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Física Universitaria Volumen 2

Problemas De Desafío

Física Universitaria Volumen 2Problemas De Desafío
  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 De Desafío

81 .

Un cable de cobre de calibre 10 tiene una sección transversal A=5,26mm2A=5,26mm2 y lleva una corriente de I=5,00AI=5,00A. La densidad del cobre es ρ=8,95g/cm3ρ=8,95g/cm3. Un mol de átomos de cobre (6,02×1023átomos)(6,02×1023átomos) tiene una masa de aproximadamente 63,50 g. ¿Cuál es la magnitud de la velocidad de deriva de los electrones, suponiendo que cada átomo de cobre contribuye a la corriente con un electrón libre?

82 .

La corriente a través de un cable calibre 12 viene dada por I(t)=(5,00A)sen(2π60Hzt)I(t)=(5,00A)sen(2π60Hzt). ¿Cuál es la densidad de corriente en el tiempo 15,00 ms?

83 .

Un acelerador de partículas produce un haz con un radio de 1,25 mm con una corriente de 2,00 mA. Cada protón tiene una energía cinética de 10,00 MeV. (a) ¿Cuál es la velocidad de los protones? (b) ¿Cuál es el número (n) de protones por unidad de volumen? (b) ¿Cuántos electrones pasan por una sección transversal cada segundo?

84 .

En este capítulo la mayoría de los ejemplos y problemas involucran corriente continua (dc). Los circuitos de dc tienen la corriente que fluye en una dirección, de positivo a negativo. Cuando la corriente cambiaba, lo hacía linealmente desde I=Imáx.I=Imáx. a I=+Imáx.I=+Imáx. y el voltaje cambió linealmente de V=Vmáx.V=Vmáx. a V=+Vmáx.V=+Vmáx., donde Vmáx.=Imáx.RVmáx.=Imáx.R. Supongamos que una fuente de voltaje se coloca en serie con un resistor de R=10ΩR=10Ω que suministraba una corriente que se alternaba como una onda sinusoidal, por ejemplo, I(t)=(3,00A)sen(2π4,00st)I(t)=(3,00A)sen(2π4,00st). (a) ¿Qué aspecto tendría un gráfico de la caída de voltaje a través de resistor V(t) versus tiempo? (b) ¿Qué aspecto tendría un gráfico de V(t) versus I(t) para un periodo? (Pista: Si no está seguro, pruebe trazar V(t) versus I(t) con una hoja de cálculo).

85 .

Una corriente de I=25AI=25A se extrae de una batería de 100 V durante 30 segundos. ¿En cuánto se reduce la energía química?

86 .

Consideremos una varilla cuadrada de material con lados de longitud L=3,00cmL=3,00cm con una densidad de corriente de J=J0eαxk^=(0,35Am2)e(2,1×10−3m−1)xk^J=J0eαxk^=(0,35Am2)e(2,1×10−3m−1)xk^ como se muestra a continuación. Calcule la corriente que pasa por la cara de la varilla.

La imagen muestra un eje de coordenadas con la varilla cuadrada colocada sobre él. Tiene dimensiones de L en las direcciones j e i. La corriente fluye en la dirección k a través del área dx.
87 .

Un resistor de resistencia desconocida se coloca en un recipiente aislado lleno de 0,75 kg de agua. Se conecta una fuente de voltaje en serie con el resistor y una corriente de 1,2 amperios pasa por el resistor durante 10 minutos. Durante este tiempo, se mide la temperatura del agua y el cambio de temperatura durante este tiempo es ΔT=10,00°CΔT=10,00°C. (a) ¿Cuál es la resistencia del resistor? (b) ¿Cuál es el voltaje suministrado por la fuente de alimentación?

88 .

La carga que fluye a través de un punto en un cable en función del tiempo se modela como q(t)=q0et/T=10,0Cet/5sq(t)=q0et/T=10,0Cet/5s. (a) ¿Cuál es la corriente inicial que atraviesa el cable en el momento t=0,00st=0,00s? (b) Calcule la corriente en el momento t=12Tt=12T. (c) ¿En qué momento t se reducirá la corriente a la mitad I=12I0I=12I0?

89 .

Considere un resistor hecho de un cilindro hueco de carbono como se muestra a continuación. El radio interior del cilindro es Ri=0,20mmRi=0,20mm y el radio exterior es R0=0,30mmR0=0,30mm. La longitud del resistor es L=0,90mmL=0,90mm. La resistividad del carbono es ρ=3,5×10−5Ω·mρ=3,5×10−5Ω·m. (a) Demuestre que la resistencia perpendicular al eje es R=ρ2πLdentro(R0Ri).R=ρ2πLdentro(R0Ri). (b) ¿Cuál es la resistencia?

La imagen muestra un cilindro de la longitud L. El radio interior es R1, el radio exterior es R2.
90 .

¿Cuál es la corriente que atraviesa un cable cilíndrico de radio R=0,1mmR=0,1mm si la densidad de corriente es J=J0RrJ=J0Rr, donde J0=32000Am2?J0=32000Am2?

91 .

Un estudiante utiliza un calefactor radiante de 100,00 W y 115,00 V para calentar su dormitorio durante las horas comprendidas entre la puesta y la salida del sol, de 6:00 p. m. a 7:00 a. m. (a) ¿A qué corriente funciona el calefactor? (b) ¿Cuántos electrones se mueven a través del calefactor? (c) ¿Cuál es la resistencia del calefactor? (d) ¿Cuánto calor se ha añadido al dormitorio?

92 .

Una batería de automóvil de 12 V se utiliza para encender una lámpara de 20,00 W y 12,00 V durante el viaje de acampada o la fiesta de las estrellas del club de física. El cable que va a la lámpara es de 2,00 metros de longitud, de cobre calibre 14 con una densidad de carga de n=9,50×1028m−3n=9,50×1028m−3. (a) ¿Cuál es la corriente que consume la lámpara? (b) ¿Cuánto tiempo tardaría un electrón en ir de la batería a la lámpara?

93 .

Un estudiante de física utiliza un calefactor de inmersión de 115,00 V para calentar 400,00 gramos (casi dos tazas) de agua para una infusión de hierbas. Durante los dos minutos que tarda el agua en calentarse, el estudiante de física se aburre y decide calcular la resistencia del calefactor. El alumno parte de la suposición de que el agua está inicialmente a la temperatura de la habitación Ti=25,00°CTi=25,00°C y alcanza Tf=100,00°CTf=100,00°C. El calor específico del agua es c=4.180Jkg∙Kc=4.180Jkg∙K. ¿Cuál es la resistencia del calefactor?

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