Capítulo
CORRIENTE Y RESISTENCIA ELÉCTRICA
18 ELECTROC IN ÉTICA CO RRIENTE ELÉCTRIC ELÉCTRIC A
Es el flujo de partículas cargados a través de un material conductor impulsadas por la presencia de un campo eléctrico.
I N T E N S I D A D D E L A C O R R I E N TE TE E L ÉC T R I C A ( I ) Esta magnitud escalar nos indica la cantidad de carga que circula por la sección transversal de un conductor en cada unidad de tiempo. I I
q t
q = carga que circula circula por la sec secc ción ió n del d el conductor conductor.. t = tiempo para la circu circulac lació ión n de "q" . U nidad: C oulomb oulomb / segun egundo do = A mpere mpere (A )
RESISTENCI A ELÉCTRIC ELÉCTRIC A (R) Todo material se opone al paso de la corriente eléctrica ejerciendo determinada resistencia la cual depende de las dimensiones geométri cas del conductor y del materi m aterial al que lo constituye, constituye, se mi de en ohmi ohm i os ( ). L
R L
A
A
L ey de Poulliet
= res resistividad istividad del material material LEY D E OH M Para la gran mayoría de conductores metálicos se verifica que la intensidad de corriente que circula por ellos es directamente proporcional a la diferencia de potencial que se conecta en sus extremos, la constante de proporcionalidad es la resistencia eléctrica del conductor.
I
V = RI
V
V = diferenc diferencia ia de potenc potencial aplicada al conduc conductor tor.. I = intensid intensidad ad de d e corriente orri ente en el el conductor conductor.. R = resistenc istencia ia eléctrica del conductor conductor..
1
A S O C I A C I ÓN D E R E SI S T EN C I A S I.
En serie:
R
I
R
1
I
1
R
2
I
2
R
3
IE
3
V
II.
*
I1 I 2 I 3 I E
*
V V1 V 2 V 3
*
R E R1 R 2 R 3
E
V
En paralelo:
R
R
3
R
2
I
V1 V 2 V 3 V
*
I E I1 I 2 I 3
*
I I I I RE R1 R 2 R3
E
V
V
*
R
1
I
3
I
2
I 1
E
FUERZA ELECTROM OTRIZ ( ) Esta magnitud escalar mide la energía que una fuente entrega a cada unidad de carga positiva que pasa por ella de menor mayor potencial.
terminal a mayor potencial
W q
q terminal a menor potencial W = energía que entrega la fuente a la carga "q". q = carga que circula por la fuente. U nidad: Joule/C oulomb = volt
POTENCIA ELÉCTRICA (P) Esta magnitud nos indica la cantidad de energía que un dispositivo eléctrico entrega o recibe en cada unidad de tiempo.
I
D ispositivo eléctrico
P = V I
V
2
V = diferencia de potencial aplicadaI = intensidad de corriente que pasa por el dispositi vo.
E F EC T O J O U L E Se denomina así a la producción de calor cuando una intensidad de corriente atraviesa un conductor.
Q (calor)
I R
V E
( gastada )
P gastada t V It ( calorías )
Q (calor) = 0,24 V I t (calorías)
3
E J E RC I C I O S P R O P U E ST O S 01.
Si por un conductor circula una corriente de 4A , determinar el número de electrones que circulan por el conductor en 2s. a) 5.1018 20
d) 2.10 02.
03.
05.
c) 5.1017
20
U n alambre de cobre tiene una resistencia de 9 si se le estira m ecáni camente hasta que su longitud se quintupli que. H allar la corriente que ci rcula por esta últi ma resistencia si se le apli ca a sus extrem os una diferencia de potencial de 675V.
e) 12.10
En un tubo de televisión el haz electrónico transporta 2,5.1013 electrones/s. D etermi ne la i ntensi dad de corriente que representa dicho haz. a) 2 A
b) 4 A
d) 1 A
e) 3 A
a) 1 A d) 15 A 08.
c) 8 A
En un tubo fluorescente los ionespositivos transportan + 3C haci a la derecha y sim ultáneamente los i ones negativ os transportan -2C hacia la izquierda en un intervalo de tiempo de 2s. H alle la corriente convencional en el tubo. a) b) c) d) e)
04.
b) 5.1019
07.
d) 15
e) 12
Se tiene un alambre conductor rectilíneo de cobre cuya secci ón transversal es de 0, 86 mm2, que transporta una corriente de 2A . H allar la intensidad de campo eléctrico en su interior en N/C .
a) 0,01 d) 0,04 09.
b) 0, 02 e) 0, 1
c) 0,03
U n alambre conductor tiene a 20°C una resistencia de 110 y a 220°C su resistencia es de 112 . H alle su resistenci a a 100°C . S uponer que la resistenci a del conductor varía linealmente con la temperatura.
U n alambre de cobre tiene una resistencia de 10 . C uál será la resistencia de otro alambre de cobre cuya sección transversal sea el doble y longi tud el tri ple. b) 30
c) 3 A
Si: cobre 1,72. 108 m
0,5 A hacia la derecha. 0,5 A hacia la izquierda. 2,5A hacia la derecha. 2,5A hacia la izquierda. 3A hacia la i zquierda.
a) 1,5
b) 4 A e) 10 A
10.
a) 111
b) 110,5
d) 111,5
e) 1
c) 110,8
En la pregunta anterior, determi ne el coeficiente de variación de la resistividad con la temperatura.
c) 5
Se conectan en serie una resistencia de 10 y un reóstato a una diferencia de potencial de 120V. ¿C uál debe ser el valor de la resistencia de reóstato, si se quieren obtener intensidades de 1A, 2A y 3A ?
a) 4,7.10-5 °C -1
b) 6,1.10-5 °C -1
c) 3,9.10-5 °C -1
d) 9,1.10-5 °C -1
e) 7.10-5 °C -1 11.
En el circuito, calcular la resistencia equivalente entre los puntos "A " y "B" .
a) 11 , 3 y 5
5
15
b) 12 , 5 y 3
10
c) 110 , 50 y 30
A B
d) 9 , 12 y 6
10
10
e) 1 , 20 y 3 06.
U n cable de densidad de 8g/cm3 y resistividad 1.6 10-
a) 5
b) 10
8
d) 20
e) 1
m tiene una masa de 200 kg y una resistencia de
0,64 . ¿C uál es el valo r de su longi tud y sección recta?
12.
c) 15
Si cada resistencia es de 6 ; determine la resistencia equivalente entre "A " y "B ".
a) 2 km y 12,5 mm 2 b) 1 km y 25 mm 2
A
B
c) 0,5 km y 50 mm 2 d) 4 km y 6,25 mm 2 e) 3 km y 4 mm 2
4
a) 18
b) 2
d) 12
e) 14
c) 6
13.
a) 60 W d) 15 W
H allar la resistencia equivalente entre los terminales "A" y "B". 18. 5
A
14.
5
5
a) 8
b) 6
d) 5
e) 9
5
15 15
B
c) 30 W
En un circuito en funcionami ento, para dos resistencias en paralelo ( R 1> R 2), se cumple que: a) En am bas circula la m isma corriente. b ) E n R 1 se disipa más energía que en R 2. c) E n R 1 la caída de voltaje es mayor que en R 2. d ) E n R 2 se disipa más energía que en R 1. e) E n R 1 circula más corriente que en R 2.
c) 7
En el circuito, hallar: "R" en ohmios. 2A R
R
b) 45 W e) 5 W
19.
12V
L os alambresA B y BC están hechosdel mismo material y tiene la mi sma longitud pero B C es más grueso que A B. Señale la afirmación correcta. C B A
R
R
a) M ás de 6 d) M enos de 6 15.
b) 12 e) 6
c) 18
a) b) c) d)
L a resistividad de A B es mayor que la de BC . L a resistencia de AB es igual que la de BC . VA B< V BC . El campo eléctrico es nulo en el interior de los conductores A B y BC . e) Todas las afirmaciones anteriores son falsas.
Si la diferencia de potencial entre "A " y "B " es de 6V, hallar la intensidad de corriente "I". A I 4 2
3
6
20.
7 B
a) 3/2A d) 6A 16.
b) 2/3A e) 3A
c) 1/6A
a) El de mayor potencia tiene mayor resistencia equivalente. b) El de menor potencia tiene mayor resistencia equivalente. c) D epende del tamaño de los equipos, para decir cual tiene más resistencia interna. d) P ueden ser de igual resistencia equivalente. e) Falta información.
Encontrar la diferencia de potencial en la resistencia de 16 , si V ab= 12 voltios. a b 4 2
2
12
21.
5 16 20
D os artefactos eléctricos dom ésticos consumen potencias de 100W y 1000W, cuando son conectados a 220V, entonces:
L a gráfi ca que se muestra nos indi ca cómo varia la corriente "i " en el dispositivo, al vari ar la di ferencia de potencial "V". i I (ampere)
a) 1, 6V d) 0,8V 17.
b) 3, 2V e) 12V
c) 6,4V
V
dispositivo
Recta
En el circuito, encontrar el calor producido por segundo en la resistencia de 15 , si V ab= 35 voltios. 5 10
V(volt) L uego podemos afirmar que, la resistencia del di spositivo ..... ... ... .. al ..... ... ... . la diferencia de potencial "V ".
a 35 V
15
b
5
10
10
a) aumenta - aumentar b) aumenta - dismi nuir c) es constante - aum entar d) es constante - di smi nuir e) d isminuye - dismi nuir
5
22. L as resistencias R 1, R 2, R 3 y R 4 son de iguales valores. ¿C uál de ellas desarrolla m ayor potencia?
R4 R2
b) R 2 e) N inguna.
b) Sólo II e) N i nguna
c) R 3
c) I y II
a) A través de una resistencia se consume corriente eléctri ca. b) L a corriente que pasa po r un conductor es inversamente proporcional a la diferencia de potencial en sus extremos. c) En un conductor, los protones se mueven a favor del campo eléctrico. d) L a intensidad de corriente en un conductor es directamente proporcional a la intensidad de campo eléctrico en él. e) N inguna anterior es correcta. L a figura muestra tres resistencias di ferentes conectadas a una fuente de voltaje; si quitamos la resistencia R 3. Indicar verdadero ( V ) o falso ( F) : R2
R1
R3
V I. L a corriente en R 1 disminuye. II. El voltaje en R 1 aumenta. II I. L a corriente en R 2 no varía. a) FV F d) V V F
b) V FF e) V FV
b
c R3
24. M arcar la alternativa correcta:
25.
R2
R3
23. Se estima que una corriente de 0,05 A es mortal. D e las siguientes razones que se enuncian. D iga cuáles de ellas justifican dicha estimación: I. Por que la corriente produce la electrólisis de los líquidos de las células y por lo tanto las destruyen. II . L a corriente contrarresta el influjo nervioso, produce la parálisis de los centros nervi osos, del corazón y de los centros respiratorios. II I. El efecto Joule produce quemaduras internas. a) Sólo I d) I, II y I II
a
d
R1
a) R 1 d) R 4
26. En el ci rcuito mostrado, califi car las siguientes afirmaciones como verdaderas (V ) o falsas ( F) : R1
c) FFF
I. L a corriente convencional fluye en R 2 de "c" hacia "d". II . L os electrones fluyen por el cable de "b" hacia "d". II I. L os electrones fluyen por el cable de "a" hacia " c". a) V V V d) V V F
b) V FF e) FFV
c) FV V
27. U na resi stencia eléctrica está conectada a una cierta diferencia de potencial constante. Si dicha resistencia se reemplaza por otra que es el triple, manteniendo la diferencia de potencial constante, entonces la cantidad de calor que desprende por segundo: a) Se triplicaría b) Se duplicaría c) N o varía d) Se sextuplicaría e) Se reducirí a a la tercera parte 28. Sobre un motor se lee "110V - 220W" . C alcular la resistencia que se debe conectar en serie con este motor para pod er utilizarlo con una diferenci a de potencial de 150V. a) 20
b) 10
d) 25
e) 5
c) 30
29. U na estufa eléctrica de 1200W está proyectada para funcionar a 120V. Si el voltaje baja a 100V, ¿qué potencia absorberá la estufa? a) 833, 3 W b) 1 26, 6 W c) 566, 6 W d) 1000 W e) 33,3 W 30. U na resistencia de 10 está dentro de 2000g de agua. U na corriente de 10A la atraviesa durante un tiempo de 418,6s. ¿C uál fue el aumento de temperatura del agua? a) 10°C d) 40°C
b) 20°C e) 50°C
c) 30°C
31. L a corriente en un circuito en serie sim ple es de 5A. C uando se conecta una resistencia adi cio nal de 2 el circuito disminuye su intensidad en una unidad. ¿C uál fue la resistencia original del circuito en ? a) 3 d) 9
6
b) 8 e) 2
c) 16
32. ¿Q ué intensidad de corriente puede transmi tirse por un alambre de cobre de 3400m de longitud y 28 mm de diámetro, si la diferencia de potencial entre sus 8 extremos es de 8V ? ( cobre 1,7. 10 m )
a) 5, 2A d) 300A
b) 85, 2A e) 7 A
a) 3 A d) 2,1 A 38.
b) 1,33 A e) 4 A
Si la resistencia equivalente entre a y b es 11 . ¿Cuál es el valor de R ?
c) 100A
R
R
a
33. U na pequeña lámpara di señada para trabajar con 6V
4
enciende normalmente, siendo su resistencia de 20 . ¿Q ué resistencia habrá que conectarle en serie para que queda funcionar con una batería i deal de 8V ? a) 1,34
b) 3,51
d) 7,58
e) 6,67
c) 5,88
a) 1
b) 2
d) 8
e) 3
2
a
9
2
2
3
3
18
6
c) 4
H alle la resistencia equivalente entre los puntos a y b.
H allar la resistencia equivalente entre "A " y "B ". A
3
4
b
39. 34.
c) 2 A
3
3 3 3 3
b
C B a) 2
b) 1,5
d) 8
e) 36
c) 0,66
a) 3
b) 2
d) 0,5
e) 4
c) 1
40. U n cable de sección cuadrada y longitud "L " está formado por 2 metales, como muestra la figura. El
35. U na línea de cobre de diámetro 8mm ha de ser sustituida por otra de hierro de igual longitud y de la mi sma resistencia . ¿Q ué diámetro habrá d e tener el nuevo alambre?
interior de resistividad 1 y el exterior de resistividad
2 . H allar la resistencia de este alambre. L
C u 0. 017 mm 2 / m
L
Fe 0. 107 mm 2 / m a a) 8 mm d) 10 mm
b) 9 mm e) 27, 8 mm
c) 20 mm
b
a a
36. U n alambre de 1000m de longitud y de resistividad
37.
L
b
5. 108 m , está conectado a un voltaj e de 100V..
a) 21L /[ 2a2 1b2]
¿C uál debe ser su sección si queremos que una corri ente de 2A lo atravi ese?
b) 21L /[ 1a 2 1b2]
a) 1 mm2
b) 2 mm 2
d) 4 mm 2
e) 6 mm 2
c) 21L /[1a 2 2( b2 a 2) ]
c) 3 mm 2
2 2 2 d) 21L /[ 2a 1( b a ) ]
e) N.A.
¿C uál es la intensidad de la corriente en la resistencia de 3 , si V ab= 12V ?
41.
3 4
a
6
b
U na plancha consume una potencia de 600W cuando está conectada a una diferencia de potencial de 120V. C alcular la intensidad que atravi esa la plancha y su resistencia. a) 24 A y 5
b) 5 A y 24
c) 12 A y 6
d) 6 A y 12
e) 4 A y 5
12
7
42.
U n fusible conectado en serie con un tomacorriente de 120V se funde cuando la corriente pasa de 5A . ¿C uántas lámparas "50W.120V " pueden conectarse en paralelo? a) 12 d) 6
b) 10 e) 4
c) 8 a) 50 d) 12, 5
43. Sobre dos lámparas se lee "120V-120W" y "120V360W" . C alcular la i ntensid ad de corriente que circulará por ambas si se conectan en serie a una diferencia de potencial de 240V. a) 1 A d) 1,5 A 44.
45.
b) 3 A e) 4 A
c) 2 A
Se conecta en serie una resistencia de 10 y un motor a una di ferencia de potencial de 120V. L a corriente que atraviesa el conjunto es de 2A . H allar la potencia consumida en el motor. a) 40 W d) 400 W
b) 200 W e) 4W
c) 100 W
¿Q ué potencia consumen 2 lámparas en serie de 30 y 60 , si la corriente que circula por la primera es de 2A ? a) 1440 W d) 180 W
49. U na cocina eléctrica tarda 25 minutos en hacer hervir 3 litros de aceite, cuando está conectada a 220V. ¿C uántos minutos tardará en hacer hervir la misma cantidad de aceite cuando está conectada a 110V ?
b) 540 W e) 360 W
c) 120 W
46. H allar la potencia consumida por R3. ( R 2= 1 ) 3A
R1
2A
1A
b) 100 e) 5
c) 25
50. U na coci na eléctri ca funciona durante 10 horas alimentándose con una diferencia de potencial de 220V sabi endo que su resistencia es de 100 y que cada k W-hr cuesta $3. 0. H alle el costo de di cho funcionamiento. a) $ 24, 52 d ) $74, 91
b) $34, 86 e) $14, 52
c) $42, 91
51. Sobre las propiedades de la corriente eléctrica, indi car la veracida d ( V ) o falsedad ( F) , de las siguientes proposiciones: ( ) L a dirección de la corriente es la del campo eléctrico en un conductor. ( ) L a direcció n de la densidad de corriente es la misma para cargas positivas y negativas que se mueven en una solución de cloruro de sodio. ( ) L os circuitos eléctricos transportan energía cuando por ellos circula una corriente eléctrica. a) V FF d) V V V
b) FV V e) FV F
c) FFV
52. E n un laboratorio, se hacen pruebas con cuatro ma teriales conductores; de m anera que sus comportamientos al aplicarle voltajes se muestran en la figura. Indique cuál de las proposiciones es correcta. I(mA)
A C
20
R2
B
R3
D
15
a) 1 W d) 4 W 47.
b) 2 W e) 5 W
c) 3 W
Tres resistencias iguales asociadas en serie consumen una potencia de 18W. Si se les asocia en paralelo bajo la misma diferencia de potencial, calcular la potencia que consumen. a) 18 W d) 180 W
b) 54 W e) 6 W
c) 162 W
48. H allar la "I " que circula por un calentador eléctrico de 20 para que en 15 minutos caliente 240 gramos de agua desde 0°C hasta 100°C . ( 1 Joule = 0,24 calorías) a) 0, 86 A d) 7, 07 A
8
b) 14,1 A e) 8, 54 A
c) 2,36 A
10
15
20
V(v)
I. Todos cumplen la ley de O hm. II . El cuerpo A es el de menor resistencia. II I. L a resistencia del cuerpo C es constante e igual a 4/ 3 kW. a) Sólo I d) I y II
b) Sólo II e) II y III
c) Sólo IV
53. R especto de los conductores, elementos no óhmicos, indi car la veracidad ( V ) o falsedad ( F) de las siguientes proposiciones: ( ) L os conductoresmetálicos se comportan como elementos óhmicos cuando su temperatura se mantiene constante. ( ) L a resistividad de los semi conductores aumenta al aumentar su temperatura. ( ) En todo elemento no óhmico, al aumentar la diferencia de potencial a la que es expuesto, aumenta la intensidad de la corriente en él.
a) V V V d) V FF
b) FFF e) V FV
c) FFV
2) ¿A qué intensidad de corriente continua pasaría por la sección transversal del conductor durante el mismo tiempo, la misma cantidad de carga?
54. Por la secci ón transversal de un conductor metálico circula una corriente, cuya i ntensidad varía con el tiempo según la gráfica adjunta. D etermi ne el número de electrones que atravi esa la sección transversal desde t = 3 ms hasta t = 5 ms. I(mA)
a) 12A y 12C c) 12A y 48C e) 12A y 72C
b) 48A y 24C d) 24A y 32C
58. Se muestra el comportamiento de la intensidad d e corriente a través de 3 elementos resistivos, conforme se les sometió a distintos voltajes. Indique la veracidad o falsedad, de las siguientes proposiciones: I
20
A
5
a) 4 . 1014 d)
1014
t(ms)
c) 2. 1014
b) 8 . 1014 e)
C
B
0,5.1014
V 55. En el circuito mostrado, d etermi ne la i ntensidad d e corriente que circula, cuando el cursor se coloca en B, si al colocarlo en A y luego en C , la corri ente en el circuito va ría en 3A. C onsi dere el resi stor A C homogéneo de 6W y BC = 2AB .
I. L os 3 elementos resi stivo s son óhmicos. II . B presenta mayor resistencia eléctrica que A. II I. C onforme aumenta el voltaj e, la resistencia eléctrica de C aumenta. a) V V V d) FFV
cursor
2 C
a) 0,8 A d) 1, 6 A
b) 1, 4 A e) 1,2 A
V
59.
A
B
b) V FF e) FV F
L a resistencia del hilo de tungsteno de una lámpara eléctrica a la temperatura de 20°C es igual a 35,8W. ¿C uál será la temperatura del hilo de la lámpara, si al conectarlo en un circuito de 120V de tensión por el hilo fluye una corriente de 0,33A ? 3
tungsteno 4, 6 . 10
c) 0,6 A
56. En la figura mostrada, determi nar el potencial en A, si cada resistencia vale R = 8W y el potencial en B es 130V. A
a) 2000°C d) 2200°C 60.
c) FV V
C
1
b) 3000°C e) 2876,6°C
. c) 2010, 7°C
En la figura, "e" es una batería de 120V de F.e.m. R 2 = 10W, B es una tetera eléctrica. El amperímetro marca 2A . ¿C uánto tiempo tarda en hervir 0,5 L de agua en la tetera, hallándose a la temperatura inicial de 4°C ? Se desprecian las resistencias de la batería y del amperímetro. El rendimiento del hornillo de la tetera es de 76% . “ ”
A
I = 5A
a) 100 V d) 115 V
b) 105 V e) 120 V
R2
B
c) 110 V
57. L a intensidad de corriente "I " de un conductor varía con el tiempo "T ", según la ecuación: I = 4+ 2T, donde "I" se expresa en ampere y "T " en segundos. 1) ¿Q ué cantidad de carga pasa por la sección transversal del conductor durante el intervalo de tiempo comprendido entre t1 = 2s y t2 = 6s ?
a) 10 min d) 21 mi n
b) 12 min e) 16 mi n
c) 22 min
9
aves Clav es
10
01.
b
3 1.
b
02.
b
3 2.
b
03.
c
3 3.
e
04.
d
3 4.
b
05.
c
3 5.
c
06.
b
3 6.
a
07.
c
3 7.
b
08.
d
3 8.
d
09.
c
3 9.
a
10.
d
4 0.
d
11.
d
4 1.
b
12.
b
4 2.
a
13.
d
4 3.
d
14.
e
4 4.
b
15.
c
4 5.
e
16.
c
4 6.
b
17.
d
4 7.
c
18.
d
4 8.
c
19.
e
4 9.
b
20.
b
5 0.
e
21.
b
5 1.
d
22.
d
5 2.
b
23.
d
5 3.
d
24.
d
5 4.
c
25.
b
5 5.
d
26.
d
5 6.
a
27.
e
5 7.
c
28.
a
5 8.
e
29.
a
5 9.
c
30.
e
6 0.
c
