UNIVERSIDAD AUTÓNOMA CHAPINGO DPTO. DE PREPARATORIA AGRÍCOLA ÁREA DE FÍSICA ELECTRICIDAD TEORÍA Establezca las siguientes definiciones o conceptos: 1.- Carga. 2.- Ley de Coulomb. 3.- Ley de Conservación de la Carga. 4.- Carga de Prueba. 5.- Campo Eléctrico. 6.- Intensidad del Campo Eléctrico. 7.- Principio de Superposición. 8- Diferencia de Potencial. 9.- Potencial Absoluto. 1.- Energía Potencial Eléctrica. 11.- Relación entre Diferencia de Potencial y Campo Eléctrico en un capacitor de placas paralelas. 12.- Electrón-Volt. 13.-Capacitor. 14- Capacitor de Placas Paralelas. 15.- Capacitores en Serie y en Paralelo. 16.- Energía Almacenada en un Capacitor. 17.- Corriente eléctrica. 18.- atería. 19.- Resistencia. 2.- Resistividad. 22.- Potencia eléctrica. 23.- Calor generado por una resistencia eléctrica. 24.- Leyes de Kirchhoff. PREGUNTAS 1. Qué significa decir que la carga se conserva? 2. La unidad de masa en el Sistema Internacional es el Kilogramo. Cuál es la unidad de carga en el Sistema Internacional? A cuántos electrones equivalen? 3. Qué diferencia existe entre un buen conductor y un buen aislante? Por qué los metales son buenos conductores de la electricidad y materiales como el caucho o el vidrio sean buenos aislantes? 4. Qué es un semiconductor y un superconductor? 5. Cuáles son los tres métodos principales para cargar un objeto? Cuál de ellos se lleva a cabo sin contacto físico? 6. Qué función desempeña un pararrayos? 7. Qué intensidad tiene el campo eléctrico dentro de un conductor? 8. Puede hacerse un escudo para resguardarse de la gravedad? Puede hacerse un escudo para resguardarse de un campo eléctrico? 9. Establece la diferencia entre energía potencial eléctrica y potencial eléctrico. 1. Cuál es la unidad de potencial eléctrico en el Sistema Internacional? PROLEMAS LEY DE COULOM Y CAMPOS ELÉCTRICOS 1.- Si dos cargas iguales de 1C están separadas por aire a una distancia de 1 Km. Cuál sería la fuerza entre ellas? R.- F = 9 kn. 2.- Determínese la fuerza entre dos electrones libres separados 1 ángstrom. R.- 23 nn. 3.- Dos bolas igualmente cargadas están separadas por una distancia de 3 cm en el aire y se repelen con una fuerza de 4 μn. Calcúlese la carga en cada bola. R.- 2 nc. 4.- Tres cargas puntuales se colocan sobre el eje x como sigue: +2 microcoulombs en x =, -3 microcoulombs en x = 4 cm. y -5 microcoulombs en x = 12 cm. Encuéntrese la fuerza sobre
cada una de las cargas. R.-.4 N, hacia la derecha;.548 N, hacia la izquierda;.148 N, hacia la derecha. 5.- Cuatro cargas puntuales de igual magnitud (3 microcoulombs) se colocan sobre las esquinas de un cuadrado de 4 cm. de lado. Dos diagonalmente opuestas son positivas y las otras dos negativas. Determínese la fuerza sobre cada una de las cargas negativas. R.-.46 N hacia adentro a lo largo de la diagonal. 6.- Tres cargas de +2, +3 y -8 microcoulombs se colocan en los vértices de un triángulo equilátero de 1 cm. de lado. Calcúlese la magnitud de la fuerza que actúa sobre la carga de -8 microcoulombs debida a las otras dos cargas. R.- 31.4 N con un ángulo de 286. 7.- Una carga de 5 μc es colocada en x = y una segunda carga de 7 μc se coloca en x = 1 cm. Dónde debe colocarse una tercera carga para que la fuerza neta debida a las otras dos sea cero. R.- x = 45.8 cm. POTENCIAL Y CAPACITANCIA 8.- Una carga puntual de.5 μc se encuentra en el aire. Calcular el potencial absoluto a una distancia de 3 cm. R.- 15 kv. 9.- Una carga de.2 μc se encuentra a 3. cm. de una carga puntual de 3 μc en el vacío. Qué trabajo hay que realizar para acercar a 18 cm. la carga de.2 μc a la carga de 3 μc? R.-.246 J. 1.- Una carga de 2 μc se encuentra en el origen de un sistema de coordenadas. Cuál es la diferencia de potencial entre dos puntos localizados sobre el eje x a 1 cm. y a 9 cm. del origen? Qué punto se encuentra a mayor potencial? Si quisiera mover una carga de 3 μc del punto localizado a 9 cm. al punto localizado a 1 cm. del origen, Qué trabajo se requiere para moverla de un punto a otro? R.- 1.6 x 1 5 V y.48 J. 11.- Dos placas metálicas están conectadas a una batería de 1.5 V. Qué trabajo se debe realizar para llevar una carga de 5 μc (a) de la placa negativa a la positiva, (b) de la placa positiva a la negativa. R.- (a) 7.5 μj ; (b) -7.5 μj. 12.- Las placas descritas en el problema anterior se encuentran en el vacío. Un electrón (q = -e, m = 9.1 x 1-31 Kg.) se suelta en la placa negativa y se desplaza libremente a la placa positiva. Cuál es su velocidad justo antes de chocar con la placa? R.- 7.3 x 1 5 m/s. 13.- La diferencia de potencial entre dos placas metálicas es de 12 V. La separación entres las placas es de 3. mm. Calcular la intensidad del campo eléctrico entre las placas. R.- 4 kv/m hacia la placa negativa. 14.- Un capacitor tiene una capacitancia de 3 μf. Cuál es su capacitancia cuando se coloca entre sus placas cera de constante dieléctrica 2.8? R.- 8.4 μf. 15.- Determinar la carga en cada placa de un capacitor de.5 μf cuando la diferencia de potencial entre las placas es de 2 V. R.- 1 μc. 16.- Un capacitor se carga con 9.6 nc y tiene una diferencia de potencial de 12 V entre sus terminales. Calcular la capacitancia y la energía almacenada en él. R.- 8 pf;.576 μj. 17.- Tres capacitores (2, 5 y 7) están conectados en serie. Cuál es la capacitancia equivalente? 18.- Tres capacitores (2, 5 y 7) están conectados en paralelo. Cuál es la capacitancia equivalente? 19.- Tres capacitores, cada uno con 12 pf de capacitancia, están cargados a un potencial de 5 V y conectados en serie. Determinar: (a) la diferencia de potencial entre las placas extremas, (b) la carga en cada capacitor y (c) la energía almacenada en el sistema. R.- (a) 15 V, (b) 6 nc y (c) 45 microjoules. 2.- Dos capacitores de.3 y.5 μf se conectan en paralelo. (a) Cuál es su capacitancia equivalente? Si una carga de 2 μc se coloca en la combinación en paralelo, Cuál es la 2
diferencia de potencial entre las terminales? Cuál es la carga en cada capacitor? R.- (a).78 μf (b) 25 V (c) 75 μc y 125 μc. CIRCUITOS ELÉCTRICOS 21.- Cuánto electrones por segundo pasan a través de la sección de un alambre que lleva una corriente de.7 A? Sol. 4.4 x 1 18 electrones. 22.- Cuál es la corriente que circula por un tostador de 8 Ω cuando está operando a 12 V? Sol. 15 A. 23.- Cuál es la diferencia de potencial necesaria para pasar 3 A a través de 28 Ω? Sol. 84v. 24.- Determínese la diferencia de potencial entre los extremos de un alambre de 5 Ω de resistencia si se pasan 72 C por minuto a través de él. Sol. 6 V. 25.- Una compañía de energía eléctrica instala dos alambres de cobre de 1 m de longitud desde la calle principal hasta el predio de un consumidor. Si la resistencia del cobre es de.1 Ω por cada 1 m, determínese a caída de potencia en la línea para una corriente de 12 A. Sol. 2.4 V. 26.- Encuentre la diferencia de potencial entre los puntos A y. Cuál es el punto que está a mayor potencial? Sol. -5.1 V. A 6 Vdc 9Vdc. 27.- Para el circuito mostrado en la figura encuentre la diferencia de potencial desde A hasta, desde hasta C y desde C hasta A. Sol. -48 V, 28 V y 2 V. 4 Ohms A 8 Ohms 6 V C 9 Oms 12 V 28.- La resistencia de 12 m de alambre de plata que tiene una sección transversal de.3 mm 2. La resistividad de la plata es de 1.6 x 1-8 Ω. Sol. 9.6 Ω. 29.- Un calentador tiene una especificación de 16 W/12 V. Cuánta corriente consume el calentador de una fuente de 12 V? Sol. 13.3 A. 3.- Un foco está marcado con 4 W/12 V. Cuál es su resistencia cuando se prende con una fuente de 12 V? Sol. 36 Ω. 31.- El alambrado de una casa debe soportar una corriente de 3 A cuando disipa no más de 1.4 W de calor por metro de longitud. Cuál es el diámetro mínimo de alambre si tiene una resistividad de 1.68 x 1-18 Ω m? 32.- Cuál es la resistencia equivalente de los siguientes conjuntos de circuitos? 3
A 6 Ohms 1 Ohms 8 ohms 1 Ohms A 5 Ohms 6 Ohms 1 Ohms 4 Ohms 8 ohms 1 Ohms 3 Ohms 33.- Encuentre la diferencia de potencial, la corriente y la potencia que circula en cada uno de los circuitos mostrados en las figuras. 24 Vdc 24 Vdc 75 Ohms R6 75 Ohms 9 Ohms 18 Ohms 3 Ohms R6 24 Vdc 25 Ohms 1 Ohms R6 1 Ohms 24 Vdc 25 Ohms 1 Ohms 1 Ohms R9 R8 R7 1 Ohms 1 Ohms 34.- Por medio de las leyes de Kirchhoff encuentre la diferencia de potencial, la corriente y la potencia que circula en cada elemento de los circuitos mostrados a continuación: 4
5 Ohms 4 Vdc 12 Vdc 9 Vdc 6 Vdc 8 Vdc 4 Ohms 8 Ohms 1 Ohms 1 12Vdc 12Vdc 12Vdc 24Vdc 3 Ohms 2 Vdc 15 Vdc 4 Ohms 16Vdc 9 Ohms 15 Vdc 9 Ohms 8 Ohms 4 Vdc 1 Vdc 1 Vdc 3 Vdc 1.429A 7 1.V 5 2.4A V 4Vdc -2.V 3.829A 1.429A 6Vdc 6.V 8Vdc 2.4A 5
V4 V5 931.mA 12Vdc 5.483V 439.7mA 9Vdc -6.517V 1.371A 4-3.517V 7 931.mA V 8 439.7mA 16.V 16Vdc 666.7mA 666.7mA 9 8 1.75A 14.V 1.75A 4Vdc V 1.83A 1.V 1Vdc Elaboró: Dr. Guillermo ecerra Córdova. 6