Ejemplos de preguntas y fórmulas para la energía eléctrica y la potencia.
Energía y potencia eléctrica
1. La tarifa eléctrica por kWh es de Rp. 400. En una casa, un televisor de 100 vatios funciona un promedio de 4 horas al día, y dos lámparas de 20 vatios cada una se utilizan durante 10 horas al día. El costo del consumo eléctrico mensual (30 días) es…
A. Rp. 4.800,-
B. Rp. 9.600,-
C. Rp. 19.200,-
D. Rp. 21.120,-
Discusión
Se sabe que:
La tarifa eléctrica es de Rp. 400/kWh.
Potencia del televisor = 1 x 100 vatios = 100 vatios y tiempo de uso del televisor = 4 horas x 30 = 120 horas
Potencia de la lámpara = 2 x 20 vatios = 40 vatios y tiempo de uso de la lámpara = 10 horas x 30 = 300 horas
Preguntó: Coste del consumo de electricidad al mes
Respuesta :
Energía eléctrica = potencia eléctrica x tiempo de uso
Energía eléctrica del televisor = 100 vatios x 120 horas = 12 000 vatios-hora
Energía de la lámpara = 40 vatios x 300 horas = 12.000 vatios-hora
Energía total = 12 000 vatios-hora + 12 000 vatios-hora = 24 000 vatios-hora = 24 kilovatios-hora = 24 kilovatios-hora = 24 kWh
Costo del consumo de electricidad por mes = (24 kWh)(Rp. 400/kWh) = (24)(Rp. 400) = Rp. 9.600,-
La respuesta correcta es B.
2. Dos lámparas, cada una de 24 vatios / 12 voltios, se conectan en paralelo y luego en serie con una resistencia de 2 ohmios. Este circuito se conecta a una fuente de voltaje de manera que ambas lámparas se enciendan al 25 % de su brillo máximo. Si una lámpara se rompe repentinamente, la otra se encenderá con energía…
A. 12 vatios
B. 7,5 vatios
C. 6 vatios
D. 3 vatios
Discusión
Fórmula de potencia:
P = VI
I = PV
atau
P = VI —–> I = V / R
P = V (V / R)
P = v2 R
R = V2 / P
atau
P = VI —–> V = IR
P = (IR) I
P = I2 R
I2 = P / R
Descripción: P = potencia eléctrica, V = voltaje eléctrico, I = corriente eléctrica, R = resistencia de la lámpara
Calcula la resistencia del circuito:
Cada una de las dos lámparas está marcada como 24 vatios / 12 voltios, lo que significa que cada lámpara se encenderá con una potencia máxima de 24 vatios cuando se conecte a un voltaje de 12 voltios.
La resistencia de cada lámpara se calcula utilizando la fórmula de potencia:
R = V2 / P = 122 / 24 = 144 / 24 = 6 ohmios
Las dos lámparas están conectadas en paralelo, por lo que la resistencia equivalente es:
1 / R12 = 1 / R1 + 1/R2 = 1/6 + 1/6 = 2/6
R12 = 6/2 = 3 ohmios
Las dos lámparas están conectadas en serie con una resistencia de 2 ohmios, por lo que la resistencia equivalente es:
R = 3 ohmios + 2 ohmios = 5 ohmios
Por lo tanto, la resistencia del circuito = R = 5 ohmios.
Calcula la corriente eléctrica que circula por el circuito:
Si ambas luces están encendidas con un nivel de brillo del 25%, entonces ambas luces están encendidas con una potencia de 25/100 x 24 vatios = 1/4 x 24 = 24/4 = 6 vatios.
La corriente eléctrica que fluye a través de la lámpara se calcula utilizando la fórmula de potencia:
I2 = P / R = 6 vatios / 6 ohmios = 1 amperio
La corriente eléctrica que circula por cada lámpara es de 1 amperio. Las dos lámparas están conectadas en paralelo, por lo que, según la primera ley de Kirchhoff, la corriente total que circula por ambas es de 2 amperios. Las dos lámparas están conectadas en serie con una resistencia de 2 ohmios, por lo que la corriente que circula por dicha resistencia también es de 2 amperios.
Por lo tanto, la corriente eléctrica que fluye en el circuito = I = 2 amperios.
Calcula el voltaje de la fuente de fuerza electromotriz:
El voltaje eléctrico es:
V = IR = (2 amperios)(5 ohmios) = 10 voltios
Este es el voltaje de la fuente de fuerza electromotriz cuyo valor no cambia ni antes de que se rompa una de las lámparas ni después de que se rompa una de ellas.
Calcula la resistencia del circuito después de que se rompa una de las luces:
Si una de las luces se rompe, la otra luz que permanece encendida está conectada en serie con una resistencia de 2 ohmios. Por lo tanto, la resistencia del circuito cambia a:
R = 6 ohmios + 2 ohmios = 8 ohmios
Calcula la corriente eléctrica que circula por el circuito después de que se rompa una de las luces:
La corriente eléctrica que circula por el circuito es:
I = V / R = 10 voltios / 8 ohmios = 1,25 amperios
La lámpara y la resistencia están conectadas en serie de manera que la corriente eléctrica que fluye por el circuito = la corriente eléctrica que fluye por la lámpara = la corriente eléctrica que fluye por la resistencia.
Calcula la potencia de la lámpara:
Después de que una de las luces se rompe, las demás se encienden con una potencia de:
P = VI = (10 voltios)(1,25 amperios) = 12,5 vatios
Movimiento de electrones
3. Se sabe que la masa de un electrón es 9,1 x 10-31 kg y carga del electrón 1,6 x 10-19 C. La diferencia de potencial necesaria para acelerar un electrón desde una velocidad de 1 x 105 m/s se convierte en 3 x 105 m/s es….
A. 28,4375 mV
B. 56,875 mV
C. 113,75 mV
D. 227,5 mV
Discusión
Se sabe que:
Masa del electrón (m) = 9,1 x 10-31 kg
Carga del electrón (q) = 1,6 x 10-19 C
Velocidad inicial (vo) = 1 x 105 m/s —> vo2 = 1 x 1010 m2/s2
Velocidad final (vt) = 3 x 105 m/s —> vt2 = 9 x 1010 metros2/s2
Preguntó: La diferencia de potencial (V) necesaria para acelerar un electrón
Respuesta :
Cambio en la energía potencial eléctrica = q V = (1,6 x 10-19 C) V
Cambio en la energía cinética = EKt – EKo = 1/2 m (vt2 - vo2) = 1/2 (9,1 x 10-31 kg)(9 x 1010 m2/s2 - 1 x 1010 m2/s2) = (4,55 x 10-31 kg)(8 x 1010 m2/s2) = 36,4 x 10-21 kg·m2/s2
La energía es eterna, por lo que la energía potencial eléctrica se transforma en energía cinética:
La EPL perdió = apareció EK
(1,6 x 10-19) V = 36,4 x 10-21
V = 36,4 x 10-21 / 1,6 x 10-19
V = 22,75 x 10-2 Volt
V = 227,5 x 10-3 Volt
V = 227,5 milivoltios
La respuesta correcta es D.
4. Preguntas de la Olimpiada Nacional de Ciencias de 2011 para escuelas secundarias de nivel de distrito/ciudad N.° 56
En un laboratorio, se dispara un haz de electrones hacia el norte. Desde arriba, se observa que el haz se desvía hacia la izquierda. Luego, se dispara un haz de electrones hacia el sur. Desde arriba, se observa que el haz también se desvía hacia la izquierda. Esto significa que hay…
A. campo eléctrico que apunta hacia el oeste
B. campo eléctrico que apunta hacia el este
C. campo magnético dirigido hacia arriba
D. campo magnético dirigido hacia abajo
Discusión
Los electrones tienen carga eléctrica y pueden ser movidos por fuerzas eléctricas o magnéticas cuando se encuentran en un campo eléctrico o magnético. La diferencia radica en que las fuerzas eléctricas pueden mover los electrones tanto en reposo como en movimiento, mientras que las fuerzas magnéticas solo pueden moverlos cuando están en movimiento.
Otra diferencia radica en que la fuerza eléctrica tiene la misma dirección que el campo eléctrico, mientras que la fuerza magnética es perpendicular a este. Por lo tanto, si un electrón es movido por una fuerza eléctrica, su movimiento se produce en la misma dirección que la del campo eléctrico. En cambio, si un electrón es movido por una fuerza magnética, su movimiento se produce en la misma dirección que la de la fuerza magnética, que es perpendicular a la del campo magnético.
Según la pregunta anterior, parece que cuando un electrón se dispara hacia el norte, se desvía hacia la izquierda (hacia el oeste), y cuando se dispara hacia el sur, se desvía hacia la izquierda (hacia el este). Si un electrón se desvía por una fuerza eléctrica, entonces la dirección de dicha fuerza, que coincide con la dirección del campo eléctrico, cambia constantemente. La dirección del campo eléctrico debería ser constante. Por lo tanto, el electrón no se desvía por la fuerza eléctrica.
Se puede concluir que la fuerza magnética desvía los electrones. Para determinar la dirección de la fuerza magnética (la dirección en la que se desvían los electrones), la dirección del campo magnético y la dirección en la que se disparan los electrones, utilice la regla de la mano derecha.
Aplica la regla de la mano derecha como se explica a continuación. Extiende la mano derecha, estira el pulgar y cierra los otros cuatro dedos. Coloca el pulgar apuntando hacia el norte (dirección del movimiento del electrón) y los cuatro dedos hacia el oeste (dirección de la fuerza magnética = dirección de la desviación del electrón); entonces el dorso de la mano derecha apuntará hacia abajo (dirección del campo magnético). Por el contrario, coloca el pulgar apuntando hacia el sur (dirección del movimiento del electrón) y los cuatro dedos hacia el este (dirección de la fuerza magnética = dirección de la desviación del electrón); entonces el dorso de la mano derecha apuntará hacia abajo (dirección del campo magnético). Se puede concluir que el electrón se encuentra en un campo magnético dirigido hacia abajo.
La respuesta correcta es D.
Fuente de la pregunta:
Preguntas de física para estudiantes de secundaria (OSN)
