Biofísica 4 Electricidad (20) OM 27. Electricidad

 Se reemplaza la lámpara encendida de 60 W de un velador por otra de 100 W. Comparada con la anterior la nueva lámpara: (las resistencias corresponden a la temperatura de trabajo)

 

█ a) tiene menos resistencia y circula más corriente por ella.

a)     tiene igual resistencia, pero circula más corriente por ella

b)    tiene más resistencia y circula más corriente por ella.

c)     tiene menos resistencia y circula menos corriente por ella.

d)    tiene igual resistencia y circula menos corriente por ella.

e)     tiene más resistencia y circula menos corriente por ella.

 

Pot = V^2 / R

 

donde

Pot = potencia

V = diferencia de potencial

R = resistencia

 

Despejando R

R = V^2 / Pot

 

Esta ecuación es validad para las dos lámparas y V = constante

R1 = V^2 / Pot1 = V^2 / 60 W

R2 = V^2 / Pot2 = V^2 / 100 W

 

El cociente de ambas ecuaciones

R2 / R1 = (V^2 / 100 W) / (V^2 / 60 W) = 60 W / 100 W = 0,6

 

Despejando R2

R2 = 0,6 R1 à R2 < R1

 

Pot = V I

 

Donde

Pot = potencia

V = diferencia de potencial

I = intensidad de corriente

 

Despejando I

I = Pot / V

 

Esta ecuación es validad para las dos lámparas y V = constante

I1 = Pot1 / V = 60 W / V

I2 = Pot2 / V = 100 W / V

 

El cociente de ambas ecuaciones

I2 / I1 = (100 W / V) / (60 W / V) = 100 W / 60 W1 = 5/3 

 

Despejando I2

I2 = 5/3 I1 à I2  > I1

 

Biofísica 4 Electricidad (20) OM 26. Electricidad

 Un par de placas metálicas paralelas separadas por aire forman un capacitor, que está conectado a una batería. Sin desconectar la batería se sumergen las placas en agua destilada (εr = 80). Entonces respecto de sus valores anteriores:

 

█ a) la carga aumenta y la tensión entre placas no se modifica.

a)     la carga y la tensión entre placas aumentan

b)    la carga y la tensión entre placas disminuyen

c)     la carga disminuye y la tensión entre placas no se modifica.

d)    la carga y la tensión entre placas no se modifican

e)     la carga no cambia y la tensión entre placas aumenta.

 

Q = C V

 

donde

Q = carga

C = capacidad = εo εr A / d

εo = permitividad del vacío

εr = constante dieléctrica relativa

A = área de las placas

d = distancia entre placas

V = diferencia de potencial (batería)

 

Esta ecuación es validad en los dos estados

Estado inicial: Q1 = (εo A / d) V (εr = 1 aire)

Estado final: Q2 = (εo 80 A / d) V (εr = 80 agua destilada)

  

El cociente de ambas ecuaciones

Q2 / Q1 = (εo 80 A / d V) / (εo A / d V) = 80

 

Despejando Q2

Q2 = 80 Q1 à Q2 > Q1

 

La tensión entre las placas NO se modifica (la tensión es suministrada por la batería)

 

Biofísica 4 Electricidad (20) OM 25. Electricidad

 

¿Qué pasa si se conecta un amperímetro directamente a los dos polos de un tomacorriente de una casa?

 

a)     El amperímetro indica cero, pues no hay conectado ningún otro elemento.

█ b) Se produce una chispa intensa, es posible que se estropee el instrumento y actúe la protección contra cortocircuitos que posea la instalación o el amperímetro.

a)     El amperímetro indica 220 A de corriente alterna

b)    El amperímetro indica 6 A, la corriente nominal de los tomacorrientes hogareños.

c)     El amperímetro indica la corriente total que circula por los cables de alimentación a la vivienda.

d)    El instrumento indica unos pocos miliamperes, que corresponden a la corriente de fuga o de pérdida de instalación

.

 

La resistencia interna de un amperímetro es muy baja (en un amperímetro ideal la resistencia es cero),

La intensidad que circula por el amperímetro es muy alta (I = V/R).

El amperímetro indica una intensidad muy muy alta. 

Biofísica 4 Electricidad (20) OM 24. Electricidad

 ¿Cuánta energía eléctrica se gasta por bimestre para calentar todos los días 100 litros de agua desde 20ºC hasta 40°C?

 

a) entre 2 Wh y 20 Wh	b) entre 20 Wh y 200 Wh
c) entre 200 Wh y 2 kW	d) entre 2 kWh y 20 kWh
█ e) entre 20 kWh y 200 kWh	f) entre 200 kWh y 2000 kWh

 

 

Q = m ce (Tf – Ti)

 

donde

Q = calor

m = masa de agua = 100 L = 100 kg = 100.000 gr

ce = calor especifico del agua = 1 cal/gr ºC = 4,187 J/gr ºC

Tf = temperatura final = 40ºC

Ti = temperatura inicial = 20ºC

 

Reemplazando

Q = 100.000 gr 4,187 J/gr ºC (40ºC – 20ºC) = 8.374.000 J (por día)

Q = 8.374.000 J 60 días =502.440.000 J = 5,02 x 10^8 J

Q = 5,02 x 10^8 J (1 kWh / 3,6 x 10^6 J) = 139,6 kWh

 

Nota: 1 kWh = 1.000 W 3.600 s = 3.600.000 W s = 3,6 x 10^6 J

 

Biofísica 4 Electricidad (20) OM 23. Electricidad

Un capacitor inicialmente descargado se conecta a una pila y adquiere una carga de 2 mC y una diferencia de potencial entre sus placas de 10 V. Se desconecta la pila y se conectan los extremos del capacitor con los de otro idéntico, pero descargado. Cuando se llega al equilibrio, la tensión y la carga en este último capacitor son, respectivamente:

  

a)     10 V y 2 mC	b) 10 V y 1 mC	c) 5 V y 2 mC
█ d) 5 V y 1 mC	e) cero y cero	f) Cero y 1 mC

  

Q = C V

 

Donde

Q = carga

C = capacidad

V = diferencia de potencial

 

Reemplazando y despejando C

C = Q / V = 2 mC / 10 V = 0,2 mF

 

Se desconecta la pila

 

Q = Ceq V2

 

Donde

Q = carga (constante)

Ceq = capacidad equivalente en paralelo = C + C = 2 C = 2 * 0,2 mF = 0,4 mF

V2 = diferencia de potencial en los extremos del paralelo

 

Reemplazado y despejando V2

V2 = Q / Ceq = 2 mC / 0,4 mF = 5 V 

 Reemplazado en Q

Q = C V2 = 0,2 mF 5 V = 1 mC 

Biofísica 4 Electricidad (20) OM 22. Electricidad

Se carga un capacitor plano cuyas láminas están separadas por aire (er = 1) conectándolo a una fuente de tensión continua. Se desconecta luego el capacitor de la fuente, se lo aísla y se introduce entre sus placas un plástico descargado de espesor igual a la distancia entre placas y constante dieléctrica relativa igual a 20. Si para la primera situación, llamamos C1 a la capacidad del capacitor y Ep2 a la energía potencial electrostática almacenada y C2 y Ep2 a las mismas magnitudes en la segunda situación, se verifica que:

 

a)     C1 = C2; Ep2 = Ep1	b) C2 = 20 C1; Ep2 = 20 Ep1
b)    C1 = C2; Ep2 = 20 Ep1	d) C2 = C1 / 20; Ep2 = Ep1 / 20
█ e) C2 = 20 C1; Ep2 = Ep1 / 20	f) C2 = 20 C1; Ep2 = 400 Ep1

 

 

Capacidad

 

C = εr εo A / d

 

Donde

C = capacidad del capacitor

εr = constante dieléctrica relativa

εo = permitividad del vacío

A = área de las placas del capacitor

d = separación entre las placas

 

Esta ecuación vale para ambas situaciones

C1 = 1 εo A / d

C2 = 20 εo A / d

 

El cociente entre ambas capacidades

C2 / C1 = 20 à C2 = 20 C1

 

Energía potencial electrostática almacenada (Ep)

 

Ep = 1 /2 Q^2 / C

 

Donde

Ep = energía potencial electrostática almacenada

Q = carga

C = capacidad

 

Esta ecuación vale para ambas situaciones

Ep1 = 1 / 2  Q^2 / C1

Ep2 = 1 / 2 Q^2 / C2

 

El cociente entre ambas energías y con Q = constante (se desconectó la fuente)

Ep2 /Ep1 = C1 / C2 = 1/20  à Ep2 = Ep1 / 20