Problemas Resueltos de Circuitos Eléctricos: Conceptos y Cálculos

Problemas Resueltos de Electricidad y Electrónica

Conceptos Fundamentales y Fórmulas

A continuación, se presentan una serie de problemas resueltos de electricidad y electrónica, que abarcan conceptos clave como corriente, voltaje, resistencia y potencia. Se utilizan las fórmulas fundamentales para cada cálculo, detallando el proceso paso a paso.

Problemas de Corriente Eléctrica

1. ¿Cuántos electrones pasan por segundo a través de una sección de alambre que lleva una corriente de 0.70 A?

   Respuesta: 4.37 x 10¹⁸ electrones/segundo

   Cálculo:

   (0.7 C/s) / (1.602 x 10^-19 C/electrón) = 4.37 x 10¹⁸ electrones/s

2. Un cañón de electrones de un televisor emite electrones. La corriente del haz es de 1 x 10^-5 A. ¿Cuántos electrones inciden en la pantalla del televisor por segundo? ¿Y por minuto?

   Respuesta:

   • 6.24 x 10¹³ electrones/segundo
   • 3.74 x 10¹⁵ electrones/minuto (equivalente a 6 x 10^-4 C/min)

   Cálculo:

   • (1 x 10^-5 C/s) / (1.602 x 10^-19 C/electrón) = 6.24 x 10¹³ electrones/s
   • (1 x 10^-5 C/s) * (60 s/min) = 6 x 10^-4 C/min

Problemas de Ley de Ohm (Voltaje, Corriente y Resistencia)

3. ¿Cuál es la corriente que circula por un tostador de 8 Ω cuando opera a 120 V?

   Respuesta: 15 A

   Cálculo: (Ley de Ohm: I = V/R) I = 120 V / 8 Ω = 15 A

4. ¿Cuál es la diferencia de potencial necesaria para pasar 3 A a través de una resistencia de 28 Ω?

   Respuesta: 84 V

   Cálculo: (Ley de Ohm, despejando V: V = I * R) V = (28 Ω) * (3 A) = 84 V

5. Determine la diferencia de potencial entre los extremos de un alambre de 5 Ω de resistencia si a través de él pasan 720 C por minuto.

   Respuesta: 60 V

   Cálculo:

   Primero, se convierte la carga a corriente: (720 C/min) * (1 min / 60 s) = 12 C/s = 12 A

   Luego, se aplica la Ley de Ohm: V = I * R V = (5 Ω) * (12 A) = 60 V

6. Una barra de cobre lleva 1200 A y tiene una caída de potencial de 1.2 mV a lo largo de 24 cm. ¿Cuál es la resistencia por metro de la barra?

   Respuesta: 4.17 μΩ/m

   Cálculo:

   (Ley de Ohm: R = V/I) R = (1.2 x 10^-3 V) / 1200 A = 1 x 10^-6 Ω

   Resistencia por metro: (1 x 10^-6 Ω / 24 cm) * (100 cm / 1 m) = 4.17 x 10^-6 Ω/m = 4.17 μΩ/m

7. Un amperímetro se conecta en serie con una resistencia desconocida, y un voltímetro se conecta a través de los terminales de la resistencia. Si la lectura del amperímetro es de 1.2 A y la del voltímetro es de 18 V, ¿cuál es el valor de la resistencia?

   Respuesta: 15 Ω

   Cálculo: (Ley de Ohm: R = V/I) R = 18 V / 1.2 A = 15 Ω

8. Una compañía eléctrica instala 100 m de cable de cobre. Si la resistencia del cable es de 0.10 Ω por cada 1000 m, ¿cuál es la caída de voltaje en la línea para una corriente de 120 A?

   Respuesta: 2.4 V

   Cálculo:

   Resistencia del cable de 100m: (0.10 Ω / 1000 m) * 100 m = 0.01 Ω

   Caída de voltaje: V = I * R V = (120 A) * (0.01 Ω) = 1.2V * 2 = 2.4V

Problemas de Fuerza Electromotriz (FEM) y Resistencia Interna

9. Calcular la resistencia interna de un generador eléctrico que tiene una FEM de 120 V y un voltaje en terminales de 110 V cuando suministra 20 A.

   Respuesta: 0.50 Ω

   Cálculo: (R = (e - V) / I) R = (120 V - 110 V) / 20 A = 0.50 Ω

10. Una pila tiene una FEM de 1.54 V. Cuando se conecta a una resistencia de 1 Ω, el voltaje en los terminales es de 1.40 V. Determine la resistencia interna de la pila.

    Respuesta: 0.10 Ω

    Cálculo:

    Primero hay que calcular la corriente: I = 1.40V / 1Ω = 1.40A

    Luego, (r = (e - V) / I) r = (1.54 V - 1.40 V) / 1.40 A = 0.10 Ω

Problemas de Potencia Eléctrica

11. Un calentador tiene una potencia de 1600 W a 120 V. ¿Cuánta corriente consume de una fuente de 120 V?

    Respuesta: 13.3 A

    Cálculo: (I = P / V) I = 1600 W / 120 V = 13.3 A

12. Un foco está marcado con 40 W / 120 V. ¿Cuál es su resistencia cuando se conecta a una fuente de 120 V?

    Respuesta: 360 Ω

    Cálculo: (R = V² / P) R = (120 V)² / 40 W = 360 Ω

13. La chispa de un relámpago de 10 MV libera 0.125 MW·s de energía. ¿Cuántos culombios (C) de carga fluyen?

    Respuesta: 0.0125 C

    Cálculo: (q = W / V) q = 0.125 MW·s / 10 MV = 0.0125 C

14. Un conductor, cuyos terminales se conectan a una diferencia de potencial de 100 V, tiene una corriente de 1.5 A. Calcule la carga total que fluye en un minuto, el trabajo realizado y la potencia.

    Respuesta:

    • Carga total (q): 90 C
    • Trabajo realizado (W): 9 kJ
    • Potencia: 150 W (0.15 kW)

    Cálculo:

    • Carga: q = t * I q = (60 s) * (1.5 A) = 90 C
    • Trabajo: W = V * q W = (100 V) * (90 C) = 9000 J = 9 kJ
    • Potencia: P = W / t P = 9000J / 60s = 150W

15. Un motor eléctrico consume 15 A a 110 V. Determine la potencia de entrada y el costo de operación del motor durante 8 horas a un costo de 10 centavos/kW·h.

    Respuesta:

    • Potencia de entrada: 1.65 kW
    • Costo de operación: $1.32

    Cálculo:

    • Potencia: P = V * I P = (110 V) * (15 A) = 1650 W = 1.65 kW
    • Costo: (1.65 kW) * (8 h) * ($0.10/kW·h) = $1.32

16. Una corriente de 10 A fluye a través de una línea con una resistencia de 0.15 Ω. ¿Cuál es la tasa de producción térmica de energía en vatios (W)?

    Respuesta: 15 W

    Cálculo: (P = I² * R) P = (10 A)² * (0.15 Ω) = 15 W

17. Un asador produce 400 cal/s cuando la corriente que pasa a través de él es de 8 A. Determine la resistencia del asador.

    Respuesta: 26.125 Ω

    Cálculo:

    Primero, se convierten las calorías a joules: (400 cal/s) * (4.18 J/cal) = 1672 J/s = 1672 W

    Luego, (R = P / I²) R = 1672 W / (8 A)² = 26.125 Ω

18. Un foco de 25 W y 120 V tiene una resistencia en frío de 45 Ω. ¿Cuál es la corriente instantánea al encenderlo y cuál es la corriente en condiciones normales de operación?

    Respuesta:

    • Corriente instantánea: 2.67 A
    • Corriente normal: 0.208 A

    Cálculo:

    • Corriente instantánea: I = V / R I = 120 V / 45 Ω = 2.67 A
    • Corriente normal: I = P / V I = 25 W / 120 V = 0.208 A