SOLUCIONARIO GUÍAS ELECTIVO Electricidad III: potencia y energía eléctrica, magnetismo

SGUICEL012FS11-A16V1

Solucionario guía Electricidad III: potencia y energía eléctrica, magnetismo Ítem

Alternativa

Habilidad

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

D C C D E E C D D C E B E C C D D B E E

Reconocimiento Aplicación Aplicación ASE ASE ASE Aplicación Aplicación ASE ASE Comprensión Reconocimiento Comprensión Comprensión Aplicación Aplicación Comprensión ASE ASE ASE

Ítem

Alternativa

Defensa

1

D

Las centrales eólicas aprovechan la energía cinética del viento para generar energía eléctrica.

2

C

3

C

P  330 W  P 330   1,5  A  P  V i  i   V 220 V  220 V    La energía eléctrica consumida o disipada por un artefacto eléctrico se calcula como

E  P t Por lo tanto

P  330 W 

   E  P  t  E  330[W ]  0,5[h] t  30[min]  0,5[h]  E  165, 0[watt  hora ] 4

D

Por estar conectadas en serie, la corriente que circula por ambas resistencias es la misma. Como sabemos, la energía por unidad de tiempo disipada como calor, debido al efecto Joule, puede calcularse como

P  i2  R Siendo i constante, la potencia disipada solo depende del valor de la resistencia; así, mientras mayor sea la resistencia, mayor será el calor disipado y, por lo tanto, R1 disipará más calor que R2. Por lo tanto: I) Verdadero II) Verdadero III) Falso

5

E

Si las resistencias se conectan en paralelo, la diferencia de potencial será la misma en ambas. Por la ley de Ohm, sabemos que i 

V . Como el voltaje es R

igual en ambas resistencias, la corriente será menor mientras mayor sea el valor de la resistencia. Por lo tanto, si R1 > R2, implica que i1 < i2. La energía por unidad de tiempo disipada como calor también se puede expresar como

V2 . P R Siendo el voltaje constante, a menor resistencia mayor será la potencia disipada y, por lo tanto, R2 disipará más calor que R1. Por lo tanto: I) Verdadero II) Verdadero III) Verdadero

6

E

En un circuito en paralelo la resistencia equivalente siempre disminuye al aumentar la cantidad de consumos conectados (siempre en paralelo). La capacidad del fusible limita la corriente total que puede llegar a fluir por el circuito; en este caso, la corriente total no podrá superar los 30 [A]. Por ser un circuito en paralelo, al ir conectando consumos sus corrientes individuales se irán sumando al circuito. Así, al conectar todos los aparatos, la intensidad total será

itotal  2  i foco  iducha  irefrigerador  2  2[ A]  25[ A]  2,5[ A] itotal  31,5[ A] la cual es mayor a la capacidad del fusible (30[A]), por lo que este se quemará. Si conectamos solo la ducha y uno de los focos, tenemos

itotal  i foco  iducha itotal  2[ A]  25[ A]  27[ A] y por lo tanto, el fusible no se quema. Por lo tanto: I) Verdadero II) Verdadero III) Verdadero

7

C

Por ley de Ohm

Vtotal  120 V  Vtotal 120    4    Rtotal  itotal 30 itotal  30  A   8

D

De los datos del encabezado tenemos que

P  i 2  R  2 W  Si la corriente aumenta al doble, la nueva potencia disipada será

P*  (2i)2  R  4  i 2  R  4  2  8 [W ] P

9

D

Como ya lo hemos mencionado, la capacidad del fusible limita la corriente total que puede fluir por el circuito; en este caso, 25 [A]. Por ser un circuito en paralelo, al ir conectando consumos se irán sumando sus corrientes individuales. Por esta razón, para saber cuándo se quemará el fusible, calcularemos primero las corrientes de servicio de cada artefacto. Para esto, recordemos que

P , luego V 2.400 icalefactor   20  A 120 120 itelevisor   1 A 120 240 ilicuadora   2  A 120 840 ihervidor   7  A 120 60 i foco   0,5  A 120 P  V i  i 

El fusible se quemará al conectar los aparatos de la alternativa D, ya que la suma de sus intensidades sobrepasa la capacidad del fusible (25 [A]).

itotal  10  i foco  itelevisor  icalefactor itotal  10  0,5[ A]  1[ A]  20[ A]  itotal  26[ A] 10

C

En una instalación domiciliaria (restaurante) el voltaje es constante. Recordando que la potencia puede expresarse

V2 como P  , entonces, disminuyendo la resistencia eléctrica R del horno su propietario logrará aumentar su potencia, lo que hará que caliente mejor los alimentos. Al conectar una resistencia en serie con la resistencia del horno (alternativa C) ambas se sumarán, por lo que la

resistencia total del circuito aumentará, al contrario de lo que su dueño quiere lograr.

11

E

Por el exterior, las líneas de inducción del campo magnético de un imán salen del polo norte y entran por el polo sur, por lo cual el extremo R es un polo norte magnético y el extremo T un polo sur. Por estar ambos imanes cercanos, sus campos magnéticos interactúan entre sí, de tal forma que las líneas que salen del extremo R inmediatamente ingresarán por el extremo Q. Entonces, al dibujar las líneas de fuerza del imán PQ, nos quedará el esquema que se muestra en la figura.

12

B

13

E

Los polos magnéticos de la Tierra están invertidos respecto de los polos geográficos, y no son coincidentes; el polo norte magnético está cercano al polo sur geográfico y el polo sur magnético, al polo norte geográfico. Un imán es todo cuerpo que posee magnetismo. Los imanes poseen dos polos magnéticos, los cuales son inseparables (no es posible tener polos magnéticos aislados), y tienen la propiedad de atraer o repeler a otros imanes, y de atraer al hierro. Al suspender un imán, su polo norte magnético siempre apuntará hacia el polo sur magnético de la Tierra, el cual corresponde (aproximadamente) al polo norte geográfico. Una característica de los imanes es que pierden sus propiedades magnéticas cuando son calentados lo suficiente. La temperatura a la que un imán pierde sus propiedades magnéticas se denomina temperatura de Curie. Por lo tanto: I) Verdadero II) Verdadero III) Verdadero

14

C

Este ítem evalúa la habilidad de distinción entre ley, teoría e hipótesis y caracterización de su importancia en el desarrollo del conocimiento científico, y corresponde a una Habilidad de Pensamiento Científico.

Para responder correctamente este ítem, el postulante debe identificar los aspectos que distinguen una hipótesis, una teoría y una ley en ciencias. Una ley científica se define como una generalización que se puede expresar de manera verbal y/o a través de ecuaciones matemáticas. Se apoya en la evidencia empírica (experimental) y es universalmente aceptada. En vista de lo anterior, el texto descrito en el cuerpo del ejercicio corresponde a una ley científica.

15

C

16

D

V  120 V    P  V  i  120  2,5  300 W  i  2,5  A   En general, la energía consumida o disipada por un artefacto eléctrico se calcula como

E  P t Por lo tanto, y tomando en cuenta el resultado del ejercicio anterior, tendremos

P  300 W 

   E  P  t  300  600  180.000  J  t  10  min   600  s  

17

D

La energía eléctrica consumida por un aparato eléctrico está dada por

E  P t

Si ambos aparatos estuvieron conectados la misma cantidad de tiempo, de la expresión anterior se puede ver que habrá consumido mayor energía aquel artefacto de mayor potencia, en este caso, la plancha eléctrica. Por lo tanto, la ampolleta incandescente tiene asociada una menor potencia eléctrica, respecto de la plancha. Es importante que recuerdes que, por ser una conexión en paralelo, los voltajes en la ampolleta y la plancha son los mismos, e iguales al voltaje entregado por la fuente.

18

B

Como sabemos, la potencia puede expresarse como

V2 P R Por lo tanto, la potencia total disipada en el circuito será

2 V fuente

Ptotal 

Rtotal

Al conectar una segunda ampolleta en serie se suman las resistencias y aumenta la resistencia equivalente del circuito. Como el voltaje de la fuente es constante, de la expresión anterior se puede deducir que la potencia total disipada en el circuito disminuye.

19

E

Al cerrar el interruptor, una tercera resistencia es conectada en paralelo con las dos resistencias inicialmente conectadas en serie del circuito; por lo tanto, la resistencia total del circuito disminuye (inicialmente es 2R y luego de cerrar el interruptor es 2R/3). Como sabemos, la potencia total disipada por el circuito se puede calcular mediante la expresión

Ptotal 

2 V fuente

Rtotal

Como el voltaje de la fuente es constante, pero al cerrar el interruptor la resistencia total disminuye, de la expresión anterior se puede ver que la potencia total disipada aumenta. Por otra parte, la corriente que circula por el punto P es la corriente total del circuito que, por la ley de Ohm, podemos calcular como

itotal 

V fuente Rtotal

Considerando que el voltaje de la fuente es constante, y que la resistencia del circuito disminuye, la expresión anterior muestra que la corriente total del circuito aumenta al cerrar el interruptor y, por lo tanto, aumenta la corriente que circula por P. Por lo tanto: I) Verdadero II) Falso III) Verdadero

20

E

De la información entregada en el ejercicio podemos hacer el siguiente esquema

Si asignamos, arbitrariamente, una polaridad cualquiera al extremo A1, digamos “norte”, entonces, basados en la información entregada, los extremos de las demás barras quedarán

Así, podemos concluir que, como un imán no puede tener dos polos iguales, la barra B no es un imán. Luego, solo las barras A y C son imanes permanentes.