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EM2011 Serie de Problemas 01 -Problemas Fundamentales-

EM2011 Serie de Problemas 01 -Problemas Fundamentales-. G 09NL16 Sergio Gaitán Pinzón Universidad Nacional de Colombia Depto de Física Mayo 2011. Faraday.

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EM2011 Serie de Problemas 01 -Problemas Fundamentales-

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  1. EM2011Serie de Problemas 01-Problemas Fundamentales- G 09NL16 Sergio Gaitán Pinzón Universidad Nacional de Colombia Depto de Física Mayo 2011

  2. Faraday • 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.

  3. Solución • Partamos de que la fuerza sobre un conductor móvil está dada por: • F=ilB Ahora, sabemos que la distancia recorrida en un tiempo dt está dada por: • dx=vdt El trabajo realizado estaría definido mediante: • dW=Fdx=ilB X vdt El producto de i(corriente) por dt está definida como la carga dq desplazada en ese lapso de tiempo, por lo cual: • dW=lBvdq Sabiendo que la fem esta definida como dW/dq, reempazando obtendríamos finalmente: • Ɛ=Blv Y la anterior ecuación sería la expresión que describe la fuerza electromotriz inducida.

  4. 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. • cuál es la carga en cada placa si a través de ellas se conecta una batería de 12VDC? • estime el área para construir un capacitor de 1 Faradio.

  5. Solución • Consideraciones: • Área • Para el inciso a) tendríamos: • C = ε₀ (A/d) = 8,85x10^-12 (0,06m^2)/1x10^-3m= C = 5,31x10⁻¹⁰ F • Y la carga la hallaríamos por medio de la ecuación 2,entonces: • Q=CV= 5,31 x 10^-10F*12V= 6,372 x 10^-9 C. • Para la parte b),usaríamos la ecuación 1,despejando A: • A=Cd/ ε₀= 1F*1x10^-3m/8.85x10^-12=1,13 x 10^8m^2

  6. 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? Solución • Teniendo • Reemplazamos y obtenemos: 4. Si dicha energía se libera en 1 milisegundo cuál es la salida de potencia equivalente? Solución

  7. 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 Solución P=IV y V=IR, por lo cuál , y despejando I obtendremos: Y sabiendo que I=q/t, reemplazamos obteniendo finalmente: Y finalmente reemplazamos los datos y tendremos:

  8. 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? Solución b) a cuántos electrones equivaldría? Solución Sabiendo que Tenemos que:

  9. 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? • Por ley de Ohm sabemos que V=RI, y despejamos R para hallar la resistencia pedida, entonces tendremos: • b) Si la batería se debilita y su voltaje desciende a 1,2 V cuál es la nueva corriente?

  10. 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. • Estime la cantidad de carga transferida entre la nube y la tierra. • La potencia promedio entregada durante los 0,2 segundos.

  11. Solución • Inciso a) • E=qV, de allí despejamos q y tendremos: • Inciso b) • P=E/t , tendremos:

  12. Circuitos 9. Dos resistores de 100 ohmios están conectados en paralelo y en serie a una batería de 24 VDC. • Cuál es la corriente a través de cada resistor • Cuál es la resistencia equivalente en cada circuito?

  13. Solución • Si los resistores están en serie la resistencia equivalente está dada por: • En este tipo de circuitos la corriente eléctrica que fluye por cada resistor será igual, entonces:

  14. Solución • Cuando los resistores son conectados en paralelo, el voltaje es igual para todos los elementos del circuito, por lo cual la corriente que viajará por cada resistor tendrá un valor de: • La resistencia equivalente vendría dada por: • Entonces Re sería 1/valor obtenido arriba que es: • 50 Ohm

  15. 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: • El número de espiras de la bobina primaria. • La potencia transformada

  16. Solución Sabiendo de antemano que: Despejamos N1 y obtenemos:

  17. Solución • Sabiendo que P=IV y que la potencia de entrada es igual a la de salida reemplazamos y obtenemos:

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