CUADERNILLO DE PROBLEMAS FÍSICA

E1) Un protón se mueve a 4,5*105 m/s en la dirección horizontal. Entra en un campo E= 9600 N/C dirigido verticalmente hacia abajo. Despreciando efectos gravitacionales, determinar: a) el tiempo que tarda en recorrer 5 cm horizontalmente, b) el desplazamiento en la vertical en ese tiempo, c) las componentes vertical y horizontal de la velocidad, d) el cambio de potencial y energía potencial en el mismo tiempo. (Solución: 111 ns; 5,7 mm; 1,02*105 m/s; 4,5*105 m/s; -54,7 V; -8,75*10-18 J = - 54,7eV)

E2) Una esferita de masa 0,1g cuelga de un hilo entre dos placas metálicas paralelas que están separadas 10cm. La carga sobre la esfera vale 9,8*10-8 C. ¿Qué diferencia de potencial hay entre las placas para que el hilo forme 45º con la vertical? (Solución: 1000 V)

E3) Con 1 gramo de cobre (densidad: 8920 kg/m3 ; resistividad: 1,7*10-8 Ω.m) se quiere fabricar un alambre uniforme de 0,5 Ω de resistencia, ¿cuáles serán la longitud y el diámetro del alambre conductor?.

Si por este conductor circula una corriente de 2 A, determinar:

1. la densidad de corriente en el conductor.
2. la diferencia de potencial entre sus extremos y el valor del campo eléctrico E en su interior. (Solución: 1,82 m, 0,28 mm; 3,25*107 A/m2; 1 V; 0,55 V/m)

E4) Tenemos un calentador de agua (20 l/h) que eleva la temperatura de la misma de 15 a 40ºC. Este aparato utiliza un generador de c.c. de 100V. El hilo calefactor tiene 1 mm de diámetro y una resistividad de 1,6*10-6 Ω.m. Sabiendo que el 90% de la potencia eléctrica consumida se emplea en calentar el agua, calcular a) la intensidad que circula por el calentador, b) potencia eléctrica consumida,

1. resistencia del hilo calefactor, d) longitud del hilo . (Solución: 6,45 A; 645 W; 15,5 Ω; 7,6 m)

E5) Un calentador eléctrico de 540 W se conecta a una línea de 120 V. a) ¿Cuál es su resistencia? b)

¿Qué corriente circula por él? c) Si el voltaje cae a 110 V, ¿qué potencia consume el calentador suponiendo que la resistencia R no varíe con la temperatura? Si R disminuye al disminuir la temperatura, ¿cómo cambiará el resultado de c)? (Solución: 26,7Ω; 4,5A; 454W; mayor)

E6) Una batería de 56,2 V (resistencia interna r) está conectada a una resistencia R. Se miden 56 V entre los extremos de la resistencia, y en 5 minutos se producen 504 calorías en la resistencia. Calcular R y r. Si se pone en serie otra resistencia igual, calcular el calor producido en el mismo tiempo. (Solución: 448Ω, 1,6 Ω, 253 cal)

E7) Una casa necesita 8 kW de calefacción, y para ello se utilizan 4 estufas eléctricas iguales conectadas cada una a 220V. Calcula:

1. la intensidad y la resistencia en cada una de las estufas;
2. el gasto diario si cuesta 0,1 € el kW.h;
3. la longitud de las resistencias si el hilo es de 4 mm2 y ρ = 3,6*10-6 Ωm;
4. la variación de la energía potencial de cada electrón de la corriente al recorrer el hilo conductor de la estufa. Expresa el resultado en eV y en J.

(Solución: 9,09A; 24,2Ω; 19,2€; 26,9m; -220eV = -3,52*10-17J)

E8) Un condensador de 20 nF y placas de 0,5 m2 se carga a través de una resistencia con una fuente de 20 V. Calcula:

1. la carga máxima, la distancia entre placas y la energía almacenada en el condensador;
2. la energía por unidad de volumen del campo eléctrico;
3. el valor de la resistencia a través de la que se ha cargado, si la constante de tiempo es τ = 1 ms, y el voltaje en el condensador y en la resistencia en el mismo tiempo.

(Solución: 4*10-7C; 2, 2*10-4m; 4*10-6J; 0,036 J/m3; 50k Ω; 12,6V; 7,4 V)

E9) Una batería de 6V se utiliza para cargar un condensador de 2μF a través de una resistencia de 100Ω. Hallar: a) el ritmo inicial al que fluye carga al condensador; b) la carga que adquiere el condensador; c) la constante de tiempo del circuito; d) el tiempo necesario para obtener el 90% de la carga final; e) la carga y la intensidad para t=1ms y para t=0,1s. (Solución: 60mA; 12μC; 200μs; 460μs; 11,9μC; 0,4mA;12μC, 0)[pic 1]

E10) En el circuito de la figura a) obtener la corriente que atraviesa R, el valor de la resistencia R y la f.e.m desconocida ε. b) Realiza el balance energético del circuito. c) Si el circuito se rompe en el punto x, ¿cuál es la corriente que circula por R? (Solución: 2A, 5Ω, 42V, 224W, 3,5A)

M1) Un ion de masa m y carga +q se produce en reposo y se acelera por una diferencia de potencial V, entrando en un campo magnético B. Dentro del campo se mueve en un semicírculo, chocando con una placa fotográfica a una distancia x de la ranura por la que entra. Hallar m en función de q, V, B y x. (Solución: m=[pic 2]

2 2

qB x /8V)

M2) De un acelerador de partículas salen protones (m=1,67*10-27 kg; q=+1,6*10-19C) a un potencial de 4*105V a cierta velocidad v. A continuación entran en un campo magnético perpendicular a v, describiendo trayectorias de 13 cm de radio. Calcula: a) la energía de los protones, b) la velocidad a la que entran en B, c) el valor de B, d) la frecuencia de giro.

Si también se aceleran electrones (m=9,1*10-31 kg; q= -1,6*10-19C) en ese acelerador con el mismo V y el mismo B, razona cualitativamente cómo serán sus trayectorias (en radio de giro y frecuencia) comparadas con las de los protones.

(Solución: 6,4*10-14J; 8,75*106m/s; 0,7T; 107Hz; giro en sentido contrario, R menor, v mayor, f mayor)

M3) Una partícula de carga positiva se introduce por la ranura A del selector de velocidades de la figura, y sigue una trayectoria rectilínea hasta salir por la ranura C. La diferencia de potencial entre las placas es de 3000V, y su distancia 1cm. El campo magnético B es de 1000G (dirección mostrada en la figura). a) dibujar las fuerzas que actúan sobre la partícula; b) calcula su velocidad. (Solución: Fmag hacia arriba Felect hacia abajo; v= 3*106 m/s)

[pic 3][pic 4][pic 5]

M4) Los extremos de un alambre de cobre de masa 10 g doblado en forma de U se introducen en dos depósitos de Hg cerrándose el circuito a través de una pila. El alambre está situado entre los polos de un imán de 0,5T que actúa sobre 4 cm de cable y perpendicularmente a B. ¿Con qué aceleración inicial es impulsado el cable, si por él circula una[pic 6]

2

corriente de 50 A ?. (Solución: 90 m/s )

M5) Una espira cuadrada de lado a= 20 cm está recorrida por una corriente i= 15 A y está suspendida de una cuerda. A una distancia d= 1 cm de su lado inferior se coloca un conductor largo por el que circula una corriente i´= 20 A. a) ¿Cuál es el campo B (módulo, dirección y sentido) creado por el conductor largo en cualquier punto del espacio? b) Haz un esquema de la espira en el aparezca la fuerza que nota cada lado debido a la presencia del conductor largo. c) Calcula la tensión en la cuerda que sujeta la espira. (Solución: 1,14*10-3N)

1. Explica qué tendrías que hacer para que en la espira circulara también una corriente inducida.

i[pic 7][pic 8][pic 9][pic 10]

d[pic 11][pic 12]

M6) Un conductor largo transporta una corriente de 20 A. Por el cuadro rectangular circula una corriente de 10 A. Hallar el valor y sentido de la fuerza resultante ejercida sobre el cuadro por el campo magnético creado por el conductor. ¿Cuánto vale el flujo de campo magnético creado por el[pic 13]

-3

conductor a través de la espira?. (Solución: 0,73*10

-7

N(-i); 19,18*10

Wb)

M7) Una espira de 10cm*8cm (R=0,5Ω), que se mueve a 1m/s, penetra en

un campo B=2T (perpendicular a la espira). Determina los valores del flujo magnético, F.E.M. e intensidad inducidas en la espira, y potencia disipada en ella. (Solución: ø = 0,16t Wb; ε=0,16V; i=0,32A; P=0,05W)

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