EM2011Serie de Problemas 01

-Problemas Fundamentales-

G 12NL09BrianUniversidad Nacional de Colombia

Depto de Física

Mayo 2011

Faraday

1. Una barra conductora, de longitud L, se mueve, con velocidad V, hacia la derecha sobre un conductor con forma de U en un campo magnético uniforme que apunta hacia fuera de la página.Averiguar la fuerza electromotriz inducida en función de B, L y V.

Respuesta

• Sabemos por ley de faraday que:

• ϕB = ∫B .dA y dϕ/dt = -Fem

• Entonces:

•

• Fem = -BLV

Fem = -d(∫B .dA)/dt

Fem = -Bd(∫dA)/dt

Fem = -BLd(∫dx)/dt

Capacitores

2. Calcule la capacitancia de un capacitor de placas paralelas que miden 20 cm x 30 cm y están separadas por una brecha de aire de 1 mm.

a) cuál es la carga en cada placa si a través de ellas se conecta una batería de 12VDC?

b) estime el área para construir un capacitor de 1 Faradio.

Respuestas

A) C = ε0 .A/d

•

• Sabemos que Q = C .V entonces:

Q = 6,372x10-9 C

B) Despejando la formula:

A= d .C/ε0

•

• A = 1,13x10^8 m2

C = (8,85x10-12)(6x10-2) 10-3

C = 5,31x10-10 F

Q = (5,31x10-10F)(12V)

A = (10-3)(1F) (8,85x10-12)

Energía almacenada en un capacitor(de una unidad de flash en una cámara fotográfica)

3. Cuánta energía eléctrica puede almacenar un capacitor de 150 microfaradios a 200 V?

4. Si dicha energía se libera en 1 milisegundo cuál es la salida de potencia equivalente?

Respuestas

• 3. E = CV2

2

W = 3 J

4. E = P*t ,Despejando la formula obtenemos que:

P = W/tE = (150x106)(200)2

2 P = 3J/10-3s

P = 3KW

Corriente es Flujo de carga eléctrica

5. Cuál es la carga que circula cada hora por un resistor si la potencia aplicada es un kilovatio

R/: Suponiendo que hay una resistencia de 1KΩ entonces:

P= V*A P = I2*R I= 1KW/1KΩ = 1A

I = Q/tQ = I*t Q = 1A*(1h*(3600s/1h)) = 3600C

Corriente eléctrica

6. Por un alambre circula una corriente estacionaria de 2.5 A durante 4 minutos.a) Cuánta carga total pasa por su área transversal durante ese tiempo?

b) a cuántos electrones equivaldría?

Respuestasa) I = Q/t

Q = I*t

Q = 2.5A*(4m*(60s/1m))

= 600C

b) 1 ē 1.602x10-19 C X 600C

X = 1 ē *600C . 1.602x10-19 ē

X = 3.745x1021 ē

Ley de Ohm

7.El bombillo de una linterna consume 300 mA de una batería de 1,5 V.

• a) Cuál es la resistencia de la bombilla?

• b) Si la batería se debilita y su voltaje desciende a 1,2 V cuál es la nueva corriente?

Respuestas

a) V = I*R R = V/I R = 1.5V 0.3A

R = 5 Ω

b) V = I*R I = V/R I = 1.2V 5Ω

I = 0.24 A

Corriente eléctrica en la naturaleza salvaje

8. En un relámpago típico se puede transferir una energía de 10 Giga julios a través de una diferencia de potencial de 50 Mega Voltios durante un tiempo de 0,2 segundos.

a) Estime la cantidad de carga transferida entre la nube y la tierra.

b) La potencia promedio entregada durante los 0,2 segundos.

Respuestas

a) E= qV

q= E/V

q = 1x10¹⁰ J / 5x10⁷ V

q= 200 C

b)P= E/t

P = 1x10¹⁰J /0,2 seg

P= 5x10¹⁰J

Circuitos

9. Dos resistores de 100 ohmios están conectados en paralelo y en serie a una batería de 24 VDC.

a) Cuál es la corriente a través de cada resistor

b) Cuál es la resistencia equivalente en cada circuito?

Respuestas

a) En serie la corriente sera la misma en las dos resistencias es decir 0.24 A

En paralelo la corriente sera

0.12V/100 Ω, es decir, 0.12 A

b) En serie será la suma de las resistencias es decir 200 Ω

En paralelo utilizamos la siguiente formula:

RT = (R1*R2)/(R₁ + R₂)

RT = 10000/200RT = 50 Ω

Transformadores

10. Un transformador para uso doméstico reduce el voltaje de 120 VAC a 9 VAC. La bobina secundaria tiene 30 espiras y extrae 300 mA. Calcule:

a) El número de espiras de la bobina primaria.

b) La potencia transformada

Np = VpNs Vs

Np/30 = 120v/9vNp= (120v*30)/9v

Np=400 espiras

• P = IsVs• P = IpVp

P = 0,3A (9V)

P= 2,7 W