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  1. Prefacio
  2. Termodinámica
    1. 1 Temperatura y calor
      1. Introducción
      2. 1.1 Temperatura y equilibrio térmico
      3. 1.2 Termómetros y escalas de temperatura
      4. 1.3 Dilatación térmica
      5. 1.4 Transferencia de calor, calor específico y calorimetría
      6. 1.5 Cambios de fase
      7. 1.6 Mecanismos de transferencia de calor
      8. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    2. 2 Teoría cinética de los gases
      1. Introducción
      2. 2.1 Modelo molecular de un gas ideal
      3. 2.2 Presión, temperatura y velocidad media cuadrática (rms)
      4. 2.3 Capacidad calorífica y equipartición de energía
      5. 2.4 Distribución de las velocidades moleculares
      6. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    3. 3 Primera ley de la termodinámica
      1. Introducción
      2. 3.1 Sistemas termodinámicos
      3. 3.2 Trabajo, calor y energía interna
      4. 3.3 Primera ley de la termodinámica
      5. 3.4 Procesos termodinámicos
      6. 3.5 Capacidades térmicas de un gas ideal
      7. 3.6 Procesos adiabáticos para un gas ideal
      8. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    4. 4 Segunda ley de la termodinámica
      1. Introducción
      2. 4.1 Procesos reversibles e irreversibles
      3. 4.2 Máquinas térmicas
      4. 4.3 Refrigeradores y bombas de calor
      5. 4.4 Enunciados de la segunda ley de la termodinámica
      6. 4.5 El ciclo de Carnot
      7. 4.6 Entropía
      8. 4.7 Entropía a escala microscópica
      9. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
  3. Electricidad y magnetismo
    1. 5 Cargas y campos eléctricos
      1. Introducción
      2. 5.1 Carga eléctrica
      3. 5.2 Conductores, aislantes y carga por inducción
      4. 5.3 Ley de Coulomb
      5. 5.4 Campo eléctrico
      6. 5.5 Cálculo de los campos eléctricos de las distribuciones de carga
      7. 5.6 Líneas de campo eléctrico
      8. 5.7 Dipolos eléctricos
      9. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
    2. 6 Ley de Gauss
      1. Introducción
      2. 6.1 Flujo eléctrico
      3. 6.2 Explicar la ley de Gauss
      4. 6.3 Aplicación de la ley de Gauss
      5. 6.4 Conductores en equilibrio electrostático
      6. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    3. 7 Potencial eléctrico
      1. Introducción
      2. 7.1 Energía potencial eléctrica
      3. 7.2 Potencial eléctrico y diferencia de potencial
      4. 7.3 Cálculo del potencial eléctrico
      5. 7.4 Determinación del campo a partir del potencial
      6. 7.5 Equipotential Surfaces and Conductors
      7. 7.6 Aplicaciones de la electrostática
      8. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    4. 8 Capacitancia
      1. Introducción
      2. 8.1 Condensadores y capacitancia
      3. 8.2 Condensadores en serie y en paralelo
      4. 8.3 Energía almacenada en un condensador
      5. 8.4 Condensador con dieléctrico
      6. 8.5 Modelo molecular de un dieléctrico
      7. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    5. 9 Corriente y resistencia
      1. Introducción
      2. 9.1 Corriente eléctrica
      3. 9.2 Modelo de conducción en metales
      4. 9.3 Resistividad y resistencia
      5. 9.4 Ley de Ohm
      6. 9.5 Energía eléctrica y potencia
      7. 9.6 Superconductores
      8. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    6. 10 Circuitos de corriente directa
      1. Introducción
      2. 10.1 Fuerza electromotriz
      3. 10.2 Resistores en serie y en paralelo
      4. 10.3 Reglas de Kirchhoff
      5. 10.4 Instrumentos de medición eléctrica
      6. 10.5 Circuitos RC
      7. 10.6 Cableado doméstico y seguridad eléctrica
      8. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    7. 11 Fuerzas y campos magnéticos
      1. Introducción
      2. 11.1 El magnetismo y sus descubrimientos históricos
      3. 11.2 Campos y líneas magnéticas
      4. 11.3 Movimiento de una partícula cargada en un campo magnético
      5. 11.4 Fuerza magnética sobre un conductor portador de corriente
      6. 11.5 Fuerza y torque en un bucle de corriente
      7. 11.6 El efecto Hall
      8. 11.7 Aplicaciones de las fuerzas y campos magnéticos
      9. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    8. 12 Fuentes de campos magnéticos
      1. Introducción
      2. 12.1 La ley de Biot-Savart
      3. 12.2 Campo magnético debido a un cable recto delgado
      4. 12.3 Fuerza magnética entre dos corrientes paralelas
      5. 12.4 Campo magnético de un bucle de corriente
      6. 12.5 Ley de Ampère
      7. 12.6 Solenoides y toroides
      8. 12.7 El magnetismo en la materia
      9. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    9. 13 Inducción electromagnética
      1. Introducción
      2. 13.1 Ley de Faraday
      3. 13.2 Ley de Lenz
      4. 13.3 Fuerza electromotriz (emf) de movimiento
      5. 13.4 Campos eléctricos inducidos
      6. 13.5 Corrientes de Foucault
      7. 13.6 Generadores eléctricos y fuerza contraelectromotriz
      8. 13.7 Aplicaciones de la inducción electromagnética
      9. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    10. 14 Inductancia
      1. Introducción
      2. 14.1 Inductancia mutua
      3. 14.2 Autoinducción e inductores
      4. 14.3 Energía en un campo magnético
      5. 14.4 Circuitos RL
      6. 14.5 Oscilaciones en un circuito LC
      7. 14.6 Circuitos RLC en serie
      8. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    11. 15 Circuitos de corriente alterna
      1. Introducción
      2. 15.1 Fuentes de ac
      3. 15.2 Circuitos simples de ac
      4. 15.3 Circuitos en serie RLC con ac
      5. 15.4 Potencia en un circuito de ac
      6. 15.5 Resonancia en un circuito de ac
      7. 15.6 Transformadores
      8. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    12. 16 Ondas electromagnéticas
      1. Introducción
      2. 16.1 Ecuaciones de Maxwell y ondas electromagnéticas
      3. 16.2 Ondas electromagnéticas planas
      4. 16.3 Energía transportada por las ondas electromagnéticas
      5. 16.4 Momento y presión de radiación
      6. 16.5 El espectro electromagnético
      7. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
  4. A Unidades
  5. B Factores de conversión
  6. C Constantes fundamentales
  7. D Datos astronómicos
  8. E Fórmulas matemáticas
  9. F Química
  10. G El alfabeto griego
  11. Clave de Respuestas
    1. Capítulo 1
    2. Capítulo 2
    3. Capítulo 3
    4. Capítulo 4
    5. Capítulo 5
    6. Capítulo 6
    7. Capítulo 7
    8. Capítulo 8
    9. Capítulo 9
    10. Capítulo 10
    11. Capítulo 11
    12. Capítulo 12
    13. Capítulo 13
    14. Capítulo 14
    15. Capítulo 15
    16. Capítulo 16
  12. Índice

Problemas

15.1 Fuentes de ac

14 .

Escriba una expresión para el voltaje de salida de una fuente de ac que tiene una amplitud de 12 V y una frecuencia de 200 Hz.

15.2 Circuitos simples de ac

15 .

Calcule la reactancia de un condensador de 5,0-μF5,0-μF a (a) 60 Hz, (b) 600 Hz y (c) 6.000 Hz.

16 .

¿Cuál es la capacitancia de un condensador cuya reactancia es 10Ω10Ω a 60 Hz?

17 .

Calcule la reactancia de un inductor de 5,0 mH a (a) 60 Hz, (b) 600 Hz y (c) 6.000 Hz.

18 .

Cuál es la autoinducción de una bobina cuya reactancia es 10Ω10Ω a 60 Hz?

19 .

¿A qué frecuencia es la reactancia de un condensador de 20-μF20-μF igual al de un inductor de 10 mH?

20 .

A 1.000 Hz, la reactancia de un inductor de 5,0 mH es igual a la reactancia de un condensador particular. ¿Cuál es la capacitancia del condensador?

21 .

Un resistor de 50-Ω50-Ω se conecta a través de la emf v(t)=(160V)sen(120πt)v(t)=(160V)sen(120πt). Escriba una expresión para la corriente que pasa por el resistor.

22 .

Un condensador de 25-μF25-μF está conectado a una emf dada por v(t)=(160V)sen(120πt)v(t)=(160V)sen(120πt). (a) ¿Cuál es la reactancia del condensador? (b) Escriba una expresión para la salida de corriente de la fuente.

23 .

Un inductor de 100 mH se conecta a través de la emf del problema anterior. (a) ¿Cuál es la reactancia del inductor? (b) Escriba una expresión para la corriente que atraviesa el inductor.

15.3 Circuitos en serie RLC con ac

24 .

¿Cuál es la impedancia de una combinación en serie de un resistor de 5050, un condensador de 5,0-μF5,0-μF y un 10-μF10-μF condensador a una frecuencia de 2,0 kHz?

25 .

Una resistor y un condensador están conectados en serie a través de un generador de ac. La emf del generador viene dada por v(t)=V0cosωt,v(t)=V0cosωt, donde V0=120V,V0=120V, ω=120πrad/s,ω=120πrad/s, R=400ΩR=400Ω y C=4,0μFC=4,0μF. (a) ¿Cuál es la impedancia del circuito? (b) ¿Cuál es la amplitud de la corriente a través del resistor? (c) Escriba una expresión para la corriente a través del resistor. (d) Escriba expresiones que representen los voltajes a través del resistor y a través del condensador.

26 .

Un resistor y un inductor están conectados en serie a través de un generador de ac. La emf del generador viene dada por v(t)=V0cosωt,v(t)=V0cosωt, donde V0=120VV0=120V y ω=120πrad/s;ω=120πrad/s; también, R=400ΩR=400Ω y L=1,5H.L=1,5H. (a) ¿Cuál es la impedancia del circuito? (b) ¿Cuál es la amplitud de la corriente a través del resistor? (c) Escriba una expresión para la corriente a través del resistor. (d) Escriba expresiones que representen los voltajes a través del resistor y a través del inductor.

27 .

En un circuito en serie RLC, la amplitud del voltaje y la frecuencia de la fuente son 100 V y 500 Hz, respectivamente, un R=500Ω,R=500Ω, L=0,20H,L=0,20H, y C=2,0μF.C=2,0μF. (a) ¿Cuál es la impedancia del circuito? (b) ¿Cuál es la amplitud de la corriente de la fuente? (c) Si la emf de la fuente viene dada por v(t)=(100V)sen1.000πtv(t)=(100V)sen1.000πt, ¿cómo varía la corriente con el tiempo? (d) Repita los cálculos con C cambiado a 0,20μF.0,20μF.

28 .

Un circuito en serie RLC con R=600ΩR=600Ω, L=30mH,L=30mH, y C=0,050μFC=0,050μF es accionado por una fuente de ac cuya frecuencia y amplitud de voltaje son 500 Hz y 50 V, respectivamente. (a) ¿Cuál es la impedancia del circuito? (b) ¿Cuál es la amplitud de la corriente en el circuito? (c) ¿Cuál es el ángulo de fase entre la emf de la fuente y la corriente?

29 .

Para el circuito que se muestra a continuación, ¿cuáles son (a) la impedancia total y (b) el ángulo de fase entre la corriente y la emf? (c) Escriba una expresión para i(t).i(t).

La figura muestra un circuito con una fuente de voltaje de 170 V, un seno de 120 pi t, un resistor de 5 ohmios, un condensador de 400 microfaradios y un inductor de 25 milihenrios conectados en serie.

15.4 Potencia en un circuito de ac

30 .

La emf de una fuente de ac viene dada por v(t)=V0senωt,v(t)=V0senωt, donde V0=100VV0=100V y ω=200πrad/s.ω=200πrad/s. Calcule la potencia media de la fuente si se conecta a través de (a) un condensador de 20-μF20-μF, (b) un inductor de 20 mH y (c) un resistor de 50-Ω50-Ω.

31 .

El cálculo de las corrientes rms para una fuente de ac viene dado por v(t)=V0senωt,v(t)=V0senωt, donde V0=100VV0=100V y ω=200πrad/sω=200πrad/s cuando se conecta a través de (a) un condensador de 20-μF20-μF, (b) un inductor de 20 mH y (c) un resistor de 50-Ω50-Ω.

32 .

Un inductor de 40 mH está conectado a una fuente de ac de 60 Hz cuya amplitud de voltaje es de 50 V. Si se coloca un voltímetro de ac a través del inductor, ¿qué lectura da?

33 .

Para un circuito en serie RLC, la amplitud del voltaje y la frecuencia de la fuente son 100 V y 500 Hz, respectivamente R=500ΩR=500Ω; y L=0,20HL=0,20H. Calcule la potencia media disipada en el resistor para los siguientes valores de capacitancia: (a) C=2,0μFC=2,0μF y (b) C=0,20μF.C=0,20μF.

34 .

Una fuente de ac de amplitud de voltaje 10 V suministra energía eléctrica a razón de 0,80 W cuando su corriente de salida es de 2,5 A. ¿Cuál es el ángulo de fase ϕϕ entre la emf y la corriente?

35 .

Un circuito en serie RLC tiene una impedancia de 60Ω60Ω y un factor de potencia de 0,50, con el voltaje retrasado respecto a la corriente. (a) ¿Debería colocarse un condensador o un inductor en serie con los elementos para elevar el factor de potencia del circuito? (b) ¿Cuál es el valor de la reactancia a través del inductor que elevará el factor de potencia a la unidad?

15.5 Resonancia en un circuito de ac

36 .

(a) Calcule la frecuencia angular de resonancia de un circuito en serie RLC para el que R=20ΩR=20Ω, L=75 mHL=75 mH y C=4,0μF.C=4,0μF. (b) Si se cambia R por 300Ω,300Ω, ¿qué ocurre con la frecuencia angular de resonancia?

37 .

La frecuencia de resonancia de un circuito RLC en serie es 2,0×103Hz.2,0×103Hz. Si la autoinducción en el circuito es de 5,0 mH, ¿cuál es la capacitancia en el circuito?

38 .

(a) ¿Cuál es la frecuencia de resonancia de un circuito en serie RLC con R=20ΩR=20Ω, L=2,0mHL=2,0mH y C=4,0μFC=4,0μF? (b) ¿Cuál es la impedancia del circuito en resonancia?

39 .

Para un circuito en serie RLC, R=100ΩR=100Ω, L=150mHL=150mH y C=0,25μF.C=0,25μF. (a) Si se conecta al circuito una fuente de ac de frecuencia variable, ¿a qué frecuencia se disipa la máxima potencia en el resistor? (b) ¿Cuál es el factor de calidad del circuito?

40 .

Una fuente de ac de amplitud de voltaje de 100 V y frecuencia variable f acciona un circuito en serie RLC con R=10ΩR=10Ω, L=2,0mHL=2,0mH y C=25μF.C=25μF. (a) Trace la corriente a través del resistor en función de la frecuencia f. (b) Utilice el gráfico para determinar la frecuencia de resonancia del circuito.

41 .

(a) ¿Cuál es la frecuencia de resonancia de un resistor, un condensador y un inductor conectados en serie si R=100Ω,R=100Ω, L=2,0HL=2,0H y C=5,0μFC=5,0μF? (b) Si esta combinación se conecta a una fuente de 100 V que funciona a la frecuencia de resonancia, ¿cuál es la potencia de salida de la fuente? (c) ¿Cuál es el Q del circuito? (d) ¿Cuál es el ancho de banda del circuito?

42 .

Supongamos que una bobina tiene una autoinducción de 20,0 H y una resistencia de 200Ω200Ω. ¿Qué (a) capacitancia y (b) resistencia deben conectarse en serie con la bobina para producir un circuito que tenga una frecuencia de resonancia de 100 Hz y un Q de 10?

43 .

Un generador de ac se conecta a un dispositivo cuyos circuitos internos no se conocen. Solo conocemos la corriente y el voltaje fuera del aparato, como se muestra a continuación. Basándose en la información dada, ¿qué puede deducir sobre la naturaleza eléctrica del dispositivo y su uso de potencia?

La figura muestra una fuente de ac conectada a una caja marcada como Z. La fuente es de 170 V, cos 120 pi t. La corriente que atraviesa el circuito es de 0,5 Amp, cos paréntesis 120 pi t más pi por 4 paréntesis.

15.6 Transformadores

44 .

Un transformador elevador está diseñado para que la salida de su bobinado secundario sea de 2.000 V (rms) cuando el bobinado primario está conectado a un voltaje de línea de 110 V (rms). (a) Si el bobinado primario tiene 100 vueltas, ¿cuántas vueltas tiene el bobinado secundario? (b) Si un resistor conectado a través del bobinado secundario consume una corriente rms de 0,75 A, ¿cuál es la corriente en el bobinado primario?

45 .

Se utiliza un transformador elevador conectado a una línea de 110 V para alimentar un tubo de descarga de gas hidrógeno con 5,0 kV (rms). El tubo disipa 75 W de potencia. (a) ¿Cuál es la relación entre el número de vueltas del bobinado secundario y el número de vueltas del bobinado primario? (b) ¿Cuáles son las corrientes rms en los bobinados primario y secundario? (c) ¿Cuál es la resistencia efectiva vista por la fuente de 110 V?

46 .

Una fuente de ac entrega 5,0 mW de potencia con una corriente rms de 2,0 mA cuando se conecta a la bobina primaria de un transformador. El voltaje rms a través de la bobina secundaria es de 20 V. (a) ¿Cuál es el voltaje a través de la bobina primaria y la corriente a través de la bobina secundaria? (b) ¿Cuál es la relación de vueltas del secundario al primario para el transformador?

47 .

Un transformador se utiliza para reducir los 110 V de una toma de corriente a 9,0 V para una radio. (a) Si el bobinado primario tiene 500 vueltas, ¿cuántas vueltas tiene el bobinado secundario? (b) Si la radio funciona con una corriente de 500 mA, ¿cuál es la corriente que pasa por el bobinado primario?

48 .

Se utiliza un transformador para alimentar una maqueta de 12 V con energía de un enchufe de pared de 110 V. El tren funciona a 50 W de potencia. (a) ¿Cuál es la corriente rms en la bobina secundaria del transformador? (b) ¿Cuál es la corriente rms en la bobina primaria? (c) ¿Cuál es la relación entre el número de vueltas del primario y del secundario? (d) ¿Cuál es la resistencia del tren? (e) ¿Cuál es la resistencia que ve la fuente de 110 V?

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