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Física universitaria volumen 2

Problemas Adicionales

Física universitaria volumen 2Problemas Adicionales

Problemas Adicionales

64.

Un condensador está formado por dos placas planas paralelas colocadas a 0,40 mm de distancia. Cuando una carga de 0,020μC0,020μC se coloca en las placas la diferencia de potencial entre ellas es de 250 V. (a) ¿Cuál es la capacitancia de las placas? (b) ¿Cuál es el área de cada placa? (c) ¿Cuál es la carga de las placas cuando la diferencia de potencial entre ellas es de 500 V? (d) ¿Qué diferencia de potencial máxima puede aplicarse entre las placas para que la magnitud de los campos eléctricos entre las placas no supere los 3,0 MV/m?

65.

Un condensador de placas paralelas lleno de aire (vacío) está formado por dos placas cuadradas de 25 cm de lado y separadas 1,0 mm. El condensador se conecta a una batería de 50 V y se carga completamente. A continuación, se desconecta de la batería y se separan sus placas hasta alcanzar una separación de 2,00 mm. (a) ¿Cuál es la capacitancia de este nuevo condensador? (b) ¿Cuál es la carga de cada placa? (c) ¿Cuál es el campo eléctrico entre las placas?

66.

Supongamos que la capacitancia de un condensador variable puede cambiarse manualmente de 100 a 800 pF girando un dial conectado a un conjunto de placas mediante un eje, de 0°0° a 180°180°. Con el dial puesto en 180°180° (correspondiente a C=800pFC=800pF), el condensador se conecta a una fuente de 500 V. Después de la carga, el condensador se desconecta de la fuente, y el dial se gira a 0°0°. (a) ¿Cuál es la carga del condensador? (b) ¿Cuál es el voltaje a través del condensador cuando el dial se pone en 0°?0°?

67.

La Tierra puede considerarse como un condensador esférico con dos placas, donde la placa negativa es la superficie de la Tierra y la placa positiva es el fondo de la ionósfera, que se encuentra a una altura de aproximadamente 70 km. La diferencia de potencial entre la superficie de la Tierra y la ionósfera es de unos 350.000 V. (a) Calcule la capacitancia de este sistema. (b) Calcule la carga total de este condensador. (c) Calcule la energía almacenada en este sistema.

68.

Un condensador de 4,00-μF4,00-μF y un condensador de 6,00-μF6,00-μF están conectados en paralelo a través de una línea de energía de 600 V. (a) Calcule la carga en cada condensador y el voltaje a través de cada uno. (b) Los condensadores cargados se desconectan de la línea y entre sí. A continuación, se vuelven a conectar entre sí con terminales de signo distinto. Calcule la carga final de cada condensador y el voltaje a través de cada uno.

69.

Tres condensadores con capacitancias de 8,40, 8,40 y 4,20 μFμF, respectivamente, están conectados en serie a través de una diferencia de potencial de 36,0 V. (a) ¿Cuál es la carga en el condensador de 4,20-μF4,20-μF? (b) Los condensadores se desconectan de la diferencia de potencial sin permitir que se descarguen. A continuación, se vuelven a conectar en paralelo con las placas cargadas positivamente conectadas entre sí. ¿Cuál es el voltaje en cada condensador de la combinación en paralelo?

70.

Un condensador de placas paralelas con capacitancias 5,0μF5,0μF se carga con una batería de 12,0 V, tras lo cual se desconecta la batería. Determine el trabajo mínimo necesario para aumentar la separación entre las placas en un factor de 3.

71.

(a) ¿Cuánta energía se almacena en los campos eléctricos de los condensadores (en total) que se muestran a continuación? (b) ¿Esta energía es igual al trabajo realizado por la fuente de 400 V al cargar los condensadores?

Figura 8.23
72.

Tres condensadores con capacitancias de 8,4, 8,4 y 4,2 μFμF están conectados en serie a través de una diferencia de potencial de 36,0 V. (a) ¿Cuál es la energía total almacenada en los tres condensadores? (b) Los condensadores se desconectan de la diferencia de potencial sin permitir que se descarguen. A continuación, se vuelven a conectar en paralelo con las placas cargadas positivamente conectadas entre sí. ¿Cuál es la energía total almacenada ahora en los condensadores?

73.

(a) Un condensador de 8,00-μF8,00-μF está conectado en paralelo a otro condensador, lo que produce una capacitancia total de 5,00μF5,00μF. ¿Cuál es la capacitancia del segundo condensador? (b) ¿Qué no es razonable en este resultado? (c) ¿Qué suposiciones no son razonables o son incoherentes?

74.

(a) En un día determinado, toma 9,60×103J9,60×103J de energía eléctrica para arrancar el motor de un camión. Calcule la capacitancia de un condensador que pudiera almacenar esa cantidad de energía a 12,0 V. (b) ¿Qué no es razonable en este resultado? (c) ¿Qué suposiciones son responsables?

75.

(a) Un determinado condensador de placas paralelas tiene placas de área 4,00m24,00m2, separados por 0,0100 mm de nylon, y almacena 0,170 C de carga. ¿Cuál es el voltaje aplicado? (b) ¿Qué es lo que no es razonable en este resultado? (c) ¿Qué suposiciones son responsables o incoherentes?

76.

Un bromista aplica 450 V a un condensador de 80,0-μF80,0-μF y luego lo lanza a una víctima desprevenida. El dedo de la víctima se quema por la descarga del condensador a través de 0,200 g de piel. Haga una estimación, ¿cuál es el aumento de temperatura de la piel? ¿Es razonable suponer que no se ha producido ningún cambio de fase termodinámico?

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