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Página 1 FÍSICA SEMANA 15: CAPACITANCIA 01. Señale la veracidad (V) o falsedad (F) de las siguientes proposiciones: I. La capacidad eléctrica de un condensador depende del voltaje aplicado. II. La capacidad eléctrica de un condensador es proporcional a la carga que se acumula en cada placa. III. En todo condensador de placas paralelas, la capacidad depende del área de éstas. A) FFV B) FVV C) VFV D) VVV E) VVF 02. Respecto a los capacitores, indique la ver- dad (V) o falsedad (F) de las siguientes propo- siciones: I. La capacidad eléctrica de un condensador es un indicador de la cantidad de carga que puede almacenar para una cierta diferencia de poten- cial entre sus placas. II. Un condensador puede almacenar carga eléc trica en forma ilimitada. III. La carga total en un condensador cargado es cero. A) VVV B) VFV C) FFV D) VVF E) FVF 03. Entre las placas de un condensador plano existe un campo uniforme de 400 N/C. Si su ca- pacitancia es 20 µF y la separación entre sus pla- cas es 2 mm. Determine la cantidad de carga eléctrica del condensador (en µC) A) 80 B) 160 C) 16 D) 1,6 E) 0,8 04. En un circuito electrónico se ha malogrado un capacitor y se requiere de urgencia su reem- plazo. A un estudiante se le indica que debe construirlo con las siguientes condiciones: De- be tener una capacitancia de 0,15 F, soportar como máximo un voltaje de 6 kV y entre sus armaduras debe haber un dieléctrico de = 3ε0 y tensión de ruptura de 200 MV/m. Entonces, el área (en m2) mínima que debe tener tal capaci- tor es: A) 0,12 B) 0,17 C) 0,2 D) 0,27 E) 0,32 ENERGÍA DE UN CAPACITOR 05. Se emplea un acumulador automotriz, de 6 V, para cargar un capacitor de 50 µF. Determine la energía almacenada, en mJ, en el capacitor. A) 0,9 B) 1,8 C) 3,6 D) 4,5 E) 6,1 06. Un condensador de placas paralelas con ca- pacidad de 20 µF se conecta a una batería de 5 V. Calcule el trabajo (en mJ) que debe realizar la batería para establecer la carga máxima en el condensador. A) 0,12 B) 0,16 C) 0,21 D) 0,25 E) 0,28 CEPRE_2016-I 07. Un capacitor de placas paralelas separadas por aire tiene una capacitancia de 720 nF. La car ga en cada placa es de 24 mC. Determine la ener gía almacenada, en kJ, en el capacitor. A) 2,0 B) 1,2 C) 1,6 D) 0,8 E) 0,4 08. Cuando la carga de un condensador de 10 μF de capacitancia aumenta en 50 μC su energía aumenta en 0,375 mJ. Calcule la carga inicial del condensador, en μC. A) 10 B) 15 C) 25 D) 50 E) 75 FINAL_2017-II CONEXIONES ESPECIALES 09. Un condensador plano descargado se conec- ta a los extremos de una fuente. Si se aumenta la separación entre las placas, podemos afirmar I. La capacitancia del condensador disminuye. II. La diferencia de potencial entre las placas del condensador disminuye. III. La energía almacenada en el condensador disminuye. A) Solo I B) solo II C) Sólo III D) I y III E) ninguna 10. Se tiene un condensador de placas paralelas cargado, desconectado de la batería. Si la separa ción entre las placas se incrementa ligeramen- te, señale verdadero (V) o falso (F) según co- rresponda a las siguientes proposiciones: I. La diferencia de potencial entre las placas del condensador aumenta. II. La energía que almacena el condensador au- menta. III. La densidad de energía que almacena el con- densador aumenta. A) FVF B) FVV C) VFV D) VFF E) VVF CEPRE_2013-I 11. Un condensador plano, cuyas placas tienen las dimensiones (25x25) cm2 y están separadas entre sí una distancia d1 = 5 mm, se carga con Página 2 una diferencia de potencial V1=10 V y luego es desconectado de la fuente. ¿Cuál será la diferen- cia de potencial V2, en voltios, si las placas se se- paran hasta la distancia d2 = 30 mm? A) 10 B) 20 C) 40 D) 60 E) 100 UNI_2009-I 12. Un condensador plano se carga en una bate- ría de 6 V, luego se le desconecta. Después se dis minuye la distancia de las placas de dicho con- densador a la mitad. Calcule la diferencia de po- tencial (en V) entre las placas en este caso. A) 1 B) 2 C) 3 D) 4 E) 5 UNI_2019-I 13. Mediante una batería de 12 V se proporcio- na carga a un condensador de placas paralelas. Al terminar el proceso de carga, el condensador almacena 0,6 mJ de energía y se desconecta de la batería. Determine el trabajo necesario (en mJ) para alejar las placas hasta que la distancia entre ellas sea igual al doble de su distancia inicial. A) 0,2 B) 0,4 C) 0,6 D) 0,8 E) 0,9 CEPRE_2019-II ASOCIACIÓN DE CAPACITORES 14. En el circuito mostrado la capacidad de cada capacitor es C = 6 μF. Halle la capacitancia equi- valente, en μF, entre los puntos A y B. A) 4 B) 8 C) 32 D) 16 E) 6 15. Halle la capacitancia equivalente, en μF, en- tre a y b. Todas las capacitancias están en μF A) 3 B) 10 C) 6 D) 5 E) 4 16. Determine la capacitancia equivalente de los capacitores idénticos de capacidad 8 µF ca- da uno, entre los puntos 1 y 2. A) 20 B) 12 C) 16 D) 10 E) 18 17. En el sistema eléctrico mostrado, determi- nar la capacitancia equivalente, en µF, entre los puntos A y B. Los capacitores son iguales a 9 µF A) 20 B) 12 C) 16 D) 10 E) 18 ENERGÍA EN LA CAPACIDAD EQUIVALENTE 18. Se tiene un sistema formado por 20 capacito- res conectados en paralelo a una batería, que alma cena una energía 800 mJ. Si los capacitores se co- nectan en serie, a la misma batería, qué energía almacena, en mJ, el sistema de capacitores. A) 640 B) 160 C) 400 D) 2 E) 4 19. Se tiene un sistema de 10 condensadores idén- ticos que se unen en serie. En este caso el sistema conectado a una batería almacena 5 mJ de energía. Calcule la energía, en J, que almacena el sistema si los mismos condensadores se unen en paralelo y se conectan a la misma batería. A) 0,1 B) 0,2 C) 0,3 D) 0,4 E) 0,5 UNI_2018-I CIRCUITOS CAPACITIVOS 20. Tres condensadores se conectan a una bate- ría de 12 V, como se muestra en la figura. Si C1 = 3 µF, C2 = 6 µF y C3 = 2 µF. Determine la carga eléctrica en µC en el condensador C1. A) 6 B) 12 C) 18 D) 24 E) 30 FINAL_2019-II 21. En el esquema se muestra un sistema de condensadores, si el potencial eléctrico del pun Página 3 to P respecto a tierra es 60 V, determine la carga (en μC) en el condensador de 2 μF. A) 10 B) 20 C) 40 D) 80 E) 120 CEPRE_2013-I 22. Para la disposición de capacitores mostra- dos en la figura, determine la energía, en μJ, que almacena el capacitor de 3 µF. A) 48 B) 36 C) 24 D) 18 E) 30 23. En la figura se muestra un sistema de con- densadores, calcule la energía (en mJ) almace- nada en el condensador de capacidad C1 = 6 μF A) 0,1 B) 0,3 C) 0,7 D) 1,6 E) 4,5 24. Se carga un condensador de 20 pF aplicán- dole 3×103 V y luego se desconecta de la fuente. Después se le conecta en paralelo a un conden- sador descargado de 50 pF. Calcule la carga, en nC, en el condensador de 50 pF. A) 17,14 B) 26,41 C) 32,72 D) 42,85 E) 47,31 UNI_2010-I 25. Se carga un capacitor de 2 µF con una batería de 12 V, y luego se desconecta la batería. En estas condiciones, se le conecta en paralelo con otro ca- pacitor inicialmente descargado y al final se obser va que la diferencia de potencial disminuye hasta 3 V. ¿Cuál es la capacitancia en µF del segundo capacitor? A) 2 B) 4 C) 6 D) 8 E) 10 26. Un condensador de capacidad C se carga hasta que almacena 100 μJ de energía. Si al con densador cargado se le conecta en paralelo a otro condensador de igual capacidad C inicial- mente descargado, calcule la energía (μJ) alma cenada por los dos condensadores en paralelo A) 25 B) 50 C) 100 D) 125 E) 200 CEPRE_2017-II 27. Se tiene 2 capacitores planos de capacida- des 4 μF y 5 μF respectivamente. Estos capacito res se conectan en forma independiente a 2 fuentes, una de 30 V y la otrade 60 V. Luego, los capacitores son desconectados y conectados entre sí, pero con polaridades invertidas. Deter- mine la energía (en mJ) que finalmente almace- nará el sistema de capacitores. A) 2,0 B) 1,8 C) 1,6 D) 1,2 E) 1,0 CORRIENTE ELÉCTRICA 28. Indique la veracidad (V) o falsedad (F) de las siguientes proposiciones: I. La corriente eléctrica solo se da en los meta- les. II. La intensidad de corriente eléctrica es una cantidad vectorial. III. La unidad en el S.I. de la intensidad de co- rriente eléctrica es el C/s A) VVV B) VVF C) VFF D) FVF E) FFF 29. En una solución de Sulfato Cálcico (CaSO4) se establece un campo eléctrico y se observa que en 5 ms, 5×1016 iones de Cu++ se desplazan hacia el cátodo y 5×1016 iones de SO4− − hacia el ánodo. Determine la intensidad de corriente eléctrica (en A) que se establece entre los elec- trodos. A) 4,8 B) 3,2 C) 1,6 D) 6,4 E) 8,0 30. Se establece un campo eléctrico sobre una solución de cloruro de sodio y en 10 s se obser- va que 6,45×1016 iones de Na+ llegan al electro- do negativo y 4,18×1016 iones de Cl‒ llegan al electrodo positivo. ¿Cuál es aproximadamente la intensidad de corriente eléctrica (en mA) que pasa entre los electrodos? A) 5,3 B) 3,6 C) 1,7 T P 3 μF 2 μF 4 μF Página 4 D) 6,7 E) 10,3 31. La intensidad de corriente eléctrica en un con- ductor varía, como muestra la gráfica, entre t = 5 s y t = 16 s, ¿qué cantidad de carga eléctrica, en C, atraviesa la sección transversal del conductor? A) 4,9 B) 4,7 C) 2,5 D) 5,6 E) 3,9 32. Por la sección recta de un cable conductor, circula una corriente eléctrica cuya intensidad varía con el tiempo según la ecuación I = 1 + 3t en la que la intensidad I se expresa en amperios (A) y t en segundos. ¿Qué cantidad de electro- nes, en 1019, cruzan la sección transversal de conductor desde el instante t = 1 s hasta t = 5 s? A) 15 B) 18 C) 25 D) 28 E) 32 33. Sobre la densidad de corriente, indique la veracidad (V) o falsedad (F) de las siguientes proposiciones: I. La magnitud de la densidad de corriente de- pende del área transversal del conductor y de la concentración de cargas que se mueven. II. La densidad de corriente no depende del sig- no de las cargas y su sentido es el del campo eléctrico. III. En un conductor metálico el sentido de la co- rriente es el sentido del campo eléctrico en el interior del conductor. A) FFF B) FFV C) FVV D) VFF E) VVV 34. Halle la rapidez de arrastre (en mm/s) de los electrones en un alambre conductor (n = 1022 electrones/cm3) si por una sección de 10-6 cm2 pasa una corriente de 2mA. A) 10,5 B) 11,5 C) 12,5 D) 13,5 E) 14,5 35. La intensidad de corriente que circula por un alambre de cobre de 4 mm2 de sección trans- versal es 1 A. Si la concentración de portadores del cobre es 8,45x1022 electrones/cm3, calcule la magnitud de la velocidad de arrastre de los portadores (en m/s). (e- = 1,6x10-19 C) A) 1,85.10-3 B) 1,85.10-4 C) 1,85.10-5 D) 1,85.104 E) 1,85.106 FINAL_2016-I 36. La figura muestra un conductor donde la densidad de corriente a través del área A1 = 2 cm2 es 80 kA/m2. Si la densidad de corriente a través del área A3 = 6 cm2 es 10 kA/m2, deter- mine la magnitud de la densidad de corriente (en kA/m2) a través del área A2 = 8 cm2. Consi- dere que A1, A2 y A3 son áreas de sección trans- versal. A) 2,5 B) 5,0 C) 12,5 D) 15,0 E) 20,0 CEPRE_2018-II MODELO DE CONDUCCIÓN ELÉCTRICA 37. Con referencia al modelo de conducción eléc trica en los metales determine las proposicio- nes verdaderas (V) o falsas (F) y marque la al- ternativa correspondiente. I. En presencia de campo eléctrico en el conduc- tor, los electrones libres se desplazan de forma ordenada en contra del campo eléctrico. II. Se deduce que la conductividad eléctrica del metal depende de la concentración de portado- res de carga. III. Se deduce que la densidad de corriente es opuesta al campo eléctrico que la produce. A) VVV B) VVF C) VFV D) FFV E) FVF CEPRE_2018-II 38. Respecto al modelo de conducción eléctrica, determine las proposiciones verdaderas (V) o falsas (F) y marque la alternativa correspon- diente. I. En ausencia de campo eléctrico, el valor me- dio de la velocidad de los electrones libres del metal es cero. II. En presencia de campo eléctrico, los electro- nes libres del metal son impulsados hacia regio- nes de menos potencial eléctrico. III. En presencia de campo eléctrico, los electro- nes libres se mueven ordenadamente en orien- tación opuesta al campo eléctrico. A) VFF B) VVF C) FVV D) FFV E) FFF CEPRE_2019-I 39. Respecto al modelo de conducción eléctrica, determine las proposiciones verdaderas (V) o falsas (F) Página 5 I. En ausencia del campo eléctrico en el conduc- tor, la cantidad de movimiento del sistema de electrones del metal es cero. II. En presencia del campo eléctrico en el con- ductor, la cantidad de movimiento del sistema de electrones libres del metal tiene orientación opuesta al campo E . III. La conductividad eléctrica (σ) es una propie dad microscópica del metal. A) VVV B) VFV C) VVF D) FVV E) VFF CEPRE_2020-I RESISTENCIA ELÉCTRICA Y LEY DE OHM 40. Con relación a las siguientes proposiciones sobre la Ley de Ohm. Indique verdadero (V) o falso (F) I. Los conductores metálicos cumplen la Ley de Ohm. II. La intensidad de corriente eléctrica en un con ductor, es directamente proporcional a su resis- tencia. III. En los conductores metálicos la intensidad de corriente I, es proporcional a la diferencia de potencial. A) VVV B) VVF C) VFV D) FVV E) FFV 41. Respecto a las siguientes afirmaciones, seña le verdadero (V) o falso (F) según corresponda I. Los materiales óhmicos y no óhmicos cum- plen que R = ΔV/I II. La resistencia eléctrica de un material no óhmico solo depende del voltaje aplicado. III. Los semiconductores son materiales óhmi- cos. A) VVV B) VVF C) VFF D) FVF E) FFF 42. Dos conductores metálicos A y B son some- tidos a diferentes voltajes de tal forma que se han obtenido corriente vs voltaje representado en el siguiente diagrama. Determine la relación de resistencias RA/RB. A) 1/6 B) 1/3 C) 2/3 D) 4/5 E) 5/7 43. Dos conductores metálicos A y B son some- tidos a diferencias de potencial ∆V registrando- se intensidades de corriente I como se indica en la figura. Halle RA/RB. A) 0,25 B) 0,50 C) 2,00 D) 4,00 E) 8,00 44. La gráfica muestra cómo cambia la intensi- dad de corriente en función de la diferencia de potencial en dos elementos. Señale verdadero (V) o falso (F) según corresponde a las siguien- tes proposiciones: I. A y B son óhmicos. II. En la región I, RA ≥ RB III. En la región II, RA ≤ RB A) VVV B) FVV C) VVF D) VFF E) VFV CEPRE_2012-I 45. La figura muestra 2 alambres de cobre de igual longitud y de secciones rectas A y 2A, co- nectados a la batería de fem ɛ. Señale la verdad (V) o falsedad (F) de las siguientes proposicio- nes: I. La corriente a través del conductor grueso es mayor que a través del delgado. II. La densidad de corriente es mayor en el con- ductor delgado que en el grueso. III. La conductividad eléctrica es la misma en los dos conductores. A) VVV B) VFV C) FVF D) VFF E) FFF CEPRE_2010-II 46. La figura muestra a dos materiales conduc- tores conectados a una FEM. Las características de los conductores son: L1 = L2, A1 = 2A2 y ρ1 = 2ρ2. Determine las proposiciones verdaderas (V) o falsas (F) I. Las resistencias eléctricas en ambos conduc- tores son iguales. 5 I (mA) A B 10 20 ∆V (V) ε A 2A Página 6 II. Las densidades de corriente en ambos con- ductores son iguales. III. Las intensidades de campo eléctrico son iguales. A) VVF B) VFV C) FVV D) FFV E) VFF CEPRE_2018-II 47. Dos alambres conductores A y B del mismo material e iguallongitud tienen diámetros dis- tintos. El diámetro del alambre A es el doble del diámetro correspondiente del alambre B. Si la resistencia del alambre B es R, determine la re- sistencia del alambre A. A) R/4 B) R/2 C) R D) 2R E) 4R CEPRE_2017-I 48. Se muestra dos conductores, en los cuales la resistencia eléctrica de (1) es 10 Ω y la de (2) es 80 Ω. Determine la razón de sus resistividades eléctricas. A) 13/8 B) 11/5 C) 12/5 D) 7/8 E) 15/8 49. Un conductor cilíndrico dúctil tiene una re- sistencia eléctrica de 120 Ω. Determine la nueva resistencia (en Ω) de este conductor si es esti- rado hasta que su longitud se cuadruplique. A) 920 B) 1420 C) 460 D) 1920 E) 2620 50. Se estira un alambre de forma que incremen- ta su longitud en un 10%, la densidad no se modi fica. ¿En cuánto cambia (en %) la resistencia del alambre? A) 20 B) 21 C) 22 D) 23 E) 24 51. Hallar la intensidad de corriente, en A, que circula por un alambre ( = 1,4x10-5 ∙m) so- metido a una diferencia de potencial de 420 V, siendo su longitud 1 km y su sección cuadrada de 9 mm2 A) 0,14 B) 0,27 C) 0,3 D) 0,18 E) 0,21 52. En los extremos de un alambre conductor de 1 km de longitud y sección transversal de área 4x10-6 m2, se establece un voltaje de 8 V. Determi- ne la resistividad (en 10-8 Ω.m) del metal, si la in- tensidad de corriente es 2 A A) 2,2 B) 1,2 C) 2,4 D) 1,6 E) 3,2 RESISTENCIA vs TEMPERATURA 53. Un conductor metálico tiene una resistencia eléctrica de 50 Ω entre sus extremos, cuando está a una temperatura de 20 °C. Al calentar has ta 170 °C su resistencia aumenta hasta 80 Ω. Determine el coeficiente térmico de resistivi- dad (en 10–3 °C-1) del material A) 2 B) 4 C) 6 D) 8 E) 10 54. La resistencia de un alambre de cobre (α = 39,3×10‒4 K‒1) a 0 °C es 0,97 Ω. A esta tempera- tura se le aplica una diferencia de potencial V0. Si se desea que a 100 °C la corriente sea la mis- ma, determine aproximadamente el factor que multiplica a V0. A) 0,39 B) 0,45 C) 0,61 D) 1,00 E) 1,39 CEPRE_2009-I 55. La gráfica muestra el comportamiento RvsT para un cable metálico. Halle el coeficiente tér- mico de la resistividad eléctrica (en 10-5 °C-1) de este cable. A) 1 B) 2 C) 3 D) 4 E) 5 56. Henry estudia el comportamiento de la resis tividad eléctrica de un conductor óhmico entre 0 °C y 80 °C. Al graficar la resistividad en fun- ción de la temperatura, observa que el compor- tamiento es lineal con pendiente 0,405.10-9 en unidades del sistema internacional. Determine el coeficiente térmico de resistividad del mate- rial (en 10-3 °C-1) si a 0 °C, el conductor de 1 mm2 de sección transversal y 2 m de longitud presenta una resistencia de 0,18 Ω. A) 4,2 B) 4,5 C) 4,8 D) 5,2 E) 5,6 CEPRE_2016-II PROF. LORD BYRON
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