Material de apoyo para la realización de las actividades correspondientes a la preparación para el primer examen quimestral de la asignatura Física II. Parte A El presente material sirve de apoyo para la realización de las actividades correspondientes a la preparación para el primer examen quimestral de la asignatura Física II. La parte I de este material, contiene elementos de orientación general. La parte II es una guía de 41 ejercicios propuestos por el docente de la asignatura. Se insta a los estudiantes a estudiar y, en caso que corresponda, completar los ejercicios del material publicado anteriormente: Material complementario del tema de Electricidad y Magnetismo I.pdf Contacto: raulcasanella@gmail.com
PARTE I ORIENTACIONES GENERALES Contenidos que serán objeto de evaluación: Carga eléctrica. Tipos de carga eléctrica. Fuerza eléctrica Relación entre carga eléctrica y fuerza eléctrica. Ley de Coulomb. Solución de problemas relacionados con la determinación de fuerzas eléctricas. Campo eléctrico. Concepto Definición operacional. Campo eléctrico producido por cargas puntuales aisladas, pares de cargas y placas. Intensidad del campo eléctrico Solución de problemas relacionados con la determinación de intensidad del campo eléctrico. Energía potencial eléctrica o electrostática. Definición. Solución de problemas relacionados con la determinación de la energía potencial eléctrica o electrostática. Potencial eléctrico. Definición. Definición operacional. Solución de problemas relacionados con la determinación del potencial eléctrico. Corriente eléctrica. Definición. Resistencia eléctrica. Definición operacional Ley de Ohm. Resistencia eléctrica dependiente del material y de su geometría. Resistencia eléctrica dependiente de la temperatura. Potencia eléctrica. Costo de la electricidad. Determinación del costo de la electricidad de equipos eléctricos. Solución de problemas asociados a la determinación de: corriente eléctrica, resistencia eléctrica y potencia eléctrica (Fuerza electromotriz. Circuitos eléctricos. Solución de problemas relacionados con circuitos simples.)* *sólo para 2do BGU paralelo A Destreza con criterio de desempeño, relativa al programa de Física del bachillerato general unificado: Relacionar la electricidad con el magnetismo a partir de la descripción del movimiento de electrones, la corriente eléctrica, la explicación e interpretación de la ley de Ohm, la resistencia y los circuitos eléctricos.
PARTE I EJERCICIOS PROPUESTOS 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 de ellas 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 5,66 10 3 N. Cuánto miden los catetos del triángulo? Campo eléctrico 3. Si situamos una carga positiva de 3 μc en el origen de coordenadas, experimenta una fuerza de 12 10-4 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 6μC? 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 le energía cinética adquirida. f) Calcule el tiempo que necesita para recorrer la distancia de 2 cm. Nota: Considere la masa del electrón = 9,1 10-31 kg.
Energía potencial electrostática 6. El siguiente gráfico muestra dos cargas eléctricas. q1= +3μC q2= -2μC 15 cm 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 8. Dos cargas, una de 8μC y otra de 6μC están separadas 40 cm. Hallar la energía potencial del sistema. Potencial eléctrostático 9. Hallar el potencial eléctrico en un punto A que se encuentra a 10cm de una carga de -4μC. Determinar la energía potencial eléctrica si en un punto A se coloca una carga de 10μC. 10. Cuál es el valor del potencial eléctrico en un punto de un campo eléctrico donde se coloca una carga de 6µC y se adquiere una energía potencial de 72 x 10-6 J? 11. Cuál es el valor del potencial eléctrico de una esfera cargada para transportar una carga de 10μC desde el suelo hasta la superficie si se realiza un trabajo de 90 x 10-6 J? 12. 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 )
13. Para transportar una carga desde un punto a otro se realiza un trabajo de 12 x 10-4 J. Hallar el valor de la carga si la diferencia de potencial es de 3 x 10 2 V. 14. Calcular el valor del potencial eléctrico de una carga puntual de 9nC a una distancia de 10 cm. 15. La diferencia de potencial entre dos placas que están separadas 2cm es de 4 x 10 2 V. Calcular: a) La intensidad del campo eléctrico entre las placas. b) La fuerza que recibe una carga de 6nC al encontrarse entre las dos placas. 16. 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. 17. Determina el potencial eléctrico en un punto P bajo el agua, que se encuentra a 20 cm de una carga de -5 µc. Corriente eléctrica. 18. Calcula la intensidad de una corriente eléctrica sabiendo que se han empleado 4 minutos para transportar 480 C. 19. Por un conductor circula una corriente de 1 ma. Teniendo en cuenta que 1 C equivale a 6.25 x 10 18 electrones, calcula cuántos electrones pasan en un segundo por una sección del conductor. 20. Hallar la intensidad de la corriente eléctrica de un conductor sabiendo que circulan 150 C por una sección del conductor cada hora. 21. En un circuito la intensidad de la corriente eléctrica vale 18 ma. En qué tiempo podrán circular por dicho circuito 270 C? 22. Qué cantidad de electrones pasarán cada segundo por una sección de un conductor si la intensidad de la corriente en dicha sección es de 10 A? Resistencia eléctrica. 23. Se dispone de hilo un de cobre y de otro 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: Resistividad del cobre=1.72.10-8 Ω m Resistividad del aluminio=2.82.10-8 Ω m 24. 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: Resistividad del cobre=1.72.10-8 Ω m Resistividad del aluminio=2.82.10-8 Ω m
25. Cuál será la temperatura del enrollamiento de cobre de un motor que tiene una resistencia de 60 Ω a 30 C cuando el motor está en reposo, luego de operar durante un tiempo la resistencia aumenta 12 Ω? Dato: α cobre =3.9 x 10-3 C -1 26. La resistencia de un termómetro de platino es de 25 Ω a 100 C. Cuál será su resistencia a 250 C? 27. Cuál es la resistencia de un conductor, si una corriente de 18 A produce una caída de potencial de 50V? 28. Un calentador está conectado a una corriente de 240 V. Hallar la intensidad de la corriente si tiene una resistencia de 25 Ω. 29. Un conductor de alambre de plata tiene una longitud de 20 cm y una sección de 0.0052 mm 2. Hallar la resistencia del alambre. Resistividad de la plata = 1.60.10-8 Ω m 30. Cuál será la resistencia de un termómetro de cobre a 120, si a 90 C vale 12 Ω? Dato: α cobre =3.9 x 10-3 C -1 31. A través de un conductor circulan 40 ma con una diferencia de potencial de 20 V. Calcular la resistencia eléctrica. 32. Calcular la corriente a la que está conectado un calentador, si tiene una resistencia de 11 Ω y la intensidad de la corriente vale 10 A. 33. Un conductor tiene una longitud de 200m y una sección de 7.85 x 10-7 m 2, se conecta a una pila de 1.5V y hace circular una corriente de 3mA. Hallar la resistividad del material del conductor. 34. Qué longitud debe tener un alambre de aluminio de 0.4 mm 2 de sección para que la resistencia sea igual a 5 Ω? Resistividad del aluminio=2.82.10-8 Ω m 35. Cuál será la temperatura del enrollamiento de cobre de un motor que tiene una resistencia de 50 Ω a 30 C cuando el motor está en reposo y después de operar durante un tiempo la resistencia aumenta en 5 Ω? Potencia eléctrica. 36. 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. 37. Calcula la potencia de una plancha eléctrica que consume 0.26 kw h durante un cuarto de hora. 38. Calcula el valor de la tensión (voltaje) necesaria para que una corriente de 25 A tenga la potencia de 2.65 kw. 39. 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.
40. Una bombilla tiene una resistencia de 45 Ω y se ha conectado durante 4 minutos a una fuente de 220 V. Calcula: a) La intensidad de la corriente. b) La energía disipada en la bombilla por efecto Joule. 41. 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. Elaborado por: Raúl Casanella Leyva Docente de Física. UE Stella Maris