Ejercicios propuestos para examen de supletorio de Física II. Ley de Coulomb

Transcripción

1 Ejercicios propuestos para examen de supletorio de Física II Ley de Coulomb 1. Tres cargas iguales de 4 μc cada una se sitúan en el vacío sobre los vértices de un triángulo rectángulo, cuyos catetos miden 12 cm y 16 cm. Cuánto vale la fuerza que actúa sobre la carga situada en el vértice del ángulo recto? 2. Tres cargas de 5 μc cada una están situadas en los vértices de un triángulo rectángulo isósceles. Se sabe que la fuerza que actúa sobre la carga situada en el vértice del ángulo recto vale 5, N. Cuánto miden los catetos del triángulo? Campo eléctrico 3. Si situamos una carga positiva de 3 μc en el origen de coordenadas, encontramos que experimenta una fuerza de N en la dirección positiva del eje OX. a) Cuál es el valor y el sentido del campo eléctrico en dicho punto? b) Cuál sería la fuerza que se ejercería en dicho punto sobre una carga negativa de 6 μc? 4. Qué exceso de electrones habría que añadirle a una esfera conductora (en el vacío) de 20 cm de diámetro para que en un punto muy próximo a su superficie haya un campo de 3 x 10-2 N/C?. 5. Si se tiene un campo eléctrico uniforme, dirigido verticalmente de abajo hacia arriba, cuya intensidad es de 2 x 10 4 N/C. a) Calcule la fuerza de gravedad que se ejerce sobre el electrón b) Calcule la fuerza ejercida por el campo eléctrico sobre el electrón. c) Calcule la fuerza resultante sobre el electrón. d) Calcule la velocidad que adquirirá el electrón cuando haya recorrido 2 cm partiendo del reposo. e) Calcule la velocidad que adquirirá el electrón cuando haya recorrido 2 cm partiendo del reposo. f) Calcule le energía cinética adquirida. g) Calcule el tiempo que necesita para recorrer la distancia de 2 cm. Nota: Considere la masa del electrón = 9, kg. Energía potencial electrostática 6. El siguiente gráfico muestra dos cargas eléctricas. q1= +3μC q2= -2μC 15 cm

2 a) Calcule la energía potencial eléctrica de la carga q1. 7. Determine a qué distancia de una carga puntual de +4nC debemos situar otra carga de +8nC para que la energía potencial electrostática sea de 2 kj Potencial eléctrostático 8. Se ha realizado un trabajo de 180 µj para transportar una carga de +12 µc desde el suelo hasta la superficie de una esfera cargada. Calcule el potencial eléctrico de la esfera. 9. Determina el campo eléctrico en un punto P bajo el agua, que se encuentra a 20 cm de una carga de -5 µc. 10. El siguiente gráfico muestra dos cargas eléctricas y dos puntos P y L. q1= +8μC q2= -6μC P L 8 cm 12 cm 4 cm b) Obtenga el potencial eléctrico en P. c) Obtenga el potencial eléctrico en L. d) Obtenga la diferencia de potencial eléctrico entre los puntos P y L. Nota: La diferencia de potencial entre los puntos P y L (V PL ) se calcula como V P V L e) Calcule el trabajo que debe realizar el campo eléctrico para mover una carga de 9 μc desde P hasta L. Nota: El trabajo que realiza el campo eléctrico para mover una carga (q) entre los puntos P y L (W PL ) se calcula como W PL = q*(v P V L ) Corriente eléctrica. 11. Calcula la intensidad de una corriente eléctrica sabiendo que se han empleado 4 minutos para transportar 480 C. 12. Por un conductor circula una corriente de 1 ma. Teniendo en cuenta que un culombio equivale a 6.25 x electrones, calcula cuántos electrones pasan en un segundo por una sección del conductor. esistencia eléctrica. 13. Disponemos de hilo de cobre y de hilo de aluminio, ambos con una sección transversal de 0.5 mm de radio. Calcula las longitudes de hilo necesarias para lograr en ambos casos una resistencia de 20 Ω. Datos: =20 Ω r=0.5 mm x 10-4 m esistividad del cobre= Ω m

3 esistividad del aluminio= Ω m 14. La longitud de un hilo conductor es de 65 m y su sección transversal es de 2.5 mm 2. Calcula la resistencia del conductor: a) Si el hilo es de cobre. b) Si el hilo es de aluminio. Datos: esistividad del cobre= Ω m esistividad del aluminio= Ω m Potencia eléctrica. 15. Por una lámpara circula una intensidad de corriente de 0.6 A cuando se conecta a una diferencia de potencial de 220 V. Calcula: a) La potencia eléctrica de la lámpara. b) La energía consumida por la lámpara si ha estado encendida durante 4 horas. Exprésala en julios y en kilovatios-hora. 16. Calcula la potencia de una plancha eléctrica que consume 0.26 kw h durante un cuarto de hora. 17. Calcula el valor de la tensión necesaria para una corriente de 25 A tenga la potencia de 2.65 kw. 18. Al conectar una bombilla a una tensión de 110 V, la intensidad de corriente es de 0.5 A. Calcula: a) La cantidad de carga que pasa por la bombilla en 4 min. b) El trabajo necesario para trasladar dicha carga a través de la bombilla. c) La potencia de la bombilla. 19. Una bombilla tiene una resistencia de 45 Ω y se ha conectado durante 4 minutos a 220 V. Calcula: a) La intensidad de la corriente. b) La energía disipada en la bombilla por efecto Joule. 20. Una bombilla incandescente lleva la siguiente inscripción: 80 W, 110 V. Calcula: a) Su resistencia. b) La intensidad de corriente que circula a través de ella. c) La energía que consume en 4 h, expresada en julios y en kilovatios-hora.

4 21. El esquema muestra tres cargas eléctricas, dispuestas en los vértices de un triángulo rectángulo. A a P b q c Unidad q a -6 q b +2 q c +1 a 50 b 90 µc µc µc cm cm a. epresenta en el esquema- el vector fuerza eléctrica resultante que aparece sobre la carga q b. Etiquétela con F b. b. Calcula el valor de dicha fuerza resultante. c. epresente en el esquema- el vector campo eléctrico, actuante sobre el punto P, producido solamente por la carga q a. Etiquételo con E PA. d. Determine la energía potencial eléctrica que posee la carga q c. e. Determina la magnitud del potencial eléctrico en A.

5 22. Marque con una X la opción correcta. El campo eléctrico producido por una carga positiva es un vector, cuya magnitud: A. Disminuye cuando la distancia al centro de la carga aumenta. B. Aumenta cuando la distancia al centro de la carga aumenta. C. Se mantiene constante con la variación de la distancia al centro de la carga. D. Aumenta y luego disminuye con la variación de la distancia al centro de la carga. 23. Si el campo eléctrico producido por una carga Q positiva -a 2 m de distancia de su centroes de 12 N/C. a) epresente la fuerza eléctrica que se produciría sobre una carga positiva q 1 = 3 C, situada a esa distancia de la carga Q. b) Obtenga el valor de esa fuerza eléctrica. c) Obtenga el valor de la carga Q. d) Obtenga la intensidad del campo eléctrico que produce la carga q 1 a 4 m de su centro 24. Si una carga eléctrica positiva de 4 kc se encuentra en un punto A del espacio con potencial eléctrico de 20V, entonces, la energía potencial eléctrica que experimenta la carga es: A. 0 J B. 80 J C J D. -80 J 25. Dos cargas de q1 = 5 µc y q2 = 8 µc se hallan situadas en los puntos (2 ; 0)m y (4 ; 0)m del eje X. a. Calcula el campo y el potencial eléctrico en el punto medio. b. Por qué la carga q1 posee energía potencial eléctrica? c. Determina la energía potencial eléctrica que posee la carga q1 26. Dos cargas de +6 µc y +4 µc se encuentran en los puntos (1 ; 0)m y (6 ;0 )m del eje X. a. Halla dónde habrá de colocarse una carga de 2 µc de tal forma que ésta permanezca inmóvil. 27. Cuatro cargas de 10 μc están en los vértices de un cuadrado de 30 cm de lado. a. Calcula el campo eléctrico en el punto donde se intersectan las diagonales del cuadrado. b. Calcula el potencial eléctrico en el punto donde se intersectan las diagonales del cuadrado. c. Determina la energía potencial eléctrica de una de las cargas. d. Qué sucedería con el resultado de los literales a. y b. si cambiásemos una de las cargas por otra de -10 C?

6 28. Una carga de 8 µc y 20 g de masa se sitúa en un campo eléctrico uniforme de 10 N/C. a. Si la carga parte del reposo, calcula la aceleración que experimenta la carga. b. Determina la velocidad de la carga, luego de 5 s. c. Calcula la distancia recorrida por la carga. 29. Se tienen tres cargas de 2 C, 4 C y 6 C situadas en los vértices del triángulo (2 ; 0)m, (6 ; 0)m y (4 ; 3)m, respectivamente. a. Calcula el campo eléctrico que producen esas tres cargas en el punto (4;0). b. Determina el potencial eléctrico en dicho punto. 30. Estudiar ejemplos p. 18 y 19 del libro de texto : Física-Química Texto del estudiante. 2do curso BGU Ministerio de Educación del Ecuador, 2014, el cual se encuentra disponible en soporte digital en la página del Ministerio de Educación de Ecuador. 31. Estudiar ejemplo p. 22 del libro de texto : Física-Química Texto del estudiante. 2do curso BGU Ministerio de Educación del Ecuador, 2014, el cual se encuentra disponible en soporte digital en la página del Ministerio de Educación de Ecuador. 32. Estudiar ejemplo p. 23 del libro de texto : Física-Química Texto del estudiante. 2do curso BGU Ministerio de Educación del Ecuador, 2014, el cual se encuentra disponible en soporte digital en la página del Ministerio de Educación de Ecuador.

7 Ejercicios propuestos sobre circuitos eléctricos: 33. En el siguiente circuito: ε1 a) Determine la corriente que fluye por el circuito. b) Calcule la potencia disipada en el resistor. ε1 8.0 V 6.0 V 4.8 Ω c) Determine la energía disipada por el resistor en 3 minutos. 34. En el siguiente circuito: ε1 d) Determine la fuerza electromotriz ε1. e) Calcule la potencia disipada en el resistor. Corriente total 3.0 A 2.0 V 0.4 Ω f) Determine la energía disipada por el resistor en 2 minutos.

8 35. En el siguiente circuito: ε1 Corriente total 3.0 A ε3 g) Determine la resistencia eléctrica del resistor. h) Calcule la potencia disipada en el resistor. i) Calcule la carga eléctrica que fluye por el circuito en 25 s ε1 ε3 2.0 V 1.0 V 11.0 V j) Cuántos electrones fluyen por el circuito en ese tiempo? 36. Determine las corrientes que circulan por cada conductor a) I 1 b) I 1 = 8.0 A I 4 = 2.0 A I 2 = 3.0 A I 4 I 2 = 3.0 A I 3 = 5.0 A I 3 = 5.0 A 37. Determine las corrientes que circulan por cada conductor a) I 1 = 4.0 A b) I 3 = ma I 4 I 9 = 6.0 A I 4 I 2 = 6.0 A I 5 = 2 I 4 I 3 = 3/5 I 4 I 5 = 25 da I 6 = 1/3 I 4

9 38. En el siguiente circuito: ε V k) Determine la fuerza electromotriz ε1, si las caídas de potencial alrededor de las resistencias 1 y 2 son 3.0 V y 6.0 V; respectivamente. 39. En el siguiente circuito, las resistencias 1 y 2 son iguales: ε1 2 ε3 1 ε3 2.0 V 4.0 V l) Determine la fuerza electromotriz ε1, si la caída de potencial alrededor de la resistencia 1 es 6.0 V. 40. En el siguiente circuito, la resistencia 1 es el doble de la resistencia 2: ε1 2 ε3 1 ε3 2.0 V 4.0 V m) Determine la fuerza electromotriz ε1, si la caída de potencial alrededor de la resistencia 1 es 3.0 V.

10 41. Seleccione la opción correcta. En un circuito en serie, formado por n resistencias distintas, la corriente eléctrica que circula por esas resistencias es: A. Igual B. Diferente C. Cero D. Igual al voltaje de le f.e.m. 42. Seleccione la opción correcta. En un circuito en paralelo, formado por n resistencias distintas, la corriente eléctrica que circula por esas resistencias es: A. Igual B. Diferente C. Cero D. Igual al voltaje de la f.e.m 43. Seleccione la opción correcta. En un circuito en paralelo, formado por n resistencias distintas, la diferencia de potencial entre esas resistencias es: A. Igual B. Diferente C. Cero D. Igual al voltaje de la f.e.m

11 44. Obtenga los parámetros solicitados en el circuito que se muestra: a) Determine la resistencia total del circuito. Fuerza electromotriz ,012 kv 2.0 Ω mω kω b) Calcule la corriente eléctrica que circula por el circuito. c) Diga qué corriente eléctrica circula por cada resistencia. d) Obtenga la diferencia de potencial entre los puntos: 2 y 3; 4 y 5 6 y Obtenga los parámetros solicitados en el circuito que se muestra: Fuerza electromotriz x 10 7 μv 350 cω x 10 5 μω a) Determine la resistencia total del circuito mω b) Calcule la corriente eléctrica que circula por el circuito. c) Diga qué corriente eléctrica circula por cada resistencia. d) Obtenga la diferencia de potencial entre los puntos: 3 y 6; 3 y 9 4 y 7

12 46. El esquema muestra dos circuitos X e Y. En ambos circuitos, la resistencia interna de la fuente de poder se puede despreciar. circuit X Circuito X ε = 30 V E circuit Y Circuito Y ε = 40 V E = 20 Ω 1 = 20 Ω a) Determine la potencia eléctrica en el circuito X. 2 = 10 Ω b) Determine la potencia disipada en el circuito Y. c) Calcule la corriente eléctrica que fluye por cada resistencia en el circuito Y. 47. Ejercicio 1 p. 23 del libro de texto: Física-Química Texto del estudiante. 2do curso BGU Ministerio de Educación del Ecuador, 2014, el cual se encuentra disponible en soporte digital en la página del Ministerio de Educación de Ecuador. 48. Ejercicio 2 p. 23 del libro de texto: Física-Química Texto del estudiante. 2do curso BGU Ministerio de Educación del Ecuador, 2014, el cual se encuentra disponible en soporte digital en la página del Ministerio de Educación de Ecuador.

13 I. El esquema muestra dos circuitos X e Y. En el circuito X, la resistencia interna de la fuente de poder se puede despreciar. En el circuito Y, la resistencia interna de la fuente de poder es 4 Ω. circuit X Circuito X ε = 30 V E circuit Y Circuito Y ε = 40 V E = 20 Ω 1 = 20 Ω 2 = 10 Ω a) Determine la potencia eléctrica en el circuito X. b) Determine la potencia disipada en el circuito Y. c) Calcule la corriente eléctrica que fluye por cada resistencia en el circuito Y. II. Una batería de fuerza electromotriz 30 V y resistencia interna despreciable, se conecta a tres resistores, cada uno de resistencia 20 Ω y a un interruptor. Al circuito se conecta un voltímetro ideal. E V a) Qué lectura tiene el voltímetro cuando el interruptor está abierto? Justifique numéricamente su respuesta. A. 0 B. 15 V C. 30 V D. 10 V

14 b) Qué lectura tiene el voltímetro cuando el interruptor está abierto? Justifique numéricamente su respuesta. A. 0 B. 15 V C. 30 V D. 10 V III. En el circuito que se muestra, Qué medidor no se encuentra correctamente colocado? A 1 1 V 2 3 A 3 2 V 4 4 A. 1 B. 2 C. 3 D. 4 IV. Cuál de los siguientes circuitos muestra el modo correcto de colocar amperímetros y voltímetros ideales para medir la corriente y la diferencia de potencial de la lámpara de filamento? A. A B. A V V C. D. A V V A

15 V. En el circuito mostrado, el voltímetro tiene resistencia interna de 30 Ω, la resistencia 1= 15 Ω y la resistencia 2= 30 Ω. La batería tiene fuerza electromotriz de 12.0 V y resistencia interna despreciable. 1 2 a) Determine la lectura del voltímetro. b) Calcule la corriente total en el circuito c) Calcula la potencia eléctrica de la resistencia 1.

16 VI. Obtenga las lecturas de los instrumentos de medición señalados para la situación planteada: Fuerza electromotriz V 5.0 Ω VII. En el circuito mostrado, el voltímetro tiene resistencia interna de 20 kω. La batería tiene fuerza electromotriz de 6.0 V y resistencia interna despreciable. La lectura del voltímetro es: A. 2.0 V B. 3.0 V C. 4.0 V D. 6.0 V

17 esistencia / Ω VIII. A continuación se muestra un circuito formado por una fuente de poder que genera una fuerza electromotriz igual a 12 V y tres resistencias. Una de ellas es un sensor de temperatura, cuya gráfica de sensibilidad aparece más abajo Temperatura / C a) Determine la diferencia de potencial alrededor de la resistencia de 10 kω, cuando la temperatura es 150 C.