2 - Laboratorio de Fisica 3

Manual de laboratorio de Física

UNIVERSIDAD NACIONALTECNOLÓGICA DEL CONO SUR DE LIMA

EXPERIMENTO N o 2 CIRCUITOS ELECTRICOS

ALUMNO(A): BUENDÍA CHARCAPE JULISSA

CARRERA PROFESIONAL: I.E.T.

CÓDIGO: 2009200040

CURSO: FÍSICA II

PROFESOR: SAN BARTOLOMÉ MONTERO JAIME

FECHA DE REALIZACIÓN: 28/10/11

FECHA DE ENTREGA: 21/11/11

VILLA EL SALVADOR, 2011

EXPERIMENTO Nº 02

UNTECS 2011-II Página 1

http://www.untecs.edu.pe/


CIRCUITOS ELÉCTRICOS

OBJETIVOS

Investigar la dependencia entre la corriente y la tensión aplicada a diversos dispositivos eléctricos: metales puras, aleaciones, semiconductores, electrolito, etc.

Verificar experimentalmente las leyes de Kirchhoff.

FUNDAMENTO TEÓRICO

Para la mayor parte de los materiales encontramos que: La intensidad que circula por un conductor, circuito o resistencia, es directamente proporcional a la resistencia (R) e inversamente proporcional a la tensión (E). Resultado que se conoce como Ley de Ohm.

Siendo R la resistencia del material, que depende de varios factores: longitud, área de su sección transversal, tipo de material y temperatura, pero para materiales que cumplen la Ley de Ohm, no depende de la intensidad de corriente I. Los materiales que cumplen la ley de Ohm, entre ellos la mayor parte de los metales, se denominan materiales óhmicos.

Un circuito eléctrico es un conjunto de dispositivos eléctricos (resistencias, condensadores, inductores, etc.) y fuentes de corriente o voltaje conectados entre sí.

Para describir el comportamiento de las corrientes eléctricas en dichos circuitos eléctricos de utiliza las leyes de Kirchhoff que se expresan como:

Ley de Nodos: La suma de todas las intensidades que entran y salen por un nodo (empalme) es siempre cero.


I=VR


Ley de mallas : En toda malla de un circuito la suma de todas las caídas de tensión y las fuentes (subidas de tensión) es igual a cero.

MATERIALES

Tarjeta de experimentación Fuente de alimentación


∑k=1

n

I k=I 1+ I 2+ I 3+…+ I n=0.

∑k=1

n

V k=V 1+V 2+V 3+…+V n=0.


Cables de conexión Multímetro

PROCEDIMIENTO

Ley de Ohm

1. Con la fuente apagada instale el circuito mostrado en la figura 1.



2. Pida al profesor que revise su circuito, luego encienda la fuente y mida la corriente que pasa por resistencia para diferentes valores del voltaje aplicado. Llene la tabla 1.

3. En el circuito anterior cambie la resistencia por un foquito de 3 voltios, mida la corriente sobre un foco para diferentes valores del voltaje aplicado. Llene la tabla 3.

4. En el circuito del paso 2 cambie la resistencia por una led y mida la corriente en ella para diferentes valores del voltaje aplicado. Llene la tabla 3.

Leyes de Kirchhoff

5. Con las fuentes apagadas instale el circuito mostrado en la figura 2.



6. Pida al profesor que revise su circuito. Encienda las fuentes, luego usando un amperímetro identifique el sentido de las corrientes en cada una de las resistencias del circuito. Mida las corrientes y voltajes en todos los elementos del circuito. Anote sus resultados en la tabla 4.

7. Repita los pasos anteriores 4 y 5 cambiando el valor de la resistencia R2 a 100Ω. Anote sus resultados en la tabla 5.

REPORTE DE LABORATORIO

1. Con los datos del paso 2 del procedimiento complete la siguiente tabla.



1 2 3 4 5 6 7 8 9

I (mA) 3.18 6.04 9.03 12.26

15.19 18.26

21.23 24.22

27.19

V (volt)

1V 2V 3V 4V 5V 6V 7V 8V 9V

Grafique el voltaje en función de la corriente, realice un ajuste de curvas.

10 20 30 40 50 60 70 80 900123456789

10

Tabla N°01

V (volt)Linear (V (volt))

I(Amperios)

V(Vo

ltios

)

Determine el valor experimental de la resistencia con su respectivo error porcentual. Explique el resultado.

i) Se sabe que la resistencia es: R = V/I. Entonces, los valores de R que podemos obtener son:

R = 0.3144 KΩ; 0.3311 KΩ; 0.3322 KΩ; 0.3262 KΩ; 0.3291 KΩ; 0.3285 KΩ; 0.3297 KΩ; 0.3303 KΩ; 0.3310 KΩ

ii) Hallando el valor medio:

RPROM= (0.3144 KΩ +0.3311 KΩ +0.3322 KΩ +0.3262 KΩ +0.3291 KΩ +0.3285 KΩ

+0.3297 KΩ +0.3303 KΩ +0.3310 KΩ)/9

RPROM = 0.3280 KΩ



EPROM = (0.0136+0.0031+0.0042+0.0018+0.0005+0.0017+0.0023+0.0030)/9

EPROM = 0.0033

iii) Por lo tanto: La Resistencia es: R= 328 ± 3.3 Ω

2. Con los datos obtenidos del paso 3 del procedimiento complete la tabla siguiente:


La razón de que el valor no sea exactamente

igual es que han influido factores

como:

La resistencia interna d la fuente (que

tiende a cero, pero no es cero).

El valor real de la resistencia(que

cmabia conforme se va usando

constantemente).

El error que producen los

instrumentos de medida(como le

multimetro).

En realidad usamos una resistencia de 330 ohm, la cual está muy próximo al

valor obtenido.


1 2 3 4 5 6 7 8 9

I (mA) 22.83 34.1 42.8 51.1 58.4 65.3 71.4 77.4 83.3

V (volt) 1 2 3 4 5 6 7 8 9


10 20 30 40 50 60 70 80 900123456789

10

Tabla N°02

V (volt)Linear (V (volt))

I(Amperios)

V(Vo

ltios

)

FOCO DE 3V

Realice un ajuste de curvas. Explique sus resultados.




R = 0.0438 KΩ; 0.0586 KΩ; 0.0700 KΩ; 0.0782 KΩ; 0.0856 KΩ; 0.0918 KΩ; 0.0980 KΩ; 0.1033 KΩ; 0.1080 KΩ

ii) Hallando el valor medio:

RPROM = (0.0438 KΩ + 0.0586 KΩ +0.0700 KΩ +0.0782 KΩ +0.0856 KΩ +0.0918

KΩ+ 0.0980 KΩ +0.1033 KΩ +0.1080 KΩ)/9

RPROM = 0.081KΩ


1 2 3 4 5 6 7 8 9


En este caso cambiamos la

resistencia po un foquito de 3v,

luego medimos la corriente para

diferentes valores

aplicados.

Se demostró que la intensidad es directamente

proporcional al voltaje. esto quiere decirv que a mayor voltaje, mayor será

la intensidad.

La intensidad de corriente en una

porción de alambre es proporcional a la

diferencia de potencial que existe entre los extremos de esa porción. Al

resultado sele conoce como Ley de

Ohm (I=V/R).


I (mA) 0.02 0.11 0.16 0.24 0.33 0.45 0.47 0.54 0.58

V (volt)

1.7 1.9 2.1 2.3 2.5 2.7 2.8 2.9 3.0


0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.70

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

Tabla N°03

V (volt)Linear (V (volt))Linear (V (volt))

I(Amperio)

V(Vo

ltaje

)

LED

Realice un ajuste de curvas. Explique sus resultados.




R = 85 KΩ; 17.27 KΩ; 13.125 KΩ; 9.58 KΩ; 7.58 KΩ; KΩ 6; 5.96 KΩ; 5.37 KΩ; 5.17 KΩ.

ii) Hallamos el valor medio:

RPROM = (85 KΩ +17.27 KΩ + 13.125 KΩ +9.58 KΩ +7.58 KΩ +6 KΩ +5.96 KΩ +

5.37 KΩ +5.17 KΩ)/9

RPROM = 17.22kOhm

El error promedio es:

EPROM = 15.065kOhm

iii) Por lo tanto: R=17.221± 5.065kΩ


De la misma forma como el foquito, la resistencia no es

estable, sino varia conforme se le aplica mas voltaje.

Pero su decremento es acelerado, osea, que es cada vez mas rapido

conforme aumentamos la corriente.

En promedio, la resistencia es de 17.22 ohm, la cual es

experimental, no teorica y está afectada por idversos factores tales como el desgasto del led.


4. Con los datos de los pasos 5 y 6 del procedimiento complete la siguiente tabla.

Elemento I(mA)

V(voltios) Sentido de I

R1 4.37 4.37 +

R2 2.2 7.63 +

R3 2.15 1.63 +

Fuente 1 0.14 12 +

Fuente 2 5.18 6 +

Usando los sentidos de corriente establecidos en la tabla 4, escribir la ley de nodos en el nodo a del circuito.

Para la ley de nodos, sabemos que:

Entonces:

Por el comportamiento de la corriente:

I 1=I 2+ I 3


∑k=1

n

I k=I 1+ I 2+ I 3+…+ I n=0.

∑k=1

3

I k=I 1+ I 2+ I 3=0…(i)


Reemplazar los datos experimentales de las corrientes de la tabla 4 en la ecuación (i) y ver si se verifica la igualdad.

Si: I 1=4.37 , I 2=2.2 , I 3=2.15

Es fácil darse cuenta que I 1=I 2+ I 3, pues: 2.2 + 2.15

= 4.37 = I1.

Justifique su resultado obtenido.

Usando los sentidos de corriente establecidos en la tabla 4. Escribir la ley de mallas para las 3 mallas del circuito.

Para la primera malla: V1 + V2 + VF1= 0… (ii)

Para la segunda malla: V2 + V3 + VF2 = 0… (iii)

Para la tercera malla: V1 + V3 + VF1 +VF2 = 0… (iv)


I2 I3 I1

Corrientes que salen del nodo

Corriente que ingresa al nodo

Se cumple lo siguiente:


Reemplazar los datos experimentales de los voltajes de la tabla 4 en las ecuaciones (ii), (iii) y (iv). Verifique la igualdad.

Para la primera malla:4.37 + 7.63 -12= 0

Para la segunda malla: -7.63 + 1.63 + 6= 0

Para la tercera malla: 5.03 + 1.63 - 12 +6= 0

Justifique sus resultados obtenidos.


La ley de mallas se cumple, pues las subidas de tension se

compensan con las caídas de tensión.

La suma de voltajes es cero (equilibrio).

Podemos decir que el voltaje que emite una fuente se

distribuye en la malla en las rsistencias ocn direccion

contraria.



Elemento

I(mA) V(voltios)

Sentido de I

R1 5.59 5.59 +

R2 2.81 6.42 +

R3 2.77 0.42 +

Fuente 1 0.14 12 +

Fuente 2 5.18 6 +

Usando los sentidos de corriente establecidos en la tabla 5, escribir la ley de nodos en el nodo a del circuito. Reemplace los valores experimentales y justifique sus resultados.

Para la ley de nodos, sabemos que:

Entonces:


∑k=1

n

I k=I 1+ I 2+ I 3+…+ I n=0.

∑k=1

3

I k=I 1+ I 2+ I 3=0…(i)


Si experimentalmente hallamos que: I 1=5.58 , I 2=2.81 , I 3=2.77

Es fácil darse cuenta que I 2=I 1+ I 3, pues: 2.81 +

2.77 = 5.58 ≈ I1.

Se cumple que I2 (corriente que ingresa al nodo) es igual a la suma de las corrientes I1 e I3(corrientes que salen del nodo).

Usando los sentidos de corriente establecidos en la tabla 5, escribir la ley de mallas para las 3 mallas del circuito. Reemplace los valores experimentales y justifique sus resultados.

Para la primera malla: V1 + V2 + VF1= 0… (ii)

Para la segunda malla: V2 + V3 + VF2 = 0… (iii)

Para la tercera malla: V1 + V3 + VF1 +VF2 = 0… (iv)

Reemplazando los valores experimentales:

Para la primera malla: 5.59 + 6.42 -12= 0

Para la segunda malla:-6.42+ 0.42 + 6= 0

Para la tercera malla: 5.59+ 0.42 – 12 + 6= 0


La ley de mallas se cumple, pues las subidas de tensión se compensan con las caídas de tensión.


CUESTIONARIO

1. Realice una investigación bibliográfica y explique los fundamentos del funcionamiento de un amperímetro.


El amperimetro es un aparato o instrumento que permite medir la intensidad de corriente electrica, presentando directamente sobre su escala calibrada las unidades empleadas para ello denominadas amperios o bien fraccion de amperios, la medida deseada.

Su funcionamiento está basado en uno de los principios fundamentales del electromagnetismo que nos indica que cualquier corriente eléctrica pasa por un hilo conductor produce un campo magnetico alededor del mismo, cuya fuerza depende de la ntensidad de la corriente que circule.

Tiene una rssitencia interna muy pequeña, por debajo de un 1 ohm, con la finalidad de que su presencia no disminuya la corriente a medir cuando se conecta a un circuito eléctrico.


CONEXIÓN DE UN AMPERÍMETRO (A) EN UN CIRCUITO

CONCLUSIONES


Para efectuar la medida es necesario que la intensidad de la corriente circule por el amperimetro, por lo que éste debe colocarse en seri, para que sea atravesado pro dicha corriente.

El amperimetro debe poseer una resistencia interna lo mas pequeña posible con la finalidad de evitar una caída de tnesion aplicable. Para ello en caso de instrumentos basados en los efectos electromagnéticos de la corriente electrica, están dotados de bobinas de hilo grueso y con pocas espiras.

Se ha demsotrado que la tension es igual cuando

está en paralelo tomando dos puntos en

común, cuando colocamos el multimetro

en aralelo ocn las resistencias.

Se ha demostrado que el amperaje es el mismo

solo en serie. Para medir el amperaje,

desconectamos el amperimetro en serie

para saber que valor de amperaje pasa por ese

tramo del circuito.

Sí es posible ocmprobar las leyes de Kirchoff para circuitos resistivos, en la

teoría como en la práctica.

Las resistencias, el foco de 3v y el led nos ayudo

a probar las leyes de Kirchoff difiriendo con un

pequeño margen de error con respecto a la

forma teórica.


BIBLIOGRAFÍA

1. Fisica.Tipler, Paul A., Edit W. H. Freeman; 6° edición (2007)2. Manual de Laboratorio de Física UNI, 2009.3. Física Universitaria, F. Sears, y M, Zemanski, Edit. Addison-Weasley

Pearson 12° edición (2007)4. Física Recreativa, S. Gil y E, Rodriguez, www.fisicarecreativa.com.


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