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PROBLEMAS DE FÍSICA III ELECTROMAGNETISMO
Profesorado en Física
COLOQUIO Nº 5
Titular :
Mgter. Marcelo Julio Marinelli
Ayudantes: Ing. Luis A. Fontana
Hugo Traid
Luciana Medina
1. Una espira plana de alambre formada por una sola vuelta de 8.0 cm2 de área de sección
transversal es perpendicular a un campo magnético que aumenta uniformemente de magnitud de 0.5 T a
2.5 T en 1 s. ¿Cuál es la corriente inducida resultante si la espira tiene una resistencia de 2.00Ω?
2. Una bobina circular de 25 vueltas tiene un diámetro de 1 m. Está colocada con su eje orientado
en la dirección del campo magnético de la Tierra de valor 50.0 μT, y después de 0.2 s se le hace girar
180°. ¿De qué magnitud es la fem promedio generada en la bobina?
3. Un fuerte electroimán produce un campo magnético uniforme de 1.6 T sobre una área de sección
transversal de 0.2 m2. Una bobina que tiene 200 vueltas y una resistencia total de 20 Ω se coloca
alrededor del electroimán. Después se reduce de manera uniforme la corriente en el electroimán, hasta
que alcanza cero en 20.0 ms. ¿Cuál es la corriente inducida en la bobina?
4. Una espira de alambre en forma de rectángulo de ancho w y
de longitud L y un alambre largo y recto que conduce una corriente
I yacen sobre una mesa como se muestra en la figura.
a. Determine el flujo magnético a través de la espira
debido a la corriente I.
b. Suponga que la corriente cambia con el tiempo
según la ecuación I = a + bt, donde a y b son
constantes. Determine la fem inducida en la espira si
b = 10.0 A/s, h = 1 cm, w = 10 cm y L = 100 cm.
¿Cuál es la dirección de la corriente inducida en el rectángulo?
5. Encuentre la corriente a través de la sección PQ de
longitud a = 65 cm de la figura. El circuito está inmerso
en un campo magnético cuya magnitud varía con el
tiempo según la expresión B = (1.00 + 10-3 T/s).
Suponga que la resistencia por cada longitud del
alambre es de 0.100 Ω/m.
6. Considere el arreglo que se muestra en la figura. Suponga
que R = 6.00 Ω,
l = 1.20 m y un
campo magnético uniforme de 2.50
T dirigido hacia el interior de la página. ¿Con qué rapidez deberá
moverse la barra para producir una corriente de 0.50 A en el resistor?
7. Una varilla conductora de longitud
l se mueve sobre dos
rieles horizontales libres de fricción, como se observa en la figura. Si
una fuerza constante de 1 N mueve la barra a 2 m/s a través de un campo magnético BS dirigido hacia
el interior de la página
a.
b.
c.
d.
¿cuál es la corriente que pasa a través del resistor R de 8.00 Ω?
¿Con qué rapidez se suministra energía al resistor?
¿Cuál es la potencia mecánica entregada por la fuerza F S aplicada?
¿Explique la correspondencia entre las cantidades calculadas en los incisos b) y c).
8. Un helicóptero tiene aspas de 3.00 m de longitud que se extienden desde un eje central y giran a
2.00 rev/s. Si el componente vertical del campo magnético de la Tierra es de 50.0 mT, ¿cuál es la fem
inducida entre la punta del aspa y el eje central?
Inductancia
9. Una batería de 12.0 V está conectada en un circuito en serie que contiene un resistor de 10.0 Ω y
un inductor de 2.00 H. ¿Cuánto tiempo transcurrirá para que la corriente alcance a) 50.0% y b) 90.0% de
su valor final?
10.
Considere el circuito de la figura, con los valores ε = 6.0
V, L = 8 mH, y R = 4.0 Ω.
a. ¿Cuál es la constante de tiempo inductiva del circuito?
b. Calcule la corriente en el circuito 250 ms después de
que se cerró el interruptor.
c. ¿Cuál es el valor de la corriente final en estado estable?
d. ¿Cuánto tiempo le toma a la corriente alcanzar 80.0%
de su valor máximo?
11.
6.00 V.
Un inductor de 140 mH y un resistor de 4.90 Ω están conectados en serie a una batería de
a. Si el interruptor se coloca en a (conectando la batería), ¿cuánto tiempo transcurre antes
de que la corriente alcance 220 mA?
b. ¿Cuál es la corriente en el inductor 10.0 s después de que el interruptor se cierra?
12.
En la figura, supongamos que R = 7.60 Ω, L = 2.20 mH y C = 1.80 μF. Calcule la
frecuencia de la oscilación amortiguada del circuito. ¿Cuál es la resistencia crítica?
Corriente alterna
13.
El voltaje rms de salida de una fuente de CA es de 200 V y la frecuencia de operación de
100 Hz. Escriba la ecuación que proporcione el voltaje de salida como función del tiempo.
14.
¿Cuál es la resistencia de una lámpara que usa una potencia promedio de 75.0 W cuando
está conectada a una fuente de 60.0 Hz que tiene un voltaje máximo de 170 V? ¿Cuál es la resistencia
de una lámpara de 100 W?
15.
En un circuito de CA completamente inductivo, Vmáx = 100 V.
a. La corriente máxima es 7.50 A a 50.0 Hz. Calcule la inductancia L.
b. ¿A qué frecuencia angular ω es 2.50 A la corriente máxima?
16.
Un inductor tiene una reactancia de 54.0 Ω a 60.0 Hz. ¿Cuál es la corriente máxima si el
inductor se conecta a una fuente de 50.0 Hz que produce un voltaje de 100 V rms?
17. a) ¿Con qué frecuencias un capacitor de 22.0 μF registra una reactancia por debajo de 175 Ω? b)
Con esta misma gama de frecuencia, ¿cuál es la reactancia de un condensador de 44.0 μF?
18. ¿Cuál es la corriente máxima en un capacitor de 2.20 mF cuando está conectado a:
a. Una salida eléctrica estándar estadounidense que tiene Vrms = 120 V, f = 60.0 Hz, y
b. Una salida eléctrica estándar europea que tiene Vrms = 240 V, f = 50.0 Hz?
19. Un inductor (L = 400 mH), un capacitor (C = 4.43 μF) y un resistor (R = 500 Ω) están conectados
en serie. Una fuente de CA de 50.0 Hz produce un pico de corriente de 250 mA en el circuito. a)
Calcule el pico de voltaje necesario Vmáx. b) Determine el ángulo de fase en el cual la corriente se
adelanta o atrasa al voltaje aplicado.
20. Un circuito RLC consta de un resistor de 150 Ω, un capacitor de 21.0 μF y un inductor de 460 mH
conectados en serie con una fuente de alimentación de 120 V, 60.0 Hz. a) ¿Cuál es el ángulo de
fase entre la corriente y el voltaje aplicado? b) ¿Cuál alcanza su valor máximo primero, la
corriente o el voltaje?¿Que potencia se disipa en el mismo?
21. En la figura, encuentre la corriente rms entregada por la fuente de alimentación de 45.0 V (rms)
cuando a) la frecuencia es muy grande y b) la frecuencia es muy pequeña.
22. En el circuito del ejercicio anterior, determine la potencia disipada en el circuito si la frecuencia
del mismo es de 50 Hz.
23. Un resistor de 80.0 Ω y un inductor de 200 mH se conectan en paralelo en las terminales de una
fuente de 100 V (rms), 60.0 Hz. a) ¿Cuál es la corriente rms del resistor? b) ¿Con qué ángulo la
corriente total se adelanta o se atrasa al voltaje?
24. En un circuito L-R-C en serie, R = 400 Ω, L = 0.350 H y C = 0.0120 μF. a) ¿Cuál es la frecuencia
angular de resonancia del circuito?
25. En un circuito L-R-C en serie, los componentes tienen los siguientes valores: L = 20.0 mH, C =
140 nF y R = 350 Ω. El generador tiene un voltaje rms de 120 V y una frecuencia de 1.25 kHz.
Determine a) la potencia suministrada por el generador y b) la potencia disipada en el resistor.
26. Un transformador reductor se emplea para recargar las baterías de aparatos portátiles, como los
tocacintas. La relación de vueltas dentro del transformador es 13:1 y se usa con 120 V (rms) del
servicio doméstico. Si un transformador ideal en particular toma 0.350 A del tomacorriente en
casa, ¿cuáles son a) el voltaje y b) la corriente suministrada al tocacintas desde el
transformador? c) ¿Cuánta potencia se entrega?
27. 41. Un transformador tiene N1 = 350 vueltas y N2 = 2000 vueltas. Si el voltaje de entrada es
v(t)=(170 V) cos vt, ¿qué voltaje rms se genera en la bobina del secundario?