(Universidad del Per, DECANA DE AMRICA)

Tema: Potencia elctrica-Condensadores y Bobinas en Circuitos de C.C. (Experiencia 6)Curso: Laboratorio de Fsica 3 ( Martes 4 6 pm Seccin A )Profesor: Alumnos: Cdigo: Asenjo Marin Andr13160056 Obregon Yauricasa Erick13160068 San Bartolome Sandoval Carlos13200231 Zumaran Duarte Sebastian13200241

Ciclo: 2015-1 Turno: Martes 4 6 pm ( seccin A ) Ciudad Universitaria, 2015

Experiencia N 6

Potencia elctricaCondensadores y Bobinas en Circuitos de C.C.

Nuestros armado del circuito

1.- OBJETIVOS

* Mostrar la potencia elctrica como funcin del voltaje y de la corriente, calculando y midiendo la potencia disipada en una resistencia conforme aumenta el voltaje.

* Demostrar el Voltaje y Corriente de carga y descarga de un condensador

* Mientras que el campo elctrico aparece en el entorno de cargas en reposo, el campo magntico est ligado a portadores de carga en movimiento, esto es, a una corriente elctrica y veremos el comportamiento de una bobina

Fundamento Terico - Potencia Elctrica

La potencia elctrica es mayor mientras mayor sea la tensin y mayor sea la corriente. Para la potencia P es vlida la relacin:

La unidad de la potencia elctrica recibe el nombre de Watt (W), el ingls que la defini. 1 W es la potencia de una corriente continua de 1 A con una tensin continua de 1 V. La potencia absorbida por una carga se puede medir, por tanto, de manera indirecta con un voltmetro y un ampermetro. Una medicin directa de potencia se puede realizar por medio de un vatmetro. Si en la frmula anterior, de acuerdo con la ley de Ohm, para la potencia, se reemplaza la tensin U por el producto I R, se obtiene la ecuacin:

Si en la ecuacin inicial, por el contrario, se reemplaza la corriente I por el cociente U/R, se obtiene la relacin:

Experimento: Medicin de potencia

En el experimento siguiente se debe examinar la medicin indirecta de la potencia elctrica por medio de una medicin paralela de corriente y tensin. Monte el circuito experimental representado a continuacin: Abra el instrumento virtual Fuente de tensin continua, y seleccione los ajustes. Encienda a continuacin el instrumento por medio de la tecla POWER. Abra el instrumento virtual Voltmetro A, y el instrumento

Ampermetro B, y seleccione los ajustes. Ahora, ajuste en el instrumento Fuente de tensin continua una tensin UPS de 1 V. Mida la tensin U1 a travs de la resistencia R1 al igual que la corriente resultante I1 en miliamperios y anote los valores obtenidos en la correspondiente columna de la tabla siguiente. A partir de ello, determine la potencia P1 absorbida por la resistencia en mW y anote de igual manera el resultado en la tabla. Repita el experimento para las tensiones de entrada de 2V, 5V y 10 V y anote los valores en las lneas correspondientes de la tabla.Tabla 1:ExpUps (V)U1(V)I1(mA)P1(mW)

1110.50.5

2221.53

354.94.421.56

4109.89.290.16

Ahora, en el montaje experimental, reemplace la resistencia R1 de 1 k por la resistencia R2 de 500 y repita la serie de mediciones. Anote los resultados de las mediciones, al igual que los valores de potencia calculados, en la siguiente tabla (tabla 2).Tabla 2ExpUps (V)U2(V)I2(mA)P2(mW)

1111.41.4

2223.36.6

354.58.443.61

4109.818.3179.34

CUESTIONARIO. (POTENCIA)

1.- Cules de las siguientes afirmaciones son correctas? A) La resistencia pequea absorbe escasa potencia con la misma tensin. B) La resistencia pequea absorbe una potencia elevada con la misma tensin. C) Si se duplica la tensin, se duplica tambin la potencia absorbida. D) Si se duplica la tensin, se reduce a la mitad la potencia absorbida.

2.- Cules de las siguientes afirmaciones son correctas? A) La potencia total es independiente de la tensin que se aplica. B) La potencia total disminuye si se eleva la tensin que se aplica. C) La potencia total aumenta si se eleva la tensin que se aplica. D) La resistencia pequea absorbe una cantidad mayor de potencia. E) La resistencia mayor absorbe una cantidad mayor de potencia

Fundamento Terico - CONDENSADORES Los condensadores son estructuras en las que se pueden almacenar cargas elctricas en reposo. En su estructura bsica, un condensador consta de dos placas metlicas que representan los electrodos del condensador. Por medio del aislamiento de las cargas se forma una diferencia de potencial elctrico (tensin) U entre los electrodos. La imagen siguiente muestra como ejemplo un condensador de placas, con la superficie A y la distancia entre placas d, que porta la carga Q. Debido al aislamiento de cargas se forma un campo elctrico entre las placas (no representado en esta imagen).

Entre las placas, por lo general, se encuentra un material aislante, esto es, el elemento que se conoce como dielctrico (no representado en la parte superior). Entre la carga y la tensin existe una relacin lineal; es vlida la siguiente relacin La magnitud C representa la capacidad del condensador, y se expresa con la unidad faradio (smbolo: F).

La capacidad de un condensador se puede asumir como constante, y depende nicamente de la estructura geomtrica y del dielctrico empleado. Para un condensador de placas es vlida la siguiente relacin:En esta ecuacin, 0 es la constante elctrica de campo y posee un valor de 8.8542 AS/Vm, r es el ndice dielctrico (carente de unidad), A la superficie de una placa y d la distancia entre placas. Si un condensador se conecta a una tensin continua U0 a travs de una resistencia de carga R, se carga debido a la presencia de dicha tensin, proceso durante el cual la tensin del condensador, de acuerdo con una funcin exponencial, aumenta de 0 V hasta alcanzar su valor final U0 (100%) (curva de carga de un condensador, vase la imagen de la izquierda). Si, a continuacin, se desconecta el condensador de la fuente de tensin y se lo cortocircuita, se produce un proceso de descarga inverso al proceso de carga (vase la imagen de la derecha).

Proceso de carga del condensador en el circuito de corriente continua

En el experimento siguiente se debe analizar el proceso de carga de un condensador de 100 F (curva de la tensin del condensador y corriente de carga). Monte el circuito experimental representado a continuacin. La siguiente figura ilustra el montaje experimental: Abra el instrumento virtual Fuente de tensin continua, y seleccione los ajustes que se detallan en la tabla siguiente. En primer lugar, no conecte el instrumento.

Abra el instrumento virtual Osciloscopio a travs de la opcin de men Instrumentos | Instrumentos de medicin | Osciloscopio, o tambin pulsando la siguiente imagen, y seleccione los ajustes que se detallan en la tabla siguiente.

Aplique ahora un salto de tensin al condensador, conectando la fuente de tensin continua por medio de la tecla POWER. Arrastre el oscilograma obtenido hacia la siguiente ventana

CUESTIONARIO (EL CONDENSADOR)

1.- Cul es la trayectoria de la curva de la tensin del condensador despus de que se conecta la tensin continua?

A) Salta inmediatamente a un valor de aproximadamente 10 V y se mantiene en este valor. B) Asciende linealmente hasta alcanzar un valor aproximado de 10 V y se mantiene en este valor. C) Asciende exponencialmente hasta alcanzar un valor aproximado de 10 V y se mantiene en este valor. D) Asciende exponencialmente hasta alcanzar un valor aproximado de 10 V y, a continuacin, vuelve a descender a 0V

2.- Cul es la trayectoria de la curva de corriente de carga despus de que se conecta la tensin continua?

A) Durante todo el proceso de carga se mantiene constante. B) En primer lugar, salta a un valor mximo y luego desciende linealmente hasta llegar a cero. C) Asciende exponencialmente de cero a un valor mximo. D) En primer lugar, salta a un valor mximo y, a continuacin, desciende exponencialmente hasta llegar a cero.

3.- Qu reaccin ocasionara una disminucin de la resistencia de carga R13 en el valor mximo de la corriente de carga?

A) Ninguna. B) La corriente de carga disminuira. C) La corriente de carga ascendera.

Separe el condensador de la tensin de alimentacin retirando el cable del clavijero V43 y observe la tensin del condensador durante un tiempo prolongado.

4.- Qu sucede con la tensin del condensador?

A) Permanece constante. B) Aumenta. C) Desciende paulatinamente hasta llegar a 0 V. D) Primeramente asciende y luego desciende hasta 0 V.

5.- Cmo se puede explicar esta reaccin?

A) El condensador, una vez que se ha retirado la tensin de alimentacin, representa una resistencia hmica. B) El condensador se descarga a travs de la resistencia interna de la medicin. C) El condensador mantiene su tensin puesto que la carga no puede salir al exterior.

Vuelva a conectar la fuente de tensin continua para volver a cargar el condensador. Para analizar la influencia de la resistencia de entrada necesaria para la medicin (ANALOG IN), separe ahora la conexin con el clavijero A+). Vuelva a separar ahora el cable que va al clavijero X43. A continuacin, conecte A+, slo brevemente, para comprobar la tensin del condensador y mida la tensin en largos intervalos de tiempo.

6.- Qu se puede observar en contraposicin a la medicin continua?

A) No se observa ninguna diferencia con la medicin continua. B) La tensin desciende ahora ms rpidamente. C) La tensin desciende ahora ms lentamente. D) La tensin permanece ahora constante.

Fundamento Terico DE LA BOBINA EN EL CIRCUITO DE CORRIENTE CONTINUA

Inductancia de una bobina Junto al campo elctrico, que aparece por ejemplo entre las placas de un condensador cargado, existe en la electrotecnia un segundo tipo de campo en forma de campo magntico. Mientras que el campo elctrico aparece en el entorno de cargas en reposo, el campo magntico est ligado a portadores de carga en movimiento, esto es, a una corriente elctrica.

En esta ecuacin, 0 es la constante magntica de campo, r la permeabilidad relativa del ncleo de la bobina, N el nmero de espiras, l la longitud de la bobina y A su seccin transversal (vase la imagen siguiente). La unidad de la inductancia es el henrio (smbolo H, 1 H = 1 Vs/A). Una bobina tiene una inductancia igual a 1 H si durante la modificacin uniforme de la corriente que fluye por ella en 1 A por segundo, se induce una tensin de autoinduccin igual a 1 V. Conexin y desconexin de una bobinaSi una bobina se encuentra en un circuito de corriente continua, la corriente que fluye por ella es constante -tomando en cuenta, en primer lugar, el proceso de conexin- de manera que no se genera ninguna tensin de autoinduccin. La bobina acta, por tanto, en este caso, como una resistencia hmica, cuyo valor de resistencia (por lo general muy pequeo), resulta del valor de resistencia especfico del material de la bobina al igual que de la longitud y seccin transversal del alambre.

Cuando se conecta una bobina, en primer lugar, se forma su campo magntico; debido a las modificaciones resultantes del flujo, se crea una tensin de autoinduccin que acta opuestamente a la tensin aplicada. De esta manera no asciende la intensidad de corriente abruptamente en el circuito elctrico (como ocurrira con una carga resistiva), sino que la corriente asciende paulatinamente hasta alcanzar un determinado valor final. Si se desconecta la bobina, tiene lugar un proceso inverso: Al diluirse el campo magntico se origina una tensin de autoinduccin, que tiene el mismo sentido que la tensin que se aplicaba anteriormente, y que en las bobinas con fuertes campos magnticos puede adoptar valores ms elevados. La tensin de autoinduccin, en principio, mantiene el flujo de corriente que atraviesa la bobina, de manera que la corriente no vara abruptamente sino que desciende paulatinamente hasta llegar a cero.Experimento: La bobina en el circuito de corriente continua

En el experimento siguiente se analizar el proceso de desconexin de una bobina. Para ello, en primer lugar, se cargar la bobina con una tensin continua de 5 V y, a continuacin, se abrir el circuito de corriente por medio de un rel.

Monte el circuito experimental que se representa a continuacin en la tarjeta de experimentacin SO4203-6A: Aqu se debe cablear el rel 1 de manera que el clavijero X48 de la tarjeta de experimentacin, en estado de reposo, se encuentre conectado al rel con la salida S (ANALOG OUT) de la interfaz.

La siguiente animacin ilustra el montaje experimental: Abra el instrumento virtual Fuente de tensin continua, y seleccione los ajustes que se detallan en la tabla siguiente. Encienda a continuacin el instrumento por medio de la tecla POWER. Abra el instrumento virtual Osciloscopio, y seleccione los ajustes que se detallan en la tabla siguiente.

Abra el panel de rels por medio de la opcin de men Instrumentos | Rel o pulsando la imagen que se encuentra a continuacin.

Cortocircuite brevemente el rel 1 del panel para desconectar la bobina de la alimentacin de tensin. Arrastre con el ratn el oscilograma obtenido en la siguiente ventana, y vuelva a conectar el rel en la posicin inicial.

Nuestros resultados en el simulador de osciloscopio

Nuestros resultados en el simulador de osciloscopio

CUESTIONARIO (LA BOBINA)

1.- Cul es la trayectoria de la curva de tensin en la resistencia de descarga R2?

A) Salta a un elevado valor positivo y desciende a continuacin lentamente acercndose a 0 V B) Salta a un elevado valor negativo y desciende a continuacin lentamente acercndose a 0 V. C) Salta inmediatamente a 0 V Permanece constanteAhora, reemplace la resistencia de descarga: R2 = 500 por la resistencia R3 = 1500 y repita el experimento. Lleve el oscilograma a la siguiente ventana.2.- Cmo vara la curva de tensin?

A) No vara en lo absoluto. B) La tensin desciende ahora rpidamente y el pico negativo muestra una ligera pronunciacin. C) La tensin desciende ahora rpidamente y el pico negativo muestra una pronunciacin marcada. D) La tensin desciende ahora lentamente y el pico negativo muestra una ligera pronunciacin. E) La tensin desciende ahora lentamente y el pico negativo muestra una pronunciacin marcada. F) La tensin permanece constante.