Preguntas y problemas - Capítulo IX

Preguntas conceptuales

9.1 Corriente eléctrica

1. ¿Puede un cable llevar una corriente y seguir siendo neutral, es decir, tener una carga total de cero? Explica.

2. Las baterías de los automóviles están clasificadas en amperios-hora (A • h). ¿A qué cantidad física corresponden amperios-horas (tensión, corriente, carga, energía, potencia, ...)?

3. Cuando trabajes con circuitos eléctricos de alta potencia, se recomienda que, siempre que sea posible, trabajes "con una sola mano" o "mantengas una mano en el bolsillo". ¿Por qué es esta una sugerencia razonable?

9.2 Modelo de Conducción en Metales

4. Las bombillas incandescentes están siendo reemplazadas por bombillas LED y CFL más eficientes. ¿Hay alguna evidencia obvia de que las bombillas incandescentes no sean tan eficientes en el consumo de energía? ¿La energía se convierte en algo más que luz visible?

5. 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?

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

7. Una bombilla incandescente se evacua parcialmente. ¿Por qué supones que es eso?

9.3 Resistividad y resistencia

8. La caída de IR a través de una resistencia significa que hay un cambio en el potencial o voltaje a través de la resistencia. ¿Hay algún cambio en la corriente a medida que pasa a través de una resistencia? Explica.

9. ¿Las impurezas en los materiales semiconductores enumerados en la Tabla 9.1b suministran cargas sin carga? (Sugerencia: examina el rango de resistividad para cada una y determina si el semiconductor puro tiene la conductividad más alta o más baja).

10. ¿La resistencia de un objeto depende de la ruta que tome la corriente a través de él? Considera, por ejemplo, una barra rectangular: ¿su resistencia es la misma a lo largo de su longitud que a lo ancho?



11. Si los alambres de aluminio y cobre de la misma longitud tienen la misma resistencia, ¿cuál tiene el diámetro más grande? ¿Por qué?

9.4 Ley de Ohm

12. Al determinar el campo desde el potencial, la resistencia se definió como R ≡ V/I. En esta sección, presentamos la ley de Ohm, que comúnmente se expresa como V = IR. Las ecuaciones se ven 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. El voltaje aumenta y la corriente se mide. ¿Qué dispositivo, si lo hay, es un dispositivo óhmico?



14. La corriente I se mide a través de una muestra de un material óhmico a medida que se aplica un voltaje V. (a) ¿Cuál es la corriente cuando el voltaje se duplica a 2V (suponiendo que el cambio en la temperatura del material es insignificante)? (b) ¿Cuál es el voltaje aplicado si la corriente medida es 0.2I (suponiendo que el cambio en la temperatura del material es insignificante)? ¿Qué pasará con la corriente en el material si el voltaje permanece constante, pero la temperatura del material aumenta significativamente?

9.5 Energía Eléctrica y Potencia

15. Los electrodomésticos comunes tienen una potencia de 110 V, pero las compañías eléctricas suministran voltaje en el rango de kilovoltios y luego reducen el voltaje utilizando transformadores a 110 V para su uso en el hogar. Aprenderás en capítulos posteriores que los transformadores consisten en muchas vueltas de alambre, que se calientan a medida que la corriente fluye a través de ellas, desperdiciando parte de la energía que se emite en forma de calor. Esto suena ineficiente. ¿Por qué las compañías eléctricas transportan energía eléctrica usando este método?

16. Tu factura de electricidad te da tu consumo en unidades de kilovatios-hora (kW • h). ¿Representa esta unidad la cantidad de carga, corriente, voltaje, potencia o energía que compras?

17. Las resistencias son normalmente de 1/8 W, 1/4 W, 1/2 W, 1 W y 2 W para su uso en circuitos eléctricos. Si se pasa accidentalmente una corriente de I = 2.00 A a través de una resistencia R = 1.00 Ω clasificada en 1 W, ¿cuál sería el resultado más probable? ¿Hay algo que se pueda hacer para prevenir tal accidente?

18. Un calentador de inmersión es un aparato pequeño que se usa para calentar una taza de agua para té al pasar corriente a través de una resistencia. Si el voltaje aplicado al dispositivo se duplica, ¿cambiará el tiempo requerido para calentar el agua? ¿Por cuanto? ¿Es esta una buena idea?

9.6 Superconductores

19. ¿Qué requisito para la superconductividad hace que los dispositivos superconductores actuales sean caros de operar?

20. Nombra dos aplicaciones para superconductividad enumeradas en esta sección y explica cómo se usa la superconductividad en la aplicación. ¿Puedes pensar en un uso para la superconductividad que no está en la lista?

Problemas

9.1 Corriente eléctrica

21. Un generador Van de Graaff es uno de los aceleradores de partículas originales y se puede usar para acelerar partículas cargadas como protones o electrones. Es posible que hayas visto que solías hacer que el cabello humano se pusiera de punta o producía grandes chispas. Una aplicación del generador Van de Graaff es crear rayos X bombardeando un objetivo de metal duro con el haz. Considera un haz de protones a 1.00 keV y una corriente de 5.00 mA producida por el generador. (a) ¿Cuál es la velocidad de los protones? (b) ¿Cuántos protones se producen por segundo?

22. Un tubo de rayos catódicos (CRT) es un dispositivo que produce un haz enfocado de electrones en el vacío. Los electrones golpean una pantalla de vidrio recubierta de fósforo en el extremo del tubo, que produce una mancha de luz brillante. La posición del punto brillante de luz en la pantalla se puede ajustar desviando los electrones con campos eléctricos, campos magnéticos o ambos. Aunque el tubo CRT solía encontrarse en televisores, pantallas de computadora y osciloscopios, los dispositivos más nuevos usan una pantalla de cristal líquido (LCD) o una pantalla de plasma. Todavía puedes encontrar un CRT en su estudio de ciencias. Considera un CRT con una corriente promedio de haz de electrones de 25.00 μA. ¿Cuántos electrones golpean la pantalla cada minuto?

23. ¿Cuántos electrones fluyen a través de un punto en un cable en 3.00 s si hay una corriente constante de I = 4.00 A?

24. Un conductor lleva una corriente que está disminuyendo exponencialmente con el tiempo. La corriente se modela como I = I₀e^-t/τ, donde I₀ = 3.00 A es la corriente en el tiempo t = 0.00 s y τ = 0.50 s es la constante de tiempo. ¿Cuánta carga fluye a través del conductor entre t = 0.00 s y t = 3τ?

25. La cantidad de carga a través de un conductor se modela como Q = 4.00C/s⁴t⁴ - 1.00C/st + 6.00 mC. ¿Cuál es la corriente en el tiempo t = 3.00 s?

26. La corriente a través de un conductor se modela como I(t) = I_msen(2π[60Hz]t). Escribe una ecuación para la carga en función del tiempo.

27. La carga de un condensador en un circuito se modela como Q(t) = Q_maxcos(ωt + φ). ¿Cuál es la corriente a través del circuito en función del tiempo?

9.2 Modelo de Conducción en Metales

28. Un alambre de aluminio de 1.628 mm de diámetro (calibre 14) transporta una corriente de 3.00 amperios. (a) ¿Cuál es el valor absoluto de la densidad de carga en el cable? (b) ¿Cuál es la velocidad de deriva de los electrones? (c) ¿Cuál sería la velocidad de deriva si se usara el mismo calibre de cobre en lugar de aluminio? La densidad del cobre es 8,96 g/cm³ y la densidad del aluminio es 2,70 g/cm³. La masa molar de aluminio es 26,98 g/mol y la masa molar de cobre es 63,5 g/mol. Supón que cada átomo de metal contribuye con un electrón libre.

29. La corriente de un haz de electrones tiene una corriente medida de I = 50.00 μA con un radio de 1.00 mm². ¿Cuál es la magnitud de la densidad de corriente del haz?

30. Un acelerador de protones de alta energía produce un haz de protones con un radio de r = 0,90 mm. La corriente del haz es I = 9.00 μA y es constante. La densidad de carga del haz es n = 6.00 × 10¹¹ protones por metro cúbico. (a) ¿Cuál es la densidad de corriente del haz? (b) ¿Cuál es la velocidad de deriva del haz? (c) ¿Cuánto tiempo tardan en emitirse 1.00 × 10¹⁰ protones por el acelerador?

31. Considera un alambre de sección circular con un radio de R = 3.00 mm. La magnitud de la densidad de corriente se modela como J = cr² = 5.00 × 10⁶A/m⁴r². ¿Cuál es la corriente a través de la sección interna del cable desde el centro a r = 0.5R?

32. La corriente de un haz de electrones tiene una corriente medida de I = 50.00 μA con un radio de 1.00 mm². ¿Cuál es la magnitud de la densidad de corriente del haz?

33. La corriente suministrada a una unidad de aire acondicionado es de 4.00 amperios. El aire acondicionado está cableado con un cable de calibre 10 (2,588 mm de diámetro). La densidad de carga es n = 8.48 × 10²⁸electrones/m³. Encuentra la magnitud de (a) la densidad de corriente y (b) la velocidad de deriva.

9.3 Resistividad y resistencia

34. ¿Qué corriente fluye a través del bulbo de una linterna de 3.00 V cuando su resistencia al calor es 3.60 Ω?

35. Calcula la resistencia efectiva de una calculadora de bolsillo que tiene una batería de 1.35 V y por la que fluye 0.200 mA.

36. ¿Cuántos voltios se suministran para operar una luz indicadora en un reproductor de DVD que tiene una resistencia de 140 Ω, dado que pasan 25.0 mA a través de ella?

37. ¿Cuál es la resistencia de una pieza de 20.0 m de largo de alambre de cobre de calibre 12 que tiene un diámetro de 2.053 mm?

38. El diámetro del cable de cobre calibre 0 es 8.252 mm. Encuentra la resistencia de una longitud de 1,00 km de dicho cable utilizado para la transmisión de potencia.

39. Si el filamento de tungsteno de 0.100 mm de diámetro en una bombilla tiene una resistencia de 0.200 Ω a 20.0 °C, ¿cuánto tiempo debería durar?

40. Una varilla de plomo tiene una longitud de 30.00 cm y una resistencia de 5.00 μΩ. ¿Cuál es el radio de la varilla?

41. Encuentra la relación entre el diámetro del cable de aluminio y el de cobre, si tienen la misma resistencia por unidad de longitud (como lo podrían hacer en el cableado doméstico).

42. ¿Qué corriente fluye a través de una varilla de silicio puro de 2,54 cm de diámetro que mide 20,0 cm de largo, cuando se le aplica 1,00 × 10³ V? (Tal barra se puede usar para hacer detectores de partículas nucleares, por ejemplo).

43. (a) ¿A qué temperatura debes elevar un cable de cobre, originalmente a 20.0 °C, para doblar su resistencia, despreciando cualquier cambio en las dimensiones? (b) ¿Esto sucede en el cableado doméstico bajo circunstancias normales?

44. Unn resistor hecha de alambre de nicrom se usa en una aplicación donde su resistencia no puede cambiar más de 1.00% de su valor a 20.0 °C. ¿Sobre qué rango de temperatura se puede usar?

45. ¿De qué material está hecho un resistor si su resistencia es 40.0% mayor a 100.0 °C que a 20.0 °C?

46. ​​Un dispositivo electrónico diseñado para operar a cualquier temperatura en el rango de -10.0 °C a 55.0 °C contiene resistencias de carbón puro. ¿Por qué factor aumenta su resistencia en este rango?

47. (a) ¿De qué material está hecho un alambre, si tiene 25.0 m de largo con un diámetro de 0.100 mm y tiene una resistencia de 77.7 Ω a 20.0 °C? (b) ¿Cuál es su resistencia a 150.0 °C?

48. Suponiendo un coeficiente de temperatura constante de resistividad, ¿cuál es la disminución porcentual máxima en la resistencia de un cable de constantán a partir de 20,0 °C?

49. Un cable de cobre tiene una resistencia de 0.500 Ω a 20.0 °C, y un cable de hierro tiene una resistencia de 0.525 Ω a la misma temperatura. ¿A qué temperatura son iguales sus resistencias?

9.4 Ley de Ohm

50. Una resistencia de 2.2 kΩ está conectada a través de una batería de celda D (1.5 V). ¿Cuál es la corriente a través de la resistencia?

51. Una resistencia clasificada a 250 kΩ está conectada a través de dos baterías de celda D (cada una de 1.50 V) en serie, con una tensión total de 3.00 V. El fabricante anuncia que sus resistencias están dentro del 5% del valor nominal. ¿Cuáles son las posibles corrientes mínimas y máximas a través de la resistencia?

52. Un resistor está conectado en serie con una fuente de alimentación de 20.00 V. La medida actual es 0.50 A. ¿Cuál es la resistencia del resistor?

53. Una resistencia se coloca en un circuito con una fuente de voltaje ajustable. La tensión y la corriente a través de la resistencia y las medidas se muestran a continuación. Estima la resistencia del resistor.



54. La siguiente tabla muestra las medidas de una corriente y el voltaje en una muestra de material. Traza los datos, y suponiendo que el objeto es un dispositivo óhmico, estima la resistencia.

9.5 Energía Eléctrica y Potencia

55. Se usa una batería de 20.00 V para suministrar corriente a una resistencia de 10 kΩ. Supón que la caída de voltaje en los cables utilizados para las conexiones es insignificante. (a) ¿Cuál es la corriente a través de la resistencia? (b) ¿Cuál es la potencia disipada por la resistencia? (c) ¿Cuál es la entrada de potencia de la batería, suponiendo que toda la potencia eléctrica se disipa por la resistencia? (d) ¿Qué sucede con la energía disipada por la resistencia?

56. ¿Cuál es la tensión máxima que se puede aplicar a una resistencia de 10 kΩ con una potencia de 14 W?

57. Se está diseñando un calentador que usa una bobina de alambre de nicromo de calibre 14 para generar 300 W con un voltaje de V = 110V. ¿Cuánto tiempo demoraría el ingeniero para hacer el cable?

58. Una alternativa a las bombillas CFL y las bombillas incandescentes son las bombillas de diodos emisores de luz (LED). Una bombilla incandescente de 100 W puede reemplazarse por una bombilla LED de 16 W. Ambos producen 1600 lúmenes de luz. Suponiendo que el costo de la electricidad es de $ 0.10 por kilovatio-hora, ¿cuánto cuesta usar la bombilla durante un año si funciona durante cuatro horas al día?

59. La potencia disipada por una resistencia con una resistencia de R = 100 Ω es P = 2.0 W. ¿Cuál es la corriente y la caída de tensión en la resistencia?

60. Al llegar tarde para tomar un avión, un conductor accidentalmente deja los faros encendidos después de estacionar el auto en el estacionamiento del aeropuerto. Durante el despegue, el conductor se da cuenta del error. Después de haber reemplazado la batería, el conductor sabe que la batería es una batería de automóvil de 12 V, con capacidad de 100 A • h. El conductor, sabiendo que no se puede hacer nada, calcula cuánto tiempo las luces brillarán, suponiendo que haya dos faros de 12 V, cada uno con una potencia de 40 W. ¿Qué concluyó el conductor?

61. Un estudiante de física tiene una habitación de una sola habitación. El estudiante tiene un refrigerador pequeño que funciona con una corriente de 3.00 A y un voltaje de 110 V, una lámpara que contiene una bombilla de 100 W, una luz cenital con una bombilla de 60 W y varios otros dispositivos pequeños que suman 3.00 W. (a) Suponiendo que la planta de energía que suministra electricidad de 110 V al dormitorio está a 10 km de distancia y los dos cables de transmisión de aluminio usan un cable de calibre 0 con un diámetro de 8.252 mm, calcula el porcentaje de la energía total suministrada por la compañía que se pierde en la transmisión. (b) ¿Cuál sería el resultado si la compañía de energía entregó la energía eléctrica a 110 kV?

62. Una resistencia de 0.50 W, 220 Ω lleva la corriente máxima posible sin dañar la resistencia. Si la corriente se redujera a la mitad del valor, ¿cuál sería la potencia consumida?

9.6 Superconductores

63. Considera una planta de energía que se encuentra a 60 km de distancia de una zona residencial que utiliza un cable de cobre de calibre 0 (A = 42.40 mm²) para transmitir potencia a una corriente de I = 100.00 A. ¿Cuánta más energía se disipa en los cables de cobre de lo que sería en los cables superconductores?

64. Un cable se traza a través de un molde, estirándolo hasta cuatro veces su longitud original. ¿Por qué factor aumenta su resistencia?

65. Los termómetros médicos digitales determinan la temperatura midiendo la resistencia de un dispositivo semiconductor llamado termistor (que tiene α = -0.06/°C) cuando está a la misma temperatura que el paciente. ¿Cuál es la temperatura del paciente si la resistencia del termistor a esa temperatura es 82.0% de su valor a 37 °C (temperatura corporal normal)?

66. Los generadores de energía eléctrica a veces son "probados en carga" al pasar la corriente a través de una gran tina de agua. Se puede usar un método similar para probar la salida de calor de una resistencia. Una resistencia R = 30 Ω está conectada a una batería de 9.0 V y los cables de la resistencia están impermeabilizados y la resistencia se coloca en 1.0 kg de agua a temperatura ambiente (T = 20 °C). La corriente pasa a través de la resistencia durante 20 minutos. Suponiendo que toda la energía eléctrica disipada por la resistencia se convierte en calor, ¿cuál es la temperatura final del agua?

67. Un cable de oro de 12 galones tiene una longitud de 1 metro. (a) ¿Cuál sería la longitud de un cable plateado de calibre 12 con la misma resistencia? (b) ¿Cuáles son sus respectivas resistencias a la temperatura del agua hirviendo?

68. ¿Cuál es el cambio de temperatura requerido para disminuir la resistencia de un resistor de carbono en un 10%?

Problemas Adicionales

69. Un cable coaxial consiste en un conductor interno con un radio r_i = 0.25c m y un radio externo de r_o = 0.5 cm y tiene una longitud de 10 metros. El plástico, con una resistividad de ρ = 2.00 × 10¹³ Ω • m, separa los dos conductores. ¿Cuál es la resistencia del cable?

70. Un cable de alambre de 10.00 metros de largo que está hecho de cobre tiene una resistencia de 0.051 ohmios. (a) ¿Cuál es el peso si el cable estaba hecho de cobre? (b) ¿Cuál es el peso de un alambre de 10.00 metros de largo del mismo calibre hecho de aluminio? (c) ¿Cuál es la resistencia del cable de aluminio? La densidad del cobre es 8960 kg/m³ y la densidad del aluminio es 2760 kg/m³.

71. Para un termómetro digital se usa una varilla de nicromica de 3,00 mm de largo con un área de sección transversal de 1,00 mm². (a) ¿Cuál es la resistencia a temperatura ambiente? (b) ¿Cuál es la resistencia a la temperatura del cuerpo?

72. La temperatura en Philadelphia, puede variar entre 68.00 °F y 100.00 °F en un día de verano. ¿En qué porcentaje cambiará la resistencia de un alambre de aluminio durante el día?

73. Cuando se aplica 100.0 V a través de un cable de calibre 5 (diámetro de 4.621 mm) que tiene una longitud de 10 m, la magnitud de la densidad de corriente es de 2.0 × 10⁸ A/m². ¿Cuál es la resistividad del cable?

74. Un cable con una resistencia de 5.0 Ω se extrae a través de un troquel para que su nueva longitud sea dos veces su longitud original. Encuentra la resistencia del cable más largo. Puedes suponer que la resistividad y la densidad del material no se modifican.

75. ¿Cuál es la resistividad de un cable de alambre de calibre 5 (A = 16,8 × 10^-6 m²), 5,00 m de longitud y 5,10 mΩ de resistencia?

76. Las bobinas se utilizan a menudo en circuitos eléctricos y electrónicos. Considera una bobina que se forma enrollando 1000 vueltas de alambre de cobre aislado de calibre 20 (área de 0,52 mm²) en una sola capa sobre un núcleo cilíndrico no conductor de radio de 2,0 mm. ¿Cuál es la resistencia de la bobina? Desprecia el grosor del aislante.

77. Corrientes de aproximadamente 0.06 A pueden ser potencialmente fatales. Las corrientes en ese rango pueden hacer que el corazón fibrile (latir de manera incontrolada). La resistencia de un cuerpo humano seco puede ser de aproximadamente 100 kΩ. (a) ¿Qué voltaje puede causar 0.06 A a través de un cuerpo humano seco? (b) Cuando un cuerpo humano está mojado, la resistencia puede caer a 100 Ω. ¿Qué voltaje puede causar daño a un cuerpo mojado?

78. Se coloca una resistencia de 20,00 ohmios y 5,00 vatios en serie con una fuente de alimentación. (a) ¿Cuál es la tensión máxima que se puede aplicar a la resistencia sin dañar la resistencia? (b) ¿Cuál sería la corriente a través de la resistencia?

79. Una batería con una fem de 24.00 V entrega una corriente constante de 2.00 mA a un dispositivo. ¿Cuánto trabajo hace la batería en tres minutos?

80. Una batería de 12.00 V tiene una resistencia interna de una décima de ohmio. (a) ¿Cuál es la corriente si los terminales de la batería se cortocircuitan momentáneamente? (b) ¿Cuál es el voltaje del terminal si la batería suministra 0.25 amperios a un circuito?

Problemas de Desafío

81. Un cable de cobre de calibre 10 tiene un área de sección transversal A = 5.26 mm² y lleva una corriente de I = 5.00 A. La densidad del cobre es ρ = 89.50 g/cm³. Un mol de átomos de cobre (6.02 × 10²³ átomos) 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 con un electrón libre a la corriente?

82. La corriente a través de un cable de calibre 12 se da como I(t) = (5.00 A)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 un área transversal cada segundo?

84. En este capítulo, la mayoría de los ejemplos y problemas involucran la corriente continua (DC). Los circuitos de CC tienen la corriente fluyendo en una dirección, de positivo a negativo. Cuando la corriente cambiaba, se cambiaba linealmente de I = -I_max a I = +I_max y el voltaje cambiaba linealmente de V = -V_max a V = +V_max, donde V_max = I_maxR. Supongamos que una fuente de tensión se coloca en serie con una resistencia de R = 10 Ω que suministró una corriente que alternaba como onda sinusoidal, por ejemplo, I(t) = (3.00 A)sen(2π/4.00 s2t). (a) ¿Qué aspecto tendría un gráfico de la caída de tensión en la resistencia V(t) frente al tiempo? (b) ¿Cómo se vería un gráfico de V(t) versus I(t) para un período? (Sugerencia: si no estás seguro, intenta trazar V(t) versus I(t) usando una hoja de cálculo).

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

86. Considere una varilla cuadrada de material con lados de longitud L = 3.00 cm con una densidad de corriente de J→ = J₀e^&aplha;xk = (0.35 A/m²)e^{(2.1 × 10-3 m-1)x}k^ como se muestra a continuación. Encuentra la corriente que pasa por la cara de la varilla.



87. Se coloca un resistor de resistencia desconocida en un contenedor aislado lleno de 0,75 kg de agua. Una fuente de voltaje se conecta en serie con la resistencia y una corriente de 1,2 amperios fluye a través de la resistencia durante 10 minutos. Durante este tiempo, se mide la temperatura del agua y la temperatura cambia durante este tiempo es ΔT = 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) = q₀e^-t/T = 10.0Ce^-t/5s. (a) ¿Cuál es la corriente inicial a través del cable en el momento t = 0.00 s? (b) Encuentra la corriente en el momento t = 1/2T. (c) ¿En qué momento t la corriente se reducirá a la mitad I = 1/2I₀?

89. Considere una resistencia hecha de un cilindro hueco de carbono como se muestra a continuación. El radio interior del cilindro es R_i = 0.20 mm y el radio exterior es R₀ = 0.30 mm. La longitud de la resistencia es L = 0,90 mm. La resistividad del carbono es ρ = 3.5 × 10^-5 Ω • m. (a) Demuestra que la resistencia perpendicular del eje es R = ρ/2πLln(R₀/R_i). (b) ¿Cuál es la resistencia?



90. ¿Cuál es la corriente a través de un cable cilíndrico de radio R = 0.1 mm si la densidad de corriente es J = J₀/Rr, donde J₀ = 32000 A/m ²?

91. Un estudiante usa un calentador radiante de 100.00 W, 115.00 V para calentar el dormitorio del estudiante, durante las horas entre el atardecer y el amanecer, a las 6:00 p.m. a las 7:00 a.m. (a) ¿A qué corriente funciona el calentador? (b) ¿Cuántos electrones se mueven a través del calentador? (c) ¿Cuál es la resistencia del calentador? (d) ¿Cuánto calor se agregó a la habitación del dormitorio?

92. Una batería de automóvil de 12 V se utiliza para alimentar una lámpara de 20.00 W y 12.00 V durante la fiseta fiesta estelar del club de física. El cable de la lámpara mide 2,00 metros de largo, cable de cobre calibre 14 con una densidad de carga de n = 9.50 × 10²⁸ m^-3. (a) ¿Cuál es el consumo actual de la lámpara? (b) ¿Cuánto tiempo tardaría un electrón en pasar de la batería a la lámpara?

93. Un estudiante de física usa un calentador de inmersión de 115.00 V para calentar 400.00 gramos (casi dos tazas) de agua para té de hierbas. Durante los dos minutos que lleva calentar el agua, el estudiante de física se aburre y decide descubrir la resistencia del calentador. El estudiante comienza con la suposición de que el agua está inicialmente a la temperatura de la sala T_i = 25.00 °C y alcanza T_f = 100.00 °C. El calor específico del agua es c = 4180 J/kg • K. ¿Cuál es la resistencia del calentador?