Física III (CBI) Trabajo Práctico 2 28/03/2006

Física III
Trabajo Práctico 6
01/05/2014
Corriente, resistencia eléctrica y circuitos
Experiencias en clase
1. En un circuito serie formado por tres resistencias representadas por focos de 25 vatios, 60 vatios y 100 vatios:
a) ¿Cuál de los tres es el que fija la corriente de trabajo?
b)¿Cuál es la tensión, la corriente y la potencia en cada uno de ellos?
c) Si uno de los focos es quitado (o cortado su filamento) explique qué sucede.
2. Si los tres focos están conectados en paralelo:
a) ¿Cuál de los tres es el que fija la corriente de trabajo?
b) ¿Cuál es la tensión, la corriente y la potencia en cada uno de ellos?
c) Si uno de los focos es quitado (o cortado su filamento) explique qué sucede.
3. En una configuración serie paralelo formado por un foco de 25 vatios y dos de 100 vatios conectado a una
fuente de tensión de 220 volt, ¿cómo determinaría cuál es la configuración serie y cuál es la paralelo en el
circuito?
4. Si se tiene una fuente con resistencia interna equivalente a la resistencia de un foco de 100 vatios y se tiene
como carga variable un foco de 60 vatios, uno de 100vatios y otro de 150 vatios.
a) ¿Cuándo se logra la máxima transferencia de energía de la fuente hacia la carga?
b) ¿Qué sucede en los casos que no se da la máxima transferencia de energía? Explique?
Problemas
P1- Considere un paralelepípedo rectangular de
lados a= 1 cm, b= 2 cm y c= 5 cm hecho de
aluminio (resistividad ρAl = 2,82x10-8 Ωm).
Calcule los valores de resistencia eléctrica que se
pueden medir entre los diferentes pares de caras
opuestas.
P2- Usando los datos de la tabla 1:
(a) Calcule la resistencia eléctrica de un alambre
de cobre (ρCu=1,7x10-8 Ωm) de 2 cm de radio y 1
m de longitud.
(b) Haga el mismo cálculo para piezas de
idéntica geometría pero fabricados con aluminio,
hierro, carbón y vidrio.
(c) Calcule las resistividades del cobre y el
carbón a -100 ºC y a 400 ºC.
Tabla 1
(d) Un termómetro de resistencia, hecho de
platino, tiene una resistencia de 50 Ω a 20 ºC. Se
lo sumerge en un recipiente de material Indio a punto de fusión y la resistencia del termómetro mide 78 Ω ¿Cuál
es el punto de fusión del Indio?
P3- Encuentre la expresión para la resistencia longitudinal y radial del aislante de un cable coaxil, considerando
que el material entre las armaduras es silicona de resistividad ρ=640 Ωm. (Un cable coaxil se puede modelar
como un cilindro hueco de radio interno a y radio externo b > a.
P4- Se desea fabricar un alambre a partir de una masa de 1 g de cobre. Si el alambre debe tener una sección
uniforme y una resistencia de 5 Ω ¿Cuál será la longitud y el radio del alambre?
P5- Un alambre de cobre de área A = 3x10-6 m2 en la sección transversal conduce una corriente I de 10 A.
(a) Calcule la velocidad de deriva de los electrones de conducción. Considere que cada átomo de cobre provee
un electrón de conducción (electrón libre).
(b) Estime el tiempo promedio entre colisiones de los electrones de conducción a 20 °C.
(c) Suponiendo que la velocidad térmica media de los electrones es de 1.6x10 6 m/seg, calcule el recorrido libre
medio.
P6- Se establece un campo eléctrico de 0.2 V/m en un alambre de aluminio de 0.1 mm de diámetro en todo su
largo. La temperatura del alambre es de 50 °C. Suponga para este material 1 electrón libre por átomo.
(a) Determine la resistividad del alambre.
(b) Determine la densidad de corriente.
(c) Calcule la velocidad de deriva de los electrones de conducción.
(d) ¿Qué diferencia de potencial debe existir entre los extremos del alambre de 2 m de longitud?
P7- Se conectan tres resistencias: R 1 = 100 Ω, R2 = 200Ω y R3 = 300 Ω, a una batería de automóvil de 12V: (i) en
serie, (ii) en paralelo, (iii) R1 en serie con el paralelo de R 2 y R3 , (iv) R1 en serie con R2 y esa serie en paralelo
con R3. Encuentre en cada caso:
(a) la resistencia equivalente total,
(b) la corriente y la diferencia de potencial en cada resistencia,
(c) la potencia total disipada.
Compare los resultados y saque conclusiones.
P8- Calcule el costo de mantener encendida una lámpara de 100 W durante 24 horas seguidas si el costo del
KWhora de EDET es de $ 0,10.
P9- En el circuito de la figura encuentre la diferencia de potencial y la corriente sobre
la resistencia de una lámpara de R = 10 Ω en los siguientes casos: (a) V 1 = V2 = 12 V,
(b) V1 = 24 V, V2 = 12 V, (c) V1 = 12 V, V2 = 24 V y (d) V1 = 12 V, V2 = -24 V.
Justifique sus respuestas.
P10- Para los circuitos de las figuras 1 y 2 determine:
(a) La intensidad de corriente en cada una de las resistencias.(b) La caída de tensión sobre cada una de las
resistencias.
P11- En los terminales de una fuente de alimentación real de ε = 12 V y rinterna = 3 Ω, se conecta una resistencia
de carga Rx que puede tomar diferentes valores, tal como se indica en la tabla.
(a) Complete en la tabla los valores de corriente I x , diferencia
Rx [Ω]
I x [A]
Vx [v]
Px [W]
de potencial Vx y potencia disipada Px para cada valor de carga
1
Rx.
1,5
(b) Grafique la potencia disipada P x en función de Rx. ¿Para
2
qué valor de Rx la potencia disipada es máxima? Describa la
2,5
conclusión a la cual arriba.
3
3,5
P12- Los circuitos de las figuras corresponden a las diferentes
4
formas de conectar un voltímetro y amperímetro para medir el
4,5
valor Rx de una resistencia de acuerdo al método
5
amperímetro/voltímetro.
5,5
(a) Estudie y resuelva completamente los circuitos de ambas
6
conexiones. ¿Cuáles son las ventajas y limitaciones de cada
una de las conexiones? ¿De qué depende el rango de valores R x que se puede medir con el menor “error”, según
la conexión que se elija?.
(b)¿Cuál conexión utilizaría para medir una resistencia del orden de 100 Ω si se dispone de un amperímetro de
resistencia interna RA = 0.2 Ω y un voltímetro de resistencia interna RV = 2000 Ω?
RX
RX
A
A
Conexión A
Conexión B
V
V
V
V
P13- En el circuito de la figura (puente de Wheastone), calcule el valor
de Rx para que no circule corriente por el galvanómetro. ¿Cómo y para
qué utilizaría este circuito?. ¿Cuáles son las ventajas de este método
frente a los mencionados anteriormente?.
P14- Realice un esquema de un puente de hilo y dibuje el circuito
eléctrico representativo del mismo. Explique el funcionamiento y la
utilidad del mismo.
b
R1
RX
a
d
G
R2
c
V
R3