Fisica General Burbano

PROBLEMAS 467
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establece entre X y Z una diferencia de potencial de 150 V, la potencia
disipada es de 375 W. 2) ¿Qué marcan en cada uno de los tres casos
anteriores los dos amperímetros?
13. En el circuito de la figura la caída de tensión a través de la resistencia
A es de 100 V. Encontrar: 1) La intensidad que atraviesa cada
una de las resistencias B, C, D. 2) La caída de tensión en la resistencia
B. 3) La potencia disipada en la resistencia F.
Problema XX-12.
Problema XX-13.
14. Sabiendo que un hilo metálico de 1 m de longitud y 1 mm de
diámetro tiene una resistencia de 2 Ω, calcular: 1) La resistencia de otro
hilo del mismo metal de 2 m de longitud y 0,6 mm de diámetro. 2) En
el caso de que por el conductor a que se refiere la cuestión anterior circule
una corriente de 5 A, calcular la energía consumida por unidad de
tiempo expresada en kW y el calor disipado al cabo de media hora, expresado
en cal (1 J = 0,24 cal).
15. Una cafetera eléctrica comienza a hervir 3 min después de haberla
conectado a la red. La calefacción procede de un arrollamiento de
alambre de 6 m de longitud. ¿Cómo modificaríamos este elemento para
que la cafetera comenzase a hervir a los 2 min de conectada? (Despreciar
las pérdidas de calor al exterior.)
16. En un calorímetro cuyo equivalente en agua es de 10 g hay
una mezcla de 20 g de hielo y 90 g de agua. Dentro del calorímetro se
encuentra una resistencia de 10 Ω por la que pasa una corriente de 2 A
(c h
= 0,5 cal · g – 1 · °C – 1 ; c = 1 cal · g – 1 · °C – 1 ; l f
= 1 cal · g – 1 ; 1 J = 0,24 cal).
Determinar: 1) El tiempo que ha de estar pasando la corriente para que
se funda el hielo, sin que varíe la temperatura. 2) La misma pregunta
para que la temperatura final sea de 50 °C. 3) Energía consumida en
este segundo caso expresada en W · h.
17. Una masa de agua contenida en un matraz se somete a ebullición
mediante el calor suministrado por una resistencia eléctrica por la
que circula una corriente de 2,5 A, siendo la diferencia de potencial entre
los extremos de la resistencia de 24 V. El vapor desprendido durante
5 min desde que se inicia la ebullición se condensa en el exterior y se
pesa, obteniéndose 7,0 g de agua (c = 1 cal · g – 1 °C – 1 ; 1 J = 0,24 cal).
1) Calcular el calor de vaporización del agua que se obtendría con estos
datos. 2) Sabiendo que el verdadero valor de vaporización del agua es
de 540 cal /g, determinar las pérdidas de calor por minuto existentes entre
el matraz y el exterior. 3) ¿Qué masa de agua se hubiera obtenido de
no existir dichas pérdidas?
18. En un recipiente aislado térmicamente hay 3 l de agua a la
temperatura de 15 °C. Se echa en él un trozo de hielo de 1 kg enfriado
previamente a –10 °C. Por un hilo conductor de 10 Ω de resistencia y de
capacidad calorífica despreciable introducido en la mezcla se hace pasar
una corriente eléctrica, conectando el conductor a una tensión de
220 V. Dígase cuánto tiempo habrá de estar circulando la corriente para
que la mezcla indicada alcance la temperatura de ebullición a la presión
normal. Se desea saber la cantidad de vapor de agua sobrecalentado a
120 °C que se necesitaría para producir el mismo efecto que la corriente
(c h
= 0,5 cal · g – 1 · °C –1 ; c = 1 cal · g –1 · °C –1 ; c v
= 0,45 cal · g –1 · °C –1 ; l f
=
= 80 cal · g –1 ; l v
= 540 cal · g –1 ; 1 J = 0,24 cal).
19. Queremos construir un cazo eléctrico que en 5 min caliente
hasta que empiece a hervir 1 l de agua colocado inicialmente a 15 °C
(c = 1 cal · g – 1 · °C – 1 ; 1 J = 0,24 cal). Calcular: 1) La potencia eléctrica
necesaria (suponiendo que todo el calor se utiliza íntegramente en calentar
el agua). 2) La intensidad de la corriente cuando se conecte a una
red de 110 V. 3) El valor de la resistencia.
20. Mediante una resistencia eléctrica de 10Ω conectada a 120 V
se desea calentar 1 200 g de un líquido de calor específico de
0,95 cal/g · °C. Si se ha partido de una temperatura de 10 °C: 1) ¿A qué
temperatura se encontrará el líquido a los 5 min de iniciar el paso de corriente?
2) ¿Qué tiempo tardaría en alcanzar su temperatura de ebullición
t e
= 120 °C? 3) ¿Cómo se modificaría este último resultado si el calentador
tuviese unas pérdidas caloríficas del 25 %?
21. El vaso de un calorímetro de latón (calor específico: 0,093 9 cal
· g –1 · °C –1 ) pesa 50 g y contiene 205,3 g de agua (c = 1 cal · g –1 · °C –1 ;
1 J = 0,24 cal) que se calienta de 15 °C a 76 °C, mediante una corriente
de 1,3 A y 110 V en 7 min. Calcular: 1) Equivalente en agua del vaso
calorimétrico. 2) La potencia y la energía eléctrica. 3) Cantidad de calor
producido por la corriente eléctrica y su rendimiento.
22. Se tiene un aparato eléctrico de destilar éter, el cual permite
destilar 900 g de éter por hora, empleando una fuente de corriente continua
de 220 V. El hilo metálico de calefacción del aparato tiene
0,15 mm de diámetro y 110 µΩ · cm de resistividad. Se admite que ésta
no varía con la temperatura y que las pérdidas de calor en el aparato
son despreciables. Se pide: 1) Potencia consumida por el aparato.
2) Intensidad de la corriente en el circuito de calefacción. 3) Resistencia
de este circuito. 4) Longitud del hilo de calefacción. 5) Coste de la destilación
de 9 kg de éter. DATOS: Calor de evaporación del éter a la temperatura
de ebullición: 91 cal/g. Precio de la energía eléctrica: 0,08 euros el
kW · h (1 cal = 4,18 J).
23. Un cazo eléctrico recibe corriente a una tensión de 120 V y en
24 min eleva la temperatura de 200 g de hielo de – 20 °C a 90 °C. En el
supuesto de que el rendimiento térmico del cazo sea del 60 %, calcular:
1) La potencia consumida, en W. 2) La intensidad de la corriente.
3) La resistencia eléctrica del cazo. 4) Lo que ha costado la energía eléctrica
consumida, sabiendo que el kW · h cuesta 0,08 e. Calor específico
del hielo: 0,5 cal/g · °C. Calor de fusión del hielo: 80 cal/g. Calor específico
del agua: 1 cal · g – 1 · °C – 1 ; J = 4,18 cal · J – 1 .
24. Disponemos de un hilo conductor de 1 mm 2 de sección, cuya
resistividad es de 10 – 6 Ω · m, con el cual queremos hacer la resistencia
de un cazo que nos permita llevar en 5 min 1 l de agua desde 20 °C
hasta 100 °C, suponiendo que las pérdidas de calor representan el 20 %
de las calorías producidas y que la tensión en la red es de 125 V. Calcular:
1) El valor que debe tener la resistencia (tomar los datos necesarios
del problema 18). 2) La longitud que debemos tomar del hilo. 3) La intensidad
de la corriente. 4) Lo que cuesta calentar el litro de agua, suponiendo
que el kW · h vale 0,08 e.
25. Un calorímetro cuyo equivalente en agua es de 30 g contiene
750 g de un líquido en el que se introduce una resistencia de calefacción
de 10 Ω y entre los extremos de esta resistencia se establece una diferencia
de potencial de 12 V. Al paso de la corriente durante 5 min se observa
una elevación de temperatura de 5 °C. (Tomar los datos necesarios
del problema 18) 1) ¿Cuál es el calor específico del líquido? 2) ¿Cuál
sería el incremento de temperatura si se completara el contenido del calorímetro
con 250 g de agua y se repitiera en iguales condiciones durante
el mismo tiempo? 3) ¿Qué cantidad de hielo habría que añadir al final
de la operación citada en segundo lugar para que el contenido del calorímetro
recuperase la temperatura inicial de 0 °C?
26. Se quiere construir un hornillo para corriente de 110 V, capaz
de calentar 1 l de agua desde la temperatura de 15 °C a 100 °C en
50 min, teniendo en cuenta que sólo se aprovecha el 20 % del calor que
produce, y se dispone de hilo conductor de 0,1 mm 2 de sección y resistividad
de 10 – 6 Ω · m. Determinar: 1) La longitud del hilo necesario para
ello. (Tomar los datos necesarios del problema 18) 2) Intensidad de la
corriente que pasará por el hornillo. 3) Lo que cuesta calentar el litro de
agua si el kW · h vale 0,08 e.
27. Una bombilla eléctrica de 60 W a 110 V se conecta por error a
la red de 220 V; luce durante unos momentos con gran brillo y acaba
por fundirse. Calcúlese: 1) La potencia efectiva manifestada por la
bombilla en su conexión errónea. 2) La resistencia que habría que haber
intercalado en serie con la bombilla en su conexión a la red de 220
V para que hubiera funcionado correctamente. 3) La potencia total
puesta en juego en el caso anterior y los kW · h consumidos por el sistema
resistencia bombilla durante 24 h de funcionamiento.
28. La tensión en los bornes de una lámpara de arco es de 40 V y
está conectada en un circuito cuya tensión es de 110 V. Calcular: 1) La
resistencia que se debe intercalar, en el referido circuito, para que la lámpara
funcione a su tensión normal y con una intensidad de 10 A. 2) La
potencia expresada en W, disipada por la resistencia. 3) La potencia ex-