Fundamentos de electricidad y magnetismoLaboratorio 4: circuitos elementalesUniversidad nacional de Colombia

Sherly Catherin Acosta Beltrán1,John Alejandro Quintero Castillo2,Edgar Julián león García3.1.scacostab@unal.edu.co

2.joaquinteroca@unal.edu.co3.edjleongar@unal.edu.co

1998/06/01

Abstract

En esta práctica de laboratorio se llevó a cabo la construcción de un circuito simple mediantela interconexión de una fuente, un voltímetro y conjunto de resistencias. Se realizó la medicióndel voltaje y la intensidad de corriente eléctrica en este circuito, los valores obtenidos fuerongra�cados, además se determinó el valor de la resistencia eléctrica con base en el código decolores y las grá�cas de corriente contra voltaje.

1 Objetivos

1.1 Objetivo general

Conocer el funcionamiento de un circuito eléc-trico, así como su relación con la ley de ohm y suinterpretación frente a las medidas de intensidadde corriente, resistencia y diferencia de potencialeléctrico.

1.2 Objetivos especí�cos

1. Calcular la resistencia de un resistor pormedio del código de colores y usando elmétodo grá�co.

2. Realizar mediciones de intensidad y voltajeusando un multímetro, una fuente y un cir-cuito.

3. Comparar la ley de Ohm con las grá�casrealizadas a partir de las mediciones de in-tensidad y voltaje.

4. Analizar el comportamiento de la intensi-dad y sus cambios respecto al aumento odisminución de la resistencia.

2 Introducción

La tecnología avanza con el tiempo, cada vezmás son utilizados aparatos electrónicos másmodernos; teléfonos celulares, reproductores, cá-maras digitales, ordenadores portátiles, consolasportátiles entre muchos otros, ahora hacen partedel diario vivir. Todos estos dispositivos con-tienen en su interior circuitos eléctricos alimen-tados por baterías, estos permiten el desplaza-

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miento de cargas en movimiento por trayecto-rias de conducción que conforman espiras cer-radas. Los circuitos son principalmente un mediode trasporte de energía desde un lugar a otro,están compuestos por cuatro elementos básicosque son: Fuente eléctrica, conductores, recep-tores e interruptor, el estudio de los circuitoselementales es una base de conocimientos paraentender su funcionamiento, estos poseen diver-sas combinaciones de baterías, resistores y ca-pacitores. Gran cantidad de circuitos eléctricosusan elementos llamados resistores para contro-lar la corriente en las diferentes partes del cir-cuito. Dos tipos comunes son la resistencia dematerial aglomerado, que contiene carbono, y laresistencia bobinada, que consiste en una bobinade alambre. Los valores de los resistores se danen ohms, por lo general se indican mediante uncódigo de colores, que además del valor de la re-sistencia establece también el valor de la toler-ancia. (z)(�)(s)

3 Marco teórico

3.1 Potencial eléctrico

El potencial eléctrico o potencial electrostáticoen un punto, es el trabajo que debe realizar uncampo electrostático para mover una carga pos-itiva q desde dicho punto hasta el punto de ref-erencia, dividido por unidad de carga de prueba.Dicho de otra forma, es el trabajo que debe re-alizar una fuerza externa para traer una cargapositiva unitaria q desde el punto de referen-cia hasta el punto considerado en contra de lafuerza eléctrica. El potencial eléctrico sólo sepuede de�nir para un campo estático producidopor cargas que ocupan una región �nita del es-pacio. La unidad del Sistema Internacional es elvoltio (V). Todos los puntos de un campo eléc-trico que tienen el mismo potencial forman unasuper�cie equipotencial. Una forma alternativade ver al potencial eléctrico es que a diferencia dela energía potencial eléctrica o electrostática, élcaracteriza sólo una región del espacio sin tomaren cuenta la carga que se coloca allí.(4)

3.2 Intensidad de corriente eléc-trica

Corriente es la cantidad I de carga que �uye através de un área especi�cada, por unidad detiempo. La unidad del SI para la corriente es elampere, que es igual a un coulomb por segundo(1 A5 1 C>s). La corriente I a través de un áreaA depende de la concentración n y la carga qde los portadores de carga, así como de la mag-nitud de su velocidad de deriva La densidad deCorriente es corriente por unidad de área de lasección transversal. La corriente se describe con-vencionalmente en términos de un �ujo de cargapositiva, aun cuando los portadores de carga realsean negativos o de ambos signos.

Figura 1. Flujo de corriente a través de unconductor(2)

3.3 Corriente alterna

Se denomina corriente alterna (abreviada CA enespañol y AC en inglés, de alternating current)a la corriente eléctrica en la que la magnitudy el sentido varían cíclicamente. La forma deoscilación de la corriente alterna más común-mente utilizada es la de una oscilación sinu-soidal, puesto que se consigue una transmisiónmás e�ciente de la energía. Sin embargo, enciertas aplicaciones se utilizan otras formas deoscilación periódicas, tales como la triangular ola cuadrada.

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3.4 Corriente directa o continua

La corriente continua se re�ere al �ujo continuode carga eléctrica a través de un conductor entredos puntos de distinto potencial, que no cam-bia de sentido con el tiempo. A diferencia dela corriente alterna, en la corriente continua lascargas eléctricas circulan siempre en la mismadirección. Aunque comúnmente se identi�ca lacorriente continua con una corriente constante,es continua toda corriente que mantenga siemprela misma polaridad, así disminuya su intensidadconforme se va consumiendo la carga (por ejem-plo cuando se descarga una batería eléctrica).(4)

3.5 Resistencia eléctrica

Resistencia eléctrica es toda oposición que en-cuentra la corriente a su paso por un circuitoeléctrico cerrado, atenuando o frenando el li-bre �ujo de circulación de las cargas eléctricas oelectrones. Cualquier dispositivo o consumidorconectado a un circuito eléctrico representa ensí una carga, resistencia u obstáculo para la cir-culación de la corriente eléctrica. Normalmentelos electrones tratan de circular por el circuitoeléctrico de una forma más o menos organizada,de acuerdo con la resistencia que encuentren a supaso. Mientras menor sea esa resistencia, mayorserá el orden existente en el micromundo de loselectrones; pero cuando la resistencia es elevada,comienzan a chocar unos con otros y a liberar en-ergía en forma de calor. Esa situación hace quesiempre se eleve algo la temperatura del conduc-tor y que, además, adquiera valores más altosen el punto donde los electrones encuentren unamayor resistencia a su paso.(5)

3.6 Ley de ohm

La ley de Ohm dice que: "la intensidad de lacorriente eléctrica que circula por un conductoreléctrico es directamente proporcional a la difer-encia de potencial aplicada e inversamente pro-porcional a la resistencia del mismo".I=V/RI = Intensidad en amperios (A)

V = Diferencia de potencial en voltios (V)

R = Resistencia en ohmios () (6)

3.7 Circuito en paralelo

Como se muestra en la �gura 2 se conocen comocombinación en paralelo. Muestra un diagramade circuito para esta combinación de capaci-tores. Las placas izquierdas de los capacitores seconectan a la terminal positiva de la batería me-diante un alambre conductor y debido a eso estáncon el mismo potencial eléctrico que la terminalpositiva. Del mismo modo, las placas derechas seconectan a la terminal negativa y por tanto estáncon el mismo potencial que la terminal negativa.En consecuencia, las diferencias de potencial in-dividuales a través de capacitores conectados enparalelo son las mismas e iguales a la diferenciade potencial aplicada a través de la combinación.

Figura 2. Circuito en paralelo y su reducción.(1)

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4 Montaje experimental

Figura 3. Circuito elemental.

� CABLE BLANCO: Negativo del am-perímetro hacia la resistencia

� CABLE AMARILLO: Negativo de lafuente a Positivo del amperímetro.

� CABLE ROJO: Positivo de la fuente a pos-itivo del amperímetro.

Se llevó a cabo el montaje de un circuito sim-ple como se observa en la �gura 3 a través de la

conexión de la fuente al amperímetro y al con-junto de resistencias (una a la vez). Posterior-mente los valores de corriente se obtuvieron ex-perimentalmente tomándolos la lectura del am-perímetro variando el voltaje en la fuente.Los resultados obtenidos se usaron para cal-

cular el valor de la resistencia por el método grá-�co y compararlo con el valor nominal de la re-sistencia, este valor se determinó a través de latabla de colores.

Figura 4. Conjunto de resistores.

� R1: 270

� R2: 680

� R3: 3300

� R4: 1800

)(2)(3)

5 Marco teórico

5.1 Potencial eléctrico

El potencial eléctrico o potencial electrostático en un punto, es el trabajo que debe realizar uncampo electrostático para mover una carga positiva q desde dicho punto hasta el punto de referencia,dividido por unidad de carga de prueba. Dicho de otra forma, es el trabajo que debe realizar unafuerza externa para traer una carga positiva unitaria q desde el punto de referencia hasta el puntoconsiderado en contra de la fuerza eléctrica. El potencial eléctrico sólo se puede de�nir para un

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campo estático producido por cargas que ocupan una región �nita del espacio. La unidad delSistema Internacional es el voltio (V). Todos los puntos de un campo eléctrico que tienen el mismopotencial forman una super�cie equipotencial. Una forma alternativa de ver al potencial eléctricoes que a diferencia de la energía potencial eléctrica o electrostática, él caracteriza sólo una regióndel espacio sin tomar en cuenta la carga que se coloca allí.(4)

5.2 Intensidad de corriente eléctrica

Corriente es la cantidad I de carga que �uye a través de un área especi�cada, por unidad de tiempo.La unidad del SI para la corriente es el ampere, que es igual a un coulomb por segundo (1 A51 C>s). La corriente I a través de un área A depende de la concentración n y la carga q de losportadores de carga, así como de la magnitud de su velocidad de deriva La densidad de Corriente escorriente por unidad de área de la sección transversal. La corriente se describe convencionalmenteen términos de un �ujo de carga positiva, aun cuando los portadores de carga real sean negativoso de ambos signos.

Figura 1. Flujo de corriente a través de un conductor(2)

5.3 Corriente alterna

Se denomina corriente alterna (abreviada CA en español y AC en inglés, de alternating current) ala corriente eléctrica en la que la magnitud y el sentido varían cíclicamente. La forma de oscilaciónde la corriente alterna más comúnmente utilizada es la de una oscilación sinusoidal, puesto quese consigue una transmisión más e�ciente de la energía. Sin embargo, en ciertas aplicaciones seutilizan otras formas de oscilación periódicas, tales como la triangular o la cuadrada.

5.4 Corriente directa o continua

La corriente continua se re�ere al �ujo continuo de carga eléctrica a través de un conductor entredos puntos de distinto potencial, que no cambia de sentido con el tiempo. A diferencia de la corri-ente alterna, en la corriente continua las cargas eléctricas circulan siempre en la misma dirección.Aunque comúnmente se identi�ca la corriente continua con una corriente constante, es continuatoda corriente que mantenga siempre la misma polaridad, así disminuya su intensidad conforme seva consumiendo la carga (por ejemplo cuando se descarga una batería eléctrica).(4)

5.5 Resistencia eléctrica

Resistencia eléctrica es toda oposición que encuentra la corriente a su paso por un circuito eléctricocerrado, atenuando o frenando el libre �ujo de circulación de las cargas eléctricas o electrones.

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Cualquier dispositivo o consumidor conectado a un circuito eléctrico representa en sí una carga,resistencia u obstáculo para la circulación de la corriente eléctrica. Normalmente los electronestratan de circular por el circuito eléctrico de una forma más o menos organizada, de acuerdo conla resistencia que encuentren a su paso. Mientras menor sea esa resistencia, mayor será el ordenexistente en el micromundo de los electrones; pero cuando la resistencia es elevada, comienzan achocar unos con otros y a liberar energía en forma de calor. Esa situación hace que siempre se elevealgo la temperatura del conductor y que, además, adquiera valores más altos en el punto donde loselectrones encuentren una mayor resistencia a su paso.(5)

5.6 Ley de ohm

La ley de Ohm dice que: "la intensidad de la corriente eléctrica que circula por un conductor eléctricoes directamente proporcional a la diferencia de potencial aplicada e inversamente proporcional a laresistencia del mismo".I=V/RI = Intensidad en amperios (A)V = Diferencia de potencial en voltios (V)R = Resistencia en ohmios () (6)

5.7 Circuito en paralelo

Como se muestra en la �gura 2 se conocen como combinación en paralelo. Muestra un diagrama decircuito para esta combinación de capacitores. Las placas izquierdas de los capacitores se conectana la terminal positiva de la batería mediante un alambre conductor y debido a eso están conel mismo potencial eléctrico que la terminal positiva. Del mismo modo, las placas derechas seconectan a la terminal negativa y por tanto están con el mismo potencial que la terminal negativa.En consecuencia, las diferencias de potencial individuales a través de capacitores conectados enparalelo son las mismas e iguales a la diferencia de potencial aplicada a través de la combinación.

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Figura 2. Circuito en paralelo y su reducción.(1)

6 Montaje experimental

Figura 3. Circuito elemental.

� CABLE BLANCO: Negativo del amperímetro hacia la resistencia

� CABLE AMARILLO: Negativo de la fuente a Positivo del amperímetro.

� CABLE ROJO: Positivo de la fuente a positivo del amperímetro.

Se llevó a cabo el montaje de un circuito simple como se observa en la �gura 3 a través de laconexión de la fuente al amperímetro y al conjunto de resistencias (una a la vez). Posteriormente

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los valores de corriente se obtuvieron experimentalmente tomándolos la lectura del amperímetrovariando el voltaje en la fuente.Los resultados obtenidos se usaron para calcular el valor de la resistencia por el método grá�co

y compararlo con el valor nominal de la resistencia, este valor se determinó a través de la tabla decolores.

Figura 4. Conjunto de resistores.

� R1: 270

� R2: 680

� R3: 3300

� R4: 1800

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