1. En las centrales eólicas la energía eléctrica se genera a partir de la energía producida por

Transcripción

1 º GUÍA PRÁCTICA Electricidad III: potencia y energía eléctrica, magnetismo Ejercicios PU 1. En las centrales eólicas la energía eléctrica se genera a partir de la energía producida por A) yacimientos de vapor a alta temperatura. D) el viento. B) la fisión atómica. E) el movimiento del agua. C) el ol. 2. Una ampolleta incandescente común presenta las siguientes especificaciones: 330 [W], 220 [V]. i se encuentra conectada al voltaje correcto, la corriente que pasa por su filamento es A) 0,5 [A] D) 2,0 [A] B) 1,0 [A] E) 2,5 [A] C) 1,5 [A] 3. Tomando en cuenta las especificaciones de la ampolleta incandescente entregadas en la pregunta anterior, cuánta es la energía eléctrica consumida, si el foco permaneció encendido 30 minutos? Programa Electivo Ciencias Básicas Física A) 0,5 [watt hora] D) 330,0 [watt hora] B) 110,0 [watt hora] E) 1320,0 [watt hora] C) 165,0 [watt hora] 4. Dos resistencias, R 1 y R 2, tales que R 1 > R 2, se conectan en serie a una fuente de voltaje. Respecto a lo anterior, es correcto afirmar que I) la intensidad de la corriente que circula por ambas resistencias es la misma. II) la disipación de calor por efecto Joule es mayor en R 1. III) el voltaje en R 2 es mayor que en R 1. A) olo I D) olo I y II B) olo II E) olo I y III C) olo III 5. i las resistencias de la pregunta anterior ahora se conectan en paralelo, es correcto afirmar que GUICEL012F11-A16V1 I) la diferencia de potencial es la misma en ambos consumos. II) la corriente que pasa por R 1 es menor que la que pasa por R 2. III) en R 2 hay mayor disipación de calor por el efecto Joule. A) olo I D) olo I y II B) olo II E) I, II y III C) olo III 1

2 Ciencias Básicas Electivo Física 6. En el circuito de la figura el fusible de protección es de 30 [A] y los valores de intensidad de corriente que circula por los distintos aparatos son Focos: 2 [A] cada uno. Ducha: 25 [A] Refrigerador: 2,5 [A] Es correcto afirmar que Fuente de energía Fusible I) a medida que aumenta el número de aparatos conectados a la instalación, la resistencia total del circuito disminuye. II) el fusible se quema si se conectan todos los aparatos simultáneamente. III) el fusible no se quema si se conectan la ducha y uno de los focos. A) olo I D) olo I y II B) olo II E) I, II y III C) olo III 7. Para el circuito del problema anterior, si la diferencia de potencial en la fuente de energía es 120 [V], cuál es el menor valor que puede tomar la resistencia total del circuito, para que el fusible no se queme? A) 2 [ ] D) 5 [ ] B) 3 [ ] E) 6 [ ] C) 4 [ ] 8. Una resistencia R, por la cual circula una corriente i, disipa en forma de calor una potencia eléctrica de 2 [W]. i la intensidad de corriente se duplica, cuál es el nuevo valor de la potencia disipada como calor? A) 5 [W] B) 6 [W] C) 7 [W] D) 8 [W] E) 9 [W] 2

3 GUIA PRÁCTICA 9. En el circuito de una casa, en el que el voltaje de servicio es de 120 [V], está instalado un fusible de 25 [A]. En esta casa se emplean diversos aparatos, en cada uno de los cuales se encuentra especificada la potencia eléctrica disipada: Calefactor: [W] Televisor: 120 [W] Licuadora: 240 [W] Hervidor: 840 [W] Focos: 60 [W] cada uno. i los artefactos se conectan en paralelo, el fusible se quema al hacer funcionar simultáneamente A) el calefactor, el televisor y la licuadora. B) el calefactor y 5 focos. C) el hervidor, la licuadora y el televisor. D) 10 focos, el televisor y el calefactor. E) el hervidor, el televisor, la licuadora y 5 focos. 10. El propietario de un restaurante observó que al colocar los alimentos en el horno eléctrico estos no se calentaban lo suficiente. Para aumentar la temperatura del horno él sabe que puede hacer varias modificaciones a la resistencia calefactora. Cuál de las siguientes modificaciones O permitirá obtener el resultado deseado? A) Cortar un pedazo de la resistencia. B) Conectar otra resistencia en paralelo con la primera. C) Conectar otra resistencia en serie con la primera. D) ustituir la resistencia por otra de igual longitud e igual área de sección transversal, hecha de un material de menor resistividad. E) ustituir la resistencia por otra de igual material e igual longitud, pero de mayor área de sección transversal. 11. La siguiente figura muestra los polos magnéticos de un imán y las líneas de campo de otro cercano, identificándose sus extremos con las letras P, Q, R y T. P Q R T Al acercar los extremos Q y R, sin que se toquen, y dibujar las líneas de campo del imán PQ, es correcto afirmar que A) los extremos Q y R experimentarán repulsión. B) por el extremo P ingresarán líneas de campo provenientes del extremo R. C) por el extremo P saldrán líneas de campo, las que entrarán por el extremo R. D) por el extremo Q saldrán líneas de campo, las que entrarán por el extremo R. E) por el extremo P saldrán líneas de campo, las que entrarán por el extremo T. 3

4 Ciencias Básicas Electivo Física 12. El polo sur magnético de la Tierra se encuentra aproximadamente en el A) polo sur geográfico de la Tierra. D) ecuador de la Tierra. B) polo norte geográfico de la Tierra. E) trópico de Capricornio. C) centro geográfico de la Tierra. 13. Respecto de las características de los imanes, es correcto afirmar que I) sus polos magnéticos son inseparables. II) al ser suspendidos de manera que puedan moverse libremente, siempre se alinean de forma que el polo norte magnético apunte hacia el polo sur magnético de la Tierra. III) al ser calentados pueden perder sus propiedades magnéticas. A) olo I D) olo I y II B) olo II E) I, II y III C) olo III 14. Un curioso estudiante encuentra el siguiente extracto en su texto de Física: La cantidad de calor Q disipado en un conductor recorrido por una corriente eléctrica es directamente proporcional a la resistencia R del conductor, al cuadrado de la intensidad i de la corriente y al tiempo t durante el cual dicha corriente se mantiene circulando. Lo anterior se puede expresar matemáticamente mediante la siguiente relación. Q = R i 2 t Respecto del extracto encontrado por el alumno, es correcto afirmar que corresponde a A) un modelo. D) un problema de investigación. B) una hipótesis. E) un procedimiento experimental. C) una ley científica. 15. Una bomba de extracción de agua se conecta a una fuente de energía eléctrica que le aplica una tensión de 120 [V]. i se sabe que durante su funcionamiento por el motor circula una corriente de 2,5 [A], la potencia disipada por el motor es A) 100 [W] D) 400 [W] B) 200 [W] E) 500 [W] C) 300 [W] 16. i la bomba del problema anterior funciona durante 10 [min], cuánta energía consume en ese tiempo? A) [J] D) [J] B) [J] E) [J] C) [J] 4

5 GUIA PRÁCTICA 17. Al conectar simultáneamente a una fuente de voltaje V, en paralelo y durante el mismo tiempo, una ampolleta incandescente y una plancha eléctrica, la plancha eléctrica consume una mayor cantidad de energía. Entonces, es correcto afirmar que A) la ampolleta tiene asociada una mayor potencia eléctrica. B) la corriente que circula por ambos aparatos es la misma. C) el voltaje al cual está sometida la plancha es mayor. D) la ampolleta tiene asociada una menor potencia eléctrica. E) el voltaje al cual está sometida la plancha es menor. 18. A una fuente de voltaje V se conecta una ampolleta incandescente de resistencia R, disipando una potencia P. i al circuito anterior ahora se conecta en serie una segunda ampolleta, idéntica a la primera, entonces es correcto afirmar que A) la potencia eléctrica disipada por el circuito aumenta. B) la potencia eléctrica disipada por el circuito disminuye. C) la intensidad de corriente total que circula se mantiene constante. D) la resistencia total del circuito se mantiene constante. E) la resistencia total del circuito disminuye. 19. El circuito de la figura posee un interruptor y tres resistencias eléctricas R iguales. Al cerrar el interruptor, es correcto afirmar que I) la potencia eléctrica total disipada por el circuito aumenta. II) la resistencia total del circuito aumenta. III) la corriente que circula por el punto P aumenta. V R R A) olo I D) olo I y II B) olo II E) olo I y III C) olo III P R 20. Tres barras de hierro, iguales en forma y tamaño, se identifican con las letras A, B y C, y sus extremos con las letras A 1, A 2 ; B 1, B 2 y C 1, C 2, respectivamente. Experimentalmente se comprueba que: - A 1 y B 1 sufren atracción - A 1 y C 2 sufren repulsión - A 1 y B 2 sufren atracción - A 1 y C 1 sufren atracción - A 2 y C 2 sufren atracción Basándose en la información anterior, cuál de las siguientes alternativas es correcta? A) Todas las barras son imanes permanentes. B) olo la barra A es un imán permanente. C) olo la barra B es un imán permanente. D) Las barras A y B son imanes permanentes. E) Las barras A y C son imanes permanentes. 5

6 Ciencias Básicas Electivo Física Tabla de corrección Ítem Alternativa Habilidad 1 Reconocimiento 2 Aplicación 3 Aplicación 4 AE 5 AE 6 AE 7 Aplicación 8 Aplicación 9 AE 10 AE 11 Comprensión 12 Reconocimiento 13 Comprensión 14 Comprensión 15 Aplicación 16 Aplicación 17 Comprensión 18 AE 19 AE 20 AE 6

7 GUIA PRÁCTICA Resumen de contenidos 1. Generación de energía eléctrica La generación de energía eléctrica consiste en transformar algún tipo de energía, como por ejemplo química, térmica o mecánica, en energía eléctrica. Las centrales de generación de energía eléctrica, o centrales eléctricas, pueden ser de distintos tipos. Por ejemplo: hidroeléctricas fotovoltaicas eólicas termoeléctricas mareomotrices termonucleares geotérmicas termosolares En un circuito eléctrico, los artefactos que se encuentran conectados (consumos) son dispositivos que transforman la energía eléctrica en algún otro tipo de energía. Por ejemplo, en un motor la energía eléctrica se transforma en energía mecánica; en una lámpara, la energía se transforma de eléctrica a lumínica, etc. 2. Potencia eléctrica e define como la rapidez con la que un consumo transforma energía eléctrica en algún otro tipo de energía; expresa la energía eléctrica transformada por unidad de tiempo. e calcula como P = E t ; donde P es la potencia, E es la energía transformada y t es el tiempo. También puede expresarse como P = V i eléctrica. ; donde V es el voltaje e i la intensidad de corriente Además, por la ley de Ohm: P = V i = V2 R = i2 R us unidades son.i.: joule segundo = [watt] C.G..: ergio segundo 7

8 Ciencias Básicas Electivo Física 3. Energía eléctrica La cantidad de energía transformada o disipada (también se habla de la energía consumida ) por un artefacto eléctrico en un determinado tiempo, se puede calcular utilizando la expresión para la potencia. E = P t ; donde E es la energía transformada, P la potencia eléctrica y t el tiempo. us unidades son:.i. [watt segundo] También suele medirse en [kilowatt hora], aunque esta unidad no pertenece al.i. ni al C.G.. 4. Efecto Joule Cuando circula una corriente eléctrica a través de un material, parte de la energía que transportan las cargas se transforma, inevitablemente, en calor. Este fenómeno es llamado efecto Joule. Experimentalmente se puede comprobar que la cantidad de energía eléctrica que se transforma en calor por efecto Joule depende de la intensidad de la corriente que circule y de la resistencia eléctrica del material. La cantidad de energía que se disipa como calor, por unidad de tiempo, se puede calcular mediante la ley de Joule ; esta expresa que P = i 2 R El efecto Joule se ha aprovechado en donde se requiera de la generación de calor, como por ejemplo en una plancha, o en donde a través de altas temperaturas se generen otros efectos como la luz (incandescencia); este es el caso de la ampolleta incandescente. Resistencia eléctrica Resistencia eléctrica 8

9 GUIA PRÁCTICA 5. Resistencia eléctrica y temperatura La resistencia eléctrica de los materiales puede variar con la temperatura; en general, en los metales la resistencia disminuye en la medida que disminuye su temperatura. Por ejemplo, los termistores son sensores de temperatura ampliamente utilizados a nivel industrial; son capaces de medir amplios rangos de temperatura basándose en la variación de la resistencia eléctrica de los materiales con los que están hechos. uperconductores i se enfría lo suficiente, un metal disminuirá su resistencia incluso hasta llegar a valores cercanos a cero, a temperaturas muy bajas. En estas condiciones, el material es llamado superconductor. Un superconductor es un material que no presenta resistencia al flujo de cargas eléctricas a través de él, es decir, su resistencia eléctrica es nula. La temperatura a la que un material se vuelve un superconductor se denomina temperatura de transición, y varía de un material a otro. Por ejemplo: Mercurio 4 [K] = 269 [ºC] Plomo 7 [K] = 266 [ºC] iobio 9 [K] = 264 [ºC] 6. Magnetismo e imanes El magnetismo es la capacidad de algunos cuerpos de atraer o repeler a otros, y al hierro. Un mineral (óxido de hierro) antiguamente muy común en Asia Menor, llamado magnetita, posee esta capacidad en forma natural. e cree que el término magnetismo deriva del nombre de esta piedra. Magnetita Un imán es todo cuerpo que posee magnetismo y es capaz de atraer o repeler a otros, ejerciendo fuerzas magnéticas de atracción o repulsión. 9

10 Ciencias Básicas Electivo Física Características de los imanes Los imanes pueden ser naturales o artificiales, permanentes o temporales. Poseen dos polos, denominados norte y sur. Al suspender un imán, su polo norte siempre apuntará hacia el norte geográfico de la Tierra. E Ley de signos O Los polos magnéticos del mismo nombre se repelen y los de distinto nombre se atraen. Inseparabilidad de los polos Los polos magnéticos se presentan en pares; es imposible obtener un polo magnético aislado. Al partir un imán, se obtienen dos nuevos imanes. 7. Campo magnético Campo magnético (B ): propiedad física generada en una región del espacio alrededor de un imán, o alrededor de un conductor por el que circula una corriente eléctrica, en donde se ejerce una fuerza magnética sobre cuerpos imantados o de hierro. Líneas de campo: Las líneas de campo magnético son líneas imaginarias que permiten representar el campo magnético, para visualizar su forma e intensidad. Por convención se dirigen del polo norte al polo sur del imán (por fuera de este) y del polo sur al polo norte por su interior. Las líneas de campo son cerradas, es decir, no se interrumpen en la superfi cie del imán. El vector de campo magnético en cada punto del espacio es tangente a la línea de campo que pasa por ese punto. La cantidad de líneas por unidad de área en la vecindad de un punto es proporcional a la intensidad del campo en dicho punto. 10

11 GUIA PRÁCTICA Las líneas de campo nunca se tocan ni se cruzan entre sí en ningún punto del espacio. Además son finitas, es decir, toda línea que sale por el polo norte del imán debe entrar por el polo sur. 8. Magnetismo terrestre La Tierra posee su propio campo magnético y, por lo tanto, se comporta como un gigantesco imán. El campo magnético terrestre se genera en el núcleo del planeta. Los polos magnéticos están invertidos respecto de los polos geográficos y no son coincidentes; el polo norte magnético de la Tierra está cercano al polo sur geográfico, y el polo sur magnético al polo norte geográfico. 11

12 Registro de propiedad intelectual de. Prohibida su reproducción total o parcial.