Biofísica 4 Electricidad (20) 39. Electrodinámica

 a. ¿Encendería un buscapolos de lámpara de neón si introdujéramos su contacto en el vivo, pero tomáramos su cuerpo subidos a una silla de plástico, o aislados muy bien de tierra por cualquier otro medio?

 

 

 

Es la herramienta que permite detectar dónde hay un potencial distinto del potencial propio (diferencia de potencial respecto a la persona que tiene el buscapolo en su mano).

 

La tensión del vivo, en una instalación domiciliaria oscila entre 220 V y – 220 V (por eso se llama vivo)

Si se realiza la detección subidos aislados de la tierra, habrá diferencia de potencial, en algún momento, respecto de vivo y la lámpara se encenderá.

 

 

b. ¿A qué se debe el fulgor débil que emiten a veces los tubos fluorescentes en la oscuridad, aunque estén apagados?

 

El fulgor aparece cuando el interruptor que enciende o apaga el tubo de luz se encuentra cortando al neutro (el otro cable de la instalación domiciliaria) y no al vivo (como debería). Si le molesta el fulgor llame a un buen electricista.

 

 

Biofísica 4 Electricidad (20) 38. Electrodinámica

a) Un pájaro se sostiene sobre una pata apoyada en una línea de alta tensión. ¿Qué pasa cuando pone la otra pata sobre la misma línea? ¿Qué pasaría si el pájaro pusiera su otra pata sobre un conductor conectado a tierra?

 

El pájaro apoya sus dos patas sobre el mismo cable, no hay diferencias de potencial y no nota ninguna diferencia, respecto a una rama de árbol.

El pájaro apoya una pata sobre un cable y la otra sobre otro cable a diferente tensión o conectado a tierra, hay diferencia de potencial y eso la hace potencialmente mortal para el pájaro.

b) Una maquina eléctrica de afeitar enchufada cae accidentalmente al agua. ¿Es peligroso meter la mano en el agua para sacarla? ¿Es importante que este o no encendida? Explicarlo.

 

Una máquina eléctrica (de cualquier tipo) cae al agua estando enchufada (sin importar si está encendida o no) va a conducir corriente (los electrones) en el agua, lo que hace potencialmente mortal el hecho de meter la mano en el agua.

 

c) ¿Porque es especialmente importante conectar adecuadamente a tierra los aparatos cuando se usan al aire libre o en sótanos?

 

En los sótanos (sitios normalmente húmedos) o al aire libre es más probable que los aparatos reciban agua o humedad. Cuando están adecuadamente conectados (el aparato eléctrico a tierra) y reciban humedad la diferencia de potencial entre cualquier parte del aparato y el suelo será nula y el que esta manipulándolo (que está apoyado en la tierra) no le pasará nada.

Biofísica 4 Electricidad (20) 37. Electrodinámica

Una persona debe tocar un cable de energía eléctrica para hacer una reparación sin interrumpir el servicio. ¿Qué precaución debe adoptar?

 

a) Subirse a una plataforma aislante.

Verdadero

Si la persona toca un cable de energía eléctrica (distinto de tierra) pero está aislado de la tierra, no le pasa absolutamente nada.

 

b) Tomarse firmemente de un metal conectado al cable a tierra.

Falso

Si la persona toca un cable de energía eléctrica (distinto de tierra V≠0) y se toma de un metal conectado a tierra (V=0), se produce una corriente eléctrica que la atraviesa.

 

c) Ambas cosas.

Falso

Incluye la opción b (muy peligrosa)

 

 

Biofísica 4 Electricidad (20) 36. Electrodinámica

Se conecta una fuente de 1 000 V CC a un capacitor de 1.000 μF inicialmente descargado, a través de un resistor de 1.000 Ω. Cuando finalice la carga

 

 

 

a. ¿cuánta energía habrá entregado la fuente al circuito?

 

ΔUf = Q ΔV (Energía entregada por la fuente)

 

 donde

ΔUf = energía de la fuente

Q = carga entregada

ΔV = diferencia de potencial = 1 000 V

 

La carga entregada por la fuente (Q), es la acumulada en el capacitor

 

Q = C ΔV

 

donde

Q = carga del capacitor

C = capacitor = 1 000 μF

ΔV = diferencia de potencial = 1 000 V

 

Reemplazando

Q = 1 000 μF 1 000 V = 1 C

 

Reemplazando en la fórmula de la energía de la fuente

ΔUf = 1 C 1 000 V = 1 000 J

 

 

b. ¿cuánta habrá recibido el capacitor?

 

 ΔUc = 1/2  Q  ΔV (Energía acumulada en el capacitor )

 

donde

ΔUc = energía almacenada en el capacitor

Q = carga entregada = 1C

ΔV = diferencia de potencial = 1.000 V

 

Reemplazando

ΔUc = 1/2 * 1 C  1 000 V = 500 J  

 

 

c. ¿y cuánta habrá disipado el resistor? (sobra un dato).

 

 ΔUf = ΔUc + ΔUr  (Energía disipada por el resistor)

 

donde

ΔUf = energía de la fuente = 1 000 J

ΔUc = energía almacenada en el capacitor = 500 J

ΔUr = energía disipada por el resistor

 

Reemplazando y despejando ΔUr

ΔUr = 1 000 J – 500 J = 500 J 

 

 

Biofísica 4 Electricidad (20) 35. Electrodinámica

Una resistencia de un centenar de ohm se conecta a una fuente de tensión de un centenar de volt. Se mide correctamente la tensión en los extremos de la resistencia y la intensidad que lo atraviesa, disponiendo un voltímetro en paralelo y un amperímetro en serie con la resistencia (figura de arriba).

Si uno se equivoca en el montaje y conecta el voltímetro en serie y el amperímetro en paralelo (figura de abajo), ¿qué valores indican los instrumentos?

Desprecie las resistencias internas de las pilas.

 

 

Caso I. Circuito 

 

 V = R I  (Ley de Ohm)

 

Donde

V = tensión de la fuente = 100 V

R = resistencia = R1 = 100 Ω

I = intensidad

 

Despejando I

I = V / R1 = 100 V / 100 Ω  = 1 A

 

El voltímetro (V) mide la tensión entre los extremos de la resistencia R1 = tensión de la fuente = V

El amperímetro (A) mide la intensidad de corriente que circula por la resistencia R1 = I

 

 

Caso II. Circuito 

 

 

V = 100 V

I = 0 A

 

 

Los voltímetros (V) tienen una resistencia interna muy grande (mucho mayor que R1), la tensión que mide, corresponde a su resistencia interna = tensión de la fuente = V

 

El amperímetro (A) tienen una resistencia interna muy pequeña (mucho menor que R1), la intensidad que mide = 0

 

Biofísica 4 Electricidad (20) 34. Electrodinámica

 Sabiendo que R > r, ordene de mayor a menor las Intensidades de corriente que circula por los cables 1, 2, 3, 4, 5, 6 y 7 en el circuito a antes de cerrar el interruptor y después de cerrarlo. Ídem para el circuito b.

 

 

Circuito a

 

 

 

 

Caso I. Circuito a antes de cerrar el interruptor

 

Cuando el Interruptor está abierto I7 = 0

 

It = I1 = I4

 

En cada rama del paralelo

 

I23 = I2 = I3

I56 = I5 = I6

 

It = I23 + I56

 

Con r2 = r6 = r y r3 = r5 = R

 

La resistencia equivalente de la rama 23 = R23 = r + R

La resistencia equivalente de la rama 56 = R56 = r + R

 

Como ambas resistencia son iguales R23 = R56 à I23 = I56

 

La relación de las intensidades I1 = I4 > I2 = I3 = I5 = I6 > I7 (llave abierta)

 

 

Caso II. Circuito a después de cerrar el interruptor

 

En cada rama del paralelo

 

I23 = I2 = I3

I56 = I5 = I6

 

It = I23 + I56

 

Con r2 = r6 = r y r3 = r5 = R

 

La resistencia equivalente de la rama 23 = R23 = r + R

La resistencia equivalente de la rama 56 = R56 = r + R

 

Como ambas resistencia son iguales R23 = R56 à I23 = I56

 

V2 = I23 R

 

V6 = I56 R

 

Como I23 = I56 à V2 = V6

 

No hay diferencia de potencial en la rama del interruptor à I7 = 0 

 

La relación de las intensidades I1 = I4 > I2 = I3 = I5 = I6 > I7 (llave cerrada)

 

 

Circuito b

 

 

 

Caso III. Circuito b antes de cerrar el interruptor

 

Cuando el interruptor está abierto I7 = 0

 

It = I1 = I4

 

En cada rama del paralelo

 

I23 = I2 = I3

I56 = I5 = I6

 

It = I23 + I56

 

Con r2 = r3 = R y r6 = r5 = r

 

La resistencia equivalente de la rama 23 = R23 = R + R = 2R

La resistencia equivalente de la rama 56 = R56 = r + r =2r

 

Como R > r à R23 > R56 à I23 < I56

 

La relación de las intensidades I1 = I4 > I5 = I6 > I2 = I3 > I7 (llave abierta)

 

 

Caso IV. Circuito b después de cerrar el Interruptor

 

En la rama 23 las resistencias son iguales R2 = R3 = R

 

Las diferencias de potencial

V2 =V3 = V/2

 

En la rama 56 las resistencias son iguales r5 = r6 = r

 

Las diferencias de potencial

V5 = V6 = V/2

 

No hay diferencia de potencial en la rama del interruptor à I7 = 0 

 

La relación de las intensidades I1 = I4 > I5 = I6 > I2 = I3 > I7 (llave cerrada)