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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.
10.- 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.- Batería.
19.- Resistencia.
20.- 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.
10.
¿Cuál es la unidad de potencial eléctrico en el Sistema Internacional?
PROBLEMAS
LEY DE COULOMB 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 40 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 = 0, -3
microcoulombs en x = 40 cm. y -5 microcoulombs en x = 120 cm. Encuéntrese la fuerza sobre
cada una de las cargas. R.- 0.4 N, hacia la derecha; 0.548 N, hacia la izquierda; 0.148 N, hacia
la derecha.
5.- Cuatro cargas puntuales de igual magnitud (3 microcoulombs) se colocan sobre las esquinas
de un cuadrado de 40 cm. de lado. Dos diagonalmente opuestas son positivas y las otras dos
negativas. Determínese la fuerza sobre cada una de las cargas negativas. R.- 0.46 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 10 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 2860.
7.- Una carga de 5 μC es colocada en x = 0 y una segunda carga de 7 μC se coloca en x = 100
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 0.5 μC se encuentra en el aire. Calcular el potencial absoluto a una
distancia de 30 cm. R.- 15 kV.
9.- Una carga de 0.2 μC se encuentra a 30.0 cm. de una carga puntual de 3 μC en el vacío.
¿Qué trabajo hay que realizar para acercar a 18 cm. la carga de 0.2 μC a la carga de 3 μC? R.0.0246 J.
10.- 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 10 cm. y a 90 cm. del
origen? ¿Qué punto se encuentra a mayor potencial? Si quisiera mover una carga de 3 μC del
punto localizado a 90 cm. al punto localizado a 10 cm. del origen, ¿Qué trabajo se requiere para
5
moverla de un punto a otro? R.- 1.6 x 10 V y 0.48 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,
-31
m = 9.1 x 10 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 105 m/s.
13.- La diferencia de potencial entre dos placas metálicas es de 120 V. La separación entres las
placas es de 3.0 mm. Calcular la intensidad del campo eléctrico entre las placas.
R.- 40 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 0.05 μF cuando la diferencia de
potencial entre las placas es de 200 V. R.- 10 μC.
16.- Un capacitor se carga con 9.6 nC y tiene una diferencia de potencial de 120 V entre sus
terminales. Calcular la capacitancia y la energía almacenada en él. R.- 80 pF; 0.576 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 120 pF de capacitancia, están cargados a un potencial de
500 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) 1500 V, (b) 60 nC y (c) 45 microjoules.
20.- Dos capacitores de 0.3 y 0.5 μF se conectan en paralelo. (a) ¿Cuál es su capacitancia
equivalente? Si una carga de 200 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) 0.78
μF (b) 250 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 0.7 A? Sol. 4.4 x 1018 electrones.
22.- ¿Cuál es la corriente que circula por un tostador de 8 Ω cuando está operando a 120 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 720 C por minuto a través de él. Sol. 60 V.
25.- Una compañía de energía eléctrica instala dos alambres de cobre de 100 m de longitud
desde la calle principal hasta el predio de un consumidor. Si la resistencia del cobre es de 0.1 Ω
por cada 1000 m, determínese a caída de potencia en la línea para una corriente de 120 A. Sol.
2.4 V.
26.- Encuentre la diferencia de potencial entre los puntos A y B. ¿Cuál es el punto que está a
mayor potencial? Sol. -5.1 V.
V1
V2
R1
R2
B
A
6 Vdc
2 Ohms
9Vdc
0.7 Ohms
27.- Para el circuito mostrado en la figura encuentre la diferencia de potencial desde A hasta B,
desde B hasta C y desde C hasta A. Sol. -48 V, 28 V y 20 V.
V2
R1
R2
4 Ohms
A
B
8 Ohms
V1
6V
C
R3
9 Oms
V3
12 V
28.- La resistencia de 120 m de alambre de plata que tiene una sección transversal de 0.3 mm2.
La resistividad de la plata es de 1.6 x 10-8 Ω. Sol. 9.6 Ω.
29.- Un calentador tiene una especificación de 1600 W/120 V. ¿Cuánta corriente consume el
calentador de una fuente de 120 V? Sol. 13.3 A.
30.- Un foco está marcado con 40 W/120 V. ¿Cuál es su resistencia
cuando se prende con una
Title
<Title>
fuente de 120 V? Sol. 360 Ω.
Size 30Document
Number disipa no más de
31.- El alambrado de una casa debe soportar una corriente de
A cuando
A
<Doc>
1.4 W de calor por metro de longitud. ¿Cuál es el diámetro mínimo de alambre si tiene una
Date:
Monday , April 05, 2010
Sheet
1
resistividad de 1.68 x 10-18 Ω m?
32.- ¿Cuál es la resistencia equivalente de los siguientes conjuntos de circuitos?
3
Rev
<Rev Co
of
1
A
2 Ohms
7 Ohms
6 Ohms
B
A
8 ohms
1 Ohms
10 Ohms
2 Ohms
7 Ohms
5 Ohms
4 Ohms
6 Ohms
B
8 ohms
1 Ohms
10 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.
R1
R1
20 Ohms
20 Ohms
R2
V1
V1
R3
75 Ohms
50 Ohms
240 Vdc
240 Vdc
R2
R3
75 Ohms
R4
R5
R6
9 Ohms
18 Ohms
30 Ohms
50 Ohms
R1
R3
R1
20 Ohms
50 Ohms
R3
R5
R5
50 Ohms
50 Ohms
50 Ohms
20 Ohms
R2
R4
R6
R2
R4
R6
V1
V1
25 Ohms
100 Ohms
100 Ohms
R9
R8
R7
200 Ohms
100 Ohms
100 Ohms
240 Vdc
25 Ohms
100 Ohms
100 Ohms
240 Vdc
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
R1
R2
7 Ohms
V1
V2
5 Ohms
V1
12 Vdc
9 Vdc
4 Vdc
R1
4 Ohms
V2
V3
R3
R4
0
6 Vdc
8 Vdc
7 Ohms
8 Ohms
V1
R1
R2
100 Ohms
R3
50 Ohms
R1
12Vdc
50 Ohms
150 Ohms
V2
R2
V1
V3
V2
30 Ohms
12Vdc
20 Vdc
24Vdc
12Vdc
V3
R3
0
0
15 Vdc
40 Ohms
V1
V1
15 Vdc
R1
R1
9 Ohms
16Vdc
9 Ohms
V2
R2
V2
8 Ohms
4 Vdc
10 Vdc
R2
V3
V3
0
3 Vdc
10 Vdc
2.400A
1.429A
R1
R2
10.00V
7
5
V1
0V
4Vdc
V2
0
2 Ohms
-2.000V
V3
3.829A
6.000V
6Vdc
8Vdc
1.429A
2.400A
5
V4
V5
5.483V
439.7mA
9Vdc
931.0mA 12Vdc
1.371A
R4
-6.517V
-3.517V
4
R3
R5
931.0mA
7
0V
0
8
439.7mA
16.00V
V1
16Vdc
666.7mA
R2
666.7mA
9
V2
R1
8
1.750A
14.00V
1.750A
4Vdc
0V
V3
0
1.083A
10.00V
10Vdc
Elaboró: Dr. Guillermo Becerra Córdova.
6