TALLER DE CIRCUITOS (Para entregar en grupos máximo de 3 estudiantes) Liro! "oung#$ree "oung#$reedman#S dman#Sears#%a ears#%amans&' mans&' Tomo Tomo *a Edi+i,n
CAPITULO - (CORRIE.TE RESISTE.CIA " $E/)! PRE0U.TAS P*1 Una varilla cilíndrica tiene resistencia R. Si se triplica su longitud y diámetro, ¿cuál será su resistencia en términos de R? P1 Las baterías siempre tienen rotulada su fem por e!emplo, e!emplo, una batería de tama"o ## para linterna dice $%.& volts'. ¿Sería apropiado eti(uetarlas también con la corriente (ue producen? ¿)or (ué? P31 La corriente ocasiona (ue la temperatura de un resistor real se incremente. ¿)or (ué? ¿*ué efecto tiene el calentamiento sobre la resistencia? +pli(ue. P21 ¿-uál de las gráficas gráficas (ue aparecen en la figura figura % ilustra ilustra me!or la corriente corriente en un resistor resistor real como funci/n de la diferencia de potencial 0 a través suyo? +pli(ue. 1Sugerencia2 vea la pregunta para análisis )3.4
Figura 1.
P-1 Una bombilla brilla por(ue tiene resistencia su brillo aumenta con la potencia eléctrica (ue disipa. a) +n el circuito (ue se ilustra en la figura 5a, las dos bombillas # y 6 son idénticas. +n compar comparaci aci/n /n con la bombil bombilla la #, ¿la bombilla bombilla 6 brilla brilla más, igual igual o menos? menos? +pli(ue +pli(ue su ra7onamiento. ) Se retira la bombilla 6 del circuito y éste se completa como se ilustra en la figura 5b. +n comparaci/n con el brillo de la bombilla # en la figura 5a, ¿a8ora la bombilla # brilla más, igual o menos? +pli(ue su ra7onamiento.
Figura 2.
P1 Un fusible es un dispositivo dise"ado para interrumpir un circuito eléctrico, por lo general 8aciendo (ue se funda cuando cuand o la corriente supera cierto valor. ¿*ué características debe tener el material con (ue se fabrica el fusible?
E4ERCICIOS *1 Un alambre de plata de 5.9 mm de diámetro transfiere una carga de :5; - en <; min. La plata contiene &.< = %;5< electrones libres por metro c>bico. a) ¿-uál es la corriente en el alambre? ) ¿-uál es la magnitud de la velocidad de deriva de los electrones en el alambre? 1 Una varilla cilíndrica de %.&; m de largo y ;.&;; cm de diámetro se conecta a una fuente de potencia (ue mantiene una diferencia de potencial constante de %&.; 0 entre sus etremos, en tanto (ue un amperímetro mide la corriente (ue la cru7a. Se observa (ue a temperatura ambiente 15;.; -4 el amperímetro da una lectura de %<.& #, en tanto (ue a @5.; - arro!a una lectura de %A.5 #. Se puede ignorar la epansi/n térmica de la varilla. -alcule2 a) La resistividad ) +l coeficiente de temperatura de la resistividad a 5; - para el material de la varilla. 31 ¿*ué longitud de alambre de cobre de ;.:95 mm de diámetro tiene una resistencia de %.;; Ω? 21 +s frecuente (ue en las instalaciones eléctricas domésticas se utilice alambre de cobre de 5.;& mm de diámetro. Betermine la resistencia de un alambre de ese tipo con longitud de 5:.; m. -1 Una bombilla (ue recibe energía de una batería tiene filamento de tungsteno. -uando el interruptor (ue conecta la bombilla con la batería se enciende por primera ve7 y la temperatura de la bombilla es de 5; -, la corriente en la bombilla es de ;.<9; #. Una ve7 (ue la bombilla 8a estado encendida durante 3; s, la corriente es de ;.55; #. )asado ese tiempo, ¿cuál es la temperatura del filamento? 1 Un cable de transmisi/n de cobre de %;; Cm de largo y %;.; cm de diámetro transporta una corriente de %5& #. 51 a) ¿-uál es la caída de potencial a través del cable? ) ¿-uánta energía eléctrica se disipa por 8ora en forma de energía térmica? 61 Un resistor con diferencia de potencial de %&.; 0 a través de sus etremos desarrolla energía térmica a una tasa de 35A D. a) ¿-uál es su resistencia? ) ¿-uál es la corriente en el resistor?
71 8omi99a e9:+tri+a europea. +n +uropa el volta!e estándar doméstico es de 55; 0 y no de %5; 0, como en +stados Unidos. )or consiguiente, se entiende (ue una bombilla europea de $%;; D' se usaría con una diferencia de potencial de 55; 0. a) Si se lleva una bombilla europea de $%;; D' a un 8ogar estadounidense, ¿cuál debería ser su especificaci/n en +stados Unidos?
) ¿-uánta corriente tomaría la bombilla europea de %;; D al usarse normalmente en +stados Unidos?
PRO8LE/A *;1 +n su primer día de traba!o como técnico electricista, se le pide (ue determine la resistencia por metro de un elemento largo de alambre. La compa"ía (ue lo emplea tiene poco e(uipo. Usted encuentra una batería, un voltímetro y un amperímetro, pero no un instrumento (ue mida la resistencia directamente 1un /8metro4. Usted conecta los alambres del voltímetro a las terminales de la batería y la lectura es de %5.9 0. -orta 5;.; m del alambre y lo conecta a la batería, con un amperímetro en serie para medir la corriente en el alambre. +l amperímetro da una lectura de A.;; #. Bespués corta un tro7o de alambre de :;.; m de longitud y lo conecta a la batería, de nuevo con el amperímetro en serie para medir la corriente, y la lectura (ue se obtiene es de :.5; #. #un cuando el e(uipo de (ue dispone es muy limitado, su !efe le asegura (ue es de alta calidad2 la resistencia del amperímetro es muy pe(ue"a y la del voltímetro muy grande. ¿-uál es la resistencia de % metro de alambre?
CAPITULO (CIRCUITOS DE CORRIE.TE DIRECTA) PRE0U.TAS P*1 ¿+n cuál bombilla de %5; 0 el filamento tiene mayor resistencia2 en una de 9; D o en una de %5; D? Si las dos bombillas se conectan en serie a una línea de %5; 0, ¿a través de cuál bombilla 8abrá una mayor caída de volta!e? ¿E si se conectan en paralelo? +pli(ue su ra7onamiento. P1 Bos bombillas de %5; 0, una de 5& D y otra de 5;; D, se conectaron en serie a través de una línea de 5:; 0. +n ese momento parecía una buena idea, pero una bombilla se fundi/ casi de inmediato. ¿-uál fue y por (ué? P31 Si dos resistores R % y R 5 1R 5 > R %4 están conectados en serie como se ilustra en la figura 3, ¿cuál de los siguientes enunciados es verdadero? Bé una !ustificaci/n para su respuesta. a) % F 5 F 3. ) La corriente es mayor en R % (ue en R 5. +) +l consumo de potencia eléctrica es el mismo para ambos resistores. d) +l consumo de potencia eléctrica es mayor en R 5 (ue en R %. e) La caída de potencial es la misma a través de ambos resistores. Figura 3. <) +l potencial en el punto a es el mismo (ue en el punto c. g) +l potencial en el punto b es menor (ue en el punto c. =) +l potencial en el punto c es menor (ue en el punto b. P21 Si dos resistores R % y R 5 1R 5 > R %4 se conectan en paralelo como se ilustra en la figura :, ¿cuál de los siguientes enunciados debe ser verdad? +n cada caso !ustifi(ue su respuesta. a) % F 5. ) 3 F :. +) La corriente es mayor en R % (ue en R 5.
Figura 4.
d) La tasa de consumo de energía eléctrica es la misma para ambos resistores. e) La tasa de consumo de energía eléctrica es mayor en R 5 (ue en R %. <) 0cd F 0ef F 0ab. g) +l punto c está a un potencial mayor (ue el punto d . =) +l punto f está a un potencial mayor (ue el punto e. i) +l punto c está a un potencial mayor (ue el punto e. P-1 )ara el circuito (ue se ilustra en la figura &, ¿(ué le sucede a la brillante7 de las bombillas cuando se cierra el interruptor S si la batería a) no tiene resistencia interna? ) tiene resistencia interna (ue no es despreciable? +pli(ue por (ué.
Figura 5.
E4ERCICIOS *1 +n la figura 9 se muestra un arreglo triangular de resistores. ¿*ué corriente tomaría este arreglo desde una batería de 3&.; 0 con resistencia interna despreciable, si se conecta a través de a4 ab b4 bc c4 ac? d4 Si la batería tiene una resistencia interna de 3.;; 0, ¿(ué corriente tomaría el arreglo si la batería se conectara a través de bc?
Figura 6.
1 -alcule la resistencia e(uivalente de la red de la figura A, y obtenga la corriente en cada resistor. La batería tiene una resistencia interna despreciable.
$igura 51
31 +n el circuito de la figura <, cada resistor representa una bombilla. Sea R % F R 5 F R 3 F R : F :.&;Ω,
y ε F @.;; 0. a) -alcule la corriente en cada bombilla. ) +ncuentre la potencia disipada por cada bombilla. ¿-uál, o cuáles, de éstas es la más brillante? +) #8ora se retira la bombilla R : del circuito y de!a un 8ueco en el alambre en la posici/n en (ue estaba. #8ora, cuál es la corriente en cada una de las bombillas restantes R %, R 5 y R 3? d) Sin la bombilla R :, ¿cuál es la potencia disipada en cada una de las bombillas restantes? e) -omo resultado de la remoci/n de R :, ¿cuál1es4 bombilla1s4 brilla1n4 más? ¿-uál1es4 brilla1n4 menos? #nalice por (ué 8ay diferentes efectos en las distintas bombillas. 21 +ncuentre las fem ε% y ε5 en el circuito de la figura @, y obtenga la
diferencia de potencial del punto b en relaci/n con el punto a.
Figura 9.
Figura 8.
-1 Un capacitor de :.9; µG, (ue al inicio está descargado, se conecta en serie con un resistor de A.&;
C Ω y una fuente de fem con ε F %5& 0 y resistencia interna insignificante. Husto después (ue el circuito se completa, cuáles son2 a) la caída de volta!e a través del capacitor ) la caída de volta!e a través del resistor +) la carga en el capacitor d) la corriente (ue pasa por el resistor e) Iuc8o tiempo después de completar el circuito 1después de muc8as constantes de tiempo4, ¿cuáles son los valores de los incisos a) a d)?
PRO8LE/AS 1 -alcule las tres corrientes %, 5 e 3 (ue se indican en el diagrama de circuito en la figura %;.
Figura 10.
51 a) -alcule el potencial del punto a con respecto al punto b, en la figura %%. ) Si los puntos a y b se conectan con un alambre con resistencia insignificante, determine la corriente en la batería de %5.; 0.
Figura 11.
61 +n el circuito de la figura %5, se mide la corriente (ue pasa a través de la batería de %5.; 0 y resulta ser de A;.9 m# en el sentido (ue se indica. ¿-uál es el volta!e terminal 0ab de la batería de 5:.; 0?
Figura 12.
