Problemas de electricidad y circuitos

PROBLEMAS DE ELECTROSTÁTICA Y CIRCUITOS
PROBLEMAS DE ELECTROSTÁTICA Y CIRCUITOS
Complemento a las páginas 159-180, 182-185, 187-198, 200-209 y 215-219 del texto
Complemento a las páginas 159-180, 182-185, 187-198, 200-209 y 215-219 del texto
1.- Calcula la carga que adquiere un cuerpo del que se extraen 5.1015 electrones. La unidad
fundamental de carga vale: e = 1’6.10-19 C.
2.- Calcula la carga que transportan 0’5 moles de ión Ca+2, conociendo el valor de la unidad
fundamental de carga eléctrica: e = 1’6.10-19 C.
3.- Se ha cargado un cuerpo con + 0’5 nC. Sabiendo que K, vale 9.109 N.m2/C2 en el aire y
que la unidad fundamental de carga vale 1’6.10-19 C, calcula razonadamente:
a) el número de electrones que se han extraído del cuerpo para cargarlo con + 0’5 nC,
b) la fuerza que actúa sobre otro cuerpo cargado con + 10-10 C situado a 10 cm.
4.- Hay dos cargas: una en el origen (0,0) de valor q1 = + 0’3 nC y otra en el punto (0,2) de
valor q2 = - 0’6 nC, sabiendo que la constante K vale 9.109 N.m2/C2 , calcula:
a) el campo eléctrico total en el punto (0,1) en módulo, dirección y sentido,
b) el potencial eléctrico total en el citado punto,
c) la fuerza que actuaría sobre una carga q3 de +2.10-11 C si la situásemos en el punto
(0,1), en módulo, dirección y sentido,
d) la energía potencial electrostática que adquiriría dicha carga en ese punto.
e) el trabajo que habría que realizar para llevar dicha carga desde el infinito a (0,1).
5.- Una carga puntual de –1 µC se encuentra en el punto (0,0). Deduce razonadamente:
a) el valor del campo eléctrico en el punto (2,0), en módulo, dirección y sentido,
b) el valor del potencial eléctrico en el punto (3,4),
c) la diferencia de potencial existente entre el punto A(1,0) y el B(5,0).
6.- Una carga puntual de 0’8 nC está situada en un punto A de un campo eléctrico donde el
potencial vale – 200 V. Si las fuerzas del campo realizan un trabajo de 5.10-6 J para
trasladarla hasta otro punto B del citado campo eléctrico, contesta de forma razonada:
a) ¿cuánto vale el potencial eléctrico en el punto B?,
b) ¿qué trabajo tendríamos que haber realizado contra las fuerzas del campo para
trasladar esa misma carga desde el punto A hasta el punto B?
7.- En el origen de coordenadas hay una carga de 1 µC, calcula de forma razonada:
a) el potencial eléctrico que crea dicha carga en el punto A(3,4),
b) el potencial eléctrico que crea dicha carga en el infinito,
c) el trabajo que realizarían las fuerzas del campo sobre una carga de 1 µC situada en el
punto A(3,4) para desplazarla hasta el infinito.
8.- En el átomo de hidrógeno un electrón gira alrededor de un protón a una distancia de
5’3.10-11 m. Sabiendo que la unidad fundamental de carga eléctrica vale 1’6.10-19 C y
que el valor de la constante K en el vacío vale 9.109 N.m2/C2, calcula razonadamente:
a) el potencial eléctrico creado por el protón en la órbita del electrón,
b) la energía potencial electrostática que tendrá el electrón en su órbita,
c) la fuerza de atracción que el protón ejerce sobre el electrón,
d) la velocidad a la que girará el electrón en su órbita sabiendo que su masa es de
9’1.10-31 kg y que la fuerza de atracción electrostática actúa como fuerza centrípeta.
9.- La resistencia de un calentador eléctrico de 1.100 W está funcionando durante media
hora. Sabiendo que está conectada a un voltaje de 220 V, calcula razonadamente:
a) la cantidad de energía en kJ y en kcal que se ha disipado en forma de calor,
b) esa misma cantidad de energía expresada en kW-h,
c) la intensidad de corriente, en A, que atraviesa la resistencia del calentador,
d) el valor en Ω de la citada resistencia eléctrica.
10.- Un circuito está formado por un generador de 100 V (sin resistencia interna) y una
resistencia R1 de 200 Ω, en serie con otra R2 de 300 Ω, calcula de forma razonada:
a) la resistencia equivalente del circuito,
b) la intensidad de corriente que pasa a través del mismo,
c) la potencia total suministrada por el generador al circuito,
d) la energía disipada en 10 min de funcionamiento del circuito, en kW-h,
e) la diferencia de potencial entre los extremos de la resistencia R1,
f) la diferencia de potencial entre los extremos de la resistencia R2.
11.- Un circuito está formado por un generador de 100 V (sin resistencia interna) y una
resistencia R1 de 150 Ω, en paralelo con otra R2 de 300 Ω, calcula de forma razonada:
a) la resistencia equivalente del circuito,
b) la intensidad de corriente que pasa a través del mismo,
c) la potencia total suministrada por el generador al circuito,
d) la energía disipada en 10 min de funcionamiento del circuito, en kW-h,
e) la diferencia de potencial entre los extremos de la resistencia R1,
f) la diferencia de potencial entre los extremos de la resistencia R2.
12.- Un sencillo circuito consta de una pila de 1’5 V conectada a una resistencia de 150 Ω.
Sabiendo que el electrón tiene una carga de 1’6.10-19 C, calcula de forma razonada:
a) la intensidad de corriente que circula por el mismo,
b) la carga eléctrica que atraviesa cada sección del conductor en 1 s,
c) el nº de electrones que en 1 s atraviesan una sección del conductor.
13.- Al aplicar a una resistencia una tensión de 200 V circula una corriente de 5 A.
Sabiendo que el electrón tiene una carga de 1’6.10-19 C, calcula de forma razonada:
a) el valor en Ω de la citada resistencia,
b) la potencia que suministra el generador de corriente,
c) la energía consumida por la resistencia, en kW-h, durante 5 horas,
d) la carga eléctrica que atraviesa cada sección del conductor en 1 s,
e) el nº de electrones que en 1 s atraviesan una sección del conductor.
14.- El alternador de una bicicleta hace lucir la bombilla del faro. La pequeña bombilla
tiene una inscripción que pone “60 W – 2 A”, deduce razonadamente:
a) ¿cuál debe ser la tensión del alternador para que luzca de manera correcta?
b) ¿qué potencia consumirá la bombilla si funciona a una tensión de 25 V?
c) ¿cuál es la resistencia de la bombilla?
d) ¿qué energía eléctrica consumirá, expresada en kW-h, si el ciclista circula durante
unos 15 min a una potencia media de 60 W?
15.- Un circuito tiene una batería de 20 V entre los puntos A y B. Entre B y C hay dos
resistencias en paralelo, ambas de 20 Ω, y entre C y A una resistencia de 10 Ω que
cierra el circuito. Sabiendo que la carga del electrón vale 1’6.10-19 C:
a) dibuja un esquema claro del circuito, sin errores de conexión,
b) calcula la resistencia total equivalente del mismo, expresada en Ω,
c) calcula la intensidad que pasa por cada una de las resistencias de 20 Ω.
16.- Un cazo eléctrico de 1 kW de potencia se conecta a 200 V. La intensidad máxima de
corriente que soporta esa parte de la instalación es de sólo 6 A. Calcula razonadamente:
a) si se puede o no conectar el cazo a la red sin que salte el diferencial de seguridad,
b) el valor de la resistencia en Ω del cazo eléctrico,
c) la energía consumida por el mismo en 10 min, expresada en J y en kW-h.