Fisica Y Ciencia
Enviado por sakura_hime • 3 de Marzo de 2015 • 1.626 Palabras (7 Páginas) • 2.941 Visitas
Energía en un calentador eléctrico
Un calentador eléctrico se construye al aplicar una diferencia de potencial de 120 V a través de un alambre de nicromo
que tiene una resistencia total de 8.00
. Encuentre la corriente conducida por el alambre y la potencia de especificación
del calentador.
SOLUCIÓN
Conceptualizar Como se discutió en el ejemplo 27.2, el alambre de nicromo tiene alta resistividad y se usa para elementos
calefactores en tostadores, planchas y calentadores eléctricos. Por lo tanto, se espera que la potencia entregada al alambre
sea relativamente alta.
Categorizar Se evalúa la potencia a partir de la ecuación 27.21, así que este ejemplo se clasifica como un problema de
sustitución.
Use la ecuación 27.7 para encontrar la corriente
en el alambre:
Hallar la potencia nominal con la expresión
I 2R de la ecuación 27.21:
¿Qué pasaria si? ¿Y si accidentalmente el calentador se conectara a una fuente de 240 V? (Difícil de hacerlo, porque la
forma y orientación de los contactos metálicos en las clavijas de 240 V son diferentes en las clavijas de 120 V.) ¿Cómo afectaría
esto a la corriente conducida por el calentador y a la potencia de especificación del calentador?
I 2R 115.0 A22 18.00 2 1.80 103 W 1.80 kW
I ¢V
R
120 V
8.00
15.0 A
Sección 27.6 Potencia eléctrica 765
766 Capítulo 27 Corriente y resistencia
Respuesta Al duplicar la diferencia de potencial aplicada, la ecuación 27.7 muestra que la corriente se duplicaría. De
acuerdo con la ecuación 27.21, (V)2/R, la potencia sería cuatro veces mayor.
EJEMPLO 27.5 Vinculación entre electricidad y termodinámica
Un calentador de inmersión debe aumentar la temperatura de 1.50 kg de agua de 10.0°C a 50.0°C en 10.0 min, mientras
funciona a 110 V.
A) ¿Cuál es la resistencia requerida del calentador?
SOLUCIÓN
Conceptualizar Un calentador de inmersión es un resistor que se inserta en un contenedor de agua. Conforme se entrega
energía al calentador de inmersión, lo que eleva su temperatura, la energía deja la superficie del resistor por calor y va al
agua. Cuando el calentador de inmersión alcanza una temperatura constante, la cantidad de energía entregada a la resistencia
por transmisión eléctrica es igual a la cantidad de energía entregada por calor al agua.
Categorizar Este ejemplo permite vincular la nueva comprensión de la potencia en la electricidad con la experiencia con
el calor específico de la termodinámica (capítulo 20). El agua es un sistema no aislado y su energía interna se eleva debido
a la energía transferida al agua por calor proveniente del resistor: Eint Q. En el modelo, se supone que la energía que
entra al agua desde el calentador permanece en el agua.
Analizar Para simplificar el análisis, ignore el periodo inicial durante el cual la temperatura del resistor aumenta e ignore
también cualquier variación de la resistencia con la temperatura. En consecuencia, imagine una proporción constante de
transferencia de energía durante los 10.0 min.
Iguale la cantidad de energía entregada al resistor
con la cantidad de energía Q que entra al agua por
calor:
Use la ecuación 20.4, Q mc T, para relacionar la
entrada de energía por calor al cambio de temperatura
resultante del agua y resuelva para la resistencia:
Sustituya los valores conocidos en el enunciado del
problema:
B) Estime el costo de calentar el agua.
SOLUCIÓN
Multiplique la potencia por el intervalo de tiempo
para encontrar la cantidad de energía transferida:
Encuentre el costo al saber que la energía se compra
a un precio estimado de 10¢ por kilowatt-hora:
Finalizar El costo de calentar el agua es muy bajo, menos de un centavo. En realidad, el costo es mayor porque parte de
la energía se transfiere del agua a los alrededores mediante calor y radiación electromagnética mientras su temperatura
aumenta. Si los aparatos eléctricos que tiene en casa tienen la potencia nominal en ellas, apliquelas y establezca un intervalo
de tiempo aproximado de uso para estimar el costo para uso del dispositivo.
R
1110 V22 1600 s2
11.50 kg2 14186 J>kg # °C2 150.0°C 10.0°C2 28.9
1¢V 22
R
Q
¢t
1¢V 22
R
mc ¢T
¢t S R
1¢V 22¢t
mc ¢T
Costo
...