FISICA III. ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO

FUERZA ELECTRICA Y CAMPO ELECTRICO1. Con respecto a la figura A, calcule la fuerza electrostática sobre la carga q₂ de -2 μC que

produce la carga q₁ de 4 μC.

2. Tres cargas puntuales, q₁=-3.1 μC, q₂=1.2 μC y q₃=5 μC, se colocan como se muestra en la figura A. Determine la fuerza resultante sobre q₃.

3. Tres cargas puntuales q=1.5 μC, q₁=-3.5 μC y q₂=-3.1 μC se colocan en las esquinas de un triangulo isósceles, como se muestra en la figura A. Calcule la fuerza eléctrica neta sobre la carga de 1.5 μC.

4. ¿Cuál es la magnitud y la dirección del campo eléctrico que compensa el peso de: a) un electrón, b) de un protón?

5. Dos cargas están en las esquinas de un triangulo isósceles como en la figura A. Calcule la intensidad del campo eléctrico en el punto P.

6. Los conductores de un capacitor de 83 μC (las cargas son de signos contrarios). ¿Cuál es la diferencia de potencial entre los conductores?

LEY DE COULOMB Y CAMPOS ELECTRICOS7. Las cargas que se muestran en la figura 24-3 son estacionarias. Encuentre la fuerza sobre

la carga de 4.0 μC, debida a las otras dos cargas.

8. La situación que s muestra en la figura 24-5 representa dos pequeñas esferas cargadas. Encuentre a) el campo eléctrico E en el punto P, b) la fuerza sobre una carga de -4.0X10¯⁸ C colocada en P y c) el lugar donde el campo eléctrico seria cero (en ausencia de la carga -4.0X10¯⁸ C).

9. Tres cargas están colocadas sobre tres esquinas de un cuadrado como se muestra en la figura 24-6. Cada lado del cuadrado es de 30.0 cm. Calcule E en la cuarta esquina. ¿Cuál sería la fuerza sobre una carga de 6.00 μC situada en la esquina libre?

POTENCIAL ELECTRICO Y CAPACITANCIA10. En la figura 25-3 la carga en A tiene +200 pC, mientras que la carga en B es de -100 pC. A)

calcule el potencial absoluto en los puntos C y D. B) ¿Cuánto trabajo se debe hacer para llevar una carga de + 500 mC desde el punto C hasta el punto D?

C0RRIENTE, RESISTENCIA Y LEY DE OHM11. La corriente en la figura 26-1 es de 0.125 A en la dirección mostrada. Para cada uno de los

siguientes de pares de puntos, ¿Cuál es la diferencia de potencial y cual punto esta al mayor potencial? A) A, B; B) B, C; C) C, D; D) D, E; E) C, E; F) E, C.

RESISTENCIA EQUIVALENTE; CIRCUITOS SIMPLES12. Para cada circuito mostrado en la figura 28-3, determine la corriente I a través de la

batería.

13. Determine la resistencia equivalente entre los puntos a y b para la combinación que se muestra en la figura 28-6a.

14. Para el circuito de la figura 28-9a, encuentre a) I₁, I₂ e I₃; b) la corriente en el resistor de 12 Ω.

LEYES DE KIRCHHOFF15. Encuentre las corrientes en el circuito que se muestra en la figura 29-1.

16. Para el circuito que se muestra en la figura 29-2, encuentre I₁, I₂ e I₃ si el interruptor S esta a) abierto y b) cerrado.

FUERZAS EN CAMPOS MAGNETICOS17. En la dirección +x existe un campo magnético uniforme B= 3.0 G. Un protón (q= + e) se

dispara a través del campo en dirección +y con una rapidez de 5.0X10⁶ m/s. a) encuentre la magnitud y la dirección de la fuerza sobre el protón. B) repita reemplazando el protón por un electrón.

FUENTES DE CAMPOS MAGNETICOS18. Un alambre de gran longitud lleva una corriente de 20 A a lo largo del eje de un solenoide

de gran longitud. El campo debido al solenoide es de 4.0 mT. Encuentre el campo resultante en un punto a 3.0 mm del eje del solenoide.

19. El alambre que se muestra en la figura 31-7 lleva una corriente de 40 A. Encuentre el campo en el punto P.

FEM INDUCIDA; FLUJO MAGNETICO20. La espira de un cuarto de círculo que se muestra en la figura 32-1 tiene un área de 15 cm².

Un campo magnético constante, B = 0.16 T, que apunta en la dirección +x, llena el espacio independiente de la espira. Encuentre el flujo a través de la espira para cada una de las orientaciones mostradas.

INDUCTANCIA; CONSTANTES DE TIEMPO R-C Y R-L21. Una corriente constante de 2 A en una bobina de 400 vueltas causa un flujo de 10−4 Wb

para enlazar (pasar a través de) las espiras de la bobina. Calcule: a) la contrafem promedio inducida en la bobina si la corriente se interrumpe en 0.08 s, b) la inductancia de la bobina y c) la energía almacenada en la bobina.

CAPACITANCIA22. En la figura, calcular la capacitancia equivalente de la combinación. Cada uno de los

capacitores es idéntico y tiene una capacitancia C.

23. Considere el grupo de capacitores que se observa en la figura A. a) Encuentre la capacitancia equivalente entre los puntos a y b. b) Calcule la carga en cada capacitor cuando la diferencia de potencial entre a y b es de 9 V.

24. Encuentre la capacitancia equivalente entre los puntos a y b del grupo de capacitores que están conectados como se muestra en la figura A, si C₁=2 μF, C₂=3 μF y C₃=9 μF.

CIRCUITOS DE CORRIENTE CONTINUA25. Determine la resistencia equivalente entre las terminales a y b para el circuito de la figura

A.

26. Considere la combinación de resistores en la figura A. a) Determine la resistencia entre los puntos a y b. b) si la intensidad de corriente en el resistor de 5 Ω es de 1 A, ¿Cuál es la diferencia de potencial entre los puntos a y b?

27. Determine la diferencia de potencial entre los puntos a y b en el circuito de la figura y las corrientes I₁, I₂ e I₃.

28. Determine la diferencia de potencial V abpara el circuito de la figura A.

29. A) Calcule el valor del resistor R para el circuito de la figura. B) determine la intensidad de corriente que fluye en los resistores de 3 Ω y 2 Ω.

CAMPOS MAGNETICOS30. En un campo magnético de magnitud B=1.27 T con dirección hacia el sur, se mueve un

deuterón (un protón y un neutrón ) hacia el este con una velocidad de 1.9X10⁴ m/s. ¿Cuál es la magnitud y dirección de la fuerza magnética sobre el deuterón?

31. En un campo magnético de 1.9 T se está moviendo una particula alfa (dos protones y dos neutrones ) con una rapidez de 6X104 m/s y experimenta una fuerza de 1.3X10−12 N. ¿Cuál es el ángulo entre la velocidad de la particula alfa y el campo magnético?

32. Una particula alfa tiene una velocidad de v= (3i+5j-9k) m/s dentro de un campo magnético uniforme dado por B=(3i-20j+5k) μt. ¿Cuál es la fuerza que siente la particula alfa?

33. Un alambre de 0.06 kg/m está suspendido por un par de puntas flexibles, como se muestra en la figura, dentro de un campo magnético 440 mT. Determine la magnitud y la dirección de la corriente en el alambre para que la tensión en las puntas sea cero.

FUENTES DE CAMPOS MAGNETICOS34. Un alambre de cobre desnudo del numero 10 puede conducir una intensidad de corriente

de 50 A sin sobrecalentarse. Si se hace circular una intensidad de corriente de esta magnitud por una sección larga y recta de alambre del numero 10. ¿a qué distancia del eje del alambre la magnitud del campo magnético resultante es igual a 10−3 T.

35. Dos alambres rectos, largos y paralelos están separados por una distancia de 5 m, llevan una intensidad de corriente de I₁=5 A e I₂=12 A en la dirección indicada en la figura. Determine la magnitud y dirección del campo magnético total en el punto P, localizado a 3 m desde I₁ y a 4 m de I₂.

INDUCCION ELECTROMAGNETICA36. Un solenoide de 2.5 cm de diámetro y 30 cm de longitud tiene 300 vueltas y lleva una

intensidad de corriente de 12 A. Calcule el flujo a través de la superficie de un disco de 5 cm de radio que está colocado de forma perpendicular y centrado al eje del solenoide, como en la figura A.

INDUCTANCIA37. Un solenoide con núcleo de aire e inductancia 15.12 mH, tiene un radio 7 veces menor

que su longitud. Si el devanado tiene 7200 vueltas por metro, ¿Cuál es su longitud?

38. Tres inductores de 400,200 y 100 vueltas están conectados en serie y separados por una gran distancia. Los tres inductores tienen el mismo radio (0.5 cm) y la misma longitud (6 cm). ¿Cuál es la inductancia equivalente de las 700 vueltas cuando el conjunto de los tres devanados se conectan en serie?

39. Dos espiras de alambre circulares con centro común y que están en el mismo plano tienen radios R y r, con R>r. a) encuentre la inductancia mutua, b) calcule M para r=1 cm y R= 15 cm.

CIRCUITOS DE CORRIENTE ALTERNA40. Un circuito RLC en serie tiene R=51.2 Ω, L=980 mH, C=1.93 μF y un generador con Vm=313

V que opera a 60 Hz. Calcule: a) reactancia inductiva, b) reactancia capacitiva, c) impedancia, d) corriente pico, e) ángulo de fase.

41. En un circuito RLC en serie R=512 Ω, L=193 mH, C=19.3 μF, un generados de ca a 70 Hz entrega al circuito una corriente pico de 313 Ma. A) calcule el voltaje pico requerido V m, B) determine el ángulo con el cual la corriente en el circuito se adelanta o atrasa respecto al voltaje aplicado.

42. Un generador suministra 150 V (rms) al devanado primario de un transformador ideal de 282 vueltas. El devanado secundario tiene 920 vueltas, ¿Cuál es el voltaje rms de salida?

43. Un transformador ideal de subida tiene un voltaje a través del secundario de 330 V (rms) cuando el voltaje de entrada es de 100 V (rms). A) si la bobina del primario tiene 100 vueltas, ¿Cuántas vueltas tiene el secundario? B) si una resistencia de carga a través del secundario consume una corriente de 10 A, ¿Cuál debe ser la corriente en el primario?

CORRIENTE ALTERNA44. Como se muestra en la figura 35-3, un circuito en serie conectado a una línea de 200 V, 60

Hz, consiste en un capacitor con reactancia capacitiva de 30 Ω, un resistor no inductivo de 44 Ω y una bobina con reactancia inductiva de 90 Ω y resistencia de 36 Ω. Determine a) la corriente en el circuito , b) la diferencia de potencial a través de cada elemento, c) el factor de potencia del circuito y d) la potencia absorbida por el circuito.

45. Un transformador reductor opera en una línea de 2.5 Kv y alimenta a una carga con 80 A. La razón del devanado primario al devanado secundario es de 20:1. Suponga una eficiencia de 100% y determine el voltaje secundario V₂, la corriente primaria I₁ y la salida de potencia P₂.