Instituto Tecnolgico Superior de UruapanFsica II

Ing. Gustavo Valenzuela Garca

Cuestionario

Jahziel Vergara Hinojosa

Ingeniera en Sistemas Computacionales1.- En una analoga entre la corriente elctrica y el flujo del trfico automotriz, A qu correspondera la carga?, Y a qu correspondera la corriente?

R.- Vehculos individuales corresponderan a la carga. El nmero de vehculos que pasan cierto punto en un tiempo dado corresponderan a la corriente.2.- A menudo los artculos periodsticos contienen afirmaciones como la siguiente pasaron 10,000 volts de electricidad a travs del cuerpo de la vctima. Qu es lo incorrecto en esta frase?

R.- El voltaje es una medida de la diferencia de potencial, no de corriente. Estara correcto decir que la victima cargaba una cierta corriente, en amperes.3.- Cules son los factores que afectan la resistencia de un conductor?

R.- Geometra y resistividad. A su vez, la resistividad del material depende de la temperatura.4.- Cul es la diferencia entre la resistencia y resistividad?

R.- La Resistencia es una propiedad fsica del conductor basada en el material del cual esta hecho, del tamao y de la forma, incluyendo la posicin donde la corriente se suministrada y extrada. La Resistividad es una propiedad fsica solo del material del cual esta hecho el resistor.5.- Dos alambres A y B de seccin transversal circular estn hechos del mismo metal u tienen la misma longitud, pero la resistencia del alambre A es tres veces superior a la del alambre B. Cul es la relacin de sus reas trasversales? Cmo se comparan sus radios?

R.- El radio del alambre B es veces el radio del alambre A, para que su seccin transversal sea 3 veces mas grande.6.- Todos los conductores obedecen la ley de Ohm? D ejemplo de estos y justifique su respuesta. R.- No todos los conductores siguen la ley de Ohm todo el tiempo. Por ejemplo, considere un experimento en el cual una diferencia de potencial variable es aplicada a travs de una bombilla incandescente, y la corriente es medida. En voltajes muy pequeos, el filamento obedece la ley de Ohm, pero despus de que el filamento empieza a brillar, el campo de se convierte en no linear, porque la resistividad es dependiente de la temperatura.7.- Hemos visto que en el interior de un conductor que transporta una corriente debe existir un campo. Cmo es posible lo anterior se en el estudio de la electrosttica llegamos a la conclusin de que el campo elctrico en el interior de un conductor debe ser iguales a cero?

R.- Un conductor no esta en equilibrio electrosttico cuando esta cargado. Si las cargas son puestas en conductor aislado, el campo elctrico generado en el conductor por las cargas causara que las cargas se muevan hasta que estn en posicin tal que el campo elctrico a travs de todo el conductor seas cero. 8.- Para producir chispas largas en el aire, no se requiere necesariamente una gran diferencia de potencial. Utilizando un dispositivo conocido como escalera de Jacob, una diferencia de potencial de aproximadamente 10 kv producen un arco elctrico de unos cuantos milmetros de largo entre los extremos inferiores de dos varillas curvas que se proyectan hacia arriba partiendo de la fuente de energa (Este dispositivo frecuentemente se muestra en pelculas de horror de cientficos locos) El arco se va elevando a lo largo de las varillas y haciendo cada vez ms largo, Desaparece al llegar al extremo superior: de inmediato se forma una nueva chispa en la parte inferior, repitindose el proceso. Explique estos fenmenos. Por qu se eleva el arco? Por qu slo se presenta un nuevo arco despus de que el anterior ha desaparecido?

R.- La parte inferior de las barras de la escalera de Jacob estn lo suficientemente cerca para que el voltaje suministrado sea suficiente para producir una ruptura dielctrica del aire. La chispa inicial en la parte inferior incluye un tubo de molculas de aire ionizado. Ya que esta tubo contiene iones es mas tibio que el aire a su alrededor, es impulsado por el aire circundante y empieza a subir. Los iones empiezan a reducir la resistencia del aire. Tambin reducen significativamente la fuerza dielctrica del aire, haciendo posible chispas mas prolongadas. La resistencia interna en la fuente de alimentacin har que el voltaje terminal caiga, as que no podr producirse una chispa a travs de la parte final de las barras.

Una sola chispa continua crecer, hacindose cada vez mas larga, hasta que la diferencia de potencial no sea lo suficientemente grande para mantener la ruptura dielctrica del aire. Una vez que la chispa inicial pare, otra se formara, donde, de nuevo, la diferencia de potencial es suficiente para producir una ruptura dielctrica del aire.9.- Cuando se duplica el voltaje a cierto conductor, se observa que la corriente se incrementa en un factor igual a 3. Que es lo que se puede deducir respecto al conductor?

R.- El conductor no sigue la ley de Ohm, y debe tener una resistividad dependiente de la corriente, o ms probable que dependa de la temperatura.10.- En la analoga de un circuito elctrico con el agua, A que corresponde a la alimentacin de energa, al resistor, a la carga ya la diferencia de potencial?

R.- Un suministro de energa correspondera a una bomba de agua; una resistencia corresponde a una tubera de un dimetro determinado, y por lo tanto la resistencia al flujo; la carga corresponde al agua; la diferencia de potencial corresponde a la diferencia de altura entre los 2 extremos del tubo o los puertos de la bomba de agua.11.- Utilice la tarea atmica de la materia para explicar por qu la resistencia de un material debe incrementarse conforme aumenta su temperatura.

R.- La amplitud de las vibraciones atmicas se incrementa con la temperatura. Los tomos pueden dispersar los electrones de manera ms eficiente. 12.- Por qu pudiera un conductor elctrico bueno resultar tambin un conductor trmico bueno? R.- En un metal, los electrones de conduccin no estn unidos fuertemente a ncleos de iones individuales. Se pueden mover en respuesta a un campo elctrico aplicado para formar una corriente elctrica. Cada ion metlico en el entramado de un micro cristal ejerce fuerzas de Coulomb sobre sus vecinos. Cuando un ion esta vibrando rpidamente, puede inducir a sus vecinos a que vibren. Este proceso representa energa movindose a travs del material por calor.13.- De qu forma cambia la resistencia del cobre y del silicn en funcin de la temperatura? Por qu estos dos materiales tienen comportamientos diferentes?

R.- La resistencia del cobre aumenta con la temperatura, mientras que la resistencia del silicio disminuye cuando la temperatura aumenta. Los electrones de conduccin estn ms dispersos por los tomos en vibracin cuando el cobre se calienta. La densidad de carga del silicio incrementa cuando la temperatura incrementa y mas electrones atmicos tienden a convertirse en electrones de conduccin.14.- Explique como puede persistir una corriente en un superconductor sin voltaje alguno. R.- Una corriente seguir existiendo en un superconductor sin voltaje porque no ah perdida de resistencia.15.- Cul es el nico requisito experimental que hace que los dispositivos superconductores sean de operacin muy costosa? Es posible, en principio, superar esta limitacin?

R.- Los superconductores carecen de resistencia cuando estn por debajo de cierta temperatura critica. Para la mayora materiales superconductores, esta temperatura critica es cercana al cero absoluto. Requieren una refrigeracin costosa, a menudo se usa Helio lquido.16.- Qu le ocurrira a la velocidad de arrastre de los electrones de un alambre y a la corriente en dicho alambre si los electrones pudieran moverse sin resistencia a travs del mismo?

R.- En un metal normal, suponiendo que pudiramos llegar a un lmite de cero resistencia mediante la prolongacin del tiempo promedio entre colisiones. El modelo clsico de induccin sugiere que un voltaje aplicado constantemente puede causar una aceleracin constante en los electrones libres, y una corriente constante aumentando con el tiempo.

17.- Si las cargas fluyen muy lentamente a travs de un metal, Por qu no es necesario que pasen horas para que se encienda una luz cuando usted activa el interruptor?

R.- Porque hay muchos electrones en un conductor, la velocidad de carga es muy lenta. Cuando se conecta un alambre a una diferencia de potencial, se genera un campo elctrico en todas partes del alambre casi instantneamente, para hacer que los electrones empiecen a moverse al mismo tiempo.18.- En un conductor, los cambios en el campo elctrico que impulsa a los electrones se propagan a una velocidad cercana a la velocidad de la luz, a pesar de que la velocidad de arrastre de dichos electrones es muy pequea. Explique por qu estas 2 afirmaciones son ambas verdaderas. Un solo electrn se mueve de un extremo del conductor hasta el otro?

R.- La corriente movindose a travs de un alambre es anloga a una onda longitudinal movindose a travs de los electrones de los tomos. La velocidad de la onda depende de la velocidad a la cual la perturbacin en el campo elctrico puede ser transmitida entre tomos vecinos, no en la velocidad de movimiento de los electrones. Si se deja una bombilla de corriente directa prendida por un corto periodo de tiempo, es muy probable que ni un solo electro haya entrado por un extremo del filamento y haya salido por el otro.19.- Dos conductores de igual longitud y radio estn conectados a la misma diferencia de potencial. La resistencia de uno de los conductores es 2 veces la del otro. A cul se le entrega ms potencia? R.- Se le entrega mayor potencia al resistor con la menor resistencia, ya que .20.- Dos bombillas de luz operan a 120 voltios. Una tiene una potencia de 25W y otra de 100W. Cul de las bombillas tiene la mayor resistencia? Cul de las bombillas utiliza ms corriente?

R.- La bombilla de 25W tiene una mayor resistencia. La bombilla de 100W utiliza ms corriente.