electrostatica

Informe ElectrostaticaPractica 4

David Montenegro - Hector Ortega

31 de marzo de 2015

estebanNota adhesivaEsta mal ordenado el trabajo

Indice

1. Introduccion 11.1. Objetivos Generales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.2. Objetivos Especficos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

2. Marco teorico 32.1. Ley de Ohm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

2.1.1. Corriente electrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32.1.2. Tension . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32.1.3. Capacitores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

2.2. Efecto Joule . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52.3. Resistencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

2.3.1. Tipos de resistores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72.4. Circuito electrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

2.4.1. Clasificacion de un circuito . . . . . . . . . . . . . . . . . 82.4.2. Circuito en Serie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92.4.3. Circuito en Paralelo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102.4.4. Simbologa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

2.5. Ley de Ampere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112.6. Campo magnetico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

2.6.1. Fuentes de campo magnetico . . . . . . . . . . . . . . . . 122.6.2. Fuerza producida por el campo magnetico . . . . . . . . . 14

2.7. Galvanometro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142.8. Transformador ideal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

2.8.1. Sin carga - relacion de voltaje . . . . . . . . . . . . . . . 162.8.2. Bajo carga - relacion de corriente . . . . . . . . . . . . . 17

2.9. Puente de Wheatstone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

3. Procedimiento experimental 203.1. Equipamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203.2. Transformador bajo carga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213.3. Ley de Ohm y efecto Joule . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

3.3.1. Procedimiento Experimental . . . . . . . . . . . . . . . . 213.4. Puente de Wheatstone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

3.4.1. Procedimiento Experimental . . . . . . . . . . . . . . . . 223.5. Corriente inducida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

3.5.1. Procedimiento Experimental . . . . . . . . . . . . . . . . 233.6. Voltaje inducido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

3.6.1. Procedimiento Experimental . . . . . . . . . . . . . . . . 243.7. Corriente Alterna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

3.7.1. Procedimiento Experimental . . . . . . . . . . . . . . . . 253.8. Variacion del Voltaje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

3.8.1. Procedimiento Experimental . . . . . . . . . . . . . . . . 26

4. Resultados y Analisis 274.1. Transformador bajo carga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274.2. Ley de Ohm y efecto Joule . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284.3. Puente de Wheatstone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334.4. Corriente inducida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334.5. Voltaje inducido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 344.6. Corriente Alterna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 354.7. Variacion del Voltaje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

5. Conclusiones 37

Indice de figuras

1. Simbologa de los circuitos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102. Campo magnetico por carga puntual . . . . . . . . . . . . . . . . 123. Campo magnetico de de un alambre con corriente . . . . . . . . . 134. Partes del Galvanometro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155. Diagrama de conexiones de un puente de Wheatstone. . . . . . . . 186. Grafica de corriente I en funcion a la tension U aplicada para la

bombilla de 12V . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

7. Recta de regresion sobre la grafica de corriente I en funcion a latension U aplicada para la bombilla de 12V de 0 a 0, 5V . . . . . . 29

8. Grafica de corriente I en funcion a la tension U aplicada pararesistor de 100. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30



11. Coriente Alterna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

Indice de cuadros

1. Valores para resistividades de distintos materiales obtenidos a unatemperatura de 20C. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

2. Mediciones para corriente y voltaje en bobinas. . . . . . . . . . . 273. Corriente inducida por movimiento . . . . . . . . . . . . . . . . . 334. Cantidad de vueltas en un Transformador . . . . . . . . . . . . . 36

Resumen

En esta practica de laboratorio se realizaron experimentos relacionados a los cam-pos magneticos, a los efectos producidos por la variacion de los mismos, y a lascorrientes y tensiones que crean. Se realizaron practicas referentes al efecto jouley al puente wheatstone.

Ademas de eso se logro generar corriente alterna para poder entender como fun-ciona. Finalmente se realizaron experimentos relacionados a transformadores, pa-ra entender su funcionamiento y utilidad.

1. Introduccion

En las practicas con en el efecto joule se utilizaron los equipamientos del labora-torio para poder observarlo.

En la practica con el puente de wheatstone se utilizaron diferentes resistores parahallar la relacion que tienen estos en cuando son parte de un puente de wheatstone.

En las practicas con la induccion de corriente o tension, se varo el campo magneti-co de diferentes formas para ver que clase de corriente y tension inducen.

En las practicas con los transformadores, se utilizaron diferentes bobinas para vercomo estas afectan a la tension y a la corriente, para ver como funcionan y queutilidad tienen.

1

1.1. Objetivos Generales

Aplicar los conocimientos aprendidos en las clases de teora a la practica.

Entender la utilidad de los equipos estudiados durante la practica.

1.2. Objetivos Especficos

Conectar un modelo de transformador examinarlo bajo condiciones de cargaespecficas.

Determinar la resistencia de un resistor mediante el punte de Wheatstone

Observar el efecto Joule en la resistencia del filamento de una bombillaincandescente al aumentar la corriente.

Determinar la relacion entre el numero de vueltas de la bobina primaria ysecundaria con el voltaje y la corriente de ambas bobinas en un transforma-dor.

Observar como las diferentes formas de variacion de un campo magneticoinducen diferentes corrientes y voltajes.

2

2. Marco teorico

2.1. Ley de Ohm

Esta ley establece que la diferencia de potencial,V , que paarece entre los extremosde un conductor es proporcional a la intensidad de la corriente,I , que circula poreste conductor. Esta proporcionalidad es equivalente a la resistencia electrica,R:

V = R I (1)

2.1.1. Corriente electrica

Se puede definir a la corriente electrica, como el flujo de carga electrica por unidadde tiempo que recorre un material. Esto se debe al movimiento de las cargas,electrones, en el iterior del material. La corriente electrica se mide en culombiossobre segundo.

Para poder calcular la intensidad, I de la corriente electrica, se necesita saber lacarga, q, que es transportada por un material conductor en cierto tiempo, t:

I =q

t(2)

Si la intensidad es constante a traves tiempo, es llamada corriente continua, encaso contrario, es llamada corriente variable.

Si no se produce almacenamiento ni disminucion de carga en ningun punto delconductor, la corriente es estacionaria.

2.1.2. Tension

Es una magnitud fsica que cuantifica la diferencia de potencial electrico entre dospuntos, la diferencia de potencial.

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La tension entre dos puntos es independiente del camino recorrido por la carga ydepende exclusivamente del potencial electrico de los mismos.

Si ambos puntos se unen mediante un conductor, se producira un flujo de electro-nes. La carga se movera en direccion del punto de mayor potencial al punto conmenor potencial.

2.1.3. Capacitores

Es un dispositivo pasivo utilizado en electricidad capaz de almacenar energa sus-tentando un campo electrico. Esta formado por un par de superficies conductoras,generalmente placas, separadas por un material dielectrico, o por el vaco.

Al ser sometidas a una diferencia de potencial adquieren una determinada cargaelectrica. Para calcular la carga,Q, del capacitor se necesita saber su capacitancia,C,y la diferencia de potencial,V :

C =Q

V(3)

Para saber la carga,q, del capacitor despues de que fue conectado a un circuito yse cargo por cierto tiempo,t, se necesita saber la resistencia,R, la capacitancia,C,y se utiliza la siguiente ecuacion para caclular la carga:

q = Q (1 etR C ) (4)

Para saber la carga,q, del capacitor despues de que fue desconectado de una fuentey se descargo por cierto tiempo,t, se necesita saber la resistencia,R, la capacitancia,C,y se utiliza la siguiente ecuacion para caclular la carga:

q = Q etR C (5)

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2.2. Efecto Joule

Es el fenomeno irreversible donde parte de la energa cinetica de los electrones setransforma en calor debido a los choques que sufren atomos del material conductorpor el que circulan, elevando asi la temperatura del mismo. Estos choques se debena que el movimiento dentro de un cable es descontrolado.

Para poder calcular la magnitud de la energa disipada,E, se utiliza la potencia, P .Siendo que la energa es el producto de la potencia P por el tiempo, t, transcurrido,y por lo tanto la energa es el producto de la tension, V , por la intensidad, I , porel tiempo:

E = P t E = V I t (6)

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2.3. Resistencia

Es la igualdad de oposicion que tienen los electrones al moverse a traves de unconductor. La resistencia de un material depende directamente del coeficiente deresistividad del mismo, ademas de ser proporcional a su longitud y inversamenteproporcional a su seccion transversal.

Para poder calcular la resistencia,R, existente en un alambre, R, se necesita saberla resistividad del material,p, el area,A, y la longitud,,l, del alambre. Se utiliza lasiguiente ecuacion:

R =p lA

(7)

Sin embargo, la resistencia de un alambre vara con la temperatura a la que estael mismo. Para poder calcular este cambio de resistividad, se requiere saber laresistividad inicial,pO, a una temperatura inicial,TO, el coeficiente de resistividadtermica,, y la temperatura a la cual varo el alambre:

p = pO [1 + (T TO)] (8)

A continuacion una tabla con la resistividad de algunos materiales a una tempera-tura determinada:

Cuadro 1: Valores para resistividades de distintos materiales obtenidos a una tem-peratura de 20C.

Material mm2/m

Cobre 0,017

Hierro 0,125

Constantan 0,500

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2.3.1. Tipos de resistores

TermistorUn termistor es un tipo de resistor que vara la magnitud de su resistencia deacuerdo a la temperatura del ambiente.

NTC: El NTC disminuye su resistencia cuando la temperatura aumenta.

PTC: El PTC aumenta su resistencia cuando la temperatura aumenta.

PotenciometroUn potenciometro es un tipo de resitor el cual permite variar la magnitud de suresistencia, lo cual permite controlar la intensidad de corriente en un circuito.

FotoresistorUn fotoresistor es un tipo de resitor el cual varia la magnitud de su resistencia deacuerdo a la cantidad de luz que recibe de su ambiente.

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2.4. Circuito electrico

Es una red electrica que posee una interconexion de dos o mas componentes,como resistencias, capacitadores, fuentes, etc. conectados a una fuente que poseeun polo positivo y otro negativo.

Los principales componentes de un circuito son:

Componente: Es un dispositvo con dos o mas terminales en el que puedefluir una carga.

Nodo: Es un punto de un circuito donde concurre mas de dos conductores.

Rama: El conjunto de todas las ramas entre dos nodos consecutivos.

Malla: Cualquier camino cerrado en un circuito/

Fuente: El componente que se encarga de transformar cualquier tipo deenerga en energa electrica.

Conductor: Hilo o cable con resistencia despreciable que une los compo-nentes.

2.4.1. Clasificacion de un circuito

Un circuito puede ser clasificado por los siguientes criterios:

Tipo de Senal: Dependiendo del tipo de la senal un circuito puede ser decorriente continua o corriente alterna.

Tipo de regimen: Esto determina si es un circuito de corriente periodicatransitoria o permanente.

Tipo de componentes: Los componentes determinan si el circuito es electri-co o electronico(digital, analogico o ambos).

Tipo de configuracion: Dependiendo de la configuracion del circuito, elmismo puede presentar una configuracion en serie, en paralela o una com-binacion de ambos, la cual afecta al mismo.

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2.4.2. Circuito en Serie

Es una configuracion de conexion en la que los terminales de los dispositivos seconectan secuencialmente. La terminal de salida de un dispositivo se conecta a laterminal de entrada del dispositivo siguiente.

En este tipo de circuito la corriente permanece constante mientras que la tensiontotal,VT , dependera del circuito:

VT = V1 + V2 + V3 + .....+ Vn (9)

Resistencias: Es posible intercambiar las resistencias colocadas en serie por unaresistencia equivalente:

Req = R1 +R2 +R3 + ...+Rn (10)

Capacitores: Es posible cambiar los capacitores colocados en serie por un capa-citor equivalente:

1

Ceq=

1

C1+

1

C2+

1

C3+ ...+

1

Cn(11)

9

2.4.3. Circuito en Paralelo

Es una configuracion de conexion en donde los puertos de entrada de todos losdispositivos conectados coincidan entre s, lo mismo que sus terminales de salida.

En este tipo de circuito la tension permanece constante mientras que la corrientetotal,IT , dependera del circuito:

IT = I1 + I2 + I3 + ...+ In (12)

Resistencias: Es posible intercambiar las resistencias colocadas en serie por unaresistencia equivalente,Req:

1

Req=

1

R1+

1

R2+

1

R3+ ...+

1

Rn(13)

Capacitores: Es posible cambiar los capacitores colocados en serie por un capa-citor equivalente,Ceq:

Ceq = C1 + C2 + C3 + ...+ Cn (14)

2.4.4. Simbologa

A continuacion los simbolos mas usados para los diferentes componentes de uncircuito:

Figura 1: Simbologa de los circuitos

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2.5. Ley de Ampere

Esta ley establece que para cualquier trayecto de bucle cerrado, la suma de los ele-mentos de longitud multiplicado por el campo magnetico en la direccion de esoselementos de longitud, es igual a la permeabilidad multiplicada por la corrienteelectrica encerrada en ese bucle:

B dA = oIT (15)

en donde:B : Es campo magnetico.

o: Es es la permeabilidad del vaco.A :Es un vector tangente a la trayectoria elegida en cada punto.

IT : Es la corriente total encerrada en la trayectoria elegida.

2.6. Campo magnetico

Es un campo de fuerza creado como consecuencia del movimiento de cargaselectricas, de corriente, como tambien una descripcion matematica de la influenciamagnetica de las corrientes electricas y de los materiales magneticos. Esta espe-cificado por dos valores, la direccion y la magnitud, lo cual lo convierte en uncampo vectorial.

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2.6.1. Fuentes de campo magnetico

El campo magnetico total generado por varias cargas en movimiento es la sumavectorial de los campos generados por las cargas individuales.

Regla de la mano derecha:Esta regla se utiliza para determinar el sentido de las ineas de campo del campomagnetico. Primero se apunta el pulgar de la mano derecha en direccion de lavelocidad. Despues se cierran los dedos alrededor de la carga, determinando asila direccion de las lneas del campo magnetico.(Si la carga es negativa, las lneasdel campo van en sentido opuesto.)

Campo magnetico producido por una carga en movimiento:Una carga que se mueve a una velocidad, v , producira un campo magnetico, B ,a una distacia r, el cual se describe por la siguiente ecuacion:

B =

o4pi qv rr2

(16)

Esto se puede observar en el siguiente grafico:

Figura 2: Campo magnetico por carga puntual

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En la figura 2, para los puntos a, r y v quedan en el plano color beige, y B esperpendicular a este plano.

Mientras que para los puntos b, r y v quedan en el plano color dorado, y B esperpendicular a este plano.

Campo magnetico producido por un conductor largo, recto y portador de co-rriente:El campo magnetico

B , que producira un conductor largo y recto, que tiene una

corriente, I , fluyendo en el, el campo esta dado por:

B =0 I

2 pi r (17)

Esto se puede observar en la siguiente figura:

Figura 3: Campo magnetico de de un alambre con corriente

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2.6.2. Fuerza producida por el campo magnetico

El efecto generado por una corriente electrica o un iman, sobre una region delespacio en la que una carga electrica puntual de valor q, que se desplaza a unavelocidad v, experimenta los efectos de una fuerza que es perpendicular y pro-porcional tanto a la velocidad v como al campo B. As, dicha carga percibira unafuerza descrita con la siguiente ecuacion:

F = q v B (18)

Cabe destacar que tanto F como v y B son magnitudes vectoriales y el productovectorial tiene como resultante un vector perpendicular tanto a v como a B.

2.7. Galvanometro

Es un aparato que se utiliza para medicion de intensidad de corrientes electricas.Su funcionamiento se basa en fenomenos magneticos.

El galvanometro consiste de una aguja indicadora, unida mediante un resorte es-piral, al eje de rotacion de una bobina rectangular plana, que esta suspendida entrelos polos opuestos de un iman permanente.

En el interior de la bobina se coloca un nucleo de hierro dulce, con el fin deconcentrar en ella las lneas de induccion magnetica.

En la figura 4,mostrada a continuacion, se pueden observar las partes del gal-vanometro y de que manera estan posicionadas las mismas.

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Figura 4: Partes del Galvanometro

La bobina al estar sumergida en el interior de un campo magnetico uniforme,creado por el iman fijo, cuando circula corriente por ella, se produce un par defuerzas sobre la bobina que hace que rote, arrastrando consigo a la aguja unida asu eje.

La aguja se mueve e indica en una escala, la intensidad de corriente que atraviesala bobina. El resorte espiral permite que la aguja vuelva a su posicion original,una vez que se interrumpe el paso de la corriente.

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2.8. Transformador ideal

Un transformador es un dispositico electrico que permite variar la tension en uncircuito de corriente alterna manteniendo la misma potencia, en el caso de untransformador ideal, el cual no tiene perdidas.

Su funcionamiento se basa en el fenomeno de la induccion electromagnetica, yaque si aplicamos una fuerza electromotriz alterna en el devanado primario, debidoa la variacion de la intensidad y sentido de la corriente alterna, se produce lainduccion de un flujo magnetico variable en el nucleo de hierro.

Este flujo originara por induccion electromagnetica, la aparicion de una fuerzaelectromotriz en el devanado secundario. La tension en el devanado secundariodependera directamente del numero de espiras que tengan los devanados y de latension del devanado primario.

2.8.1. Sin carga - relacion de voltaje

U1U2

=N1N2

= a (19)

En donde U1 es el voltaje inducido en el primario, U2 es el voltaje inducido en elsecundario, N1 es el numero de vueltas en el primario, N2 es el numero de vueltasen el secundario y a es la relacion de vueltas.

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2.8.2. Bajo carga - relacion de corriente

I1I2

=N2N1

=1

a(20)

En donde I1 es la corriente a traves del primario, I2 es la corriente a traves delsecundario, N1 es el numero de vueltas en el primario, N2 es el numero de vueltasen el secundario y a es la relacion de vueltas.

Comparando la ecuacion (20) con la (19) vemos que la relacion de corriente atraves del transformador es el inverso de la relacion de voltaje. De hecho, lo quese gana en voltaje, se pierde en corriente y viceversa.

Esto concuerda con el requerimiento de que la entrada de potencia aparente U1 I1debe ser igual a la salida de potencia aparente U2 I2. Si las entradas y salidas depotencia no fueran identicas, el transformador absorbera potencia, por definicion,esto es imposible en un transformador ideal.

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2.9. Puente de Wheatstone

Figura 5: Diagrama de conexiones de un puente de Wheatstone.

Un puente de Wheatstone se utiliza para medir resistencias desconocidas medianteel equilibrio de los brazos del puente. Estos estan constituidos por cuatro resisten-cias que forman un circuito cerrado, siendo una de ellas la resistencia de que sedesea determinar y otra, una resistencia variable o potenciometro.

El principio es sencillo, en la figura 5 se observan los nodos A, C, B y D, en dondea traves de A tenemos que la corriente original se separa en dos caminos, ahora, sideseamos determinar el valor de la resistencia Rx debemos considerar las cadasde tensiones a traves de los resistores. La clave esta en considerar que el potencialen los nodos C y B deben ser iguales, para esto:

VAC = VAB

Sea I1 la corriente que fluye a traves de R1, I2 a traves de Rx, tenemos:

I1 R1 = I2 RxDe otra forma:

I1I2

=RxR1

Sabemos que el hecho que el potencial en C sea igual al potencial en B implicaque no debe fluir corriente a traves de CB, con esto, concluimos que a traves delpotenciometro R2 fluye la corriente I1 y a traves del resistor R3 pasa la corriente

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I2. luego, utilizamos la regla de Kirchhoff para las mallas y tenemos:En la malla que contiene ACD:

= I1 R1 + I1 R2 = I1 (R1 +R2)

En la malla que contiene ABD:

= I2 Rx + I2 R3 = I2 (Rx +R3)

Donde es la fem del circuito, con esto, igualamos ambas expresiones, obtenien-do:

I1 (R1 +R2) = I2 (Rx +R3)I1I2 (R1 +R2) = (Rx +R3)

Sabiendo que I1I2

= RxR1

, tenemos:

RxR1 (R1 +R2) = (Rx +R3)

R1R1

+R2R1

=RxRx

+R3Rx

1 +R2R1

= 1 +R3Rx

R2R1

=R3R3

Ordenamos y obtenemos:

Rx =R1 R3R2

(21)

La cual es la manera analtica para determinar una resistencia desconocida me-diante el puente de Wheatstone.

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3. Procedimiento experimental

3.1. Equipamiento

Plug-in board

Wire building block

Switch on/off

Yugo

Soporte bombilla E10

Bombilla con filamento, 12V/0,01A, E10

Resistor, X

Resistor, 150, 1W

Resistor, 330, 1W

Potenciometro, 250, 4W

Cable conector, 25 y 50 cm, rojo

Cable conector, 25 y 50 cm, azul

Bobina, 400 y 1600 vueltas

Multmetro

Fuente de poder, 0...12 V-,6 V, 12 VCobra4 Wireless Manager

Cobra4 Wireless-Link

Cobra4 Sensor-Unit Energy

Generador digital de funciones

Caja de conexiones

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3.2. Transformador bajo carga

Se selecciono el rango de mediciones de 30mA , y se encendio la fuentede poder a 12V Se incorporo el resistor de 100 al circuito secundario, se cerro el switchy se midieron las corrientes Ip e Is para el circuito primario y secundariorespectivamente

Se realizaron las mismas mediciones con el resistor de 47

Se cambio el rango de mediciones a 300mA y se realizo un corto circuitoa la bobina secundaria reconectando el cable del ampermetro de la posicion1 a la posicion 2 en el bloque de la caja de conexiones y se midieron losvalores para Ip e Is

Se abrio el switch y se reconecto el instrumento de medicion como voltme-tro en paralelo con la bobina secundaria y se selecciono el rango de medi-ciones de 10V Se cerro el switch y se llevo a cabo la medicione de Us en el corto circuito

Se reconecto el cable del ampermetro de la posicion 2 a la posicion 1, encada caso se midieron los valores de Us

Se apago la fuente de poder

3.3. Ley de Ohm y efecto Joule

3.3.1. Procedimiento Experimental

Se conecto el generador de funciones digital a la unidad del sensor y lainterfaz USB de la computadora

En el software Measure se cargo el experimento Ley de Ohm

Se inicio la medicion con la bombilla incandescente de 12V , seguida porlos resistores de 100, 200 y 330 respectivamente

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Se guardaron las mediciones para cada experimento



Se conecto el circuito siguiendo el esquema de la figura 5, en donde R1 =330, Rx = Rx, R3 = potenciometro y R2 = 150

Se encendio la fuente de poder y se ajusto el voltaje a 5V en corriente con-tinua

Se ajusto el potenciometro hasta lograr una lectura de 0A en el ampermetro

Se midio el valor de la resistencia en el potenciometro

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3.5. Corriente inducida


Primeramente se armo el galvanometro siguiendo las instrucciones, y searmo el circuito correspondiente a esta experiencia.

Se metio y se saco repetidamente el iman de la bobina, con el polo norteapuntando a la bobina.

Se metio y se saco repetidamente el iman de la bobina, con el polo surapuntando a la bobina.

Se repitieron los pasos anteriores, pero con mas rapidez.

Se acerco la bobina al iman.

Se dejo el iman en la bobina.

Se movio el iman mientras estaba dentro de la bobina.

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3.6. Voltaje inducido


Primeramente se armo el galvanometro siguiendo las instrucciones, y searmo el circuito correspondiente a esta experiencia.

Se selecciono el rango de medicion de 3A y se prendio la fuente con 4V.

Se cerro el switch y se alejaron y juntaron repetidamente las bobinas obser-vando el galvanometro.

Se metio el yoke en la bobina de 400 vueltas y se repirio el paso anterior.

Se empujo el yoke para que este en ambas bobinas, y se cerro y abrio elswitch repetidamente.

Se conecto el u-core con las bobinas, siguiendo las instrucciones, y se cerro yabrio el switch repetidamente.

Se varo el voltaje entre 4V y 6V.

Se cerro el switch y se selecciono el rango de medicion de 300mA, y sepuso el yoke sobre el u-core.

Se adjusto el voltaje a 100mA, y se cerro y abrio el switch repetidamente,obsevando el medidor.

Se adjusto el voltaje a 200mA, y se cerro y abrio el switch repetidamente,obsevando el medidor.

Se apago la fuente

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3.7. Corriente Alterna


Primeramente se preparo el experimento ssiguiendo las instrucciones, sin elyoke.

Se selecciono el rango de medicion de 100mV/50muA, y se alejo el puntero del multimetro lo mas lejos posible del 0.

Se giro el iman a diferentes velocidades y se observo el instrumento demedicion.

Se inserto el yoke en una de las bobinas y se repitio el paso anterior.

Se giro el iman lentamente y se observo el instrumento de medicion.

Se giro el iman lo mas rapido posible y se observo el instrumento de medi-cion.

Se reemplazo una bobina de 400 vueltas con una bobina de 1600 vueltas, seintrodujo el yoke en la bobina y se giro el imany se observo el instrumentode medicion.

Se puso el coil de 1600 vueltas por el u-core siguiendo las instrucciones, yse coloco una lampara por ella.

Se giro el iman muy rapidamente y se observo el instrumento de medicion.

Se apago la fuente.

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3.8. Variacion del Voltaje


Primeramente se armo el circuito correspondiente a esta experiencia, utili-zando bobinas de 400 vueltas para el transformador.

Se selecciono el rango de medicion de 10V, se abrio el switch y se encen-dio la fuente con 0V.

Se adjusto el voltaje a 4V y se cerro y abrio el switch repetidamente, mien-tras se observo el instrumento de medicion.

Se abrio el switch y se selecciono el rango de medicion de 10V AC y seconecto la fuente de 6V AC.

Se cerro el switch y se midio el voltaje de la bobina primaria y secundaria.

Se abrio el switch y se reemplazo la bobina secundaria de 400 vueltas conuna bobina de 1600 vueltas, seleccionando el rango de medicion de 30VAC.

Se cerro el switch y se intercambiaron los lugares de las bobinas, de maneraque la bobina de 1600 vueltas sea la primaria.

Se selecciono el rango de medicion de 10V AC.


Se selecciono el rango de medicion de 30V AC, y se cambio el voltaje de lafuente a 12V AC.


Se removio el yoke y se midio el voltaje de la bobina primaria y secundaria.

Se apago la fuente

26

4. Resultados y Analisis

4.1. Transformador bajo carga

Cuadro 2: Mediciones para corriente y voltaje en bobinas.

Circuito secundario IpmA

IsmA

UsV

IsIp

Resistor 100 14 26 2,8 1,86

Resistor 47 20 51 2,6 2,55

Corto Circuito 63 230 0 3,65

Podemos notar, del cuadro 2, que para el caso de los resistores, obtenemos un valorque se acerca a 2 para con el resistor de 100 y a 3 para el resistor de 47 y para elcorto circuito, se obtiene un valor cercano a la relacion de la cantidad de vueltasen las bobinas. Esto se entiende, debido a que la relacion de las corrientes solose obedece en caso que el transformador sea ideal, en esta situacion intervienenresistencias, las cuales disipan energa en forma de calor, alterando as la potenciade salida del transformador, siendo esta ultima menor que la potencia de entradaen el transformador.

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estebanResaltado

4.2. Ley de Ohm y efecto Joule

Energy (ID 01) / Intensidad de corriente I UV

IA

-9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

-0,08

-0,06

-0,04

-0,02

0

0,02

0,04

0,06

0,08

Figura 6: Grafica de corriente I en funcion a la tension U aplicada para la bombillade 12V .

28


IA

-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10

-0,08

-0,06

-0,04

-0,02

0

0,02

0,04

0,06

0,08

Figura 7: Recta de regresion sobre la grafica de corriente I en funcion a la tensionU aplicada para la bombilla de 12V de 0 a 0, 5V .

Aplicamos la recta de regresion para la figura 6 en distintos intervalos de la ten-sion, De 0V a 0,5V:

R = 21

De 0,5V a 10V:

R = 143

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De esta forma se puede observar el efecto Joule, pues, a medida que aumenta lacorriente, aumenta la temperatura del conductor, es decir, se disipa mayor calor, ycon esto aumenta la resistencia del conductor.


IA

-8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8

-0,1

-0,05

0

0,05

0,1

Figura 8: Grafica de corriente I en funcion a la tension U aplicada para resistor de100.

Para la figura 8, aplicamos la recta de regresion, y encontramos que la pendientees constante, con esto obtenemos el valor experimental de la resistencia:

R = 100

El cual es un resultado que coincide totalmente con el valor nominal de la resis-

30

tencia medida.


IA

-9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

-0,04

-0,02

0

0,02

0,04

Figura 9: Grafica de corriente I en funcion a la tension U aplicada para resistor de220.


R = 200

El cual es un resultado que se acerca bastante al valor nominal de la resistenciamedida, y no coincide totalmente debido a que el programa Measure utilizado to-ma solamente tres cifras decimales significativas.

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IA

-9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

-0,04

-0,02

0

0,02

0,04

Figura 10: Grafica de corriente I en funcion a la tension U aplicada para resistorde 330.


R = 333

El cual es un resultado cercano al valor nominal de la resistencia medida, tampo-co coincide con el valor nominal del resistor debido al sistema de redondeo delprograma utilizado.

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El valor medido en el potenciometro: R3 = 45, 45

Con este valor y utilizando la ecuacion 21 tenemos:

Rx ' 100

4.4. Corriente inducida

Cuadro 3: Corriente inducida por movimiento

Movimiento Desviacion del puntero

Polo norte hacia la bobina Desviacion hacia la derecha

Polo norte alejandose de la bobina Desviacion hacia la izquierda

Polo sur hacia la bobina Desviacion hacia la izquierda

Polo sur alejandose de la bobina Desviacion hacia la derecha

Movimiento mas rapido del iman Poca desviacion del puntero

Bobina hacia el iman Poca desviacion

Bobina alejandose del iman Poca desviacion

Iman quieto en la bobina No hay desviacion

Iman girando en la bobina Casi no hay desviacion

En este experimento se pudo observar como la variacion del movimiento de uncampo magnetico afecta a un circuito. Ya que al mover se induca una corriente,pero al dejar quieto no pasaba nada.

Ademas de eso, tambien se pudo observar que se induca una corriente al moverel iman y dejando quieta la bobina, y al mover la bobina y dejando quieto el iman.

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4.5. Voltaje inducido

En esta experiencia se logro inducir voltaje de diferentes maneras. Primeramentese indujo el voltaje mediante el movimiento de las bobinas, con lo que se ob-tuvo poco voltaje inducido. Al utilizar el yoke se logro aumentar el voltaje induci-do.

Tambien se indujo voltaje variando el campo magnetico de la bobina conectadaa la fuente, abriendo y cerrando el switch, lo cual indujo un voltaje mayor alanterior. Nuevamente el yoke logro aumentar este voltaje inducido. Esto tambiense realizo utilizando diferentes intensidades de corriente.

Ademas de eso se logro la induccion de voltaje mediante la variacion de la ten-sion de la bobina conectada al circuito, lo cual es otra forma de afectar el campomagnetico.

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4.6. Corriente Alterna

Figura 11: Coriente Alterna

En esta experiencia se logro generar corriente alterna, la cual tena un comporta-miento que esta descrito en la figura 11. Esta describe como vara la corriente enel tiempo, la cual esta relacionado directamente con las vueltas que haca el iman.

Una vuelta del iman implica un maximo y un minmo mostrado en la figura 11. Lavelocidad de giro tambien influye en esto, ya que se pudo observar que a mayorvelocidad existe una mayor variacion y viceversa.

En la segunda parte de esta practica se logro encender una lampara, la cual es-taba conectada a una bobina de 1600 vueltas y a un iman medante el u-core. Selogro encender la lampara girando el iman muy rapidamente. Si el iman no segiraba a una gran rapidez, la lampara no se prenda.

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4.7. Variacion del Voltaje

Cuadro 4: Cantidad de vueltas en un Transformador

NP (Vueltas) NS(Vueltas) UP (V) US(V) UP : US NP : NS

400 400 6,6 6,2 1,06 1

400 1600 6,6 25 0,26 0,25

1600 400 6,6 1,5 4.1 4

1600 400 13,1 3 4,3 4

En esta practica se observo los efectos que tienen los transformadores, y como lacantidad de vueltas de una bobina afecta a estos efectos.

Dependiendo del experimento se utilizaron diferentes bobinas, obteniendo los re-sultados que se pueden observar en la tabla 4. Ade mas de eso, estos experimentosverifican la ecuacion 19.

Tambien se puede ver que la relacion entre el voltaje primario y secundario es casila misma que el de el numero de vueltas primario y secundario, lo cual concuerdacon la ecuacion 19 de los transformadores ideales.

Esto nos dice que es posible variar el voltaje utilizando bobinas con diferentesnumeros de vueltas, lo cual permite aumentarlo o disminuirlo.

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5. Conclusiones

Si bien el voltaje se redujo aproximadamente conforme a la relacion de vueltaentre las bobinas en el transformador, no se noto claramente el aumento de la co-rriente conforme a la relacion inversa de la cantidad de vueltas, siendo el valormas proximo a la teora la relacion de corrientes al realizar el corto circuito, en losprimeros casos, el valor de la relacion solo se aproximo a la mitad de la relacionteorica. Esto atribuimos a la presencia de resistencias durante la practica, pues noes realmente un transformador ideal, con esto, existen perdidas de energa a lolargo del proceso, causando as una disminucion en la potencia de salida y siendoesta menor que la potencia de entrada en el transformador.Se obtuvo una medicion satisfactoria en el puente de Wheatstone al medir exi-tosamente la resistencia en un resistor incognito, ademas de comprobarla por elmetodo analtico.Se observo como la resistencia en una bombilla incandescente vara al hacer va-riar la corriente que pasa a traves del filamento, explicando as el efecto Joule y elaumento de la temperatura del filamento al disipar mayor calor. Se logro verificarque al variar el campo magnetico se induce una corriente y un voltaje, sin importarde que manera se cambia el campo magnetico. Pero la magnitud del mismo varacon la forma en que se hace este cambio.Tambien se pudo entender el funcionamiento de un transformador y su utilidad,ya que permite la variacion del voltaje y de la coriente utilizando bobinas con di-ferentes numeros de vueltas. Para incrementar el voltaje se utiliza una bobina se-cundaria con mas vueltas que la primera. El aumento sera en la misma proporcionque la relacion entre ambas bobinas. La corriente vara en la misma proporcionpero disminuira cuando aumenta el voltaje y aumentara cuando disminuye.

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Referencias

[Theodore] Theodore, W. Maquinas electricas y sistemas de potencia, volume 1.Pearson, sexta edition.

[Tipler] Tipler, M. Fsica para la ciencia y la tecnologa, volume 2. Reverte,sexta edition.

[YOUNG, HUGH D. & ROGER A. FREEDMAN] YOUNG, HUGH D. & RO-GER A. FREEDMAN. Fisica universitaria, volume 2. Pearson Education,Inc., decimosegunda edition.

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IntroduccinObjetivos GeneralesObjetivos Especficos

Marco tericoLey de OhmCorriente elctricaTensinCapacitores

Efecto JouleResistenciaTipos de resistores

Circuito elctricoClasificacin de un circuitoCircuito en SerieCircuito en ParaleloSimbologa

Ley de AmpereCampo magnticoFuentes de campo magnticoFuerza producida por el campo magntico

GalvanmetroTransformador ideal Sin carga - relacin de voltajeBajo carga - relacin de corriente

Puente de Wheatstone

Procedimiento experimentalEquipamientoTransformador bajo cargaLey de Ohm y efecto JouleProcedimiento Experimental

Puente de WheatstoneProcedimiento Experimental

Corriente inducidaProcedimiento Experimental

Voltaje inducidoProcedimiento Experimental

Corriente AlternaProcedimiento Experimental

Variacin del VoltajeProcedimiento Experimental

Resultados y AnlisisTransformador bajo cargaLey de Ohm y efecto JoulePuente de WheatstoneCorriente inducidaVoltaje inducidoCorriente AlternaVariacin del Voltaje

Conclusiones

electrostatica

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