efecto joule y ley de joule

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45 Física III Electrostática, electrodinámica y electroquímica Instituto politécnico nacional Centro de estudios científicos y tecnológicos N°7 “Cuauhtémoc” Alumnos: Araoz cortes Paulo cesar Laguna castro Martin Merlín Saldaña Uriel Peralta flores Antonio Pérez ramos angeló de Jesús Soriano lily Héctor Vázquez Martínez enrique Grupo: 5im2 Profesor: Rogelio romero tinoco Materia: Física III Fecha de entrega: jueves 29 de Noviembre del 2012

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Page 1: Efecto Joule y Ley de Joule

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Física III

Física IIIElectrostática,

electrodinámica y electroquímica

Instituto politécnico nacional

Centro de estudios científicos y tecnológicos N°7 “Cuauhtémoc”

Alumnos:

Araoz cortes Paulo cesar

Laguna castro Martin

Merlín Saldaña Uriel

Peralta flores Antonio

Pérez ramos angeló de Jesús

Soriano lily Héctor

Vázquez Martínez enrique

Grupo: 5im2

Profesor: Rogelio romero tinoco

Materia: Física III

Fecha de entrega: jueves 29 de Noviembre del 2012

Page 2: Efecto Joule y Ley de Joule

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Física III

ContenidoTemario.............................................................................................................................................5

Electricidad.......................................................................................................................................6

Electrostática....................................................................................................................................6

Electrodinámica...............................................................................................................................6

Electromagnetismo..........................................................................................................................7

Bibliografías de personajes en la historia de la electricidad......................................................7

Electrización.....................................................................................................................................9

Formas de electrización................................................................................................................9

Atracción y repulsiones eléctricas...............................................................................................10

Ley de la electrostática.................................................................................................................11

Principio de la conservación de la carga....................................................................................11

Unidades de la carga eléctrica....................................................................................................11

Campo eléctrico.............................................................................................................................12

Ley de Gauss.................................................................................................................................13

Flujo eléctrico.................................................................................................................................13

Densidad de carga........................................................................................................................15

Modelo matemático de la figura de Gauss................................................................................15

Problemas de ley de Coulomb.....................................................................................................16

Problemas de Campo eléctrico...................................................................................................17

Energía Potencial..........................................................................................................................19

Problemas de energía potencial..................................................................................................20

Capacitancia Eléctrica..................................................................................................................21

Problemas de capacitancia eléctrica..........................................................................................22

Agrupamiento de capacitores......................................................................................................23

Conexión de capacitores en serie y en paralelo.......................................................................23

Page 3: Efecto Joule y Ley de Joule

45

Física III

Electrodinámica.............................................................................................................................25

Tipos de corriente Eléctrica..........................................................................................................25

Intensidad de corriente eléctrica.................................................................................................25

Intensidad de corriente.................................................................................................................26

Velocidad de Arrastre...................................................................................................................26

La naturaleza del conductor.........................................................................................................27

Longitud del conductor.................................................................................................................27

La sección o Área Transversal..................................................................................................27

La temperatura...............................................................................................................................27

Problemas de capacitancia eléctrica..........................................................................................28

Ley de ohm.....................................................................................................................................31

Potencia eléctrica..........................................................................................................................31

Intensidad de corriente eléctrica (problemas)...........................................................................31

Resistencia eléctrica (problemas)...............................................................................................32

Potencia eléctrica (problemas)....................................................................................................33

Efecto Joule y ley de Joule..........................................................................................................34

Efecto Joule. Problemas...............................................................................................................35

Conexión de resistencias serie paralelo.....................................................................................36

Serie................................................................................................................................................36

Paralelo...........................................................................................................................................36

Conexión mixta de resistencias...................................................................................................37

Problemas de circuitos de resistencia en serie, paralelo y mixto...........................................37

Problema de resistencias.............................................................................................................39

Puente de Wheatstone.................................................................................................................41

Leyes de Kirchhoff.........................................................................................................................41

Primera ley de Kirchhoff...............................................................................................................41

Page 4: Efecto Joule y Ley de Joule

45

Física III

Segunda ley de Kirchhoff.............................................................................................................42

Electroquímica.............................................................................................................................46

Características de las pilas.......................................................................................................46

Agrupamiento de pilas...............................................................................................................47

Agrupamiento en serie...............................................................................................................47

Agrupamiento en paralelo.........................................................................................................47

GUIA PARA LA TERCER EVALUACION DE FÍSICA-III.........................................................................48

Page 5: Efecto Joule y Ley de Joule

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Física III

Temario

Unidad I

Electrostática

Antecedentes Históricos de la Electrostática. Electrización (por frotamiento, por contacto, por inducción). Modelo atómicos (modelo de Rutherford, de Thompson, Word). Ley de las cargas. Principio de la conservación de la carga. Maquina electrostáticas. Ley de coulomb. Campo eléctrico. Carga de prueba. Ley de Gauss. Desplazamiento Eléctrico. Flujo Eléctrico. Densidad Lineal de Carga. Densidad Superficial de Carga. Energía Potencial. Potencial Eléctrico. Capacitancia. Agrupamiento de Capacitadores (Seria y Paralelo).

Unidad II

Electrodinámica

Densidad de Corrientes Eléctrica. Velocidad de Arrastre. Resistencia Eléctrica. Ley de Ohm. Potencial Eléctrico. Energía Eléctrica. Ley de Joule. Agrupamiento de Resistencias (Serie, Paralelo y Mixto). Ley de Kirchhoff Puente de Wheatstone.

Unidad III

Page 6: Efecto Joule y Ley de Joule

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Física III

Electroquímica.

Pilas. Tipos de Pilas. Clasificación de las Pilas. Características de las Pilas (Régimen, fem, ri, capacidad, etc.) Diferencia de Pila y Acumulación. Agrupamiento de Pilas Serie y Paralelo.

Electricidad

Cuando se establecieron las leyes y reglas básicas sobre la electricidad su naturaleza era desconocida, acordándose considerarla cargas positivas.

Posterior mente se descubrió su verdadera naturaleza, se trataba de electrones, por tanto son cargas eléctricas negativas y como tales se explican los fenómenos eléctricos.

El tema de electricidad se impartirá en dos aspectos:

a) Como leyes son cargas positivas.b) Como explicación del comportamiento eléctrico son cargas negativas.

La electricidad estudia las cargas eléctricas como en reposo como en movimiento sus propiedades y aplicaciones para su estudio se dividen en:

Electrostática. Electrodinámica. Electromagnetismo.

Electrostática

Estudia las cargas en reposo y sus fenómenos que ellas producen.

Electrodinámica

Estudia las cargas en movimiento

Electromagnetismo

Page 7: Efecto Joule y Ley de Joule

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Física III

Estudia la relación entre las corrientes eléctricas y el campo magnético.

El estudio de la energía eléctrica se inicia históricamente con el descubrimiento hecho por tales de miletho (624a.c – 546a.c) cuando al frotar ámbar con un paño de lana o con un trozo de piel de conejo se observa que el ámbar, después de frotar era capaz de atraer pequeñas porciones de otros cuerpos como trozos de papel, corcho, polvo, cabellos o paja.

En griego ámbar se llama Electrón por lo que el fenómeno observado se le conoce como fenómeno Eléctrico y a todo el conjunto de ellas que dan lugar a su análisis y desarrollo se llama electricidad.

Después de cierto estudio realizados se observa que con el ámbar, también se logra frotando dos cuerpos entre sí fue Benjamín Franklin quien descubrió que de esta manera se carga eléctricamente y dan origen a dos tipos de electricidad o de carga eléctrica positiva y negativa.

Bibliografías de personajes en la historia de la electricidad.

OTTO DE GUERICKE: Nació en Magdeburgo, Prusia en 1602, e invento la primera máquina neumática y demostró el inmenso poder de la presión atmosférica.

PIETER VAN MUSS CHENBROEK: Nació en Leiden el 14 de marzo de 1692 y en 1746 descubre el primer condensador mediante una botella con carga y la llamo botella de Leyden.

BENJAMIN FRANKLIN: Nació en Boston el 17 de enero de 1706 y hizo el primer pararrayos utilizando un cometa amarando lo con un hilo de seda en cuyo extremo llevaba una llave.

CHARLES COULOMB: Nació en Francia el desarrollo la ley de coulomb, que establece que la fuerza existente entre dos cargas eléctricas es proporcional al producto de las cargas eléctricas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.

ALESSANDRO VOLTA: Nació en Italia el 18 de febrero de 1745, creo la primera batería eléctrica en 1800.

GEORGE OHM: Nació en Alemania en 1789, creo la ley de la electricidad que lleva su nombre.

Page 8: Efecto Joule y Ley de Joule

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Física III

MICHAEL FARADAY: Nació en Newington el 22 de septiembre de 1791, descubrió la inducción electromagnética que ha permitido la construcción de generadores y motores eléctricos.

JAMES MAXWELL: Nació en Edimburgo, el 13 de junio de 1831, desarrollo la teoría electromagnética clásica.

JAMES JOULE: Nació en Salford el 24 de diciembre de 1818, estudio el magnetismo y descubrió su relación con el trabajo mecánico lo cual lo condujo a la teoría de la energía e hizo la ley de joule.

JOSEPH HENRY: Nació en Nueva York el 17 de diciembre de 1797, descubrió el principio de la inducción electromagnética y se le reconoció el descubrimiento del fenómeno de la auto inductancia, mejoro el electroimán y el telégrafo.

HEINRICH LENZ: Nació en Estonia el 12 de febrero de 1804, descubrió la ley de Lenz se completo la Ley de Faraday.

NIROLA TESLA: Nació en Nueva York el 7 de enero de 1943, el descubrió las bases para la potencia eléctrica por corriente alterna y otros sistemas.

JOSEPH THOMSON: Nació en Reino Unido en 1856 investigo la naturaleza de los rayos catódicos y demostró que los campos eléctricos podían provocar la desviación de estos y experimento su desviación y estableció el modelo de la estructura del átomo.

Modelo de Rutherford Modelo de Thompson.

Modelo de Niels Borh.

Page 9: Efecto Joule y Ley de Joule

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Física III

Los experimentos con la electricidad interesaron y fascinaron mucho tiempo a los científicos, les sirvieron los buenos y malos conductores de la electricidad los efectos luminosos de la misma, estos lograron espantar los por las colmosonias que se daban, incluso causaron la muerte de pájaros y animales.

El sabio norteamericano Benjamín Franklin inventor del pararrayos para explicar las electrizaciones supuso la existencia de un fluido sin peso y distribuido en todos los cuerpos la cual podría crear repulsiones y atracciones.

Un cuerpo que con tiene una cantidad normal de fluido eléctrico y no produce ningún fenómeno pero si dos cuerpos de sustancias distintas son frotados entre si se pasan corriente.

El cuerpo que adquiere un aumento de corriente como una barra de vidrio se electriza positiva mente en tanto la que pierde fluido eléctrico como una barra de resina frotada, adquiere electrización negativa.

Con base a esa teoría Franklin llamo electricidad positiva a la “vítrea” y negativa a la “resinosa”.

Electrización

Se dice que la materia no presenta electricidad porque sus cargas están equilibradas y al fenómeno de desequilibrio de cargas es la que se le conoce como electrización

Formas de electrización.

Las 3 principales formas son por frotamiento, contacto e inducción.

La de FROTAMIENTO fue la primera que se utilizo consiste en frotar un cuerpo contra otro de manera en que se pongan en el mismo lugar respectivamente.

Por CONTACTO en un cuerpo se electriza tocándola otro cuerpo que este electrizado.

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Física III

La de INDUCCION consiste en acercarle un cuerpo electrizado a otro que no lo está sin tocarlo para electrizarlo.

Atracción y repulsiones eléctricas.

Para estudiar el comportamiento de los cuerpos ligeros electrizados se utiliza un péndulo eléctrico que consiste en una bolita de sauco suspendida por medio de un hilo en un soporte aislado.

Frotando enérgicamente una barra de ebonita o un objeto de plástico (regla o peine) en un tejido de lana y acercándola a la bolita de sauco de otro péndulo es atraído y repelida después, lo mismo ocurre si la bolita de sauco de otro péndulo se le aproxima una barra de vidrio esmerilada previa mente frotado en una tela de nailon.

Las atracciones ocurren cuando las volitas de sauco y las barras tienen electrizaciones de signo contrario. Las repulsiones ocurren porque durante su contacto las volitas de sauco y las barras adquieren electrizaciones del mismo signo.

Si se ponen dos péndulos a una distancia adecuada entre si y a la bolita de corcho se golpea con una barra de vidrio y la otra de ebonita electrizada para cargarla negativa mente, ambos se atraerán.

Cuando las volitas de sauco de los péndulos se electrizan de inmediato se rechazan y ocurre lo mismo y después se electrizan negativa mente.

Lo anterior lo podemos comprobar con la ley de la atracción y la repulsión electrostáticas que son:

Dos cuerpos con electrizaciones contrarias se atraen y con signos iguales se repelen.

Ley de la electrostática.

Plástico Vidrio

+ -

++

- -

Page 11: Efecto Joule y Ley de Joule

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Física III

La electrostática tiene 2 leyes fundamentales y el primero de ellos establece lo siguiente:

1.- Cargas del mismo signo se repelen y cargas de signo contrario se atraen.

La segunda se conoce como la ley de coulomb sobre electrostática.

2.- La fuerza que ejercen entre sí dos cargas es directa mente proporcional a sus cantidades de electricidad e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa.

FORMULA:

F: Es la fuerza que ejerce entre las cargas.

K: La constante dieléctrica que en el vacio vale 1 ó

: La distancia que separa las cargas.

: Se llama permitivilidad en el vacío y vale

FORMULA:

Principio de la conservación de la carga

Cuando una barra de vidrio se frota con un trapo de seda aparece una carga negativa en esta, si realizamos mediciones en la seda como en el vidrio, comprobaremos que en el primero aparecerá una carga negativa de igual magnitud a la del vidrio esto demuestra que la carga no es creada, si no simplemente se transfiere de un cuerpo a otro, de esta manera se establece el principio de la conservación de la carga.

“LA CARGA TOTAL DE UN SISTEMA AISLADO ES CONSTANTE.”

Unidades de la carga eléctrica.

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Física III

La unidad natural de carga es la del electrón que es la carga elemental que es poco practica por su tamaño tan pequeño para los valores que se utilizan en la industria laboratorios.

La unidad de carga era el coulomb y se abrevia con la letra C=6.25 , cargas

elementales .

Campo eléctrico

Es todo el espacio que rodea a una carga eléctrica, en donde ejercen fuerzas sobre una carga eléctrica situada en un punto de ese campo.

La intensidad del campo eléctrico, es la fuerza que el campo ejerce sobre la unidad de carga eléctrica positiva situada en un punto del campo y se representa con la letra “E”.

: Carga de prueba.

Campo Eléctrico producido por una carga positiva

Campo Eléctrico producido por una carga negativa.

Campo Eléctrico producido por cargas de diferente signo.

Campo Eléctrico producido por cargas del mismo signo

Page 13: Efecto Joule y Ley de Joule

45

Física III

Ley de Gauss

Flujo eléctrico

Cuando hablamos de flujo eléctrico, tenemos en mente una superficie, la cual se

encuentra inmersa en un campo eléctrico y es

atravesada por las líneas de fuerza. Dicha superficie

puede ser real o imaginaria, y el campo eléctrico es

generado por alguna distribución de carga.

Si colocamos una hoja de papel frente a una carga

eléctrica positiva sabemos que esto ultima crea un

campo en todo el espacio que la rodea y por lo

tanto, la hoja de papel será atravesada por este

campo eléctrico.

Como se muestra en la sig. Figura.

Líneas de campo eléctrico generado para una carga q atraviesa la superficie s.

Existe un flujo de campo eléctrico a través de la superficie e intuitivamente

podemos suponer que el flujo eléctrico será mayor si la superficie es mas grande

como se muestra en la sig. Figura.

El flujo de s” es mayor que en la superficie S

Page 14: Efecto Joule y Ley de Joule

45

Física III

Igualmente de manera intuitiva podemos darnos cuenta que la orientación de la

superficie s determina el flujo a través de ella.

Ver figura.

No hay flujo en s debido a su orientación.

Como se ve en la figura anterior no solo importa el área de una superficie, sino

también su orientación cuando pensamos en el flujo eléctrico la necesidad de

poder describir la orientación de una superficie en el espacio nos lleva a definir un

vector de área A, el cual tendrá por magnitud el área A de la superficie en

cuestión. Y su dirección será normal (perpendicular a la superficie)

En esta lección solo consideramos superficies planas por ejemplo: cuadrado,

rectángulo, triangulo etc.

La sig. Figura muestra una superficie s cuya área vale A y se muestra en 2

vectores de área asociados a dicha superficie la decisión entre tomar un vector A

o A” para orientar la superficie s es arbitraria.

Supongamos que a una determinada región del espacio tenemos un campo

eléctrico mas dimensiones constantes, como se muestra en la sig. Figura.

Definimos el flujo de campo eléctrico como simplemente flujo eléctrico a través de

una superficie s orientada por un vector A.

Expresión matemática:

oE= A* Ev = Ev A Cos o

Flujo eléctrico es una cantidad escalar, pues es el resultado de un producto junto

entre 2 vectores y sus unidades en el SI es

Nm2/ C

Page 15: Efecto Joule y Ley de Joule

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Física III

En la ecuación anterior o es el ángulo entre 2 vectores como se muestra en la

figura.

Superficie plana s de A atraviesa por un campo eléctrico uniforme Ev el valor del

área A es normal a s.

Densidad de carga

En muchas ocasiones no nos será posible

considerar cargas puntuales a los cuerpos

cargados que intervienen en un problema dado.

Hablamos de una distribución continua de carga

cuando nos referimos a cierta carga eléctrica

“q”. Se distribuye sobre una línea de longitud

“L”, sobre una superficie de área “A” o sobre un

volumen “v” dado por lo tanto no será útil definir 3 tipos de densidad de carga a

saber:

Densidad de carga lineal, Densidad superficial de carga, Densidad volumétrica de

carga.

µ= q/L c/m

β= q/A c/m2

π= q/V c/m3

Modelo matemático de la figura de Gauss

El modelo matemático de la ley de Gauss representa una de las ecuaciones más

importantes del electromagnetismo esta permite calcular fácilmente el campo

eléctrico generado por una distribución de carga que posea simetría, por ejemplo:

una carga puntual, una línea de carga, un plano cargado, un cilindro o una esfera

de carga.

Page 16: Efecto Joule y Ley de Joule

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Física III

La ley de Gauss nos dice:

“El flujo eléctrico a través de una superficie cerrada “superficie gaociana” es

proporcionalmente a la carga neta encerrada por la superficie”

Matemáticamente tenemos los siguientes:

oE= q/Eo 8.885x10-12 c2/Nm2

Para aplicar la ley de Gauss a un problema particular debemos segur 4pasos:

A partir de la simetría de la distribución de carga, determinar la dirección del

campo eléctrico.

Elegir una superficie cerrada apropiada para calcular el flujo.

Determinar la carga que hay en el interior de la superficie cerrada.

Aplicar el modelo matemático de la ley de Gauss y despejar la magnitud del

campo eléctrico.

Ejemplo:

Una superficie plana de .3 m de lado se pone de una región de campo eléctrico

uniforme cuya magnitud es igual a 72.1 N/C la normal a la superficie forma un

ángulo de 42° con la dirección de campo eléctrico. ¿Cuál es el flujo eléctrico a

través de la superficie?

Datos:

A= l2

Ev= 72.1 N/C

0= 42°

oE= eV A cos o= 4.822 Nm2/C

Una esfera de 5 cm de radio tiene una carga de 4MC en su superficie cual es la

intensidad de campo eléctrico a 2 cm fuera de la esfera.

oE= q/Eo E= 4x10-4/8.85x10-12

E= 5.449x10-13

Problemas de ley de Coulomb

Page 17: Efecto Joule y Ley de Joule

45

Física III

1. Calcular el valor de la fuerza eléctrica entre dos cargas cuyos valores son q1= 2mC y q2= 4mC al estar separadas por una distancias de 30cm.

Datos:

r= 0.3m

K= 9x109Nm2/C2

q1= 2mC

q2= 4mC

2. Determinar el valor de la fuerza eléctrica, entre 2 cargas cuyos valores son q1= -3μC y q2= 4μC, al estar separados en el vacio por una distancia de 50cm.

DatosK= 1Nm2/C2

r= 0.5mq1= -3μC q2= 4μC

3. Una carga eléctrica de 2μC se encuentra en el aire a 60cm de otra carga, la fuerza con la que se rechazan es de 3x10-1N, calcula el valor de la carga desconocida

Datos

r2= 0.6m

F= 3x10-1N

q1= 2μC

k= 9x109Nm2/C2

Problemas de Campo eléctrico

1. Una carga de prueba de 3x10-7C recibe una fuerza horizontal hacia la derecha de 2x10-4N. ¿Cuál es el valor de la intensidad de campo eléctrico en el punto donde se encuentra colocada la carga de prueba?

Datosqo= 3x10-7C

Page 18: Efecto Joule y Ley de Joule

45

Física III

F= 2x10-4N

2. Calcula en valor de la intensidad del campo eléctrico a una distancia de 50cm de una carga de 4μC

DatosK= 9x109Nm2/C2

r= 0.5mqo= 4μC

3. La intensidad del campo eléctrico producido por una carga de 3μC en un punto determinado es de 6x106N/C ¿A qué distancia del punto considerado se encuentra la carga?

Datos qo= 3μCE=6x106N/CK= 9x109Nm2/C2

Page 19: Efecto Joule y Ley de Joule

45

Física III

Energía Potencial

Se llama potencial eléctrico a la energía potencial de la unidad positiva de carga

eléctrica situada en un punto de un campo representado por V. El potencial

eléctrico se mide por el trabajo que realiza el campo eléctrico al transportar la

unidad positiva de carga eléctrica desde un punto hasta otro, situada en el infinito.

La diferencia de potencial entre dos puntos en un campo es igual al trabajo

realizado por el campo eléctrico al transportar la unidad de carga eléctrica positiva

entre dos puntos.

El volt es igual a la diferencia de potencial entre dos puntos de un campo eléctrico,

en donde en donde el campo realiza el trabajo de un Joule al transportar un

coulomb entre esos dos puntos.

La energía potencial del sistema, cuando una carga “q” se mueve contra una

fuerza eléctrica constante a través de una distancia “d” está dada por la siguiente

expresión.

Ep - Energía potencial (Joule)

Q – Carga eléctrica (coulomb)

E – Intensidad de campo eléctrico

D – Distancia (m)

Esta y las ecuaciones siguientes serán de uso común en el desarrollo de este

tema.

Page 20: Efecto Joule y Ley de Joule

45

Física III

- Potencial eléctrico en un punto a una distancia r de una carga Q en volts

Problemas de energía potencial

1) Para transportar una carga de 5µc desde el suelo hasta la superficie de una

esfera cargada se realiza un trabajo de 60X Joule. ¿Cuál es el valor del

potencial eléctrico de la esfera?

Datos

q=5µc

v=60X

Page 21: Efecto Joule y Ley de Joule

45

Física III

2) Determina el valor del potencial eléctrico a una distancia de 10cm de una carga puntual de 8nC.

Datos:

Q= 8X

d= 10cm=0.1m

K= 9X

=

Capacitancia Eléctrica

Un condensador o capacitancia es un dispositivo que permite acumular cargas eléctricas. Consta de dos placas conductoras llamadas “armaduras” entre las que se encuentran un dieléctrico, generalmente la armadura negativa se conecta a tierra.

Dieléctrico Armadura

Funciona así: Una armadura sola y aislada puede almacenar cierta cantidad de cargas eléctricas, no puede almacenar más por la fuerza de reproducción de cargas.

Dos armaduras con cargas contrarias una frente a la otra el campo se neutraliza parcialmente al de la otra, disminuyendo la fuerza de repulsión en cada armadura, lo que permite agregar más cargas a cada una.

- - -

-

-

+ + +

+ + +

+ + +

Page 22: Efecto Joule y Ley de Joule

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Física III

Si entre armaduras se coloca en dieléctrico ya no pueden saltar la chispa por lo que se pueden acumular más cargas en cada armadura.

La armadura negativa se conecta a tierra a fin de tener las armaduras a su máxima capacidad. A la propiedad de almacenar las cargas le llamamos capacitancia.

A B

(+) (-)

d

q=C

El farad es una unidad muy grande por lo que en la práctica se emplean subunidades como las siguientes.

µf=

pF=

nf=

Para un capacitor de placas paralelas

Problemas de capacitancia eléctrica

1) Dos láminas cuadradas de estaño de 30cm de lado están adheridas a las caras opuestas de una lámina de mica de 0.1mm de espesor con εr 5.6. ¿Cuál es el valor de la capacitancia?

Datos

+

+

+

+

-

-

-

-

Page 23: Efecto Joule y Ley de Joule

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Física III

εr= 5.6

εo= 8.85

l= 30cm=0.3m

d= 0.1mm=0.0001m

2) Las placas de un capacitor tiene una separación de 5mm en el aire. Calcular su capacitancia si cada placa rectangular mide15cmX20cm.

Datos

= 1

=8.85X

L= 15cmX20cm

d= 5mm=0.005m

Agrupamiento de capacitores

Conexión de capacitores en serie y en paralelo

Al igual que las resistencias eléctricas, los capacitores también pueden conectarse en serie y en paralelo como se ve en las siguientes figuras.

a) - + - + - +

c1 c2 c3

- +

Page 24: Efecto Joule y Ley de Joule

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Física III

b) - +

c1

- + c2

- + c3

- +

Ecuaciones empleadas para calcular las capacitancias equivalentes de las conexiones en serie y en paralelo son:

Es importante señalar lo siguiente:

Al conectar los capacitores en paralelo, cada uno de ellos tendrá la misma diferencia de potencial (v) equivalente a:

Y además que la carga total almacenada será igual a:

En una conexión en serie los capacitores adquieren la misma carga.

Serie

Y el valor de la diferencia de potencial total será igual a:

La energía potencial almacenada en un condensador en Joule será igual a:

Page 25: Efecto Joule y Ley de Joule

45

Física III

Electrodinámica

Es la parte de la física encargada del Estudio de las cargas eléctricas en movimiento dentro de un conductor.

La corriente eléctrica es un movimiento de cargas negativas a través de un conductor.

Tipos de corriente Eléctrica

Page 26: Efecto Joule y Ley de Joule

45

Física III

Existen dos tipos de corriente Eléctrica:

Continúa C.C Y Alterna (C.A)

La corriente continua o directa se origina cuando el campo eléctrico se mantiene constante el cual provoca que los electrones se muevan siempre en el mismo sentido , es decir de negativo a positivo (recuerde que el sentido convencional de la corriente en forma equivocada señala que es de (+) a (-)).

La corriente alterna se origina cuando el campo Eléctrico cambia alternativamente de sentido, efectúa una alternancia, 2 alternancias consecutivas constituyen un ciclo. El número de ciclos por segundo recibe el nombre de Frecuencia, que es en general de 60 ciclos para la corriente alterna.

Intensidad de corriente eléctrica.

La intensidad de corriente eléctrica es la cantidad de carga eléctrica (Electrones) que pasa por cada sección de un conductor en un segundo. Su expresión matemática es la siguiente.

Intensidad de corriente

La intensidad de corriente por unidad de área en la sección transversal del conductor recibe el nombre de Densidad de corriente, se considera como un vector dirigido en el sentido convencional que la corriente, se presenta por la letra J y según la definición se tiene lo siguiente.

Page 27: Efecto Joule y Ley de Joule

45

Física III

Velocidad de Arrastre.

La velocidad, que es el desplazamiento de los electrones a través del conductor bajo la condición del campo eléctrico, puede calcularse a partir de la fórmula anterior.

Si se representa por un número de Electrones en cada unidad del volumen del material el total de electrones libres en una muestra de material tenemos que es lo siguiente.

Siendo Al área de la sección transversal y L la longitud multiplicando el número de Electrones libres por la carga del Electrón, se obtiene la carga total contenida en la muestra del material, resultando.

Si sustituimos q en la Ecuación tenemos que:

y como

La naturaleza del conductor

Si tomamos alambre del mismo longitud y sección transversal de materiales como plata, cobre, aluminio y hierro podemos verificar que la plata tiene una menor resistencia y que el hierro es el de mismo valor de los cuatro.

Longitud del conductor

Page 28: Efecto Joule y Ley de Joule

45

Física III

A mayor longitud como mayor, mayor resistencia, si se duplica la longitud del alambre, también lo hace su resistencia.

La sección o Área Transversal.

Al duplicarse la superficie de la sección transversal, se reduce la resistencia a la mitad.

La temperatura

En el caso de los metales su resistencia aumenta casi en forma proporcional a su temperatura, sin embrago el carbón disminuye su resistencia al incrementarse la temperatura porque la Energía que produce la temperatura libera más electrones .

La resistencia que corresponde a cada material recibe el nombre de resistencia especifica o resistividad y se representa por la letra Griega ρ (ro)

A medida que la resistividad de un alambre aumenta, disminuye la capacidad de conducir la corriente eléctrica por ello la conductividad se usa para especificar la capacidad de un material para conducir la corriente que se define como la inversa de la resistividad.

La resistencia de un alambre a una determinada temperatura es directamente proporcional a su longitud e inversamente proporcional al área de su sección

transversal y su expresión es la siguiente

Page 29: Efecto Joule y Ley de Joule

45

Física III

A la reciproca de la resistencia se le llama conductancia que se define como la facilidad que un material cualquiera y en cualquier condición presenta el paso de la corriente Eléctrica.

La unidad de la conductancia en el S.I es Siemens V y se presenta por la letra G y su expresión matemática es la siguiente.

Problemas de capacitancia eléctrica

1) Tres capacitores de 3,6 y 8 uF se conectan primero en serie y luego en paralelo, Calcula la capacitancia equivalente en cada arreglo.

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Física III

2. Tres capacitores se conectan en serie ; 2 ,7,12 pf A UNA BATERIA DE 30 VOLTS CALCULE:

a) La capacidad equivalente del arreglo

b) La carga depositada en cada capacitor

c) La diferencia de potencia en cada capacitor.

V= 20+5.71+3.3=29 V

3.- Se tienen tres capacitores en paralelo 6,8 y 12 Uf, conectados a una batería de 120 volts .

Calcular

a) La capacitanciab) La diferencia de potencial en cada capacitor c) La carga depositada en cada capacitord) La carga total almacenada por los capacitores.

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Física III

Ley de ohm

Josh Simón Ohm 1787-1857 físico y profesor alemán utilizo en sus experimentos instrumentos de medición bastante confiables y observo que si se aumenta la diferencia de potencial (voltaje) en un circuito mayor es la resistencia eléctrica también comprobó que al aumentar la resistencia del conductor

12

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Física III

disminuye la resistencia eléctrica, con base en sus observaciones, en 1827 enuncio la siguiente ley que lleva su nombre:

“la intensidad de corriente eléctrica que paso por un conductor en un circuito es directamente proporcional a la diferencia de potencial aplicado en sus extremos e inversamente proporcional a la resistencia en el conductor matemáticamente se expresa de la siguiente manera y es igual”

Potencia eléctrica

Siempre que una carga eléctrica se mueve en un circulo atreves de un conductor realiza un trabajo mismo que se consume por lo general en calentar el circuito o hacer girar un motor cuando0 se desea conocer la rapidez con la que se realiza un trabajo también se interpreta como la energía que consume una maquina o cualquier dispositivo en un segundo

Como potencia es la rapidez con la que se realiza un trabajo tenemos la siguiente expresión:

Intensidad de corriente eléctrica (problemas)

1. Calcular cuántos electrones pasan cada segundo por una sección de alambre conductor que tiene una intensidad de corriente de 5 amperes.

2. Cuál es la intensidad eléctrica en un conductor cuando circulan 86 coulomb por la sección del mismo en una hora expresa el resultado en amperes y mili amperes

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Física III

3. La intensidad eléctrica en un circuito es de 13 mili amperes cuanto tiempo se requiere para que circule por el circuito 120 coulomb expresa el resultado en horas.

S=9230.76

H=2.56

Resistencia eléctrica (problemas)

Determinar la resistencia eléctrica de un alambre de cobre de 2 kilómetros de longitud y .8mm2 de área en su sección transversal a grados centígrados

Datos

P cobre=1.72x10-8Ω/m

L=2 kilómetros=2000000mm

A=0.8mm2=8x10-8m2

1.-Determinar la intensidad de corriente eléctrica a través de una resistencia de 30 Ohms al aplicarse una diferencia de potencial de 90 volts.

2.- Un tostador eléctrico tiene una resistencia de 15 Ohms cuando está caliente cual será la intensidad de corriente que fluirá al conectarlo a una línea de 120 volts

3.- Un alambre conductor deja pasar 6 amperes al aplicar una diferencia de potencial de 110 volts ¿Cuál será el valor de la resistencia?

4.-Calcular la diferencia de potencial aplicada a una resistencia de 10 Ohms si por ella fluye 5 amperes

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Física III

Potencia eléctrica (problemas)

1.-Que potencia eléctrica desarrolla que una diferencia de potencial de 120volts y por su resistencia circula una corriente de 6 amperes

a) la energía consumida en kilowatts al encontrarse encendida la parrilla durante 45minutos

b) cual es el costo del consumo de energía eléctrica de la parrilla si el precio de kilowatt por hora es de 40 centavos.

2.Obtenga la potencia eléctrica de un tostador de pan, cuya resistencia es de 40Ω y por ella circula una corriente de 3A.

Datos

R= 40Ω

I= 3A

3. Calcular el costo del consumo de energía eléctrica que un foco de 60w que dura encendido 1 hora con 15 minutos. El costo del Kw/h es de $40c.

Datos

P= 60w

t= 1.15 horas

Kw/h= $40c

Efecto Joule y ley de Joule

Cuando circula corriente eléctrica en un conductor, parte de la energía cinética de los electrones, se transforma en calor, y eleva la temperatura de este, con lo cual se origina el fenómeno que recibe el nombre de efecto Joule.

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Física III

El enunciado de la ley de Joule es el siguiente:

“El calor que produce una corriente eléctrica al circular por un conductor, es directamente proporcional, al cuadrado de la intensidad de la corriente, a la resistencia y al tiempo que dura circulando la corriente”

Su expresión matemática es la siguiente:

Al observar la expresión matemática anterior encontramos que I2R=P (potencia) eléctrica, multiplicado por el tiempo, lo cual proporciona la energía consumida, es decir;

Esta cantidad de energía eléctrica consumida en Joules, se transforma en calor,

por ello la constante representa la equivalencia siguiente:

Por tanto, si queremos conocer la energía consumida por un aparato

eléctrico, expresada en Joules de acuerdo a la ley de Joule.

También tenemos la siguiente expresión para calcular la energía consumida por un aparato:

Cualquiera de las expresiones es útil para calcular la energía consumida por un aparato eléctrico expresada en Joules, por lo que seleccionaremos la que nos resulte más simple o útil de acuerdo con los datos disponibles.

Existen varios aparatos y dispositivos eléctricos que producen calor como consecuencia del efecto Joule. Ejemplo; planchas, radiadores, tostadores, parrillas eléctricas, etc.

En estos utensilios una corriente relativamente alta circula por una bobina de varios Ohms de resistencia, por el alambre de la bobina se fabrica con una aleación especial y de un tamaño apropiado de tal manera que el calor generado no eleve la temperatura, hasta el punto de fusión.

La aleación especial con la cual se fabrica el alambre de la bobina, está constituida por 80% Níquel (Ni) y 20% Cromo (Cr), esta se caracteriza por conservar sus propiedades mecánicas, a temperaturas de hasta 1100°C y se le conoce con el nombre de Nicromel. Para la iluminación se utilizan focos eléctricos,

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Física III

que tienen una resistencia consistente en un filamento de Tungsteno (W) cuando pasa la corriente por este lo calienta y se vuelve

Efecto Joule. Problemas

1. Por la resistencia de 30Ω de una plancha circula una corriente de 4A, al estar conectada a una diferencia de potencial de 120V ¿Qué cantidad de calor produce en 5 minutos?

Datos:

R= 30Ω

I= 4A

V= 120v

T= 300s

2. Por el embobinado de un cautín circular 5A, al estar conectado a una diferencia de potencial de 120V ¿Qué calor genera en 1 minuto?

Datos

I= 5A

V= 120V

T=60s

3. Un radiador eléctrico tiene una resistencia de 40Ω y por ella circula una intensidad de 3A durante 30 minutos ¿Cuánta energía consume expresada en Joules?

Datos:

R= 40Ω

I= 3A

T= 1800s

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Física III

Conexión de resistencias serie paralelo

Serie

Cuando las resistencias se conectan en serie, se unen por sus extremos, una a continuación de la otra de manera que la intensidad de corriente que pasa por una sea la misma en las demás, por tanto si se interrumpe, en una, también se interrumpen las otras.

La expresión matemática para calcular la Rt equivalente es:

El voltaje se reparte en cada una de las resistencias del circuito, así que lo denominamos como V1 a los extremos de R1, a V2 en los extremos de R2 y V3 en los extremos de R3.

En virtud de que la intensidad de corriente es la misma en todas, como podemos calcular de acuerdo con la ley de Ohm, con la expresión siguiente.

Paralelo

Cuando las resistencias se conectan en paralelo, sus terminales se unen en dos bornes (extremos) comunes que se unen a la fuente de energía o voltaje.

En esta conexión, la corriente se divide en cada uno de los ramales o derivaciones del circuito y depende del número de resistencias en paralelo, de tal manera que si una resistencia es desconectada, las demás siguen funcionando, pues la corriente eléctrica no se interrumpe en ellas.

Al conectar dos o más resistencias en paralelo, se puede calcular la resistencia equivalente de la combinación con la siguiente expresión matemática:

Para dos resistencias

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Física III

La intensidad de corriente, se reparte en cada una de las resistencias del circuito, así que denominamos a I1, I2, I3, e In de la siguiente manera:

Conexión mixta de resistencias

Cuando decimos que tenemos una conexión mixta de resistencias, esto significa que están agrupadas tanto en serie como en paralelo.

La forma de resolver matemáticamente estos circuitos es calculando parte por parte de las resistencias equivalentes de cada conexión.

Problemas de circuitos de resistencia en serie, paralelo y mixto.

1. Calcule le resistencia equivalente de 3 resistencias cuyos valores son R1= 2Ω, R2= 5Ω y R3= 7Ω. Conectado primero en serie y luego en paralelo.

Circuito serie

Circuito paralelo

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Física III

2. Calcule el valor de la resistencia que se debe conectar en paralelo con una resistencia de 10Ω, para que la resistencia equivalente del circuito sea a 6Ω.

3. 2 focos de 70Ω y el otro de 80Ω, se conectan en serie con una diferencia de potencial a 120V, calcule:

a. Represente el circuitob. Calcule la intensidad de corriente que circula por el circuitoc. Determine la cantidad de voltaje en cada resistencia

.

4. Una palanca eléctrica de 60Ω, se conecta en paralelo con un tostador eléctrico de 90Ω, con un voltaje de 120V, calcule:

a. Representar el circuito eléctricob. Determinar el valor de la resistencia equivalente del circuitoc. Calcular la intensidad de corriente que circula por el circuitod. Qué valor tendrá la intensidad de corriente que circula por cada una

de las resistencias.

Problema de resistencias

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Física III

Datos:

R1= 1Ω

R2= 2Ω

R3= 3Ω

R4= 4Ω

R5= 5Ω

R6= 6Ω

R7= 7Ω

R8= 8Ω

R9= 9Ω

R10= 10Ω

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Física III

Puente de Wheatstone

Este agrupamiento de resistencias permite comparar estas resistencias o corrientes

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Física III

eléctricas, se utiliza en instrumentos de precisión donde intervienen resistencias, corrientes, celdas fotoeléctricas, etc. Está formado por 4 resistencias y un galvanómetro conectados según el siguiente diagrama.

Leyes de Kirchhoff

El físico alemán Gustav Robert Kirchhoff (1824 - 1886) fue uno de los pioneros en el análisis de los circuitos eléctricos a mediados del siglo XIX, propuso dos leyes que llevan su nombre.

Primera ley de Kirchhoff

La suma de todas las intensidades de corriente que llegan a un nodo (unión o empalme) de un circuito es igual a la suma de todas las intensidades de corriente que salen de el.

De esta manera son de signo positivo, las corrientes que fluyen a un nodo y negativas las que salen de el.

La 1era ley de Kirchhoff establece:

“La suma algebraica de todas las intensidades de corriente en cualquiero union o nodo de un circuito es igual a cero”

Por definicion un nodo es un punto de, una red electrica al cual converjen 3 o mas conductores.

Modelo matemático para calcular las resistencias

Para calcular “R1” despejamos

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De acuerdo a la figura en el nodo A tenemos que:

Física III

Considerando que las corrientes de entrada tienen signo positivo y negativo las de salida, la suma algebraica de las corrientes será igual a cero. Veamos lo siguiente

Como podemos observar, esta ley confirma el principio de la conservación de las cargas.

Segunda ley de Kirchhoff

En un circuito cerrado o maya, las caídas de tensión totales en las resistencias son iguales a la tensión total que se aplica al circuito.

En otras palabras la suma de las fuerzas electromotriz en un circuito cerrado o maya es igual a la suma de todas las caídas de potencias (IR) en el circuito es decir:

Esta ley confirma el principio de la conservación de la energía:

a)

b)

1era ley de Kirchhoff

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Malla 1

Malla 2

Física III

En el inciso a y b vemos 2 figuras de 2 circuitos eléctricos en los que las caídas de tensión de caídas de tensión en cada resistencia puede varear, sin embargo el sumar estas obtendremos el valor igual a la fem proporcionada por la batería, de acuerdo con el inciso a tenemos lo siguiente:

; es decir

Para el inciso b con el circuito en paralelo tenemos que:

; es decir Problema de la guía numero 22

22. calcular las intensidades de corriente eléctrica del circuito eléctrico utilizando las leyes de Kirchhoff.

E1 R1

I1

E2 R2

a b

I3 I2

E3 R3 R1=5 E1= 5 vR2= 8 E2= 10 v R3= 3 E3= 15 v

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Física III

Sustituyendo valores

Resolviendo las ecuaciones por el método de las determinantes

1er paso 2do paso

3er paso

4to paso

Respecto al nodo A

Malla 1

Malla 2

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Física III

5to paso

6to paso

7to pasoSuma de todas las intensidades de

corrienteSustituyendo datos:

+ + =0

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Física III

Electroquímica

Las pilas son generadoras de corriente, que transforman la energía química en energía eléctrica, efectuándose una reacción química no reversible en la cual se liberan electrones que originan corriente eléctrica.

Los acumuladores son generadores de corriente que como la pila, transforman energía química en eléctrica, por medio de una reacción química reversible. Durante la descarga, la reacción se desplaza en el sentido de generar corriente eléctrica, durante la carga, se suministra corriente eléctrica para efectuar la reacción química inversa.La pila tradicional está formada por un cátodo,

formado por un recipiente de Zinc (Zn) en el centro de una barra de grafito como ánodo, el electrolito es una solución saturada de Cloruro de amonio (NH4Cl) o cloruro de zinc (ZnCl2).Durante la reacción se desprenden microburbujas de hidrogeno (H2) molecular que se depositan sobre el grafito. Estas son aislantes de la corriente y crean una resistencia interna, por ello se agrega un fuerte oxidante (despolarizante), que reaccione con el hidrogeno. Uno de los más usados es el Dióxido de Manganeso (MnO2). Este tipo de pila es adecuada para bajos consumos de energía y por periodos relativamente cortos, por ejemplo; radios portátiles, etc. Para corrientes intensas, largos tiempos, descargas intermitentes y rápidas, como en fotografía, es más adecuada la pila alcalina.

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Física III

Las pilas empleadas en relojes o aparatos de sordera son las de Zinc – Oxido de mercurio y Zinc – Oxido de de plata, las cuales están construidas de tal forma que no gotean.Otras pilas se fabrican a base de Oxido de plata – Hidróxido de potasio, Zinc, Manganeso alcalino o de Litio, también tenemos las de Zinc – Oxido de mercurio que son más eficientes que la pila tradicional y se pueden recargar, actuando como un pequeño acumulador al fem de las pilas más populares es de 1.5, 3, 4.5, 6, 9 Volts.

Características de las pilas

Una pila eléctrica es un dispositivo que convierte energía química en energía eléctrica por un proceso químico transitorio, tras lo cual cesa su actividad y han de renovarse sus elementos constituyentes, puesto que sus características resultan alteradas durante el mismo.El régimen son las fuentes de FEM (Fuerza Electromotriz) más conocidas por que generan energía eléctrica por medios químicos, las más conocidas son las de Carbono – Zinc y Níquel e hidruro metálico (Ni-MH), también hay de ion de Litio recargable.Una fuente de Fuerza Electromotriz (fem) es un dispositivo que convierte la energía química, mecánica u otras formas de ella en energía eléctrica necesaria para mantener un flujo continuo de carga eléctrica.La diferencia de potencial de una pila (D.D.P.) es determinada por la naturaleza de sus sustancias químicas en el electrodo y el electrolito, así como su concentración.

Agrupamiento de pilas

Las pilas al igual que los generadores se pueden conectar en serie, paralelo y mixto.

Agrupamiento en serie

En el agrupamiento en serie, las pilas se conectan una a la otra de la siguiente forma, el polo positivo de una se une con el polo negativo de la otra y así sucesivamente, la intensidad de corriente es igual a:

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Física III

Agrupamiento en paralelo

Para el agrupamiento en paralelo de las pilas, se conectan todas por los polos positivos de cada una de ellas y por la otra se conectan todos los polos negativos de las mismas, la intensidad de corriente es igual a:

Donde I es la intensidad de corriente generada,; épsilon, la fuerza electromotriz de las pilas; R, la resistencia externa del circuito; r, la resistencia interna del circuito, s, el numero de pilas conectadas en serie y p, el numero de pilas conectadas en paralelo. Se considera que todas las pilas o generadores son iguales.

GUIA PARA LA TERCER EVALUACION DE FÍSICA-III

A.- Instrucciones.- En el paréntesis a la izquierda de cada aseveración escriba la letra que corresponda a la respuesta correcta.

01.-( D ) Un Joule equivale a: a) 4.81 calorías b) 4.18 calorías c) 0.239 calorías d)

418 calorías02.-( B ) Una caloría equivale a:

a) 4.81 Joules b) 4.18 Joules c) 0.239 Joules d) 418 Joules03.-( D ) Para medir una caída de tensión en una resistencia eléctrica, se conecta el voltímetro en:

f) Serie d) Paralelo c) Línea j) Automático04.-( F ) Para medir la intensidad de corriente eléctrica en una resistencia, se conecta un amperímetro en:

f) Serie d) Paralelo c) Línea j) Automático05.-( W ) La unidad de la energía eléctrica en el Sistema Internacional es:

q) Watt w) Joule e) Ampere r) Coulomb06.-( Q ) La unidad de la potencia eléctrica en el Sistema Internacional es:

q) Watt w) Joule e) Ampere r) Coulomb07.-( X ) Expresión matemática de la potencia eléctrica:

z) V I t x) V2/R c) I R2 v) V / I08.-( C ) Expresión matemática de la energía eléctrica:

z) V / I t x) V2/Rt c) I2 R t v) V t / I09.-( C ) La potencia eléctrica es una magnitud:

a) Adimensional b) Vectorial c) Escalar d) Derivada10.-( H ) La relación de la energía útil y la energía suministrada por 100, recibe el nombre de:

v) Potencia h) Rendimiento o eficiencia p) Energía total o) Energía

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Física III

11.-( F ) Expresión matemática de la eficiencia: f)Wu/Ws x 100 g)Ws/Wu x 100 h)Wu Ws x 100 k)Wu Ws x

5012.-( F ) Expresión matemática de la eficiencia:

f)Pu/Ps x 100 g)Ps/Pu x 100 h)Pu Ps x 100 k)Pu Ps x 5013.-( C ) El rendimiento ideal de un dispositivo eléctrico es:

a)menor que uno b)mayor que uno c)igual a uno d)indiferente14.-( T ) La eficiencia se define como la relación de la energía útil y la energía:

t) Suministrada h) Fácil m) Salida p) Perdida15.-( T ) La eficiencia se define como la relación de la potencia útil y la potencia:

t) Suministrada h) Fácil m) Salida p) Perdida16.-( P ) La potencia útil es igual a:

p) potencia suministrada –potencia pérdida o) potencia suministrada +potencia pérdidai) potencia pérdida u) potencia suministrada

17.-( P ) La potencia perdida es igual a:p) potencia suministrada – potencia útil o) potencia suministrada +potencia útili) potencia suministrada u) potencia útil

18.-( O ) La potencia suministrada es igual a:p) potencia útil –potencia pérdida o) potencia útil +potencia pérdidai) potencia pérdida u) potencia útil

19.-( 1 ) Uno de los factores que determinan la elección de un conductor para una aplicación especifica es: 1) la corriente máxima dentro del alambre 2) su fuerza mecánica 3) su dureza 4) su resistencia mecánica

20.-( C ) De la ecuación W = RI2t el valor de de I es:

a) b) R c) W d)

21.-( J ) Un kilowatt-hora (kWh) tiene un valor numérico de: z) 3.60x105 J x) 36x104 J j) 3.60x106 J g) 0.360x103 J

22.-( E ) Existen una clase de metales y compuestos cuyas resistencias prácticamente caen a cero por debajo de cierta temperatura, se le da el nombre de: r) conductor w) capacitor d) inductor e) supercoductor

23.-( C ) Expresión matemática de la Ley de Joule en función de calorías: z) V / I t x) 0.24 V2/ R t c) 0.24 I2 R t v) I2 R t

24.-( V ) Expresión matemática de la Ley de Joule en función de Joules: z) V / I t x) 0.24 V2/ R t c) 0.24 I2 R t v) I2 R t

25.-( V ) Expresión matemática que representa la ley de Joule en función de la intensidad de la corriente eléctrica:

z) V / I t x) 0.24 V2/ R t c) 0.24 I2 R t v) I2 R t26.-( C ) La energía eléctrica es una magnitud

a) Adimensional b) Vectorial c) Escalar d) Derivada27.-( X ) La resistencia eléctrica tiene como unidad:

x) el ohm y) el ampere z) el volt w) el watt.28.-( G ) En un agrupamiento de resistores en paralelo, alimentados por una batería, la tensión eléctrica en

cada resistor es:f) diferente g) la misma k) la suma j) la diferencia

29.-( F ) En un agrupamiento de resistores en serie, alimentados por una batería, la tensión eléctrica en cada resistor es:f) diferente g) la misma k) la suma j) la diferencia

30.-( Y ) En un agrupamiento de resistores conectados, en paralelo, la resistencia equivalente es: y) menor que la menor h) mayor que la mayor u) menor que la mayor m) mayor que la menor

-2 / 3º EVALUACIÓN / FÍSICA III / NOV 2011-31.-( V ) En un agrupamiento de resistores conectados, en serie, la resistencia equivalente es:

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Física III

y) menor que la menor h) mayor que la mayor u) menor que la mayor m) mayor que la menor

32.-( P ) En un agrupamiento de resistores en paralelo, la corriente eléctrica total, del circuito, es igual a: v) la suma de las corrientes que circulan en cada resistencia. J) la misma corriente en todas las resistencias p) la diferencia de las corrientes que circulan en cada resistencia. t)la misma que circula en cada resistencia.

33.-( T ) En un agrupamiento de resistores en serie , la corriente eléctrica total, del circuito, es: v) la suma de las corrientes que circulan en cada resistencia. J) la misma corriente en todas las resistencias

menos una. p) la diferencia de las corrientes que circulan en cada resistencia. t) la misma que circula en cada resistencia.

34.-( P ) Una de las características del agrupamiento de resistores en paralelo es la formación de: p) Nudos ó puntos de bifurcación de la corriente eléctrica. a) Resistencias positivas w) Nudos ó puntos de desunión de la corriente eléctrica. p) Resistencias negativas.

35.-( Q ) En un agrupamiento en paralelo, de resistencias, la corriente que llega a un nodo es igual a: t) la suma de las corrientes que salen de él. q) la diferencia de las corrientes que salen de

él. b) la misma corriente que sale de él. l) la misma corriente que sale de él mas dos.

36.-( N ) La resistencia equivalente de dos resistencias, en serie, de diferente valor se calcula con la siguiente expresión matemática:q) R1 + R2 w) R1 / n e) R1 R2 / R1 + R2 r) 1 / ( 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 )

37.-( P ): Tres resistencias R1 < R2 < R3 se conectan en paralelo a una fuente de alimentación de fem, en tal caso la corriente de menor valor circula por:v) R1 m) R2 n) R3 p) por las tres circula la misma corriente.

38.-( N ) Por cual de los tres resistores circulará mas corriente si se conectan en serie, cuyos valores son: R1 = 100 , R2 = 10 R3 = 1 a una fuente de alimentación:

v) R1 m) R2 n) R3 p) por las tres circula la misma corriente.39.-( V ) Por cual de los tres resistores circulará menos corriente si se conectan en paralelo, cuyos valores son:

R1 = 7 , R2 = 14 R3 = 21 a una fuente de alimentación:v) R1 m) R2 n) R3 p) por las tres circula la misma corriente.

40.-( Z ) Tres resistencias R1 = R2 = R3 se conectan en paralelo a una fuente de alimentación de fem y una resistencia interna ri, en tal caso se puede deducir que:q) Por R1 y ri circula la misma corriente w) Por ri circula la corriente totale) Por R3 circula la corriente total z) Por R1, R2 y R3 circula la misma corriente.

41.-( C ) En un circuito eléctrico se necesita que disminuya la resistencia efectiva al añadir otra resistencia, la cual debe conectarse en:v) no es posible disminuir la resistencia del circuito x) seriez) de cualquier forma que se añada es igual. c) paralelo

42.-( B ) Característica de agrupamiento de resistencias en serie: r) Ve=V1=V2=V3=.... b) Ve=V1+V2+V3+... n) Ie=I1+I2+I3+... g) Re=1/R1+1/R2+1/R3+ ...

43.-( R ) Característica de agrupamiento de resistencias en paralelo: r)Ve=V1=V2=V3=.... b)Ve=V1+V2+V3+... n)Ie=I1=I2=I3=... g)Re=R1+R2+R3+ ...

44.-( R ) Característica de agrupamiento de resistencias en serie: r)Ie=I1=I2=I3=.... b)Ve=V1=V2=V3=... n)Ie=I1+I2+I3+... g)1/Re = R1+R2+R3+ ...

45,.( N ) Característica de agrupamiento de resistencias en paralelo: r)Ie=I1=I2=I3=.... b)Ve=V1+V2+V3+... n)Ie=I1+I2+I3+... g)Re=R1+R2+R3 +...

46.-( B ) Característica de agrupamiento de resistencias en serie: r)Ve=V1=V2=V3=.... b)Re=R1+R2+R3+... n)Ie=I1+I2+I3+... g)1/Re=1/R1+1/R2+1/R3 +...

47.-( G ) Característica de agrupamiento de resistencias en paralelo: r)Ve=V1+V2+V3+... b)Re=R1+R2+R3+... n)Ie=I1=I2=I3=.... g)1/Re = 1/R1+1/R2+1/R3+

48.-( C ) La resistencia interna de una batería siempre esta en serie con: c) la resistencia externa b) la corriente eléctrica n) la fuente de alimentación y) la diferencia de potencial

49.-( X ) En un circuito eléctrico cuando hay un corto circuito la diferencia de potencial se va a:

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Física III

s) máximo valor z) cero-1 x) mínimo valor c) uno50.-( S ) En un circuito eléctrico cuando hay un corto circuito la corriente eléctrica se va a:

s) máximo valor z) cero-1 x) mínimo valor c) uno51.-( G ) La segunda ley de Kirchhoff se conoce también como la ley de Kirchhoff de la

conservación de la: g) energía m) potencia j) carga k) fuerza

52.-( J ) La primera ley de Kirchhoff se conoce también como la ley de Kirchhoff de la conservación de la: g) energía m) potencia j) carga k) fuerza

53.-( P ) En una red donde hay dos nodos y dos mallas (o circuitos cerrados) independientes, para resolverla se deben obtener: p) dos ecuaciones independientes de malla t) tres ecuaciones independientes de malla q) una ecuación independiente de malla w) cuatro ecuaciones independientes de malla

54.-(M ) En una red eléctrica, el punto donde se reúnen tres o mas conductores (elementos) se llama: b) malla m) nodo k) amarre o) unión

55.-( B ) Ley que verifica el principio de conservación de la energía:a) 1° ley de Kirchhoff b) 2° ley de Kirchhoff c) ley de Ohm d) ley de Joule

56.-(A) Al establecer el número de ecuaciones de nodo de una red en la que n es el número de nodos, se considera como el número de ecuaciones:

a) n-1 b) n +2 c) n + 1 d) n - 257.-(H) Para establecer el número de ecuaciones de malla se considera:

d) n mallas + 1 f) n mallas - 1 h) el mismo número de mallas independientes m) ninguna malla

58.-( 4 ) Al aplicar las leyes de Kirchhoff para calcular las corrientes en una red eléctrica se establecen tres ecuaciones independientes, y se resuelven correctamente y una corriente sale negativa. Tal pensamiento hace considerar que:

1) Se tiene que repetir todo el problema 2) Se tiene que cambiar el sentido a todas las corrientes3) Que el problema no se puede resolver con las leyes de Kirchhoff 4) Que el valor numérico de la corriente negativa es correcto y que solo tiene sentido contrario al

dado inicialmente-3 / 3º EVALUACIÓN / FÍSICA III / NOV 2011-

59.-( M ) El puente de Wheatstone sirve para encontrar valores desconocidos de: g) energía m) resistencias eléctricas j) carga eléctricas k)

fuerza eléctrica60.-( G ) El puente de Wheatstone se encuentra balanceado cuando la intensidad de corriente eléctrica que

circula por el galvanómetro es igual a.f) uno g) cero k) la suma j) diferente de cero

61.-( J ) El puente de Wheatstone se encuentra desbalanceado cuando la intensidad de corriente eléctrica que circula por el galvanómetro es:f) uno g) cero k) la suma j) diferente de cero

62.-( Q ) Escriba la expresión matemática que representa la resistencia incógnita RX, en el puente de Wheatstone balanceado:

z) R1R2R3 q)R2R1/R3 t)R1/R2R3 d) 1/R1R2R3

63.-( K ) Un acumulador convierte energía química en energía: k) eléctrica. h) mecánica s) luminosa x) acústica

64.-( U ) Mencione 2 características de las pilas y) régimen y capacitancia u) Fem. y capacidad p) resistencia y volumen h)

potencia y energía65.-( F ) Nombre de una pila básica:

f) Volta g) Faraday h) Newton k) Ohm

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Física III

66.-( S ) Las pilas se clasifican en primarias y k) básicas. h) mecánicas s) secundarias x) fundamentales

67.-( 0 ) Es la cantidad de electricidad que suministra la celda, de acuerdo con las cantidades de substancia que entran en reacción:

0) Capacidad 1) Régimen 2) Energía 3) fem68.-( 4 ) Es la intensidad de corriente normal de descarga de una celda:

2) Capacidad 4) Régimen 6) Energía 8) fem69.-( 4 ) Es la diferencia de potencial que mide en los bornes de la celda un voltímetro de

resistencia infinita1) Capacidad 2) Régimen 3) Energía 4) fem

70.-( 7 ) Es originada por el grado de dificultad con que los iones pasan a través de la solución:5) Capacidad 6) Régimen 7) resistencia interna 8) fem

71.-( 8 ) Las pilas están constituidas por dos:2) polos 4) polos negativos 6) polos positivos 8) polos positivo y negativo

72.-( P ) fem para n celdas iguales en serie: p) n e h) e / n g) ξ = e i) ξ / r

73.-( G ) fem para n celdas iguales en paralelo:p) n e h) e / n g) ξ = e i) ξ / r

74.-( F ) Resistencia interna de una batería compuesta por n celdas iguales conectadas en paralelo:e) n ri r) ri / n f) ri + 1 / n h) ri / n + 1

75.-( E ) Resistencia interna de una batería compuesta por n celdas iguales conectadas en serie:e) n ri r) ri / n f) ri + 1 / n h) ri / n + 1

76.-( 4 ) Es el producto de la capacidad de la celda por la corriente de régimen2) Capacidad 4) Régimen 6) Energía 8) fem

77.-( 4 ) Expresión para calcular la intensidad de corriente en un agrupamiento de pilas en serie, de igual valor, con resistencia de carga:

3) ξ / Rt 4) n e / R + n r 5) ξ + Rt 6) e / ( R +ri / n )78.-( 6 ) Expresión para calcular la intensidad de corriente en un agrupamiento de pilas en

paralelo, de igual valor, con resistencia de carga:3) ξ / Rt 4) n e / R + n r 5) ξ + Rt 6) e / ( R +ri / n )

79.-( E ) Expresión para calcular la resistencia desconocida de un puente de hilo o de regla:q) R1 R2 / R3 w) L1 L2 / R e) R L1 / L2 r) L1 L2 / L3.

80.-( D ) La fem de una batería cuando se mide se hace:a) con carga d) a circuito abierto f) a circuito cerrado m) a corto circuito.

1- Por una resistencia de 30 ohm de una plancha eléctrica circulan 4 A. de intensidad, al estar funcionando. Si se le aplican 120 v de d.d.p. ¿que cantidad de calor produce en un tiempo de 12 minutos?R = 30 ohm V = 120 V

A = 4

T = 720 seg

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Física III

Q =?2- Un calentador se le aplica una d.d.p. de 130 v y produce .7 Kcal / seg ¿Cual es su resistencia?Q = 700 cal / seg

V = 120 V

R = I =

3- Un tostador eléctrico de pan tiene una resistencia de 20 ohm y se conecta durante 4 minutos a d.d.p. de 120 v ¿Que cantidad de calor produce?

R = 20 ohm

T = 240 s

V = 120 V

Q =?

4- ¿Cual es la Resistencia de un aparato que está en serie con un amperímetro de 0.02 ohm de resistencia interna que indica A, si un voltímetro conectado a los extremos de la serie indica 10 V?

R = 0.02 ohm

I = 50 A

V = 10 V

5- Un reproductor portátil de CD no tiene marcada una especificación de potencia, pero en la etiqueta se indica que consume una corriente máxima de 250 m A. El reproductor usa 3 baterías de 1.5 V conectadas en serie ¿Cual es la potencia máxima consumida?

I = 250 m A

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Física III

V = 4.5 V

P =?

6- Hallar la resistencia de un calentador eléctrico empleado para elevar una temperatura de 800 g de agua desde 25 grados centígrados a su punto de ebullición de 5 minutos. La tensión de funcionamiento del aparato es de 120 V.

V = 120 V

M agua = .8 Kg Ti =25Tf = 100T = 300 s

R = 17.28 ohm7- El motor de un montacargas consume 10 A a 110 V para elevar un peso de 550 Kg a una velocidad de 15 cm / s .Calcular el rendimiento del sistema.

I = 10 A

V = 110 V = 1100

F = 5390 N = 808.5

V = 0.15 m / s %

8 – Un tanque de 400 litros de agua se utiliza como baño de temperatura constante hallar el tiempo necesario para elevar la temperatura de este baño de 17 a 25 grados centígrados empleando un calentador eléctrico de 127 v a 9 A de intensidad.

t = ?

V = 127 V

I = 9 A

R = 14.1 ohm

Q = ?

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Física III

T = 38

9- Utilizando la ley de ohm calcule la intensidad de corriente del siguiente circuito:

E1 = 22 V

r2 = 0.1 ohm

E1 = 25 V

r1 = 0.3 ohmR1= 5 ohmR2 = 7 ohmR3 = 2 ohm

10- La eficiencia de una fuente es del 85 % su fem es de 220 V y la Resistencia interna de 20 ohm. Determine la resistencia externa y la potencia perdida.R = 20 ohm Re = V/II = 10 A Re= 17 ohm200----85% = 170 V P = VI P = 300 W

11- En un circuito E = 9 V si r es un quinto de R y la R1 es de 3 ohm. Calcular r, R y la eficiencia.R = 1/5 R = 3/5 OHM = .6 ohm

12- Tres resistores de 75 ohm y un resistor de 15 ohm se conectan en serie en los extremos de una bacteria de 9 V A) Cual es la corriente a través del resistor de 15 ohmB) Determine la caída de voltaje en los extremos del resistor de 15 ohm

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13- Dos resistores se conectan en paralelo en los extremos de una batería de 12 V el resistor A tiene un valor de 24 ohm y el resistor B conduce una corriente de 250 m A ¿Cuál es la diferencia de potencial en cada resistor? ¿Cuál es la resistencia en le resistor B?¿Cuál es la potencia que se dispara en el circuito?

14- Cual es la Resistencia entre los puntos A y B, UNA FEM DE 276 v se conecta a las terminales A y B ¿cual es la corriente en el resistor de 12 ohm?

15- Si una fem de 93.5 V se conecta a las terminales A y B la corriente en el resistor de 40 ohm es de 17 A ¿cual es el valor del resistor desconocido R?

16- Halla la resistencia equivalente entre los puntos A y B para la combinación de resistores mostrados en la figura. Una fem de 18 V esta conectada a las terminales A y B ¿Cuál es la corriente en el resistor de 1 ohm y de 8 ohm?

17- ¿Cuál es la resistencia entre los puntos A y B?Cada resistor tiene la misma resistencia ¿Cuál es la resistencia entre los puntos B y C. Si una fem de 32 V se conecta a las terminales A y B si cada R= 2 ohm ¿Cual será la corriente en cada resistor?

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Física III

18- Calcule la resistencia equivalente entre las terminales A y B para remplazar todos los resistores del diagrama.Cuanta corriente fluye a través de la femCuanta corriente circula a través del resistor 6

19- En el siguiente circuito eléctrico calcule la intensidad de corriente total:

I =

20- Calcule la I4 del siguiente circuito eléctrico:

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Física III

21- Calcular la intensidad de corriente eléctrica del siguiente circuito eléctrico, utilizando las leyes de Kirchhoff.

r1= 0.2

r2= 0.4

r3= 0.3

22- Calcular las intensidades utilizando leyes de Kirchhoff.Nodo A I2 + I3 – I1= 0Malla I E1+ E2 = I1R1 + I2R2Malla II – E2 + E3 = - I2R2 + I2R2Utilizando el metodo de determinantes nos da como resultado para cada intensidad lo siguiente:I1= 2.34 AI2= 0.25 AI3 = 2.59 ASustituyendo en ecuación 1 los resultados nos queda:

I2+I3-I2=0 ; 0.25+2.34-2.59 = 0

23- Calcule la Intensidad total:

24- Calcular la Intensidad total:

Rt =

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I =

25- Calcular la intensidad de corriente en la Resistencia R5 si la fem es de 60V.

26- Calcule el valor de Rx por medio del modelo matemático puente de Wheatstone si los valores de R1 = 7 ohm, R2= 12 ohm y R3= 21 ohm.

ohm

27- Calcule el valor de Rx por medio del modelo matemático puente de Wheatstone si los valores de R1 = 2 ohm, R2= 9 ohm y R3= 4.8 ohm.

Ohm