problemas de electrostática - Colegio Cooperativa San Saturio

PROBLEMAS DE ELECTROSTÁTICA
Supongamos dos esferas de 10 Kg y 10 C separadas una distancia de 1 metro. Determina la
fuerza gravitatoria y la fuerza eléctrica entre las esferas. Compara ambas fuerzas.
Sol.: 6´67.10-9 N y 9.1011 N ; FE / FG = 1´35.1020
Dos cargas eléctricas se encuentran en el vacío. Una de ellas, de + 2 µC, se encuentra en el
punto (−5,0), y la otra, de – 6µC, en el punto (5,0), donde las distancias están expresadas
en centímetros. Calcula la fuerza eléctrica sobre una tercera carga de +3 µC que se sitúa en
el punto (4,0).
Sol.: 1626.7 N
Dos cargas puntuales iguales de + 3 µC se encuentran en el vacío en los puntos (3,0) y (0,3)
respectivamente. Calcula la fuerza total sobre una carga de –2 µC situada en el origen de
coordenadas. Las distancias están expresadas en centímetros.
Sol.: 60i+60j N
Dos cargas eléctricas puntuales de 6 µC y 3 µC se encuentran separadas en el aire por una
distancia de 50 centímetros. Halla en qué punto de la recta que las une la intensidad del
campo eléctrico resultante es nula.
Sol.: 0,29 m a la derecha de la carga de 6 µC
En el punto A(3, 0) del plano cartesiano se encuentra una carga eléctrica q1 de 2 µC y en
el punto B(0, 3) otra carga q2 de 4 µC. Las distancias están expresadas en metros.
a) Calcula el campo eléctrico debido a ambas cargas en el origen de coordenadas.
b) Determina qué fuerza eléctrica experimentará una carga q3 de –3 mC situada en el
origen de coordenadas.
Sol. a)E = −2000 i − 4000 j (N/C) ; b) F = 6 i + 12 j (N)
Una carga Q1 = -2mC está situada en el punto A(-2,6) de un sistema de ejes. Otra carga Q2
= 1mC está en el punto B(-2,-4). Determinar el vector fuerza eléctrica total que actuará
sobre una tercera carga q = -0,5 mC situada en el origen de coordenadas.
Dos esferas metálicas conductoras, de 180 g de masa cada una, se atan con ayuda de un
hilo (de 40 m de longitud cada uno) a un mismo punto del techo de una habitación. Se
transfiere una misma carga eléctrica a las esferas, de tal modo que se observa que se
separan 22 cm y el conjunto queda en equilibrio. Determinar la carga eléctrica transferida
a cada esfera.
Una carga Q = 2µC está en el origen de coordenadas. ¿Qué diferencia de potencial
eléctrico habrá entre los puntos P(4,0) y R(9,0)?
Dos cargas eléctricas de + 2 µC y – 3 µC se encuentran en el aire separadas por una
distancia de 6 metros. Hallar el campo eléctrico y el potencial eléctrico en el punto medio
del segmento que las une.
Sol. a) E = 5000 i (N/C) ; b) - 3000 V
a) Calcula la diferencia de potencial entre dos puntos A y B del campo eléctrico creado por
una carga de – 0,4 µC situada en el vacío, si las distancias respectivas de los puntos a la
carga son 30 cm y 90 cm.
b) Halla el trabajo necesario para trasladar una carga de + 0,5 µC desde el punto A hasta el
punto B y para trasladarla desde el punto B hasta el punto A.
Sol a) 8000 V ; b) 0´04 J y – 0´04 J
Una carga puntual de 1 µC crea un campo eléctrico a su alrededor. Halla el trabajo
realizado para trasladar una carga de 2 µC desde un punto situado a 2 m de la carga hasta
otro punto que dista de ella 0´5 m. ¿Y si la carga trasladada hubiera sido de 2 µC?
Sol W = - 0´027 J y W = 0´027 J
PROBLEMAS DE CORRIENTE ELÉCTRICA
Se conectan en serie una resistencia de 5 Ω, una resistencia de 3 Ω y una asociación de tres
resistencias iguales de 12 Ω conectadas en paralelo entre sí. Calcula la resistencia
equivalente del conjunto.
Sol. 12 Ω
Cuatro resistencias iguales de 12 Ω se conectan como se indica en el circuito de
la figura. Calcula la caída de potencial entre los puntos A y B si el amperímetro
indica una intensidad de corriente de 235 mA.
Sol. 3´76 V
Cuatro resistencias iguales de 300 Ω se conectan como se indica en el anterior. Calcula la
intensidad de la corriente que circula por la primera resistencia si se aplica entre los
puntos A y B una tensión de 18 V.
Sol. 45 mA
Un calefactor eléctrico lleva la indicación 220 V, 1800 W. Halla:
a) Su resistencia.
b) La intensidad de corriente en el calefactor a la tensión de funcionamiento.
c) La potencia que tendría si se conectara a una red eléctrica de 110V.
Sol. a) 484 y 202 Ω ; b) 14 y 5´8 W
Se conecta una resistencia de 36 Ω a una pila de 3 V de fuerza electromotriz y 1 Ω de
resistencia interna. Calcula:
a) La intensidad de la corriente eléctrica que circula.
b) La caída de tensión en los extremos de la resistencia
Sol. a) 26´9 Ω ; b) 8´18 A ; c) 450 W
Una freidora contiene 3 litros de aceite a temperatura ambiente (20 °C), y se desea
calentarlo hasta ebullición (185 °C). ¿Qué tiempo se necesita si la potencia de la freidora
es 2000 W? Busca el calor específico del aceite.
Ponemos a descongelar en un microondas un pollo de 2 kg a 18 °C (supóngase el calor
específico igual al
del hielo), con una potencia de 150 W. Determina el tiempo que
tardará el pollo en alcanzar la temperatura de fusión (0 °C), suponiendo que la
temperatura es homogénea dentro del pollo, y
el
tiempo
que
tardará
en
descongelarse, manteniendo constante la temperatura.
Una lámpara tiene las siguientes características: 220 V - 60 W
A. Explica el significado de ambos datos.
B. Determina el valor de la resistencia de la lámpara.
C. ¿Qué intensidad recorre la lámpara cuando se conecta a 220 V?
D. Si se conecta a la mitad de voltaje, ¿brillará con la mitad de potencia?
E. ¿Cuánto cuesta tenerla encendida un día entero (24 h), a un precio de 0’09 € por kWh?
F. Una bombilla de bajo consumo que emite la misma luz, consume sólo 15 W. ¿Cuánto
cuesta tenerla encendida un día entero?
Tenemos dos resistencias eléctricas distintas y un generador de corriente cuya resistencia
interna es despreciable. ¿Cómo habría que conectar las resistencias para que NO circulara
la misma intensidad por cada una de ellas? ¿Y para que NO estén conectadas al mismo
valor de diferencia de potencial? EXPLICACIONES.
Para calentar 80 litros de agua desde los 20 ºC a los 70ºC se usa el calor disipado en la
resistencia R2 del circuito de la figura. Sabiendo que el calor específico del agua es de 4180
J/Kg.ºC, determinar durante cuánto tiempo ha de tenerse encendida la resistencia R2 para
conseguirlo. ¿A qué ddp estará sometida R1? (Datos: R1 = 1Ω = R3; R2 = 2 Ω; V = 240 V)