informe 2 fisica ii 24

UNIVERSIDAD NACIONALMAYOR DE SAN MARCOSUNIVERSIDAD DEL PERÚ, DECANA DE AMÉRICA

FACULTAD DE CIENCIAS BIOLÓGICASEAP DE MICROBIOLOGÍA Y PARASITOLOGÍA

CIRCUITOS ELÉCTRICOS

CURSO: FÍSICA GENERAL II

PROFESOR: EDGAR GULDEN

INTEGRANTES:

Chávez Alvarado Alys Mercedes Chumpitaz Bermejo Astrid Carolina Curiñahui Aguilar Jonatan Di liberto Campos Catherine Rubí Huayanay Ostos Keny Pierson

Ciudad Universitaria, 18 de septiembre de 2012

CIRCUITOS ELECTRICOS Página 1

INTRODUCCIÓN

La electricidad es la forma de energía más usada. La electricidad enciende nuestros focos, hace funcionar nuestros equipos, motores, electrodomésticos. La energía eléctrica se transforma en energía calorífica, energía luminosa, energía mecánica y en otras para así ser útil. No se puede ver la electricidad, pero se puede observar lo que puede hacer como por ejemplo al encender un simple foco, esto se debe a que este es un circuito eléctrico, el cual se estudiará a continuación.


RESUMEN

En el siguiente trabajo se plasma todo lo realizado en la práctica de laboratorio, en el cual se desarrolló el tema de circuitos eléctricos mediante los cuales podemos imaginar como es el paso de la corriente eléctrica además de medir dicha intensidad de corriente, la resistencia de los materiales y como están localizados estos; dependiendo de los tipos de circuitos ya sean por serie o por paralelo.

OBJETIVOS

Aprender el adecuado armado de un circuito eléctrico, respetando la máxima corriente que puede soportar la fuente y respetando a correcta polaridad de los elementos de los circuitos.

Aprender con fines de medición a colocar los instrumentos (voltímetro, amperímetro) en la posición adecuada dentro de los circuitos, teniendo en cuenta el modo y la escala correspondiente.

MARCO TEÓRICO

El circuito eléctrico es el recorrido preestablecido por el que se desplazan las cargas eléctricas.

Circuito elemental

Las cargas eléctricas que constituyen una corriente eléctrica pasan de un punto que tiene mayor potencial eléctrico a otro que tiene un potencial inferior. Para mantener permanentemente esa diferencia de potencial, llamada también voltaje o

tensión entre los extremos de un conductor, se necesita un dispositivo llamado generador (pilas, baterías, dinamos, alternadores...) que tome las cargas que llegan a un extremo y las impulse hasta el otro. El flujo de cargas eléctricas por un conductor constituye una corriente eléctrica.


Se distinguen dos tipos de corrientes:

Corriente continua: Es aquella corriente en donde los electrones circulan en la misma cantidad y sentido, es decir, que fluye en una misma dirección. Su polaridad es invariable y hace que fluya una corriente de amplitud relativamente constante a través de una carga. A este tipo de corriente se le conoce como corriente continua (cc) o corriente directa (cd), y es generada por una pila o batería.

Este tipo de corriente es muy utilizada en los aparatos electrónicos portátiles que requieren de un voltaje relativamente pequeño. Generalmente estos aparatos no pueden tener cambios de polaridad, ya que puede acarrear daños irreversibles en el equipo.

Corriente alterna: La corriente alterna es aquella que circula durante un tiempo en un sentido y después en sentido opuesto, volviéndose a repetir el mismo proceso en forma constante. Su polaridad se invierte periódicamente, haciendo que la corriente fluya alternativamente en una dirección y luego en la otra. Se conoce en castellano por la abreviación CA y en inglés por la de AC.

Este tipo de corriente es la que nos llega a nuestras casas y sin ella no podríamos utilizar nuestros artefactos eléctricos y no tendríamos iluminación en nuestros hogares. Este tipo de corriente puede ser generada por un alternador o dinamo, la cual convierten energía mecánica en eléctrica.

El mecanismo que lo constituye es un elemento giratorio llamado rotor, accionado por una turbina el cual al girar en el interior de un campo magnético (masa), induce en sus terminales de salida un determinado voltaje. A este tipo de corriente se le conoce como corriente alterna (a).


Pilas y baterías:

Las pilas y las baterías son un tipo de generadores que se utilizan como fuentes de electricidad.

Las baterías, por medio de una reacción química producen, en su terminal negativo, una gran cantidad de electrones (que tienen carga negativa) y en su terminal positivo se produce una gran ausencia de electrones (lo que causa que este terminal sea de carga positiva).

Ahora si esta batería alimenta un circuito cualquiera, hará que por éste circule una corriente de electrones que saldrán del terminal negativo de la batería, (debido a que éstos se repelen entre si y repelen también a los electrones libres que hay en el conductor de cobre), y se dirijan al terminal positivo donde hay un carencia de electrones, pasando a través del circuito al que está conectado. De esta manera se produce la corriente eléctrica.

Fuerza electromotriz de un generador:

Se denomina fuerza electromotriz (FEM) a la energía proveniente de cualquier fuente, medio o dispositivo que suministre corriente eléctrica. Para ello se necesita la existencia de una diferencia de potencial entre dos puntos o polos (uno negativo y el otro positivo) de dicha fuente, que sea capaz de bombear o impulsar las cargas eléctricas a través de un circuito cerrado.

A. Circuito eléctrico abierto (sin carga o resistencia). Por tanto, no se establece la circulación de la corriente eléctrica desde la fuente de FEM (la batería en este caso). B. Circuito eléctrico cerrado, con una carga o resistencia acoplada, a través de la cual se establece la circulación de un flujo de corriente eléctrica desde el polo negativo hacia el polo positivo de la fuente de FEM o batería.

Resumiendo, un generador se caracteriza por su fuerza electromotriz, fem, que es la energía que proporciona a la unidad de carga que circula por el conductor.

Fuerza electromotriz = energía/Carga fem= E/Q

La unidad de fuerza electromotriz en el SI es el voltio (V): 1 voltio = 1 julio / 1 culombio


Voltímetro:

La ddp y la fem se pueden medir conectando un voltímetro entre dos puntos de un circuito o entre los terminales de un generador. El voltímetro siempre se conecta en paralelo. La escala de un voltímetro viene expresada en voltios.

Para efectuar la medida de la diferencia de potencial el voltímetro ha de colocarse en paralelo, esto es, en derivación sobre los puntos entre los que tratamos de efectuar la medida. Esto nos lleva a que el voltímetro debe poseer una resistencia interna lo más alta posible, a fin de que no produzca un consumo apreciable, lo que daría lugar a una medida errónea de la tensión.

Para ello, en el caso de instrumentos basados en los efectos electromagnéticos de la corriente eléctrica, estarán dotados de bobinas de hilo muy fino y con muchas espiras, con lo que con poca intensidad de corriente a través del aparato se consigue la fuerza necesaria para el desplazamiento de la aguja indicadora.

Asociación de pilas:

Asociación De Pilas En Serie

Las pilas pueden conectarse en serie cualesquiera que sean las fuerzas electromotrices y la máxima corriente que cada una de ellas pueda suministrar. Evidentemente, al conectarlas en serie, las fuerzas electromotrices se suman, así como sus resistencias internas. Se puede notar que la pila equivalente al conjunto de las n pilas resulta con una f.e.m. mayor, pero, con una resistencia interna mayor, lo cual empeora la situación en este punto. Se debe considerar, además, la corriente máxima que puede suministrar cada una de ellas. La asociación serie sólo podrá suministrar la corriente de la pila que menos corriente es capaz suministrar.

Pilas en serie


Asociación De Pilas En Paralelo

Al conectar pilas en paralelo debe tenerse en cuenta que sean todas de la misma f.e.m., ya que, en caso contrario, fluiría corriente de la de más f.e.m. a la de menos, disipándose potencia en forma de calor en las resistencias internas, agotándolas rápidamente. Si todas ellas son del mismo voltaje el conjunto equivale a una sola pila de la misma tensión, pero con menor resistencia interna. Además, la corriente total que puede suministrar el conjunto es la suma de las corrientes de cada una de ellas, por concurrir en un nudo. La asociación en paralelo por tanto, podrá dar más corriente que una sola pila, o, dando la misma corriente, tardará más en descargarse.

Pilas en paralelo

Intensidad de corriente.

La intensidad del flujo de los electrones de una corriente eléctrica que circula por un circuito cerrado depende fundamentalmente de la tensión o voltaje (V) que se aplique y de la resistencia (R) en ohm que ofrezca al paso de esa corriente la carga o consumidor conectado al circuito. Si una carga ofrece poca resistencia al paso de la corriente, la cantidad de electrones que circulen por el circuito será mayor en comparación con otra carga que ofrezca mayor resistencia y obstaculice más el paso de los electrones.

Por tanto, definimos la intensidad de corriente eléctrica, I, como la cantidad de carga eléctrica que circula por una sección de un conductor en la unidad de tiempo.

Intensidad = carga/tiempo I= Q/t


El amperímetro:

La intensidad de circulación de corriente eléctrica por un circuito cerrado se puede medir por medio de un amperímetro conectado en serie con el circuito o mediante inducción electromagnética utilizando un amperímetro de gancho. Para medir intensidades bajas de corriente se puede utilizar también un multímetro que mida mili Amper (mA).El ampere como unidad de medida se utiliza, fundamentalmente, para medir la corriente que circula por

circuitos eléctricos de fuerza en la industria, o en las redes eléctricas doméstica, mientras que los submúltiplos se emplean mayormente para medir corrientes de poca intensidad que circulan por los circuitos electrónicos.Resistencia.

La resistencia de un material es una medida que indica la facilidad con que una corriente eléctrica puede fluir a través de él.

La resistencia de un conductor es directamente proporcional a su longitud e inversamente proporcional a su sección y varía con la temperatura.

Símbolos eléctricos


LEY DE OHM

La corriente fluye por un circuito eléctrico siguiendo varias leyes definidas. La ley básica del flujo de la corriente es la ley de Ohm, así llamada en honor a su descubridor, el físico alemán Georg Ohm. Según la ley de Ohm, la cantidad de corriente que fluye por un circuito formado por resistencias puras es directamente proporcional a la fuerza electromotriz aplicada al circuito, e inversamente proporcional a la resistencia total del circuito. Esta ley suele expresarse mediante la fórmula I = V/R, siendo I la intensidad de corriente en amperios, V la fuerza electromotriz en voltios y R la resistencia en ohmios. La ley de Ohm se aplica a todos los circuitos eléctricos, tanto a los de corriente continua (CC) como a los de corriente alterna (CA), aunque para el análisis de circuitos complejos y circuitos de CA deben emplearse principios adicionales que incluyen inductancias y capacitancias.

En un circuito en paralelo los dispositivos eléctricos, por ejemplo las lámparas incandescentes o las celdas de una batería, están dispuestos de manera que todos los polos, electrodos y terminales positivos (+) se unen en un único conductor, y todos los negativos (-) en otro, de forma que cada unidad se encuentra, en realidad, en una derivación paralela. El valor de dos resistencias iguales en paralelo es igual a la mitad del valor de las resistencias componentes y, en cada caso, el valor de las resistencias en paralelo es menor que el valor de la más pequeña de cada una de las resistencias implicadas. En los circuitos de CA, o circuitos de corrientes variables, deben considerarse otros componentes del circuito además de la resistencia.

LEYES DE KIRCHHOFF

Si un circuito tiene un número de derivaciones interconectadas, es necesario aplicar otras dos leyes para obtener el flujo de corriente que recorre las distintas derivaciones. Estas leyes, descubiertas por el físico alemán Gustav Robert Kirchhoff, son conocidas como las leyes de Kirchhoff. La primera, la ley de los nudos, enuncia que en cualquier unión en un circuito a través del cual fluye una corriente constante, la suma de las intensidades que llegan a un nudo es igual a la suma de las intensidades que salen del mismo. La segunda ley, la ley de las mallas afirma que, comenzando por cualquier punto de una red y siguiendo cualquier trayecto cerrado de vuelta al punto inicial, la suma neta de las fuerzas electromotrices halladas será igual a la suma neta de los productos de las resistencias halladas y de las intensidades que fluyen a través de ellas. Esta segunda ley es sencillamente una ampliación de la ley de Ohm.


INSTRUMENTOS Y MATERIALES

1 Fuente de alimentación 1 Voltímetro 1 Amperímetro 1 Multitester 1 Reóstato 1 Caja de resistencias 1 Interruptor Cables de conexión

PROCEDIMIENTO

TABLA I: Medición de las resistencias. (VALORES EXPERIMENTALES)

MEDIDA R1 R2 R3 R4 R5

R (99.7±5) Ω (385±195) Ω (329± 165) Ω

(560± 28) Ω (1200± 0)Ω

I 0.13A 0.03A 0.04A 0.03A 0.01AV 12.5A 12.5A 12.5A 12.5A 12.5A

Aplicando la relación

Hallemos el valor teórico, ya que tenemos el valor experimental para luego hallar el porcentaje de error.

Tabla de valores teóricos

MEDIDA A B C D E

R 96.15 Ω 416.67Ω 312.5 Ω 416.67 Ω 1250Ω

I 0.13A 0.03A 0.04A 0.03A 0.01A

V 12.5A 12.5A 12.5A 12.5A 12.5A

CALCULOS


1.-CALCULOS TEÓRICOS

2.-CALCULOS EN EL PORCENTAJE DE ERROR

TABLA II: Valores de los circuitos en paralelo (VALORES EXPERIMENTALES)


NOTA:

Añadimos las incertidumbres, ya que en algunos casos el porcentaje

de error es alto.


R 30 Ω 31.25 Ω 31.88 Ω 31.25 Ω 31,25

I 0,16 A 0,16 A 0,16 A 0,16 A 0,16 A

V 4,8 V 5 V 5,1 V 5 V 5 V

Cálculos para los circuitos en paralelo:

R1 = 4,80,16

= 30 Ω R3 = 5,10,16

= 31,88 Ω R4 =50,16

= 31,25 Ω

R2 = 50,16

= 31, 25 Ω R4 =50,16

= 31,25 Ω

TABLA III: Valores de los circuitos en serie (VALORES EXPERIMENTALES)



R 200 Ω 130 Ω 140 Ω 170 Ω 90 Ω

I 0.01 A 0.01 A 0.01 A 0,01 A 0,01 A

V 2 V 1,3 V 1,4 V 1,7 V 0,9 V

Cálculos para los circuitos en serie:

R1 = 20,01

= 200 Ω R3 = 1,40,01

= 140 Ω R4 =0,90,01

= 90 Ω

R2 = 1,30,01

= 130 Ω R4 =1,70,01

= 170 Ω

RESULTADOS


4.7 Con el tablero de resistencias y usando el código de colores hallaremos el valor de dichas resistencias teóricas en paralelo y en serie.

MEDIDA Color de la 1era banda

Color de la 2da banda

Color de la 3era banda

Color de la 4ta banda

VALOR TEÓRICO (Ohmios)

Resistencia 1

Marrón Negro Marrón Dorado 100 ± 5%

Resistencia 2

Marrón Verde Marrón Dorado 150 ± 5%

Resistencia 3

Rojo Negro Marrón Dorado 200 ± 5%

Resistencia 4

Rojo Amarillo Marrón Dorado 240 ± 5%

Resistencia 5

Naranja Negro Marrón Dorado 300 ± 5%

Comparamos los datos experimentales con los datos teóricos (basados en las resistencias), del circuito en paralelo.

MEDIDA Valor medido (Ohm)

Valor teórico (Ohm)

% de Error (%)

Resistencia 1

30 Ω 100 Ω (100−30 )100

x100=70%

Resistencia 2

31,25 Ω 150 Ω (150−31,25)150

x100=79,16%

Resistencia 3

31,88 Ω 200 Ω (200−31,88)200

x100=84,06%

Resistencia 4

31,25 Ω 240 Ω (240−31,25)240

x100=86,98%

Resistencia 5

31,25 Ω 300 Ω (300−31,25)300

x100=89,58%

CALCULANDO LA RESISTENCIA TOTAL EXPERIMENTAL EN PARALELO


1/R equivalente = 1/30 + 1/31,25 + 1/31,88 + 1/31,25 + 1/31,25

1/R equivalente = 0,16

R equivalente = 1/0,16 = 6,25 Ω

CALCULANDO LA RESISTENCIA TEORICA EN PARALELO

1/R equivalente = 1/100+ 1/150+ 1/200 + 1/240 + 1/300

1/R equivalente = 0,01 + 0,007 + 0,005 + 0,004 + 0,003

1/R equivalente = 0,029

R equivalente = 1/0,029 = 34,48 Ω

HALLANDO EL PORCENTAJE DE ERROR DE LA RESISTENCIA TOTAL:

|34,48−6,25|34,48

X 100 = 81,87 %

Comparamos los datos experimentales con los datos teóricos (basados en las resistencias), del circuito en paralelo.


MEDIDA Valor medido (Ohm)

Valor teórico (Ohm)

% de Error (%)

Resistencia 1

200 Ω 100 Ω (100−200 )100

x100=−2%

Resistencia 2

130 Ω 150 Ω (150−130)150

x100=13,33%

Resistencia 3

140 Ω 200 Ω (200−140)200

x100=30%

Resistencia 4

170 Ω 240 Ω (240−170 )240

x100=29,17%

Resistencia 5

90 Ω 300 Ω (300−90 )300

x100=70%

CALCULANDO LA RESISTENCIA TOTAL EXPERIMENTAL EN SERIE

R equivalente = 200 + 130 + 140 + 170 + 90

R equivalente = 730 Ω

CALCULANDO LA RESISTENCIA TEORICA EN SERIE

R equivalente = 100 + 150 + 200 + 240 + 300

R equivalente = 990 Ω

HALLANDO EL PORCENTAJE DE ERROR DE LA RESISTENCIA TOTAL:

|990−730|990

x 100 = 26,26 %

CUESTIONARIO

1. ¿Por qué cree que es útil la presencia del reóstato en el circuito eléctrico?´Fue capaz de soportar tensiones y corrientes, y de disipar potencias .Los reóstatos ayudan con la variación de resistencia en condiciones de elevada tensión o corriente.


2. ¿Cuál es la escala que utilizo en el voltímetro?La escala usada para hallar en el voltímetro es el voltio en este caso fue 15V

3. ¿cuál es la escala que utilizo en el amperímetro?La escala usada para hallar en el amperímetro es el amperio en este caso fue de 2x10-2

4. ¿Cuál es el modo y escala que utilizo el multitester?las escalas del multitester pueden variar de acuerdo a la medición que se vaya a hallar se pueden ver en la parte donde se encuentra la aguja que indica la medición. Pej. si se mide voltaje una escala puede ser de 1 mV- 0.1V, otra de 0.1V a 100V... etc, lo anterior es un reflejo de la perilla de escala del multimetro en donde también vienen esos rangos, así pues la escala debe ser seleccionada antes de tomar una medición. En algunos multimetros digitales modernos esto ya no es necesario ya que automáticamente al sensar la magnitud medida se ajusta a la escala adecuada.En esta práctica el multitester se utilizó con el modo de amperímetro, y su escala fue la mayor, para evitar complicaciones eléctricas, en este caso fue de 200 mA.

5. Haga un dibujo real de la figura 5 y compárelo con él.

6. Cree que existe alguna relación entre los valores de R,V e I de la tabla. Si su respuesta es sí, ¿ cuál es su relación?

La intensidad de corriente que circula por un conductor es directamente proporcional a la diferencia de potencial que se le aplica inversamente proporcional a la resistencia del conductor

I=∆∕R La llamada ley de Ohm

7. Haga un dibujo real de la figura 6 y compáralo con el.

8. ¿cuál es la relación que existe entre las corrientes y los voltajes obtenidos para cada uno de las resistencias de la tabla II?

Esta relación se dio debido a la conexión en paralelo y que tanto el voltímetro como el amperímetro estuvieron conectados haciéndose dependiente una de a otra.


Además La ley de ohm dice que la intensidad eléctrica es directamente proporcional con la tensión eléctrica y esta es inversamente proporcional a la resistencia quedando la formula I= V/R.

9. Haga un dibujo real del circuito de la figura 7 y compárelo con el.

11. Halle la resistencia equivalente de las 4 resistencias en paralelo de la figura 6.

12. Halle la resistencia equivalente de las 3 resistencias en serie de la figura 7.


informe 2 fisica ii 24

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