Guia Del Laboratorio Nº04 Fuerza Electromotriz

CURVAS CARACTERISTICAS VOLTAJE CORRIENTE 0

TEMA: FUERZA ELECTROMOTRIZ, RESISTENCIA INTERNA, EFICIENCIA Y POTENCIA DE UNA FUENTE DE CORRIENTE CONTINUA.

CURSO: FÍSICA GENERAL III

PROFESOR: FRANCISCO UGARTE PALACIN

INTEGRANTES:

HUALLPA PHUYO, Melanie Karen 20070141G

MENDOZA DAVILA, Jorge Alfredo 20072089B

SECCION: ‘D’ FECHA: 17-06-2008

UNI- FACULTAD DE ING. MECANICA Ing. Mecánica- FISICA GENERAL III


CICLO: 2008-I

INDICE

INDICE……………………………………………………………………………1

I.

OBJETIVO……………………………………………………………………………

……….2

II. FUNDAMENTO TEORICO

FUERZA ELECTROMOTRIZ, RESISTENCIA INTERNA, EFICIENCIA

DE UNA FUENTE DE CORRIENTE CONTINUA…………………….

………..2

III. EQUIPO E

INSTRUMENTOS……………………………………………………..3 IV.

PROCEDIMIENTO…………………………………………………………………

…….5

HOJA DE

DATOS…………………………………………………………………….7

V. PROCESAMIENTO DE DATOS……………………………………..

……………..8

VI.

OBSERVACIONES…………………………………………………………………

…..10

VII.

CONCLUSIONES……………………………………………………………………

…11



VII.

BIBLIOGRAFIA………………………………………………………………………

…12

VIII.

ANEXOS……………………………………………………………………………

…….13

CURVAS CARACTERISTICAS VOLTAJE - CORRIENTE

I. OBJETIVOS:

Obtener las graficas voltaje-corriente de elementos resistivos y estudiar sus características.

Conocer los distintos elementos resistivos.Voltaje, Amperímetro, Resistencia.

Ampliar nuestros conocimientos sobre el uso del multímetro digital.

- Voltaje- Resistencia- Amperímetro

II. FUNDAMENTO TEORICO:



¿Qué es una fuente electromotriz?

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.

Pilas o baterías. Son las fuentes de FEM más conocidas del gran público. Generan energía eléctrica por medios químicos. Las más comunes y corrientes son las de carbón-zinc y las alcalinas, que cuando se agotan no admiten recarga. Las hay también de níquel-cadmio (NiCd), de níquel e hidruro metálico (Ni-MH) y de ión de litio (Li-ion), recargables. En los automóviles se utilizan baterías de plomo-ácido, que emplean como electrodos placas de plomo y como electrolito ácido sulfúrico mezclado con agua destilada.

¿Qué es un amperímetro?

Se denomina intensidad de corriente eléctrica a la carga eléctrica que pasa a través de una sección del conductor en la unidad de tiempo. En el Sistema Internacional de Unidades se expresa en C·s-1

(culombios partido por segundo), unidad que se denomina amperio.

Si la intensidad es constante en el tiempo se dice que la corriente es continua; en caso contrario, se llama variable. Si no se produce almacenamiento ni disminución de carga en ningún punto del conductor, la corriente es estacionaria.

Se mide con un galvanómetro que, calibrado en amperios, se llama amperímetro y en el circuito se coloca en serie con el conductor cuya intensidad se desea medir. El valor I de la intensidad instantánea será:

Si la intensidad permanece constante, en cuyo caso se denota Im, utilizando incrementos finitos de tiempo se puede definir como:


http://es.wikipedia.org/wiki/Amper%C3%ADmetro

http://es.wikipedia.org/wiki/Galvan%C3%B3metro

http://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_continua

http://es.wikipedia.org/wiki/Amperio

http://es.wikipedia.org/wiki/Segundo

http://es.wikipedia.org/wiki/Culombio

http://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_Internacional_de_Unidades

http://es.wikipedia.org/wiki/Carga_el%C3%A9ctrica


Si la intensidad es variable la fórmula anterior da el valor medio de la intensidad en el intervalo de tiempo considerado.

Según la ley de Ohm, la intensidad de la corriente es igual al voltaje dividido por la resistencia que oponen los cuerpos:

Intensidad de corriente en un elemento de volumen:

donde encontramos n como el número de cargas portadoras por unidad de volumen; q refiriéndose a la carga del portador; V la velocidad del portador y finalmente A como el área de la sección del conductor.

¿Qué es una resistencia eléctrica?

Resistencia eléctrica es toda oposición que encuentra la corriente a su paso por un circuito eléctrico cerrado, atenuando o frenando el libre flujo de circulación de las cargas eléctricas o electrones. Cualquier dispositivo o consumidor conectado a un circuito eléctrico representa en sí una carga, resistencia u obstáculo para la circulación de la corriente eléctrica.

QUE ES EL OHMEl ohm es la unidad de medida de la resistencia que oponen los materiales al paso de la corriente eléctrica y se representa con el símbolo o letra griega " " (omega).R=E/I

R=ρ.LS

De donde:

R = Resistencia del material en ohm ( ).

= Coeficiente de resistividad o resistencia específica del material en

, a una temperatura dada.

L = Longitud del material en metros.

s = Superficie o área transversal del material en mm2.


http://es.wikipedia.org/wiki/Voltaje

http://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Ohm


Potencia eléctrica.

Cuando conectamos un equipo o consumidor eléctrico a un circuito alimentado por una fuente de fuerza electromotriz (F.E.M), como puede ser una batería, la energía eléctrica que suministra fluye por el conductor, permitiendo que, por ejemplo, una bombilla de alumbrado, transforme esa energía en luz y calor, o un motor pueda mover una maquinaria.

De acuerdo con la definición de la física, “la energía ni se crea ni se destruye, se transforma”. En el caso de la energía eléctrica esa transformación se manifiesta en la obtención de luz, calor, frío, movimiento (en un motor), o en otro trabajo útil que realice cualquier dispositivo conectado a un circuito eléctrico cerrado.

La energía utilizada para realizar un trabajo cualquiera, se mide en “joule” y se representa con la letra “J”.

Potencia es la velocidad a la que se consume la energía. Si la energía fuese un líquido, la potencia sería los litros por segundo que vierte el depósito que lo contiene. La potencia se mide en joule por segundo (J/seg) y se representa con la letra “P”.

Un J/seg equivale a 1 watt (W), por tanto, cuando se consume 1 joule de potencia en un segundo, estamos gastando o consumiendo 1 watt de energía eléctrica.

La unidad de medida de la potencia eléctrica “P” es el “watt”, y se representa con la letra “W”.

P=V.I P=I2.R P=V2/R

Fuentes de corriente continua.La corriente directa (CD) o corriente continua (CC) es aquella cuyas cargas eléctricas o electrones fluyen siempre en el mismo sentido en un circuito eléctrico cerrado, moviéndose del polo negativo hacia el polo positivo de una fuente de fuerza electromotriz (FEM), tal como ocurre en las baterías,



las dinamos o en cualquier otra fuente generadora de ese tipo de corriente eléctrica.

Ley de kirchhoff.

Estas son la Ley de los nodos o ley de corrientes y la Ley de las "mallas" o ley de tensiones. Son muy utilizadas en ingeniería eléctrica para obtener los valores de intensidad de corriente y potencial en cada punto de un circuito eléctrico. Surgen de la aplicación de la ley de conservación de la energía.

Enunciado de las Leyes

Ley de los nodos o ley de corrientes de Kirchhoff

1a. Ley de circuito de KirchhoffEn todo nodo, donde la densidad de la carga no varíe en un instante de tiempo, la suma de corrientes entrantes es igual a la suma de corrientes salientes.

Un enunciado alternativo es:

En todo nodo la suma algebraica de corrientes debe ser 0 (cero).


http://es.wikipedia.org/wiki/Tiempo

http://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_conservaci%C3%B3n_de_la_energ%C3%ADa

http://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_conservaci%C3%B3n_de_la_energ%C3%ADa

http://es.wikipedia.org/wiki/Circuito_el%C3%A9ctrico

http://es.wikipedia.org/wiki/Potencial_el%C3%A9ctrico

http://es.wikipedia.org/wiki/Intensidad_de_corriente_el%C3%A9ctrica

http://es.wikipedia.org/wiki/Ingenier%C3%ADa_el%C3%A9ctrica

http://es.wikipedia.org/wiki/Imagen:KCL.png

http://es.wikipedia.org/wiki/Imagen:KCL.png


Ley de las "mallas" o ley de tensiones de Kirchhoff

2a. Ley de circuito de KirchhoffEn toda malla la suma de todas las caídas de tensión es igual a la suma de todas las subidas de tensión.

Un enunciado alternativo es:

en toda malla la suma algebraica de las diferencias de potencial eléctrico debe ser 0.

III. EQUIPO E INSTRUMENTOS:

. Una fuente de corriente continua (pila).


http://es.wikipedia.org/wiki/Imagen:KVL.png

http://es.wikipedia.org/wiki/Imagen:KVL.png


. Un voltímetro (escala máxima tres voltios).

. Un amperímetro.

. Una resistencia variable (puente unificador).



IV. PROCEDIMIENTO

1.- Arme el circuito mostrado a continuación y usando el máximo valor de la resistencia R (su máxima longitud) anote las indicaciones del amperímetro y del voltímetro.



2.- Disminuya la magnitud de R de modo que V disminuya y anote las indicaciones del amperímetro y del voltímetro así como la magnitud de R, esta ultima puede expresarla en unidades de longitud por ser alambre con sección transversal constante.

3.- Arme el circuito que se muestra a continuación.

4.- Disminuya la magnitud de R de modo que V disminuya y anote las indicaciones del amperímetro y del voltímetro así como la magnitud de R, esta ultima puede expresarla en unidades de longitud por ser alambre con sección transversal constante.

HOJA DE DATOS:

CIRCUITO N° 1:



CIRCUITO N° 2:

Espesor del alambre: 1mm r = 0,5mm

V. PROCESAMIENTO DE DATOS:


TABLA N°1

I(A) V L(cm)1.76 0.25 51.50 0.35 101.29 0.45 151.18 0.50 201.13 0.52 250.94 0.60 350.89 0.62 400.84 0.65 450.78 0.70 500.68 0.75 60

TABLA N°2

I(A) V L(cm)1.62 0.20 51.39 0.27 101.25 0.35 151.10 0.40 200.96 0.50 300.93 0.55 350.83 0.56 400.73 0.61 500.66 0.65 600.62 0.68 65


GRAFICAS (V=f (i))

1° GRAFICO: Para el primer circuito:

En el grafico tenemos:

Cuando extrapolamos la recta esta se intersecta con el eje de las abscisas (Intensidad de corriente), cuando el voltaje de la Bateria tiende a cero; y se intersecta con el eje de las ordenadas (Voltaje) cuando la intensidad de corriente tiende a cero

V=1,0277V

Icc=2.28A

2° GRAFICO: Para el segundo circuito:


INTENSIDAD DE CORRIENTE vs. VOLTAJE

V = -0.4471 I + 1.0277

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

-2 -1 0 1 2 3 4 5

INTENSIDAD DE CORRIENTE(i)

VO

LT

AJE

(V)


En el grafico tenemos:

Cuando extrapolamos la recta esta se intersecta con el eje de las abscisas (Intensidad de corriente), cuando el voltaje de la Bateria tiende a cero; y se intersecta con el eje de las ordenadas (Voltaje) cuando la intensidad de corriente tiende a cero

V=0.977V

Icc=1.971A

CALCULO DE LA RESISTENCIA DEL ALAMBRE DE NICROM:


INTENSIDAD DE CORRIENTE vs.VOLTAJE

V = -0.4956I + 0.977

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

-2 -1 0 1 2 3 4

INTENSIDAD DE CORRIENTE(i)

VO

LT

AJE

(V)


Debido a que nuestra resistencia variable era un alambre de sección transversal constante podemos calcular las resistencias conforme se da la variación de la longitud mediante la siguiente fórmula:

R= ρA

×L

De donde :

Para el Circuito 1:

ρA

=0 . 017Ω/cm

Para el Circuito 2:

ρA

=0 . 0162Ω/cm

Siendo el radio del alambre: r=0.5mm=0.05cm


RESISTENCIA vs:LONGITUD

R = 0.0162L + 0.0279

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

0 20 40 60 80

LONGITUD(cm)

RE

SIS

TE

NC

IA

RESISTENCIA vs:LONGITUD

R = 0.017L + 0.048

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

0 20 40 60 80

LONGITUD(cm)

RE

SIS

TE

NC

IA

CIRCUITO 1

L R(Ω)5 0.14210 0.23315 0.34920 0.42425 0.46035 0.63840 0.69745 0.77450 0.89760 1.103

CIRCUITO 2L R(Ω)5 0.12310 0.19415 0.28020 0.36430 0.52135 0.59140 0.67550 0.83660 0.98565 1.097


Tenemos que:

La RESISTIVIDAD DEL ALAMBRE es:

Para la GRAFICA N°1:

ρA

=0 . 017Ω/cm

ρ

π (0. 05 )2=0 . 017Ω/cm ⇒ ρ=1. 335×10−4


ρA

=0 . 0162Ω/cm

ρ

π (0. 05 )2=0 . 0162Ω/cm⇒ ρ=1 . 272×10−4

De las gráficas halladas anteriormente por extrapolación tenemos tanto el voltaje de la pila como la intensidad de corriente de corto circuito:


ε=1 .0277 V I cc=2 .28 A


ε=0 . 977 V I cc=1 . 971 A

La corriente de corto circuito es aquella que fluye por el circuito cuando la resistencia de carga R es cero. Entonces:

I cc=εr

Para el Circuito 1: r=0 . 45ΩPara el Circuito 2: r=0 . 48Ω

De las siguientes ecuaciones obtendremos los valores de la potencia total, la potencia externa y la eficiencia.



Ptotal=I×ε Pexterna=Iε−I 2r

e=1−rε×I

PARA EL CIRCUITO 1I(A) Ptotal Pexterna Eficiencia1.76 1.809 0.415 0.2291.5 1.542 0.529 0.3431.29 1.326 0.577 0.4351.18 1.213 0.586 0.4831.13 1.161 0.587 0.5050.94 0.966 0.568 0.5880.89 0.915 0.558 0.6100.84 0.863 0.546 0.6320.78 0.802 0.528 0.6580.68 0.699 0.491 0.702

PARA EL CIRCUITO 2 I(A) Ptotal Pexterna Eficiencia1.62 1.583 0.323 0.2041.39 1.358 0.431 0.3171.25 1.221 0.471 0.3861.1 1.075 0.494 0.4600.96 0.938 0.496 0.5280.93 0.909 0.493 0.5430.83 0.811 0.480 0.5920.73 0.713 0.457 0.6410.66 0.645 0.436 0.6760.62 0.606 0.421 0.695

Para el CIRCUITO Nº1:



0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 2.000.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

1.40

1.60

1.80

2.00

Para el CIRCUITO 1 PtotalLinear (Para el CIRCUITO 1 Ptotal)Para el CIRCUITO 1 Pex-ternaPolynomial (Para el CIRCUITO 1 Pexterna)Para el CIRCUITO 1 Efi-cienciaLinear (Para el CIRCUITO 1 Eficiencia)

Para el CIRCUITO Nº2:

0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.80.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

1.40

1.60

1.80

Para el CIRCUITO 2 PtotalLinear (Para el CIRCUITO 2 Ptotal)Para el CIRCUITO 2 Pex-ternaPolynomial (Para el CIRCUITO 2 Pexterna)Para el CIRCUITO 2 Efi-cienciaLinear (Para el CIRCUITO 2 Eficiencia)

VI. CONCLUSIONES:



VII. BIBLIOGRAFIA

Universidad Nacional de Ingeniería - Manual de Laboratorio de

Física General

Francis W.Sears, Mark W. Zemansky, Hugh D. Young, Roger A.

Freedman. Física Universitaria - Volumen II, undécima edición

Editorial Pearson de México S.A., México 2004 -Págs. 947-953.

Serway Física – Volumen 2 Física. Cuarta edición Editorial Mc

Graw Hill.

VII. ANEXO



MANEJO DE UN MULTIMETRO DIGITALInforme basado en un multímetro digital modelo YF-3120

LEYENDA:

1.- Pantalla de cristal líquido.2.- Escala o rango para medir un voltaje en continua.



3.- Escala o rango para medir corriente en continua.4.- Escala o rango para medir corriente en alterna.5.- Escala o rango para medir un voltaje en alterna.6.- Llave selectora de medición.7.- Escala o rango para medir resistencia.8.- Continuidad, prueba de diodos y resistencias.9.- Zócalo de conexión para medir capacitores o condensadores.10.- Borne de conexión o “jack” para la punta roja cuando se elija el rango de 20A máximo, tanto en alterna como en continua.11.- Borne de conexión o “jack” para poner la punta roja si se va a medir mA (miliamperes), tanto en alterna como en continua.12.- Borne o “jack” de conexión para la punta roja, cuando se quiere medir tensión y resistencia, tanto en corriente alterna como en continua.13.- Borne de conexión o “jack” negativo para la punta negra.14.- Posición de apagado, el encendido es automático al girar la llave selectora fuera de la posición “OFF”.

Aclaración importante:

La corriente alterna o AC; es aquella que se produce mediante generadores electromagnéticos, de tal forma que en el caso de nuestro país, fluye cambiando el polo positivo a polo negativo, 50 veces por segundo. Por esto la corriente domiciliaria se dice que tiene un voltaje de 220 V a una frecuencia de 50 HZ (Hertz). La razón para que la tensión en el uso domiciliario sea alterna, es que resulta menos costosa que la continua, ya que se la puede suministrar más directamente desde la usina, sin rectificarla a corriente continua.La corriente continua o DC, es aquella en el cual todo instante la corriente fluye de positivo a negativo por ejemplo las baterías y pilas.

VENTAJA DE UN MULTIMETRO DIGITAL QUE EL MULTIMETRO ANALOGICO

Con un multímetro digital podemos tener una lectura directa de la magnitud que se quiere medir.



En cambio con el multímetro analógico (o de aguja), tenemos que comparar la posición de la aguja con respecto a la escala, lo cual trae aparejado dos errores, como el de apreciación (que depende del ojo o buena vista del operario) y el error de paralaje (por la desviación de la vista) que muchas veces no respeta la dirección perpendicular a la escala. A todo esto debemos sumarle el error de precisión del propio instrumento, lo cual hace evidente que resulta mucho más ventajosa la lectura de un multímetro digital.

SELECCIÓN DE LAS MAGNITUDES Y ESCALAS

Continuidad , prueba de diodos y resistencias :“Tengamos en cuenta que para utilizar el multímetro en esta escala, el componente a medir no debe recibir corriente del circuito al cual pertenece y debe encontrarse desconectado”.

Si colocamos la llave selectora en la posición “1”, podremos medir continuidad mediante el sonar de un timbre, por ejemplo cuando en un mazo de cables se busca con las puntas de prueba un extremo y el correspondiente desde el otro lado. Se activa un zumbido si la resistencia es menor de 30 Ω (aproximadamente). Si la resistencia es despreciable (como debería ocurrir en un conductor), no solo sonará el timbre sino que además en la pantalla se indicará 000. Cuando encuentra una resistencia, la indicación son los milvolts de caida de tensión, por la resistencia detectada, a mayor resistencia, mayor serán los mV indicados.Por esto cuando se prueba diodos (llave selectora en la posición “2”); en un sentido (el inverso a su polaridad), indica el número “1” a


Puntas de prueba: Negra a “COM” (13) y roja a “v/Ω” (12).


la izquierda de la pantalla. Esto significa que está bloqueando la corriente (con una resistencia muy elevada) y por lo tanto no se encuentra en corto circuito. En cambio en la polaridad correcta, la pantalla indica unos milivolts que dependen del tipo de diodo que se está probando, ya que si bien el diodo conduce conectando las puntas en la polaridad correcta, lo hace con resistencia apreciable. El instrumento fija una corriente de prueba de 1mA. Cuando buscamos un valor de la resistencia (llave selectora en “3”); tenemos para elegir escalas o rangos con un máximo de: 200Ω, 2KΩ, 20KΩ, 200KΩ, 2000KΩ y 20MΩ.Si el valor a medir supera el máximo de la escala elegida, la pantalla indicará “1”a su izquierda. Por lo tanto habrá que ir subiendo de rango hasta encontrar la correcta.Muchas veces se sabe de antemano cuanto debería medir la resistencia, por ejemplo si se conoce que debe medir 589KΩ, entonces la llave selectora se coloca en la escala inmediata superior, que en este caso sería 2000KΩ

Voltaje en DC

Sabemos que como voltímetro se conecta en paralelo con el componente a medir, de tal manera que indique la diferencia de potencial entre las puntas.El rango de voltaje son: 200mV, 2V, 20V, 200Vy 1000V. Siempre hay que empezar por un rango alto, para ir bajando y así obtener mayor precisión. Cuando el valor a medir supere el máximo elegido, también indicará “1”en el lado izquierdo de la pantalla.

Voltaje en AC


Puntas de prueba:

Negra a “COM” (13) y roja a “V/Ω” (12)


Sabemos que como voltímetro se conecta en paralelo con el componente a medir, de tal manera que indique la diferencia de potencial entre las puntas.El rango de voltaje son: 200mV, 2V, 20V, 200Vy 750V. Siempre hay que empezar por un rango alto, para ir bajando y así obtener mayor precisión. Cuando el valor a medir supere el máximo elegido, también indicará “1”en el lado izquierdo de la pantalla.

Corriente en DC

Para medir esta magnitud, hay que tener mucha precaución porque como amperímetro el multímetro se conecta en serie. Por lo tanto toda la corriente a medir se conducirá por su interior, con el riesgo de quemarlo. El tiempo recomendado es de 15s de uso para medir esta escala.La escala a utilizar es:

Donde la escala indica el rango: 200µA, 20mA, 200mA, hasta 20ª.

Corriente en AC


Puntas de prueba:

Negra a “COM” (13) y la roja a mA (11) para un máximo de 200mA o 20A (10) para un máximo de 20A.

Puntas de prueba:

Negra a “COM” (13) y roja a “V/Ω” (12)


Para medir esta magnitud, hay que tener mucha precaución porque como amperímetro el multímetro se conecta en serie. Por lo tanto toda la corriente a medir se conducirá por su interior, con el riesgo de quemarlo. El tiempo recomendado es de 15s de uso para medir esta escala.La escala a utilizar es:

Donde la escala indica el rango: 20mA, 200mA, hasta 20A

Capacitancia o capacitores

Unidad microfaradio y varía entre 2µF y 20µF


Puntas de prueba:

Negra a “COM” (13) y la roja a mA (11) para un máximo de 200mA o 20A (10) para un máximo de 20A.

Puntas de prueba:No se las utiliza, pueden estar desconectadas de sus respectivos “jack”.

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