Tema 5 - Problemas Electricidad - 1213.pdf

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FÍSICA y QUÍMICA – 1º BACHILLERATO – TEMA 5: ELECTRICIDAD

Fuerza, campo y potencial eléctricos

01.- Dos cargas eléctricas puntuales de + 3 C y – 1 C están separadas un metro en el vacío. Calcula el campo eléctrico en el punto medio del segmento que las une.

02.- Las tres cargas que aparecen en la Figura están situadas en los vértices de un triángulo isósceles. Calcular el potencial eléctrico en el punto medio de la base teniendo en cuenta que las tres cargas que hay en los vértices del triángulo tiene un mismo módulo de 5 10-9 C.

03.- ¿Es posible que la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos del espacio sea igual a 0? En caso afirmativo, indica un ejemplo. Justifica adecuadamente la respuesta.

04.- Dos partículas con carga q = 0,8 C, cada una, están fijas en el vacío y separadas una distancia d = 5 m. Determina el campo eléctrico total que producen estas cargas en el punto A, que forma un triángulo equilátero con ambas. Calcula el campo y el potencial eléctricos en el punto medio entre las cargas, B.

05.- Una carga puntual de 4.5 nC está situada en el punto A (0, 6) de un sistema de coordenadas cartesiano. Otra carga puntual de – 3 nC está situada en B (0, -6). Las coordenadas están expresadas en metros. Calcular el valor del potencial eléctrico total generado por las dos cargas en el punto C (8, 0).

06.- En la Figura adjunta aparecen dos cargas q1 = 1 pC y q2 = -2 pC separadas entre sí una distancia d = 5 cm. Calcular el valor de la intensidad del campo eléctrico en los puntos A, B y C.

07.- Dos cargas puntuales de valor + 3Q y – Q están situadas en el eje X tal y como se indica en la Figura. Indica de forma razonada en cuál o cuáles de las 3 zonas que se indican el campo eléctrico total puede ser cero.

08.- Se tienen 3 cargas puntuales Q1 = 10-4 C, Q2 = - 5 10-5 C y Q3 = - 10-4 C, situadas respectivamente en los puntos A(-3,0), B(3,0) y C(0,2) m. Calcula el campo eléctrico y el potencial en el origen de coordenadas.

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10.- En la Figura adjunta aparecen dos cargas puntuales de valor -2Q y +Q. Indica en cuál de los puntos de la Figura (A, B, C, D o E) el campo eléctrico producido por las dos cargas puede ser nulo.

Escoge la respuesta correcta y justifica tu elección.

11.- La intensidad del campo eléctrico creado por una carga puntual en un punto cualquiera P…

1.-… es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre la carga y el punto P. 2.-… puede medirse en N/C.

3.-… depende de las propiedades del medio existente entre el punto P y la carga creadora del campo.

Indica cuál o cuáles de las afirmaciones anteriores son correctas:

a) Las tres son correctas.

b) Solamente la primera y la segunda son correctas. c) Solamente la segunda y la tercera son correctas. d) Solamente la primera afirmación es correcta. e) Solamente la tercera afirmación es correcta.

Escoge la respuesta correcta y justifica tu elección.

12.- En dos vértices opuestos de un cuadrado de lado 3 m hay sendas cargas idénticas de valor q = 10 C. Calcula la intensidad del campo eléctrico y el potencial eléctrico creado por dichas cargas en el centro del cuadrado.

13.- Dos cargas eléctricas, Q1 = -0.24 C y Q2 = 0.36 C están situadas en los puntos de coordenadas (-2, -4) m y (7, 6) m, respectivamente. Determina el potencial eléctrico en el punto (2, -1) m si el medio que rodea a las cargas es aire.

14.- ¿A qué distancia se deben colocar dos cargas iguales de 2.5 10-5 C para que se repelan con una fuerza de 300 N?

15.- Dos cargas eléctricas de -2.5 C y 6 C están separadas una distancia de 1.5 metros. Calcular:

a) El campo eléctrico resultante en el punto medio del segmento que las une. b) El punto en el que el campo eléctrico resultante sea nulo.

16.- Dos cargas eléctricas de + 2 10-8 C y -3 10-8 C están colocadas, respectivamente, en los puntos (3,0) y (0,1). Calcular:

a) el potencial eléctrico en el punto (2,2).

b) el trabajo necesario para trasladar una carga de 3 10-6 C desde ese punto al origen de coordenadas. Las coordenadas están expresadas en metros.

17.- Se tienen dos cargas de + 1.5 C y -2.5 C situadas en dos vértices consecutivos de un cuadrado de 2.5 m de lado.

a) ¿Qué cargas deberíamos poner en los otros dos vértices para que el campo total sea nulo en el centro del cuadrado?

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Ley de Ohm – Efecto Joule

01.- Una lámpara de 100 w funciona conectada a una tensión de 220 v. Calcula:

a) la intensidad de corriente que circula por ella. b) su resistencia.

c) el calor desprendido en la lámpara durante 1 hora de funcionamiento.

02.- Un calefactor de resistencia 2000 w que funciona a 220 v ha estado conectado toda la noche durante 8 h. Calcula:

a) la resistencia del calefactor.

b) la energía consumida en kwh (kilovatios-hora).

c) lo que ha gastado el calefactor esa noche si el kwh se factura a 10 céntimos de euro.

03.- Un secador de pelo de 2000 W de potencia se conecta durante 10 minutos cada día. Calcular el gasto anual que genera dicho secador si el coste actual del Kwh es de 0.09 €.

04.- Una televisión en modo “stand-by” gasta 10W debido principalmente al transformador y al piloto (un diodo LED). Si el precio de consumo eléctrico es de 0.16 € por cada kWh, mantener el televisor en modo stand-by durante un año nos supone un gasto de:

a) 0 € b) 45 céntimos c) 2 € d) 14 € e) Imposible de calcular

Elige la respuesta correcta y justifica tu elección.

05.- La bombilla de tu habitación tiene una potencia de 100 W. Teniendo en cuenta que durante el próximo año vas a estudiar una media de 7 horas diarias y que el precio del kwh es de 0.10 €, podemos afirmar que el coste anual aproximado del consumo de esa bombilla será de:

a) 0.25 € b) 2.5 € c) 25 € d) 250 € e) 25000 €

Escoge la respuesta correcta y justifica tu elección.

06.- En una vivienda funcionan los aparatos siguientes durante el tiempo señalado:

Aparatos Potencia (w) Tiempo diario

7 bombillas 40 3 h

1 plancha 1200 25 m

1 frigorífico 250 24 h

1 lavadora 1800 50 m

1 televisión 150 3 h

1 ordenador 250 2 h 15 m

1 secador de pelo 2000 12 m

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Circuitos eléctricos

01.- Determinar la diferencia de potencial y la intensidad de corriente que circula por la resistencia de 2 Ω.

02.- A partir del circuito de la figura, calcule las siguientes magnitudes.

a) Resistencia total del circuito.

b) Intensidad total que recorre el circuito. c) Potencia total disipada en el circuito. d) Intensidad que pasa por la resistencia Rb.

e) Diferencia de potencial a la que está conectada la resistencia Rd. f) Potencia disipada en la resistencia Rc.

03.- En el circuito de la Figura, la intensidad de corriente que recorre la resistencia 6 vale I6 = 1.40 A. El valor de las resistencias es el siguiente R1 = R2 = R3 = 2 Ω, R4 = 16 Ω, R5 = 8 Ω y R6 = 4 Ω. Calcular el valor de la diferencia de potencial que suministra la batería teniendo en cuenta que esta es ideal.

04.- En el circuito de la Figura el valor de las resistencias es R1 = 6 Ω y R2 = 18 Ω mientras que el generador ideal mantiene una diferencia de potencial de 12 V. Calcular:

a) El valor de la corriente I1 que aparece en la Figura.

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05.- En el circuito esquematizado en la Figura las bombillas 1, 2, 3 y 4 son idénticas. El interruptor S está inicialmente cerrado. Si abriéramos el interruptor S, que ocurriría con la intensidad de corriente de la bombilla número 1.

a) Se haría más grande. b) Permanecería constante. c) Se haría más pequeña.

d) No hay suficientes datos para contestar.

Escoge la respuesta correcta y justifica tu elección.

06.- Calcula la resistencia equivalente del circuito de la Figura y la intensidad de corriente que circula por cada una de las resistencias. Considera que el generador es ideal y por tanto, carece de resistencia interna.

07.- En el circuito de la Figura, calcular la intensidad que circula por la resistencia de 20 Ω y la diferencia de potencial entre los puntos a y b.

08.- Una asociación de resistencias en paralelo de 1 Ω, 2 Ω y 4 Ω está conectada a los extremos de un generador de fuerza electromotriz 12 V y resistencia interna despreciable. Determina:

a) el valor de la resistencia equivalente.

b) la intensidad de corriente producida por el generador. c) la intensidad que circula por cada resistencia.

09.- Supón que tienes muchas resistencias de 100 Ω cada una. Señala como las conectarías para tener una resistencia de:

a) 500 Ω b) 25 Ω c) 125 Ω d) 350 Ω

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10.- Discute la veracidad o la falsedad de los siguientes enunciados referidos al circuito de la Figura. Téngase en cuenta que el valor de las tres resistencias es el mismo.

a) La intensidad de corriente mayor pasará por R1.

b) La diferencia de potencial a la que está sometida R2 es de 5 voltios. c) La potencia disipada en R3 podría ser de 10 vatios.

d) Si R2 se rompiera, seguiría pasando intensidad de corriente por R1 y por R3. e) La resistencia equivalente del circuito es menor que el valor de R1.

11.- En el circuito de la Figura calcula:

a) la resistencia equivalente.

b) la intensidad total que atraviesa el circuito. c) la potencia total disipada.

d) la intensidad que atraviesa cada resistencia.

e) la diferencia de potencial a la que está conectada cada resistencia. f) la potencia disipada en cada resistencia.

12.- ¿Cuál de los siguientes valores de resistencia no se puede conseguir mediante la conexión de tres resistencias iguales de 4 Ω?

a) 4/3 Ω b) 2 Ω c) 8/3 Ω d) 12 Ω e) 6 Ω

Elige la respuesta correcta y justifica tu elección.

13.- El siguiente circuito muestra un total de 5 resistencias conectadas a una batería que mantiene una diferencia de potencial de 12 voltios. Calcular:

a) la intensidad que recorre cada resistencia.

b) la diferencia de potencial a la que está conectada cada resistencia.

14.- Cuatro bombillas idénticas P, Q, R y S están montadas en el circuito de la Figura. Si la bombilla Q llega un momento que se funde, indica razonadamente cual de las siguientes afirmaciones es correcta:

a) Las bombillas P, R y S siguen luciendo con la misma intensidad que lo hacían en un principio.

b) La bombilla P brilla más que al principio, pero menos de lo que ahora lo hacen R y S. c) La bombilla P brilla menos que al principio y menos de lo que ahora lo hacen R y S. d) La bombilla P brilla más que al principio y más de lo que ahora lo hacen R y S. e) La bombilla P brilla menos que al principio, pero más de lo que ahora lo hacen R y S.

15.- En el circuito de la figura la intensidad de la corriente que pasa por la resistencia de

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a) La resistencia equivalente del circuito.

b) La potencia disipada en la resistencia de 25 Ω. c) La potencia total del circuito.

17.- Un voltímetro con una resistencia interna r = 0.5 MΩ se usa para medir la diferencia de potencial VAB en los extremos de una resistencia tal y como se indica en la Figura. El valor de las dos resistencias de valor R es de 1 MΩ. Si la lectura que ofrece el voltímetro es de 6 v, calcular cual es la diferencia de potencial real VAB que se da en la misma resistencia cuando no está conectado ningún voltímetro. Discute las causas que generan la diferencia entre la lectura del voltímetro y la diferencia de potencial real que tú has calculado.

18.- Un generador real es capaz de mantener una corriente de 1 mA cuando se le conecta a una resistencia R1 = 2 kΩ. Observamos que si sustituimos la resistencia R1 por una R2 cuatro veces menor, la intensidad que recorre el circuito es el triple que la que había en el caso anterior.

A partir de los datos anteriores, averigua la fuerza electromotriz del generador y su resistencia interna.

19.- En el circuito de la Figura tenemos 3 resistencias de valor R y una de valor R0. Calcula que valor deben tener las resistencias de valor R para que la resistencia equivalente del circuito sea igual a R0.

20.- Razonar detalladamente que le ocurre a la bombilla A cuando el interruptor del circuito se cierra y la bombilla B se enciende.

Nota: Puede suponerse que ambas bombillas son iguales y tienen la misma resistencia para simplificar la discusión.

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22.- En el circuito de la Figura se tiene un generador ideal que suministra un fuerza electromotriz al circuito . Las resistencias que aparecen en el circuito tienen los

siguientes valores , , , y . Calcular la

resistencia total del circuito, la intensidad que recorre cada resistencia y la diferencia de potencial a la que está conectada cada resistencia.

23.- En el circuito de la Figura la fuerza electromotriz de la batería vale 5 V, R1 = 2 Ω, R2 = 4 Ω y R3 = 6 Ω. Calcula que valdrá la lectura del amperímetro del circuito. Si ahora intercambiamos la batería y el amperímetro demuestra que la lectura de éste no varía.

24.- Disponemos de tres resistencias R1 R2 R3 y las queremos conectar tal y como

se indica en la Figura. Indica cuál debe ser cada una de las resistencias para que la resistencia total obtenida sea máxima.

Justifica adecuadamente tu respuesta.

25.- En el circuito de la Figura se tienen cuatro resistencias conectadas a una batería que mantiene una diferencia potencial de 15 V. Los valores de las cuatro resistencias son P = 12 Ω, Q = 50 Ω, M = 10 Ω, N = 20 Ω. Calcular:

a) La resistencia total del circuito y la intensidad total que recorre éste. b) La intensidad que circula por cada resistencia.

c) La diferencia de potencial a la que está conectada cada resistencia.

26.- Una pila de 4.5 V está conectada a 4 resistencias tal y como indica el circuito de la Figura. Calcular:

a) la resistencia equivalente del circuito. b) la intensidad total que recorre el circuito. c) la intensidad que recorre cada resistencia.

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28.- En el circuito de la Figura tenemos 6 resistencias conectadas a un generador que proporciona una diferencia de potencial de 12 v. Los valores de las resistencias son Ra = 2 Ω, Rb = 4 Ω, Rc = 6 Ω, Rm = 8 Ω, Rn = 10 Ω; Rh = 12 Ω. Calcular:

a) La resistencia equivalente del circuito. b) La intensidad total que recorre el circuito. c) La potencia total consumida por el circuito. d) La intensidad que pasa por cada resistencia. e) La tensión a la que está conectada cada resistencia. f) La potencia consumida en cada resistencia.

29.- Una batería de 12 V de fuerza electromotriz y de resistencia interna 3 Ω está conectada a un circuito tal y como se muestra en la Figura. Cuando se conecta el interruptor S el valor que indica el amperímetro A pasa de:

a) 2.0 A a 1.0 A b) 2.0 A a 2.4 A c) 2.0 A a 10 A d) 4.0 A a 1.3 A e) 4.0 A a 6.0 A

Escoge la respuesta correcta y justifica tu elección.

30.- Disponemos de 3 resistencias iguales. Cada una de ellas disipa una potencia de 9 W cuando se conecta individualmente a una batería de 12 V. Calcula la potencia que disiparía cada una de ellas si se conectarán las 3 en serie de forma simultánea a la misma batería de 12 V.

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32.- Una batería de automóvil de 12 v de fuerza electromotriz se conecta a un grupo de 4 resistencias en serie de 2 Ω, 3 Ω, 4 Ω siendo el valor de la 4ª resistencia desconocido. Un voltímetro conectado a la resistencia de 4 Ω nos informa que la diferencia de potencial a la que está conectada está resistencia es de 3.2 v. Calcular el valor de la resistencia desconocida.

33.- En el circuito de la Figura calcula:

a) la resistencia equivalente.

b) la intensidad total que atraviesa el circuito. c) la potencia total disipada.

d) la intensidad que atraviesa cada resistencia.

e) la diferencia de potencial a la que está conectada cada resistencia. f) la potencia disipada en cada resistencia.

34.- En un circuito eléctrico tenemos 3 resistencias eléctricas conectadas en paralelo. Los valores de las dos primeras resistencias son 20 Ω y 15 Ω siendo desconocido el valor de la tercera resistencia. Calcula el valor de dicha resistencia teniendo en cuenta que la intensidad total que circula por el circuito es de 0.8 A y que la intensidad que pasa por la resistencia de 20 Ω es de 0.3 A.

35.- Tres resistencias de 10, 20 y 60 Ω se asocian en paralelo. Esta asociación se conecta a un generador que proporciona una diferencia de potencial de 15 v. Calcular:

a) la resistencia equivalente del circuito.

b) la intensidad de corriente total que recorre el circuito. c) la intensidad que circula por cada resistencia.

d) la potencia total consumida en el circuito. e) la potencia disipada en cada resistencia.

36.- Si se unen cuatro conductores iguales, cada uno de resistencia R, formando un cuadrado y se conectan a un circuito por dos vértices no consecutivos, la resistencia equivalente es:

a) R b) 2R c) 3R d) 4R e) 1/R

Escoge la opción correcta y justifica tu elección.

37.- Tres resistencias iguales de 15 Ω cada una están conectadas en paralelo. Esta combinación se conecta en serie a una cuarta resistencia de 25 Ω y a un generador de corriente de 60 V de diferencia de potencial. Dibuja el circuito y calcula:

a) La resistencia equivalente del circuito.

b) La potencia disipada en la resistencia de 25 Ω. c) La potencia total del circuito.

38.- Dos resistencias de 40 Ω y 60 Ω se conectan en paralelo a una batería de 12 v.

a) Dibuja el circuito.

b) Halla la resistencia equivalente.

c) Calcular la intensidad total del circuito.

d) Calcular la intensidad que pasa por cada una de las resistencias.

39.- Dos resistencias de 60 Ω y de 20 Ω están conectadas en serie a una tensión de 220 v. Calcular:

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