Problemas resueltos de Fisica 1

CUARTA PRÁCTICA DIRIGIDA DE FISICA II CAPACIDAD ELÉCTRICA Y CONDENSADORES 1) Se carga carga a un capaci capacitor tor C1 de 6 μF hasta una diferencia de potencial de 200 V y después se desconecta de la batería Seguida!ente se conecta C1 en paralelo "placa a placa) con un segundo capacitor C2 # inicial!ente descargado Si la diferencia de potencial final $ue alcan%a la cone&i'n es de 120 V# (cul ser la capacidad del segundo capacitor* 2) +n condens condensado adorr plano cuya distanc distancia ia entre entre sus placas placas es 6 !! es cargado cargado con una batería batería de 120 V +na +na ,e% cargado se desconecta de la batería y se reduce la distancia entre placas a - !! Calcular. a) /a diferencia de potencial final entre las placas b) /a capacidad final del condensador# si antes de acercar las placas era de 2000 F -) +n condensador de  F fue cargado con 2 V /uego# sin batería de carga# carga# es conectado en paralelo a un segundo condensador de 6 F # cargado con 130 C (Cul es la carga y el potencial final $ue alcan%an c4u de los condensadores* ) Se tiene un condensador de  F cargado con una batería batería /a batería es retirada# y el condensador se conecta en paralelo con un segundo condensador de 6 F# alcan%ndose un potencial final de 3 V en el e$uilibrio electrosttico 5allar el ,oltae de la batería y la carga final de cada condensador

CONDENSADOR PLANO, CILÍNDRICO, ESFÉRICO - ENERGÍA ALMACENADA 7) +n condensador esférico est constituido por dos esferas concéntricas separadas por un dieléctrico Suponiendo $ue la carga $ue el condensador est conectado a una pila $ue le co!unica una diferencia de potencial Vo 8 100 V# los radios de las esferas son r 1 8 10#0 c! y r 2 8 20#0 c!# respecti,a!ente y $ue el dieléctrico es el ,acío ,acío 5allar. a) la capacidad del condensador# b) la carga del condensador esférico y# y# c) la energía potencial electrosttica $ue al!acena 6) +n condensador cilíndrico est constituido por dos cilindros coa&iales separados por un dieléctrico Suponiendo $ue la carga del condensador es 98 100 C# los radios de los cilindros son r 18 6#0 c! y r 2 8 :#0 c!# respecti,a!ente# su longitud / 8 70#0 c! y $ue el dieléctrico es el ,acío# deter!ine. a) la capacidad del condensador# b) la diferencia de potencial entre sus placas y c) la energía potencial electrosttica $ue al!acena al!acena ;) +n capacitor de placas paralelas tiene cargas fias de < 9 y = 9 >ntonces >ntonces se duplica la separaci'n entre las placas (>n $ué factor ca!bia la energía al!acenada* 3) +n capacitor de placas paralelas paralelas de 16 pF se carga por !edio de una batería batería de 10 V# V# $ue luego es desconectada Si la distancia entre las placas es 2 !! 5allar. a) la energía al!acenada en el capacitor # y b) la densidad de energía :) +n condensador de 3 F fue cargado con -2 V /uego# sin batería de carga# es conectado a otro condensador de 10F cargado con 130 C pero con la polaridad in,ertida 5allar. a) el potencial final $ue alcan%an c4u de los condensadores y# b) la energía $ue se pierde durante el proceso de transferencia de carga

CONEXIÓN DE CONDENSADORES 10) /a figura adunta !uestra una fuente de ,oltae de -0 V conectada a los bornes ?y @ de una configuraci'n de condensadores Si la energía energía total del siste!a de condensadores es -2 & 10A6 oule (Cul ser el ,alor de la capacitancia C de cada condensador* 11) 11) >n la cone&i'n cone&i'n de capacitores capacitores !ostrada !ostrada en la figura# hallar. a) /a capacidad capacidad e$ui,alente e$ui,alente entre ? y @ b) /a carga y el potencial de los capacitores de - µF# 3 µF y 12 µF cuando la cone&i'n se conecta a una batería de 2 V por los e&tre!os ? y @ 6µF

A

12µF

3µF

8µF

6µF

B 4µF

6µF

Brob 2Brob 2

12) >n la figura# la batería @ su!inistra 17 V 5alle la carga sobre cada capacitor en los casos siguientes. a) cuando el interruptor S1 se cierra y# b) cuando "!s tarde) S2 ta!bién se cierra Considere C1 8 2#0 μF# C2 8 -#0 μF# C- 8#0 μF y C 8 7#0 μF 1-) Cuando el interruptor S se !ue,e hacia la i%$uierda "figura adunta) las placas del capacitor C1 ad$uieren una diferencia de potencial de Vo ?de!s C2 y C- estn descargados inicial!ente Si el interruptor  SD se !ue,e hacia la derecha (Cules son las cargas finales y ,oltaes finales de C1# C2 y C-* Eatos. C18 C28 -#00 F y C- 8 6#00 F Vo 8 -6#0 V 1) >n la cone&i'n de capacitores !ostrada en la figura# hallar. a) /a capacidad e$ui,alente entre ? y @ b) /a carga y el potencial de los capacitores de - µF# 10 µF y 12 µF cuando la cone&i'n se conecta a una batería de 12 V por los e&tre!os ? y @

6µF

12µF

A

3µF

10µF

6µF B

4µF

4µF

Brob 26

Brob 2;

17) >n la cone&i'n de condensadores !ostrada# el punto indicado est a 13V con respecto de tierra 5allar. a) /a capacidad e$ui,alente entre el punto a 13V y tierra b) la carga en c4u de los condensadores de 2 F y - F# respecti,a!ente# cuando se aplica 13 V

CONDENSADORES CON DIELÉCTRICO 16) >l ca!po eléctrico entre las placas paralelas de un capacitor separado por un dieléctrico "de  8 6) es de 3 & 10 V4! /as placas estn separadas una distancia de 2 !! y la carga de cada placa es de 300 nC 5allar. a) la capacidad de este condensador b) el rea de cada placa del capacitor 1;) +n capacitor de aire de 2000 pF se conecta a una batería de 100 V Si se introduce un dieléctrico " de G 8 11) entre las placas# (cunta carga !s pasar desde la batería* 13) +n capacitor descargado se conecta a una batería de 3 V hasta $ue se carga co!pleta!ente y luego se desconecta Seguida!ente se inserta entre las placas un dieléctrico (Cul ser el ,alor de la constante dieléctrica # si la diferencia de potencial entre las placas dis!inuye a 3 V* 1:) +n capacitor de aire de 1000 pF se conecta a una batería de 200 V Si se introduce un dieléctrico# de constante G# entre las placas# pasan 1000 nC !s desde la batería ( Cul es el ,alor de G* 20) +n capacitor descargado se conecta a una batería de Vo hasta $ue se carga co!pleta!ente y luego se desconecta Seguida!ente se inserta entre las placas un dieléctrico de G 8 ; Si la diferencia de potencial entre las placas ,aría a ;0V# (cul es el ,alor de Vo* 21) +n capacitor de aire de 1000 μF se conecta a una batería de 3 V hasta $ue se carga co!pleta!ente y luego se desconecta Seguida!ente se inserta entre las placas un dieléctrico a) (Cul ser el ,alor de la constante dieléctrica # si la diferencia de potencial entre las placas dis!inuye a 3 V* b) ?un con el dieléctrico# el capacitor ,uel,e a conectarse a la batería (cunta carga !s pasar desde la batería*

22) +n capacitor de placas paralelas# con dieléctrico de constante igual a 6# se carga con 2 nC al conectarlo a una batería de 12 V Si la distancia entre las placas es de - !!# calcular. a) la energía al!acenada en el capacitor# b) la densidad de energía# c) la energía al!acenada en el capacitor si es retirado el dieléctrico# estando conectada la batería# y d) el ,alor del ca!po eléctrico resultante del capacitor sin dieléctrico 2-) >l aire seco falla si el ca!po eléctrico es !ayor $ue - & 106 V4! (9ué cantidad de carga puede ad!itir un capacitor de placas paralelas si el rea de cada placa es 100 c!2* 2) >l aire seco falla si el ca!po eléctrico es !ayor $ue - & 106 V4! (5asta cuntos coulo!bs se puede cargar un capacitor de aire de placas paralelas # de rea 30 c!2 # antes de $ue se $ue!e* 27) Se $uiere construir un condensador de placas paralelas# usando ,idrio co!o dieléctrico >l ,idrio tiene una constante dieléctrica G 8 3# y una tensi'n de ruptura "resistencia dieléctrica) de 2&10; V4! >l condensador debe tener una capacidad de 020 µF y debe de soportar una diferencia de potencial !&i!a de 10 V Eeter!inar el rea !íni!a $ue deben de tener las placas del condensador

CORRIENTE ELÉCTRICA 26) /a cantidad de carga en coulo!b $ue pasa por una superficie de 1#7 c!2 de rea ,aría con el tie!po co!o $ 8 7t-< tl cobre tiene# !s o !enos# un electr'n libre por to!o# disponible para transportar la carga# su densidad ,olu!étrica es 3#:2 g4c!-#su peso !olecular es 6-#7 g4!ol y su resisti,idad 8 1#;2&10-8 A! I ?8 6#02&102- to!os4 !ol $e8 1#6&10A1: coulo!b4electr'n 5allar. a) /a densidad de corriente b) /a ,elocidad de deri,a c) /a resistencia del ala!bre c) /a intensidad de ca!po eléctrico 2:) Eie% !etros de cable consiste en 7 ! de ala!bre de cobre seguidos de 7 ! de ala!bre de alu!inio "a!bos con un 1 !! de di!etro) ? tra,és de él se establece una diferencia de potencial de 30 V 5allar la diferencia de potencial a tra,és de la parte de alu!inio J ?l 8 2#67&10A3 KA!  JCu 8 1#63&10A3 KA! -0) /os lados de un blo$ue rectangular de carb'n estn orientados sobre los ees &# y# % y tiene longitudes de 1#0 c! 2#0 c! y #0 c! respecti,a!ente 5allar la resistencia eléctrica en !ilioh!ios "!K) cuando la corriente eléctrica pasa por  el blo$ue en la direcci'n & Suponga $ue la resisti,idad del carb'n Jcarbon 8 -#0 &10A7 KA! -1)Suponga!os $ue a 0 LC la resistencia de un ter!'!etro de platino es de 16#2 K Cuando se coloca en una deter!inada soluci'n# la resistencia es 13;# K (Cul ser la te!peratura de la soluci'n en LC* o −1 α   platino = 0, 0 03927 ( C  ) -2)(Cunto se tendr $ue ele,ar la te!peratura en LC de un conductor de cobre# $ue inicial!ente est a 20LC para o −1 au!entar 20 M su resistencia* α  = 0.0068( C ) cobre --) +n tro%o de cable de alu!inio se conecta a una fuente de potencia de precisi'n de 10 V "fe!)# y se ! ide una corriente de 0#212 ? a 20LC >l cable se conecta en un nue,o a!biente cuya te!peratura se desconoce# y la corriente $ue o −1 α  pasa por él es de 0#-613 ? (Cul es la te!peratura en LC del nue,o a!biente*  Al  = 0.00429( C ) -) +n ala!bre de nicro! !ide 26 ! de largo >l ala!bre tiene un di!etro de 0#70 !! y se encuentra a 20 LC Si conduce una corriente de 0#77 a!perios# hallar la !agnitud de la intensidad de ca!po eléctrico en el ala!bre  Jnicro! 8 1#70&10A6 KA! -7) +n conductor de alu!inio al ser so!etido a una diferencia de potencial V entre sus e&tre!os# es recorrido por una corriente de 7 a!perios estando a 20 LC Calcular la intensidad de corriente cuando# por efecto del calenta!iento# el conductor se encuentra a 30 LC "Suponga $ue no hay dilataci'n)  ?lu!inio a 20LC . ρ 8 2#32&10A3 N!  α 8 -#:&10A- LCA1

Los Profesores e! C"rso #$%&#%'#&(