norton del resistor de
    4 . Sol. 6,7 ; 10,75 A (de arriba
    hacia abajo)

  19. Calcule el circuito equivalente Thevenin del resistor
    de 2 . Sol. 5,65 ; 13,043 V
  20. Un acelerador lineal de lectrones produce un haz
    pulsado de electrones. La corriente de pulso es de 0,50 A y
    la duración del pulso es de 0,10 s.
    ¿Cuántos electrones se aceleran en cada pulso?.
    ¿Cuál es la corriente promedio de una maquina
    que opera a una frecuencia de 500 pulsos/s?. ¿Si los
    electrones se aceleran hasta 50 MeV de energía,
    ¿Cuál es la potencia de salida, promedio y de
    pico, del acelerador?. Sol. 3,1 x 1011; 25
    A; 1200 W (en promedio); 2,5 x 107 W
    (valor
    pico)

  21. Aplicando el teorema de Superposición
    calcúlese la corriente que pasa por el resistor de 10
    . Sol. 523,7 mA
  22. Una batería de 6 V establece una corriente de
    5 A en un circuito externo durante 6 minutos. ¿En cuanto
    se reduce la energía química de la
    batería?. Sol. 1,1 x 104 J
  23. En un circuito en serie simple circula una corriente
    de 5 A. Cuando se añade una resistencia de 2 W en serie,
    la corriente decae a 4 A. ¿Cuál es la resistencia
    original del circuito?. Sol. 8 
  24. Una resistencia de 0,10 W debe generar energía
    térmica con un ritmo de 10 W al conectarse a una
    batería cuya fem es de 1,5 V. ¿Cuál es la
    resistencia interna de la batería?. ¿Cuál
    es la diferencia de potencial que existe a través de la
    resistencia?. Sol. 0,050 ; 1,0 V
  25. Utilizando solamente dos embobinados con resistencia
    (conectados en serie, en paralelo o por separado), un
    estudiante puede obtener resistencias de 3, 4, 12 y
    16. ¿Cuáles son las resistencias
    individuales de las bobinas?. Sol. 4 y 12
    .
  26. Dos baterías cuyas fem y resistencias internas
    son 1, r1 y 2,
    r2 respectivamente, se conectan en paralelo.
    Demostrar que la fem efectiva de esta combinación es:
    ; en donde r
    queda definida mediante:
  27. Doce resistencias, cada una de resistencia R, se
    interconectan formando un cubo. Determinar la resistencia
    equivalente RAB de una arista. Calcular la
    resistencia equivalente RBC de la diagonal de una de
    las caras. Determinar la resistencia equivalente RAC
    de una diagonal del cubo. Sol. 7/12 R; ¾ R; 5/6
    R
  28. Se establece una corriente en un tubo de descarga de
    gas al
    aplicar una diferencia de potencial suficientemente elevada
    entre los dos electrodos del tubo. El gas se ioniza; los
    electrones se mueven hacia la terminal positiva y los iones
    positivos hacia la terminal negativa, ¿Cuál es la
    magnitud y sentido de la corriente en un tubo de descarga de
    hidrógeno en el cual pasan por una
    sección transversal del tubo 3,1 x 1018
    electrones y 1,1 x 1018 protones cada segundo?.
    Sol. 0,67 A; sentido contrario a la carga
    negativa.
  29. Una banda de un generador electroestático
    tiene 50 cm de ancho y se mueve a razón de 30 m/s, la
    banda lleva la carga a la esfera con una rapidez
    correspondiente a 104 A. Calcule la densidad de
    carga en la banda. Sol. 0,066 x 10-4
    Col/m2
  30. Una barra cuadrada de aluminio
    tiene 1 m de largo y 5 mm de lado. ¿Cuál es la
    resistencia entre sus extremos?. ¿Cuál debe ser
    el diámetro de una barra de cobre circular de 1 m para
    que tenga la misma resistencia? Sol. 1,13 x
    10-3 ; 4,4 x 10-3 m
  31. ¿A que temperatura duplicará su
    resistencia un conductor de cobre con respecto a su resistencia
    a 0 ºC?. ¿Es valida esa misma temperatura para
    todos los conductores de cobre, cualquiera que sea su forma o
    tamaño?. Sol. 256 ºC; Sí

PREGUNTAS DE
RAZONAMIENTO

  1. A un alambre de cobre de diámetro d y
    longitud L se aplica una diferencia de potencial
    V. ¿Cuál es el efecto en la rapidez de
    arrastre de los electrones: al duplicar el valor de V,
    al duplicar I, al duplicar d?
  2. Dos lámparas incandescentes, una de 500 W y
    otra de 100 W, operan a 110 V. ¿Cuál de las dos
    lámparas tiene menor resistencia?
  3. Cinco alambres de la misma longitud y diámetro
    se conectan entre dos puntos que se mantienen a una diferencia
    de potencial constante. ¿En cual de los alambres
    será mayor la energía de Joule?. ¿En el
    mayor o en el de menor resistencia?
  4. Una vaca y un hombre se
    encuentran en una pradera cuando un rayo cae en la tierra
    cercana a ellos. ¿Por qué es más probable
    que resulte muerte la
    vaca que el hombre?.
    El fenómeno responsable de este hecho recibe el nombre
    de "voltaje escalonado".
  5. ¿Depende el sentido de la fem suministrada por
    una batería del sentido en el cual fluye la corriente a
    través de la batería?
  6. Frotando un peine con un trozo de lana es posible
    generar una diferencia de potencial de 10000 V. ¿Por
    qué no resulta peligroso este voltaje, si un voltaje
    mucho menor como el suministrado por una toma eléctrica
    ordinaria es muy peligrosa?
  7. Describir un método
    para medir la fem y la resistencia interna de una
    batería.
  8. Una lámpara incandescente de 110 V, 25 W,
    brilla normalmente cuando se conecta a través de un
    conjunto de baterías. Sin embargo, otra lámpara
    incandescente de 110 V, 500 W brilla solo levemente al
    conectarse a través del mismo conjunto. Explicar el
    hecho.
  9. ¿Cuál es la diferencia entre la fem y
    la diferencia de potencial?
  10. ¿En que circunstancias puede la diferencia de
    potencial terminal de una batería exceder a su
    fem?
  11. Explicar por qué debe ser muy pequeña
    la resistencia de un amperímetro, en tanto que la de un
    voltímetro debe ser muy grande.
  12. ¿Cuál es la diferencia entre
    resistencia y resistividad?
  13. ¿Qué se requiere para mantener una
    corriente estable en un conductor?
  14. ¿Qué factores afectan la resistencia de
    un conductor?
  15. ¿Por qué un buen conductor
    eléctrico también podría ser un buen
    conductor térmico?
  16. Si las cargas fluyen muy lentamente por un metal,
    ¿por qué no se requieren varias horas para que la
    luz aparezca
    cuando usted activa un interruptor?
  17. Dos focos eléctricos operan a 110 V, pero uno
    tiene un valor nominal de potencia de 25 W y el otro de 100 W.
    ¿Cuál de los focos tiene la resistencia
    más alta?. ¿Cuál de ellos conduce la mayor
    corriente?
  18. ¿Cómo podría Ud. conectar
    resistores de manera que la resistencia equivalente sea
    más pequeña que las resistencias
    individuales?
  19. ¿Cuándo puede ser positiva la
    diferencia de potencial a través de un
    resistor?
  20. Una lámpara incandescente conectada a una
    fuente de 120 V con un cordón de extensión corto
    brinda más iluminación que la misma conectada a la
    misma fuente con un cordón de extensión muy
    largo. Explique.

PROBLEMAS PROPUESTOS
SIN RESPUESTAS

  1. R1

    R2

    R3

    R4

    R5

    R6

    R7

    R8

    R9

    R10

    Voltaje(V)

    Corriente(A)

    Potencia(W)

  2. Rellene el siguiente cuadro con el voltaje, la
    corriente y la potencia eléctrica disipada por cada
    resistor:
  3. Un conductor coaxial con una longitud de 20 m
    está compuesto por un cilindro interior con un radio de 3 mm y
    un tubo cilíndrico exterior concéntrico con un
    radio interior de 9 mm. Una corriente de fuga de 10 A
    fluye entre los dos conductores. Determine la densidad de la
    corriente de fuga (en A/m2) a través de una
    superficie cilíndrica (concéntrica con los
    conductores) que tiene un radio de 6 mm.
  4. Un conductor de 1,2 cm de radio conduce una corriente
    de 3 A producida por un campo
    eléctrico de 120 V/m. ¿Cuál es la
    resistividad del material?
  5. Un campo
    electrico de 2100 V/m se aplica a un trozo de plata de
    sección transversal uniforme. Calcule la densidad de
    corriente resultante si la muestra
    está a una temperatura de 20 ºC.

    R1

    R2

    R3

    R4

    R5

    R6

    R7

    R8

    R9

    R10

    Voltaje(V)

    Corriente(A)

    Potencia(W)

  6. Rellene el siguiente cuadro con el voltaje, la
    corriente y la potencia eléctrica disipada por cada
    resistor:
  7. Un alambre metálico de 12  se corta en
    tres pedazos iguales que luego se conectan extremo con extremo
    para formar un nuevo alambre, cuya longitud es igual a la
    tercera parte de la longitud original. ¿Cuál es
    la resistencia de este nuevo alambre?
  8. Se encuentra que alambres de aluminio y cobre de
    igual longitud tiene la misma resistencia. ¿Cuál
    es la proporción de sus radios?
  9. Un resistor se construye con una barra de
    carbón que tiene un área de sección
    transversal uniforme de 5 mm2. Cuando una diferencia
    de potencial de 15 V se aplica entre los extremos de la barra.
    Encuentre: la resistencia de la barra y su
    longitud.
  10. ¿Cuál es el cambio
    fraccionario de la resistencia de un filamento de hierro
    cuando su temperatura cambia de 25 ºC a 50
    ºC?

    R1

    R2

    R3

    R4

    R5

    R6

    R7

    R8

    R9

    R10

    Voltaje(V)

    Corriente(mA)

    Potencia(mW)

  11. Rellene el siguiente cuadro con el voltaje, la
    corriente y la potencia eléctrica disipada por cada
    resistor:
  12. Una batería tiene una fem de 15 V. El voltaje
    terminal de la batería es de 11,6 V cuando ésta
    entrega 20 W de potencia a un resistor de carga externo R.
    ¿Cuál es el valor R?. ¿Cuál es la
    resistencia interna de la batería?
  13. ¿Qué diferencia de potencial se mide a
    través de un resistor de carga de 18  que se
    conecta a una batería de 5 V de fem y una resistencia
    interna de 0,45 ?
  14. La corriente en un circuito se triplica conectando un
    resistor de 500  en paralelo con la resistencia del
    circuito. Determine la resistencia del circuito en ausencia del
    resistor de 500 .
  15. Cuando dos resistores desconocidos se conectan en serie
    con una batería, se disipa 225 W con una corriente
    total de 5 A. Para la misma corriente total, se disipa 50 W
    cuando los resistores se conectan en paralelo. Determine
    los
    valores de los dos resistores.

    R1

    R2

    R3

    R4

    R5

    R6

    R7

    R8

    R9

    R10

    Voltaje(V)

    Corriente(mA)

    Potencia(W)

  16. Rellene el cuadro con las variables
    eléctricas pedidas:
  17. Se cuenta con una esfera conductora de 10 cm de radio
    hacia la cual se hace circular una corriente de 1,0000020 A
    mediante un alambre, en tanto otro alambre extrae de ella una
    corriente de 1,0000000 A. ¿Cuánto tiempo
    transcurre antes de que la esfera aumente su potencial a 1000
    V?
  18. Un resistor tiene forma de cono circular recto
    truncado. Los radios de los extremos son a y b y la altura L.
    Si la abertura del cono es pequeña, puede suponerse que
    la densidad de corriente es uniforme a través de
    cualquier área transversal. Calcular la resistencia de
    éste objeto.
  19. En un alambre de calibre 18 (diámetro = 0,040
    pulgadas) y 100 pies de longitud se aplica una diferencia de
    potencial de 1 V. Calcular: la corriente, la densidad de
    corriente, el campo eléctrico, y el ritmo con que se
    genera energía térmica en el alambre.
  20. Se desea fabricar un conductor cilíndrico largo
    cuyo coeficiente térmico de resistividad a 20 º C
    tenga un valor cercano a cero. Si este conductor se hace
    alternando discos de hierro y de carbón,
    ¿Cuál debe ser la relación de los
    espesores de los discos de carbón a los de hierro?.
    Supóngase que la temperatura permanece constante igual
    en todos los discos. ¿Cuál debe ser la
    relación de la energía térmica generada
    en el disco de carbón al disco de hiero?

    R1

    R2

    R3

    R4

    R5

    R6

    R7

    R8

    R9

    R10

    Voltaje(V)

    Corriente(mA)

    Potencia(W)

  21. Rellene el cuadro con las variables eléctricas
    pedidas:

    R1

    R2

    R3

    R4

    R5

    R6

    Voltaje(V)

    Corriente(A)

    Potencia(W)

  22. Rellene el siguiente cuadro con el voltaje, la
    corriente y la potencia eléctrica disipada por cada
    resistor:

  23. Obténgase las corrientes de mallas del
    siguiente circuito:
  24. Una batería de automóvil (12 V) tiene una
    carga inicial Q (120 A.h). Suponiendo que el potencial a
    través de las terminales permanece constante hasta que
    la batería se descargue totalmente, ¿durante
    cuantas horas puede suministrar una potencia P (100
    W)?

  25. Obténgase las corrientes de mallas del siguiente
    circuito:

    R1

    R2

    R3

    R4

    R5

    R6

    R7

    R8

    R9

    Voltaje(V)

    Corriente(A)

    Potencia(W)

  26. Rellene el siguiente cuadro con el voltaje, la
    corriente y la potencia eléctrica disipada por cada
    resistor:
  27. Cuando una barra de metal se calienta, cambia no solo
    su resistencia, sino también su longitud y el
    área de su sección transversal. La
    relación: , sugiere que deben tomarse en cuenta los tres factores al
    medir r a diversas temperaturas. Si la temperatura cambia 1
    ºC, ¿qué tanto por ciento cambian: R, L y A
    para un conductor de cobre?. ¿Qué
    conclusión saca usted?. El coeficiente de
    dilatación térmica lineal del cobre es de 1,7 x
    10-5 ºC-1.
  28. Un tostador de 1000 W, un horno de microonda de 800 W
    y una cafetera de 500 W se conectan en el mismo tomacorriente
    de 120 V. Si el circuito se protege por medio de un fusible de
    20 A. ¿se fundirá el fusible si todos los
    aparatos se usan al mismo tiempo?
  29. Un cordón de 8 pies de extensión tiene
    dos alambres de cobre de calibre 18, cada uno con un
    diámetro de 1,024 mm. ¿Cuánta potencia
    disipa este cordón cuando conduce una corriente de: 1
    A y 10 A.

  30. Determine el voltaje en la resistencia de 12
    Kilo-ohmios:
  31. Una compañía eléctrica emplea dos
    rollos de 50 m cada uno de alambre de cobre para enganchar,
    desde el tendido general, el local de un abonado. La
    resistencia eléctrica del hilo es de 0,3
     cada 1000 m. Calcular la caída de
    tensión en la línea estimando en 120 A de c.c.
    (corriente continua) la intensidad de carga.

  32. Calcúlese la potencia disipada por el resistor
    de 5 k.
  33. Un galvanómetro que tiene una sensibilidad de
    máxima escala de
    1 mA requiere un resistor en serie de 900 W para efectuar una
    lectura de
    máxima escala del voltímetro cuando se mide 1 V
    en las terminales. ¿Qué resistor en serie se
    requiere para convertir el mismo galvanómetro en un
    voltímetro de 50 V (máxima escala)?

  34. En el circuito adjunto determine la tensión en
    el resistor de 35 kilo-ohmios:

  35. En el circuito adjunto se sabe que la potencia
    consumida por el resistor de 15 kilo-ohmio es igual a 125 W.
    ¿Cuánto valdrá V?.

  36. En el circuito adjunto determine la tensión en
    el resistor de 25 kilo-ohmios:

  37. En el circuito adjunto se sabe que la potencia
    consumida por el resistor de 65 kilo-ohmio es igual a 250 W.
    ¿Cuánto valdrá V?
  38. Determine en la potencia disipada por el resistor de
    130 kilo-ohmios:
  39. En el circuito mostrado determine: voltaje, corriente
    y potencia disipada por el resistor de 64
    k.

BIBLIOGRAFÍA
RECOMENDADA

Alonso, M. y Finn, E. (1986) Física. Volumen II:
Mecánica
. Addison – Wesley
Iberoamericana.

Resnick, R. y Halliday, D. (1984) Física.
Tomo II (séptima impresión). Compañía
Editorial Continental: México.

Serway, Raymond (1998) Física. Tomo
II (Cuarta edición). Mc Graw-Hill:
México.

VÍNCULOS WEB RELACIONADOS
CON EL TEMA

http://www.fisicanet.com

http://www.tutoria.com

 

 

Elaborado por

Paredes T. Franklin J.

San Carlos, Febrero 2005

Partes: 1, 2
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