William Moebs; Samuel J. Ling; Jeff Sanny

Preguntas Conceptuales

9.1 Corriente eléctrica

¿Puede un cable transportar una corriente y seguir siendo neutro, es decir, tener una carga total de cero? Explique.

Las baterías de los automóviles se clasifican en amperios-hora $(A \cdot h)$ . ¿A qué magnitud física corresponden los amperios-hora (voltaje, corriente, carga, energía, potencia, ...)?

Cuando se trabaja con circuitos eléctricos de alta potencia, se aconseja que, siempre que sea posible, se trabaje "con una mano" o "con una mano en el bolsillo" ¿Por qué es una sugerencia sensata?

9.2 Modelo de conducción en metales

Las bombillas incandescentes están siendo sustituidas por bombillas LED y CFL más eficientes. ¿Hay alguna prueba evidente de que las bombillas incandescentes no sean tan eficientes energéticamente? ¿Se convierte la energía en algo más que en luz visible?

Se afirmó que el movimiento de un electrón parece casi aleatorio cuando se aplica un campo eléctrico al conductor. ¿Qué hace que el movimiento sea casi aleatorio y lo diferencia del movimiento aleatorio de las moléculas en un gas?

Los circuitos eléctricos se explican a veces utilizando un modelo conceptual de agua que fluye por una tubería. En este modelo conceptual, la fuente de voltaje se representa como una bomba que bombea agua a través de tuberías y estas conectan los componentes del circuito. ¿Es un modelo conceptual de agua fluyendo por una tubería una representación adecuada del circuito? ¿En qué se parecen los electrones y los cables a las moléculas de agua y las tuberías? ¿En qué se diferencian?

Una bombilla incandescente está parcialmente evacuada. ¿Por qué crees que es así?

9.3 Resistividad y resistencia

La caída de IR a través de un resistor significa que hay un cambio de potencial o voltaje a través del resistor. ¿Hay algún cambio en la corriente cuando pasa por un resistor? Explique.

¿Las impurezas de los materiales semiconductores que figuran en la Tabla 9.1 aportan cargas libres? (Pista: Estudie el rango de resistividad de cada uno y determine si el semiconductor puro tiene la mayor o menor conductividad).

10.

¿La resistencia de un objeto depende del recorrido que hace la corriente a través de él? Consideremos, por ejemplo, una barra rectangular: ¿su resistencia es la misma a lo largo que a lo ancho?

Las imágenes son un dibujo esquemático de un objeto de resistencia con el lado largo de la longitud R y el lado corto de la longitud R primo. En la imagen de la izquierda, la corriente fluye por el lado largo; en la imagen de la derecha, la corriente fluye por el lado corto.

11.

Si los cables de aluminio y de cobre de la misma longitud tienen la misma resistencia, ¿cuál de ellos tiene mayor diámetro? ¿Por qué?

9.4 Ley de Ohm

12.

En Determinación del campo a partir del potencial la resistencia se definió como $R \equiv \frac{V}{I}$ . En esta sección presentamos la ley de Ohm, que se expresa comúnmente como $V = I R$ . Las ecuaciones son exactamente iguales. ¿Cuál es la diferencia entre la ley de Ohm y la definición de resistencia?

13.

A continuación se muestran los resultados de un experimento en el que se conectaron cuatro dispositivos a través de una fuente de voltaje variable. Se aumenta el voltaje y se mide la corriente. ¿Qué dispositivo, si lo hay, es un dispositivo óhmico?

La figura es un gráfico de corriente versus voltaje. Para A, la corriente aumenta originalmente con el voltaje, luego se satura y permanece igual. Para B, la corriente aumenta linealmente con el voltaje. Para C, la corriente aumenta con el voltaje a un ritmo creciente. Para D, la corriente disminuye con el voltaje acercándose a cero.

14.

La corriente I se mide a través de una muestra de un material óhmico cuando se aplica un voltaje V. (a) ¿Cuál es la corriente cuando el voltaje se duplica a 2V (suponiendo que el cambio de temperatura del material es insignificante)? (b) ¿Cuál es el voltaje aplicado si la corriente medida es 0,2I (suponiendo que el cambio de temperatura del material es insignificante)? ¿Qué ocurrirá con la corriente del material si el voltaje permanece constante, pero la temperatura del material aumenta considerablemente?

9.5 Energía eléctrica y potencia

15.

Los electrodomésticos comunes tienen una voltaje de 110 V, pero las compañías eléctricas suministran el voltaje en el rango de los kilovoltios y luego la bajan mediante transformadores a 110 V para utilizarse en los hogares. En capítulos posteriores aprenderá que los transformadores están formados por muchas vueltas de cable, que se calientan a medida que la corriente pasa por ellos, desperdiciando parte de la energía que se desprende en forma de calor. Esto parece ineficiente. ¿Por qué las compañías eléctricas transportan la potencia eléctrica con este método?

16.

Su factura eléctrica indica su consumo en unidades de kilovatios-hora (kW $\cdot$ h). ¿Esta unidad representa la cantidad de carga, corriente, voltaje, potencia o energía que compra?

17.

Los resistores suelen tener un valor nominal de $\frac{1}{8} W$ , $\frac{1}{4} W$ , $\frac{1}{2} W$ , 1 W y 2 W para su uso en circuitos eléctricos. Si una corriente de $I = 2,00 A$ se pasa accidentalmente por un resistor de $R = 1,00 Ω$ con un valor nominal de 1 W, ¿cuál sería el resultado más probable? ¿Hay algo que se pueda hacer para evitar un accidente así?

18.

Un calefactor de inmersión es un pequeño aparato que sirve para calentar una taza de agua para el té haciendo pasar la corriente a través de un resistor. Si se duplica el voltaje aplicado al aparato, ¿cambiará el tiempo necesario para calentar el agua? ¿Por cuánto? ¿Es una buena idea?

9.6 Superconductores

19.

¿Qué requisito para la superconductividad hace que los dispositivos superconductores actuales sean costosos para operar?

20.

Nombre dos aplicaciones de la superconductividad enumeradas en esta sección y explique cómo se utiliza la superconductividad en la aplicación. ¿Se le ocurre alguna utilidad de la superconductividad que no esté en la lista?