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CENTRO DE CIENCIA BÁSICACurso: Electricidad y Magnetismo Docente: M. Sc Luz Aída Sabogal Tamayo 1

PRÁCTICA 2: FENÓMENOS DE CORRIENTE CONTINUA

PRÓPOSITO: Establecer características fundamentales de circuitos de corriente continua con resistores y capacitores

A. MEDICIÓN DE LA CAPACITANCIA DE UN CAPACITOR DE PLACA PLANA EN FORMA DIRECTA E INDIRECTA

Se asume la capacitancia (C) de un capacitor como la capacidad que tiene un cuerpo o dispositivo para almacenar, carga eléctrica, por ende campo eléctrico y energía potencial eléctrica. La unidad en el SI es el Faradio (F).

a) Para la medición directa, se usa el capacímetro, el cual se conecta en paralelo con las terminales del capacitor en paralelo, la pila de 9 voltios del medidor carga el capacitor y el circuito determina el valor de la capacitancia.

Figura 1. Capacitor de placa plana con capacímetro

b) El modelo teórico que permite hacer una medición indirecta de la capacitancia es:

C= ϵ Ad , y se debe reportar C=C± ΔC

c) Medición indirecta de la capacitancia de un capacitor de placas paralelas por medición directa del campo eléctrico, (independencia del campo eléctrico y de la diferencia de potencial aplicado al condensador). Se arma el montaje de la figura 2, que consta de capacitor de placas planas paralelas, medidor de campo eléctrico completo, (incluyendo soportes), fuente de voltaje DC (0 V, a, 30 V), voltímetro en dc, cables.


Figura 2. Capacitor De Placas Planas Paralelas Con Medidor De Campo Eléctrico

Coloque como distancia de separación de las placas 4 cm, haga el auto chequeo del medidor, déjelo en la escala más sensible. Llene la tabla 1.

Repita el procedimiento hasta llenar la tabla 1. En la columna 3 se coloca el valor de la carga eléctrica para cada valor de voltaje.

Tabla 1. Medición indirecta dela capacitancia por medición directa del campo eléctrico

Área de las placas A (m2 )= 0,04m2; Distancia de separación de las placas d (m)= 4x10-2m

VOLTAJE V (V) ELÉCTRICO E (V/m) CARGA ELÉCTRICA Q (C) Q = ε0 ∗ A* E

CAPACITANCIA C (pF)

4.006.008.00

10.0012.0014.00

Nota: El Medidor de campo eléctrico de la figura 1, no puede ser utilizado para medir campos eléctricos alternos, ni en situaciones de altas descargas eléctricas. Tiene 3 escalas (0 – 2 KV), (0 – 20KV) y (0 – 200KV), al usarlo use la escala adecuada y no sobre pase sus valores. El equipo tiene certificado de calibración en ambientes controlados, se recomienda mantenerlo en adecuadas condiciones de humedad, y

temperatura.

A. CIRCUITOS RESISTIVOS DE CORRIENTE DIRECTA

a) Montaje de circuito mínimo para diferencias fuente de fuerza electromotriz y diferencia de potencial y para medir la resistencia interna de una fuente.

Antes de conectar el montaje de la figura 3, verifique con ayuda del óhmetro los valores máximos y mínimos de la resistencia variable (reóstato), y ubique la posición del cursor para que la resistencia sea de 5 𝞨. Para un manejo adecuado del óhmetro haga uso del anexo 1. Para estimar el orden de magnitud de la máxima corriente que logra en su circuito, reemplace en la Ley de Ohm R = 5 W y como voltaje la fem de l apila (1,5 V), con esto selecciona la escala del amperímetro.

I f=V f

R , (1)

En la figura 3, se muestra el esquema del circuito de la práctica, que incluye la pila con su respectiva resistencia interna, Ri, el interruptor S, en estado abierto, y el amperímetro (A), todos conectados en


serie. El voltímetro (Vab), se conecta en paralelo entre los bornes de la pila. Arme este circuito. Use dos multímetros uno para cada variable.

Figura 3. Circuito mínimo con medidores de voltaje y corriente

Para analizar el circuito de la figura 3, se aplica tanto la regla de Ohm, como los principios de conservación de la energía y de la carga, y se encuentra la siguiente ecuación:

V ab=−rI+ϵ (2)

Anote como 𝟄o, en la tabla 2, lo que este marcando el voltímetro con el interruptor abierto, esto corresponde a la fuerza electromotriz de la pila (fem). Haga las lecturas en forma rápida para evitar el desgaste innecesario de la pila y cuando no este tomando datos abra el interruptor. Haga revisar el montaje por el profesor

Tabla 2. Fem, Diferencia de potencial y Resistencia interna de una pila

ϵ 0(V): _________; ΔI (A): ____________; ΔV (V): __________

Diferencia de potencial V ab(V )

Corriente EléctricaI (A)

Resistencia Internari (𝞨)


b) Medición de resistencias carbono con el Óhmetro y con el código de colores. Haga uso de los anexos 1 y 2

Figura 2. Código de colores para hallar el valor de la resistencia eléctrica

Tabla 3. Medición de Resistencia de carbono

MEDICIÓN DE RESISTENCIAS CON EL CÓDIGO DE COLORES

MEDICIÓN DE RESISTENCIAS CON EL OHMETRO

R Valor (𝞨) ΔR (𝞨) R Valor (𝞨) ΔR (𝞨)R1 R1R2 R2R3 R3Req_S Req_SReq_P

Req_p

Req_S: Resistencia equivalente en serieReq_P: Resistencia equivalente en paralelo

c) Circuito Resistivo En Serie (Corriente Directa) Haga uso de los anexos 1 y 2.

Hacer el siguiente montaje, según la figura 4, con ayuda del Board.


Figura 4 Diagrama eléctrico del circuito resistivo en serie

Use dos multímetro: uno usado como amperímetro y el otro como voltímetro, llene la tabla

Tabla 4. Circuito Resistivo en Serie

Fem = ; If (valor teórico) (A)= Discrepancia en Vf Discrepancia en If

VOLTAJE EN LAS RESISITENCIAS (V)

CORRIENTE ELÉCTRICA EN LAS RESISITENCIAS (A)

V Valor (V) ΔV (V) I Valor (A) ΔI (A)V1 I

1V2 I

2V3 I

3Vf If

d) Circuito Resistivo En Paralelo (Corriente Directa) Haga uso de los anexos B y C. Haga el siguiente montaje con ayuda del Board.

Figura 5. Diagrama eléctrico del circuito resistivo en paralelo

Use dos multímetro uno usado como amperímetro y el otro como voltímetro, llene la tabla 6

Tabla 5. Circuito Resistivo en Paralelo

Fem = ; If (valor teórico) (A)= Discrepancia en Vf Discrepancia en If

VOLTAJE EN LAS RESISITENCIAS (V)

CORRIENTE ELÉCTRICA EN LAS RESISITENCIAS (A)

Voltaje Valor ΔV Corriente Valor ΔIV1 I1V2 I2V3 I3Vf If

SE DEBE HACER Y ENTREGAR UN INFORME TIPO ARTÍCULO SOBRE ESTE TRABAJO EXPERIMENTAL


ANEXO 1. PROTOCOLO USO ADECUADO DE MEDIDORES ELECTRICOS

MULTIMETRO

El instrumento de medida más común y básico que se debe saber usar, para la medición de variables eléctricas es el multímetro digital, el cual se muestra en la figura 1.

Figura 1. Voltímetro Digital Fuente: http://www.mecanicadeautos.info/fotos/Multimetro1.jpg

http://www.mecanicadeautos.info/fotos/Multimetro1.jpg


A. MANEJO DEL OHMETRO (para medir resistencia eléctrica R (ohmios) (𝞨)1. Verificar conexión de cables de medición Cable negro en el COM (tierra o negativo del

medidor)Cable rojo en V, 𝞨

2. Selección de la función Colocar el selector de función en la parte del medidor que tenga las unidades de resistencia eléctrica (𝞨)

3. Selector de escala Se debe usar la mayor al tamaño de la variable que se va a medir. Si no se tiene una idea sobre el tamaño de la resistencia, se debe empezar desde la escala mayor y se va disminuyendo

4. Hacer la lectura correctamente Verificar el ajuste de la escala (esto se hace con el medidor encendido y juntando las puntas de los cables de medición. Anotar este desajusteLa conexión se debe hacer en paralelo y el elemento al que se le va a medir la resistencia debe estar des energizado(desconectado de fuentes o pilas) Asegurar buena conexiónNo interferir con la lectura

5. Reportar la medición adecuadamente La medición se debe reportar así R = R ± ΔR, donde ΔR es la incertidumbre absoluta en la mediciónNo confundir el ΔR con el desajusteR es el valor medido, pero si la escala presentó desajuste, si este era positivo, se le resta a la lectura de escalaCalcular el ΔR, el error de escala es el último digito de la visualización, pero metrológicamente se debe normalizar dividiendo por √3


B. MANEJO DEL VOLTIMETRO (para medir diferencia de potencial eléctrico (voltios) (V)

1. Verificar conexión de cables de medición Cable negro en el COM (tierra o negativo del medidor)Cable rojo en V, 𝞨

2. Selección de la función Colocar el selector de función en la parte del medidor que tenga las unidades de voltaje de directa ( ), o de alterna (V ~)

3. Selector de escala Hay dos escalas: de directa ( ), o de alterna (V ~), seleccionar la adecuada de acuerdo al tipo de funciónSe debe usar una escala de valor mayor al tamaño de la variable que se va a medir. Si no se tiene una idea sobre el tamaño el orden de magnitud del voltaje, se debe empezar desde la escala mayor, y se va disminuyendo

4. Hacer la lectura correctamente Verificar el ajuste de la escala (esto se hace con el medidor encendido), Si al estar las puntas de medición separadas se visualiza un dato en la pantalla, esto se debe anotar como el desajusteLa conexión se debe hacer en paraleloAsegurar buena conexión

5. Reportar la medición adecuadamente V = V ± ΔV

La medición se debe reportar así V = V ± ΔV, donde Δv es la incertidumbre absoluta en la mediciónNo confundir el Δv con el desajusteR es el valor medido, pero si la escala presentó desajuste, si este era positivo, se le resta a la lectura de escala y si es negativo se le sumaCalcular el Δv, el error de escala es el último digito de la visualización, pero metrológicamente se debe normalizar dividiendo por √3


C. MANEJO DEL AMPERIMETRO (para medir Corriente eléctrica (Amperios) (A)

1. Verificar conexión de cables de medición Cable negro en el COM (tierra o negativo del medidor)Determinar de manera teórica el tamaño de la

corriente, se calcula I f=V f

R ,

Si es del orden de magnitud de miliamperios, el cable rojo se conecta en mA.Pero si es del orden de magnitud de amperios, el cable rojo se conecta en A

2. Selección de la función Colocar el selector de función en la parte del medidor que tenga las unidades de corriente eléctrica de directa ( ), o de alterna (A ~)

3. Selector de escala Hay dos escalas: de directa ( ), o de alterna (A ~), seleccionar la adecuada de acuerdo al tipo de funciónSe debe usar una escala de valor mayor al tamaño de la variable que se va a medir y con la conexión de cables apropiada como se dio en el numeral 1, con ese mismo cálculo se selecciona la escala mayor.

4. Hacer la lectura correctamente Verificar el ajuste de la escala (esto se hace con el medidor encendido), Si al estar las puntas de medición separadas se visualiza un dato en la pantalla, esto se debe anotar como el desajusteLa conexión se debe hacer en SERIE, ojo, esto requiere armar un circuito mínimoAsegurar buena conexión

5. Reportar la medición adecuadamente A= A ± ΔA

La medición se debe reportar así A= A ± ΔA, donde ΔA es la incertidumbre absoluta en la mediciónNo confundir el ΔA con el desajusteR es el valor medido, pero si la escala presentó desajuste, si este era positivo, se le resta a la lectura de escala y si es negativo se le sumaCalcular el ΔA, el error de escala es el último digito de la visualización, pero metrológicamente se debe normalizar dividiendo por √3


E. MANEJO DEL CAPACIMETRO (para medir capacitancia eléctrica C (en faradios = F)

1. Verificar conexión de cables de medición Cable negro en el COM (tierra o negativo del medidor)Cable rojo en f,V,R

2. Selección de la función Colocar el selector de función en la parte del medidor que tenga las unidades frecuencia esto es F

3. Selector de escala Se debe usar una escala de valor mayor al tamaño de la variable que se va a medir, si no se conoce, se empieza con la mayor y se va disminuyendo no al revés


5. Reportar la medición adecuadamente C = C± ΔC

La medición se debe reportar así C = C± ΔC, donde ΔC es la incertidumbre absoluta en la mediciónNo confundir el ΔC con el desajusteR es el valor medido, pero si la escala presentó desajuste, si este era positivo, se le resta a la lectura de escala y si es negativo se le sumaCalcular el ΔC, el error de escala es el último digito de la visualización, pero metrológicamente se debe normalizar dividiendo por √3


D. MANEJO DEL FRECUENCIMETRO (para medir frecuencia (en Hertz = Hz)

1. Verificar conexión de cables de medición Cable negro en el COM (tierra o negativo del medidor)Cable rojo en f,V,R

2. Selección de la función Colocar el selector de función en la parte del medidor que tenga las unidades frecuencia esto es Hz

3. Selector de escala Solo tiene dos escalas. Usar la mayor y luego bajar


5. Reportar la medición adecuadamente f = f ± Δf

La medición se debe reportar así f = f ± Δf, donde Δf es la incertidumbre absoluta en la mediciónNo confundir el Δf con el desajusteR es el valor medido, pero si la escala presentó desajuste, si este era positivo, se le resta a la lectura de escala y si es negativo se le sumaCalcular el Δf, el error de escala es el último digito de la visualización, pero metrológicamente se debe normalizar dividiendo por √3


ANEXO 2: USO DEL BOARD O TABLERO DE CONEXIONES

Un Board, es una especie de tablero con orificios, en la cual se pueden insertar componentes electrónicos y cables

para armar circuitos. Como su nombre lo indica, esta tableta sirve para experimentar con circuitos. Cuando los circuitos se alimenten con corriente alterna, la frecuencia de ésta, debe ser relativamente baja inferior a 10 ó 20 MHz,

Fuente: https://www.google.com.co/search?q=usos+del+board&biw=891&bih=333&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEwi5sP6ArPPLAhXKrB4KHYE2DCUQ_AU

IBigB#tbm=isch&q=usos+del+protoboard

Un board tiene 3 regiones: canal central, es la región localizada en el medio del board, se usa para colocar los circuitos integrados; Buses Los buses se localizan en ambos extremos del protoboard, se representan por las líneas rojas (buses positivos o de voltaje) y azules (buses negativos o de tierra) y conducen de acuerdo a estas, no existe conexión física entre ellas, (La fuente de voltaje, generalmente se conecta aquí); Pistas: La pistas se localizan en la parte central del protoboard, se representan y conducen según las líneas rosas

En la zona denominada pistas, los orificios verticales antes del y después del canal central equivalen a puntos comunes, y los horizontales son puntos diferentes.

Fuente: https://www.google.com.co/search?q=usos+del+board&biw=891&bih=333&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEwi5sP6ArPPLAhXKrB4KHYE2DCUQ_AUIBigB#tbm=isch&q=usos+del+protoboard&imgrc=Uxc_wyAsBolLcM%3A

https://www.google.com.co/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwiEjdWssvPLAhWKJR4KHZ9ZAiQQjRwIBw&url=https://mmde18.wordpress.com/2014/08/&bvm=bv.118443451,d.dmo&psig=AFQjCNHOtkynHuWG7mvujVp3phYFuSA8TQ&ust=1459804500440100

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