FICHA B5-P06

El cable de cobre y el resistor sensible a la luz

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TipoSecundaria Dificultad Puntos7 pts Tiempo máx.12 min Media7 min Origen preguntaRedactado Verificación soluciónPropia sin verificar Completado con IA
Prerrequisitos
  • Resistencia de un conductor: R = ρL/A, con ρ la resistividad del material, L la longitud y A el área de su sección
  • Área de una sección circular: A = πr² = π(d/2)²
  • Un LDR es un resistor cuya resistencia disminuye al aumentar la luz que incide sobre él; en serie, las resistencias se suman

Un cable de cobre de longitud L = 25 m tiene un diámetro de 0,80 mm. Después, un resistor dependiente de la luz (LDR) se conecta en serie con un resistor fijo de 1,5 kΩ a una pila de fem 6,0 V y resistencia interna despreciable (ver diagrama). ρ(cobre) = 1,7 × 10⁻⁸ Ω m R(LDR) con mucha luz = 0,50 kΩ R(LDR) en oscuridad = 4,5 kΩ

a Calcula la resistencia del cable de cobre. [2]
b Un segundo cable del mismo material y la misma longitud tiene el doble de diámetro. Indica cómo cambia su resistencia y justifícalo. [1]
c Calcula la corriente en el circuito del LDR con mucha luz y en la oscuridad. [2]
d Explica, en términos de portadores de carga, por qué la resistencia de un LDR disminuye al aumentar la luz. [2]
Pistas progresivas
Teoría básica
  • R = ρL/A: la resistencia es proporcional a la longitud e inversamente proporcional al área. — Cuadernillo de datos, Tema B.5.
  • En un circuito en serie, R_total = R₁ + R₂ + …; la corriente es I = ε/R_total.
  • En un LDR, la luz libera portadores de carga: más portadores, menos resistencia.
Refuerzo
Libro — Oxford Physics 2023 — Topic B.5 Current and circuits, resistividad y resistores variables.
Cuadernillo — Cuadernillo de datos de Física — Tema B.5 (R = ρL/A, ley de Ohm).
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Apartado a) — A = π(0,40 × 10⁻³)² ≈ 5,0 × 10⁻⁷ m². R = ρL/A = (1,7 × 10⁻⁸ × 25)/(5,0 × 10⁻⁷) ≈ 0,85 Ω.
Apartado b) — Con el doble de diámetro el área es 4 veces mayor, así que la resistencia se divide entre 4 (R ∝ 1/A).
Apartado c) — Con mucha luz: R_total = 1,5 + 0,50 = 2,0 kΩ → I = 6,0/2000 = 3,0 mA. En la oscuridad: R_total = 1,5 + 4,5 = 6,0 kΩ → I = 6,0/6000 = 1,0 mA.
Apartado d) — Al incidir luz sobre el material del LDR, se libera un mayor número de portadores de carga libres (electrones), lo que facilita el paso de corriente: la resistencia disminuye.