UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN DE AREQUIPA
DEPARTAMENTO DE FISICA
TAREA DECAPACITANCI Y DIELÉCTRICOS (Ingeniería Mecánica)
Apellidos y Nombre: Cristian Fernando Gallegos Melo. CUI: 20190678
TAREA 1:
1. Una esfera conductora con carga y aislada de radio 12 cm produce un campo eléctrico de
4.90 x104 N/C a una distancia de 21 cm de su centro. a) ¿Cuál es su densidad de carga
superficial? b) ¿Cuál será su capacitancia?
2. Un capacitor lleno de aire está formado por dos placas paralelas, cada una de ellas con un
área de 7.60 cm2 , separadas una distancia de 1.8 mm. A estas placas se les aplica una
diferencia de potencial de 20 V. Calcule a) el campo eléctrico entre las placas, b) la densidad
de carga superficial, c) la capacitancia y d) la carga sobre cada placa.
3. Un tramo de 50.0 m de cable coaxial tiene un conductor interno de diámetro 2.58 mm que
tiene una carga de +8.10 𝜇𝐶. El conductor que lo rodea tiene una diámetro interno de 7.27
mm y una carga de -8.10 𝜇𝐶. a) ¿Cuál es la capacitancia de este cable? b) ¿Cuál es la
diferencia de potencial entre los conductores? Suponga que la región entre los conductores
está llena de aire.
4. Dos capacitores, 𝐶1 = 5.00𝜇𝐹 y 𝐶1 = 12.0𝜇𝐹, están conectados en paralelo, y la
combinación resultante está conectada a una batería de 9.00 V. Encuentre a) la capacitancia
equivalente de la combinación, b) la diferencia de potencial a través de cada capacitor y c)
la carga almacenada en cada uno de ellos.
5. ¿Qué pasaría si? Los dos capacitores del problema 4 se conectan ahora en serie y a una
batería de 9 V. Determine a) la capacitancia equivalente de la combinación, b) la diferencia
de potencial en cada capacitor y c) la carga de cada uno de los capacitores.
6. Cuatro capacitores están conectados como se muestra en la figura. a) Encuentre la
capacitancia equivalente entre los puntos a y b. b) Calcule la carga de cada uno de los
capacitores si ∆𝑉𝑎𝑏 = 15.0 V.
7. Considere tres capacitores 𝐶1 , 𝐶2 y 𝐶3 y una batería. Si 𝐶1 se conecta a la batería, adquirirá
una carga de 30.8 C. Enseguida se desconecta C1 , se descarga y se conecta en serie con C2.
Cuando esta combinación en serie se conecta a la batería, la carga en C1es de 23.1 𝜇C. Ahora
se desconecta el circuito y se descargan los capacitores. Los capacitores C3 y C1 se conectan
en serie con la batería, lo que da una carga en C1 de 25.2 𝜇C. Si los capacitores𝐶1 , 𝐶2 y 𝐶3 ,
se conectan en serie entre sí y con la batería después de haberse desconectado y descargado,
¿cuál es la carga en C1?
8. Determine la capacitancia equivalente entre los puntos a y b para el grupo de capacitores
conectados como se muestra en la figura P26.23. Utilice los valores C1 = 5.00 𝜇F, C2 = 10.00
𝜇F y C3 = 2.00 𝜇F.
9. a) Un capacitor de 3.00 𝜇F se conecta a una batería de 12 V. ¿Cuánta energía se almacena
en el capacitor? b) Si el capacitor hubiera estado conectado a una batería de 6 V, ¿cuánta
energía hubiera almacenado?
10. Determine a) la capacitancia y b) la máxima diferencia de potencial aplicable a un capacitor
de placas paralelas con dieléctrico de teflón, con una superficie de placa de 1.75 cm2 y una
separación de 0.040 0 mm entre placas
11. Un capacitor comercial debe fabricarse como se muestra en la figura 26.15a. Este capacitor
se hace a partir de dos tiras de aluminio separadas por una tira de papel parafinado. Cada tira
de aluminio y de papel tiene un ancho de 7.00 cm. El aluminio tiene un espesor de 0.004 00
mm, y el papel de 0.025 0 mm, con una constante dieléctrica igual a 3.70. ¿Cuál es la longitud
que deberán tener las tiras, si se desea obtener una capacitancia de 9.50 x 10-8 F antes de
enrollar el capacitor? Si se agrega una segunda tira de papel y se enrolla el capacitor, su
capacitancia, efectivamente se duplica al conseguir almacenamiento de carga en cada una de
las caras de cada tira de aluminio.
12. Cada capacitor de la combinación que se muestra en la figura P26.41 tiene un voltaje de
ruptura de 15.0 V. ¿Cuál es el voltaje de ruptura de la combinación?
TAREA 2 (2, 5, 6, 7, 10, 13, 15, 17, 19, 21, 23, 26, 29)
2. Una tetera con un área superficial de 700 cm2 que debe recubrirse de plata por
electrodeposición, se fi ja al electrodo negativo de una celda electrolítica que contiene nitrato
de plata (Ag NO3 ). Si la celda está alimentada por una batería
5. La cantidad de carga q (en coulombs) que ha pasado a través de una superfi cie de área igual
a 2.00 cm2 varía en función del tiempo según la ecuación q 4t 3 5t 6, donde t está en
segundos. a) ¿Cuál es la corriente instantánea que pasa a través de la superfi cie en t 1.00
s? b) ¿Cuál es el valor de la densidad de corriente?
6. Una corriente eléctrica está defi
nida por la expresión I(t) 100 sen (120 pt), donde I
está en amperes y t en segundos. ¿Cuál es la carga total que genera esta corriente de t 0
hasta t (1/240) s?
7. El haz de electrones que sale de cierto acelerador de electrones de alta energía tiene una
sección transversal circular con un radio de 1.00 mm. a) La corriente del haz es de 8.00 mA.
Determine la densidad de corriente en el haz, si es uniforme en todos sus puntos. b) La
rapidez de los electrones es tan cercana a la rapidez de la luz que su rapidez se puede tomar
sin un error apreciable como 300 Mm/s. Encuentra la densidad del electrón en el haz. c)
¿Cuánto tiempo se necesita para que emerja el número de Avogadro de electrones del
acelerador?
10. Un alambre de aluminio de sección transversal de 4.00 106 m2 transporta una corriente
de 5.00 A. Determine la velocidad de arrastre de los electrones en el alambre. La rapidez del
aluminio es de 2.70 g/cm3 . Suponga que cada átomo de aluminio aporta un electrón de
conducción
13. Suponga que desea fabricar un alambre uniforme a partir de 1.00 g de cobre. Si el alambre
debe tener una resistencia R 0.500 , y si debe utilizarse todo el cobre disponible, ¿cuál
será a) la longitud y b) el diámetro de este alambre?
15. . En la atmósfera de una ubicación donde el campo eléctrico es de 100 V/m, existe una
densidad de corriente de 6.00
1013 A/m2 . Calcule la conductividad eléctrica de la
atmósfera de la Tierra en esa región.
17. Si en un alambre de cobre la magnitud de la velocidad de arrastre de los electrones libres es
de 7.84 104 m/s, ¿cuál es el campo eléctrico en el conductor?
19. . Un alambre de aluminio con un diámetro de 0.100 mm tiene aplicado en toda su longitud
un campo eléctrico uniforme de 0.200 V/m. La temperatura del alambre es de 50.0°C.
Suponga que sólo existe un electrón libre por cada átomo. a) Utilice la información de la
tabla 27.2 y determine la resistividad. b) ¿Cuál es la densidad de corriente en el alambre? c)
¿Cuál es la corriente total en el alambre? d) ¿Cuál es la rapidez de arrastre de los electrones
de conducción? e) ¿Cuál es la diferencia de potencial que debe existir entre los extremos de
un de alambre 2,00 m de longitud para producir el campo eléctrico establecido?
21. ¿Cuál es el cambio fraccionario en la resistencia de un fi lamento de hierro cuando su
temperatura pasa de 25,0°C a 50,0°C?
25. Un calentador eléctrico de agua bien aislado calienta 109 kg de agua de 20.0°C a 49.0°C en
25.0 min. Encuentre la resistencia de su elemento calefactor, que se conecta a través de una
diferencia de potencial de 220 V
29. Una bobina calefactora de 500 W, diseñada para funcionar a 110 V, está hecha de alambre
de nicromo de 0.500 mm de diámetro. a) Si la resistividad del nicromo se mantiene constante
a 20.0°C, determine la longitud del alambre utilizado. b) ¿Qué pasaría si? Ahora considere
la variación de la resistividad en función de la temperatura. ¿Cuál será la potencia que se da
a la bobina del inciso a) cuando se calienta a 1200°C?
TAREA 3 (1, 3, 5, 7, 9, 11, 15, 16, 17, 22, 25, 31, 28, 29)
1. Una batería tiene una fem de 15.0 V. Cuando entrega 20.0 W de potencia a un resistor de
carga externo R, el voltaje entre las terminales de la batería es de 11.6 V. a) ¿Cuál es el valor
de R? b) ¿Cuál es la resistencia interna de la batería?
3. La batería de un automóvil tiene una fem de 12.6 V y una resistencia interna de 0.080 0 .
Los dos faros juntos presentan una resistencia equivalente de 5.00 (que se supone constante).
¿Cuál es la diferencia de potencial aplicada a las lámparas de los faros a) cuando representan
la única carga de la batería y b) cuando funciona el motor de arranque, que consume 35.0 A
adicionales de la batería?
5. a) Determine la resistencia equivalente entre los puntos a y b de la fi gura P28.5. b) Si entre
los puntos a y b se aplica una diferencia de potencial de 34.0 V, calcule la corriente en cada
resistor.
7. Considere el circuito que se muestra en la figura P28.7. Determine a) la corriente en el
resistor de 20.0 y b) la diferencia de potencial entre los puntos a y b.
9. Tres resistores de 100 están conectados como se muestra en la fi gura P28.9. La potencia
máxima que puede ser entregada sin riesgo a cualquiera de los resistores es de 25.0 W. a)
¿Cuál es la diferencia de potencial máximo que se puede aplicar a las terminales a y b ? Para
el voltaje determinado en el inciso a), ¿cuál es la potencia entregada a cada resistor? ¿Cuál
es la potencia total entregada?
11. Una batería de 6.00 V suministra corriente al circuito que se muestra en la fi gura P28.11.
Cuando el interruptor de doble posición S está abierto, como se muestra, la corriente en la
batería es de 1.00 mA. Cuando el interruptor se cierra en la posición a, la corriente en la
batería es de 2.00 mA. Determine las resistencias R1, R2 y R3.
15. Calcule la potencia entregada a cada resistor en el circuito que se muestra en la fi gura
P28.15.
16. El amperímetro que se muestra en la fi gura P28.16 da una lectura de 2.00 A. Determine
I1, I2 y .
17. Determine la corriente en cada una de las ramas del circuito que se muestra en la fi gura
P28.17.
22. Si R 1.00 k y ´ 250 V en la fi gura P28.22, determine la dirección y la magnitud de la
corriente en el alambre horizontal entre a y e.
25. Para el circuito que se muestra en la fi gura P28.25, calcule a) la corriente en el resistor de
2.00 y b) la diferencia de potencial entre los puntos a y b.
28. Un capacitor de 10.0 mF se carga mediante una batería de 10.0 V a través de una resistencia
R. El capacitor alcanza una diferencia de potencial de 4.00 V en un intervalo de tiempo de
3.00 s después de comenzar la carga. Encuentre R.
29. Un capacitor de 2.00 nF con una carga inicial de 5.10 mC se descarga a través de un resistor
de 1.30 k . a) Calcule la corriente en el resistor 9.00 ms después de que el resistor se conecta
entre las terminales del capacitor. b) ¿Cuál es la carga en el capacitor después de 8.00 ms?
c) ¿Cuál es la corriente máxima en el resistor?
31. El circuito de la fi gura P28.31 se ha conectado durante mucho tiempo. a) ¿Cuál es la
diferencia de potencial a través del capacitor? b) Si se desconecta la batería, ¿cuánto tiempo
tarda el capacitor en descargarse hasta la décima parte de su voltaje inicial?