UNIVERSIDAD NACIONAL NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO FACULTAD DE INGENIERÍA GEOLÓGICA, MINAS Y METALURGIA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA GEOLÓGICA
PRACTICA 03 DE LABORATORIO DE FÍSICA III “CIRCUITOS ELÉCTRICOS VOLTAJE Y CORRIENTE”
LABORATO LABORATORIO RIO DE F SICA III III GRUPO: 321-A / MARTES 7-9 AM DOCENTE: FCO. ABELARDO HUAMÁN GUZMÁN ALUMNO: OLIVERA TAPIA FABRICIO RUBÉN 175256 SEMESTRE: 2017 - II
CUSCO – PERÚ 2017 -1-
ÍNDICE GENERAL A.
INTRODUCCIÓN. ................................................................................................................ ............................................................................................................... 5
B.
........................................................................................ 5 OBJETIVOS DE LA PRUEBA: .........................................................................................
C.
INSTRUMENTOS, EQUIPOS Y MATERIALES PROCEDIMIENTO DE LA
........................................................................................................................................ ....................................................................... .. 6 PRUEBA:...................................................................
D.
............................................................................. 8 PROCEDIMIENTO DE LA PRUEBA: ..............................................................................
E. RECOLECCIÓN DE DATOS: ............................................................................................. 11 F. OBSERVACIONES EXPERIMENTALES ......................................................................... 12 G.
ANÁLISIS DE DATOS EXPERIMENTALES ................................................................ ............................................................... 13
H.
CUESTIONARIO. .............................................................................................................. 15
1) DEFINA CIRCUITO EN SERIE ....................................................................................... 15 2) DEFINA CIRCUITO EN PARALELO .............................................................................. 16 3) ¿CUÁL ES LA DIFERENCIA ENTRE CORRIENTE CONTINUA Y CORRIENTE ALTERNA? ................................................................................................................................. ................................................................................................................................ 17 4) CUAL ES LA FUNCIÓN F UNCIÓN DE PROTOBOARD ............................................................... 18 5) HABLE SOBRE LAS LEYES DE KIRCHHOFF ............................................................ 18 6) DEFINA LA LEY DE OHM .......................................................... .............................................................................................. .................................... 19 7) HABLE SOBRE LA CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA........................................... 20
I.
CONCLUSIONES. .................................................................. ................................................................................................................. ............................................... 21
J.
BIBLIOGRAFÍA. .................................................................................................................... ................................................................................................................... 21
-2-
ÍNDICE DE FIGURAS FIGURA N° 1: CIRCULACIÓN DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA EN UN CIRCUITO ELÉCTRICA ....................................................................................... 5 FIGURA N° 2: PROTOBOARD Y CABLES DE CONEXIÓN .................................................. 6 FIGURA N° 3: FUENTE DE ALIMENTACIÓN O TRANSFORMADOR ................................ 7 FIGURA N° 4 : MULTITESTER DIGITAL ................................................................................... 7 FIGURA N° 5: CÓDIGO DE COLORES PARA RESISTENCIAS........................................... 8 FIGURA N° 6: ARMADO DE CIRCUITO 1 ................................................................................. 9 FIGURA N° 7: ARMADO DE CIRCUITO 2 ................................................................................. 9 FIGURA N° 8: ARMADO DE CIRCUITO 3 ................................................................................. 9 FIGURA N° 9: ARMADO DE CIRCUITO 4 ............................................................................... 10 FIGURA N° 10: ARMADO DE CIRCUITOS EN SERIE Y PARALELO ............................... 10 FIGURA N° 11: MEDICIÓN DE RESISTENCIAS, AMPERAJE Y DIFERENCIA DE POTENCIAL ................................................................................................ 10 FIGURA N° 12: CIRCUITO EN SERIE ...................................................................................... 15 FIGURA N° 13: CIRCUITO EN PARALELO ............................................................................ 16 FIGURA N° 14: CIRCUITO EN PARALELO ............................................................................ 18 FIGURA N° 15: LEY DE NODOS ............................................................................................... 19 FIGURA N° 16: LEY DE MALLAS ............................................................................................. 19
FIGURA N° 17: CONDUCTOR METÁLICO ............................................................................. 20 FIGURA N° 18: CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA EN UN CIRCUITO ELÉCTRICO .. 21
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ÍNDICE DE TABLAS
TABLA N° 1: MEDICIÓN DE RESISTENCIAS DEL CIRCUITO 1 ....................................... 11 TABLA N° 2: MEDICIÓN
Y RECOLECCIÓN
DE DATOS CIRCUITOS 1 A 4 ................... 11
TABLA N° 3: ARREGLO 03 SUMA DE VOLTAJES .............................................................. 12 TABLA N° 4: ARREGLO 04 SUMA DE VOLTAJES .............................................................. 12 TABLA N° 5: ARREGLO 03 SUMA DE VOLTAJES EN SERIE .......................................... 13 TABLA N° 6: RESISTENCIAS PARA CADA CIRCUITO MEDIDAS EN MULTITESTER ....................................................................................................... 13 TABLA N° 7: INTENSIDAD DE CORRIENTE Y VOLTAJE PARA CADA CIRCUITO MEDIDAS EN MULTITESTER ............................................................................. 14 TABLA N° 8: ERROR DE MEDICIÓN DE RESISTENCIA REAL VS NOMINAL .............. 14 TABLA N° 9: ERROR DE RESISTENCIA EQUIVALENTE ................................................... 14
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A. INTRODUCCIÓN. Es de mucha importancia el conocimiento sobre el funcionamiento de los distintos tipos de circuitos eléctricos , tanto para el aprendizaje la innovación e investigación, en ese sentido es fundamental estudiar las propiedades que rigen estos sistemas eléctricos , como la ley de ohm o las leyes de kirchoff , asi como también conocer como varia la diferencia de potencial para diferentes arreglos de los elementos de un circuito eléctrico; en la presente practica de laboratorio se realiza la experimentación con 4 arreglos de circuitos para poder verificar y diferenciar como es que transita la corriente por cada uno de las resistencias y como es que se comporta o se distribuye en cada punto
FIGURA N° 1: CIRCULACIÓN DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA EN UN CIRCUITO ELÉCTRICA
Fuente: Física III – Lic Humberto Leyva N.
B. OBJETIVOS DE LA PRUEBA:
Verificar las leyes de los circuitos de corriente directa.
Determinar experimentalmente el valor de la resistencia equivalente en un circuito en serie y paralelo. -5-
C. INSTRUMENTOS, EQUIPOS Y MATERIALES PROCEDIMIENTO DE LA PRUEBA: 1) PROTOBOARD Y CABLES DE CONEXIÓN. Es una placa de pruebas con orificios que se encuentran conectados eléctricamente entre sí de manera interna, habitualmente siguiendo patrones de líneas, en el cual se pueden insertar componentes electrónicos y cables para el armado de circuitos electrónicos y sistemas similares.
FIGURA N° 2: PROTOBOARD Y CABLES DE CONEXIÓN
Fuente: Elaboración Propia
2) FUENTE DE ALIMENTACIÓN Se utilizó para la prueba una fuente de alimentación, que es un transformador que regula el potencial de urbano de entrada y la resistencia de 220 ohmnios para la realización de la prueba, este adema realiza el trabajo de transportar cargas eléctricas.
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FIGURA N° 3: FUENTE DE ALIMENTACIÓN O TRANSFORMADOR
Fuente: Elaboración Propia
3) AMPERÍMETRO Y VOLTÍMETRO. El multitester digital nos ayudo para las mediciones de resistencia, amperaje y voltaje de cada circuito, ya sea en paralelo o en serie según la guía de laboratorio.
FIGURA N° 4 : MULTITESTER DIGITAL
Fuente: Elaboración Propia
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4) RESISTENCIAS Se utilizó diferentes resistencias para cada uno de los arreglos del manual de laboratorio determinando su valor nominal según su codificación de colores se puedo determinar el error de la resistencia con el multitester
FIGURA N° 5: CÓDIGO DE COLORES PARA RESISTENCIAS
Fuente: Elaboración Propia
D. PROCEDIMIENTO DE LA PRUEBA: 1. Se realizó el armado de los 4 circuitos según los siguientes diagramas de instalación:
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FIGURA N° 6: ARMADO DE CIRCUITO 1
Fuente: Guia de laboratorio física III -UNSAAC
FIGURA N° 7: ARMADO DE CIRCUITO 2
Fuente: Guia de laboratorio física III -UNSAAC
FIGURA N° 8: ARMADO DE CIRCUITO 3
Fuente: Guia de laboratorio física III -UNSAAC
-9-
FIGURA N° 9: ARMADO DE CIRCUITO 4
Fuente: Guia de laboratorio física III -UNSAAC
2. Posteriormente a instalado los 4 circuitos eléctricos se procedió a medir los circuitos eléctricos individualmente y en conjunto para verificar la distribución de amperaje y diferencia de potencial.
FIGURA N° 10: ARMADO DE CIRCUITOS EN SERIE Y PARALELO
RESISTENCIA EN PARALELO
RESISTENCIA EN PARALELO Fuente: Elaboración Propia
FIGURA N° 11: MEDICIÓN DE RESISTENCIAS, AMPERAJE Y DIFERENCIA DE POTENCIAL
Fuente: Elaboración Propia
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3. Finalmente se recolecto las lecturas del Multitester de amperaje voltaje y resistencia de cada circuito de instalación y se procedió a realizar la comparación y análisis.
E. RECOLECCIÓN DE DATOS: TABLA N° 1: MEDICIÓN DE RESISTENCIAS DEL CIRCUITO 1 VALOR NOMINAL DE LA TOLERANCIA RESISTENCIA
N°
COLORES 1°-2°-3°4°
MEDIDA DE LA RESISTENCIA
1
MARRÓN-NEGROROJO-DORADO
1000
± 5%
980
2
MARRÓN-NEGRONARANJA-ORO
10000
± 5%
9740
3
ROJO-NEGROMARRÓN-ORO
200
± 5%
200
Fuente: Elaboración Propia
TABLA N° 2: MEDICIÓN Y RECOLECCIÓN DE DATOS CIRCUITOS 1 A 4 DESCRIPCIÓN
Ω (OHMNIOS) R 1-2
R 2-3
R 1-2-3
CIRCUITO 1
10505
10120
11200
CIRCUITO 2
70
70
70
DESCRIPCIÓN CIRCUITO 2 CIRCUITO 3 CIRCUITO 4
DIFERENCIA DE POTENCIAL R1
R2
R3
4.9 V 0.5 V 0.5V
4.9 V 0.5 V 4.9 V
0.5 V 0.5 V 0.1 V
DESCRIPCIÓN CIRCUITO 2 CIRCUITO 3 CIRCUITO 4
INTENSIDAD DE CORRIENTE R1 0.07 A 0.07 A 0.0064 A
R2 0.07 A 0.07 A 0.0624 A
Fuente: Elaboración Propia
-11-
R3 0.07 A 0.07 A 0.0013 A
F. OBSERVACIONES EXPERIMENTALES 1) En el circuito en serie arreglo 3 sume los voltajes de cada resistencia y compare con el voltaje que ingresa al circuito. Anote sus observaciones experimentales
TABLA N° 3: ARREGLO 03 SUMA DE VOLTAJES Ω (OHMNIOS)
DESCRIPCIÓN
CIRCUITO 3
R1
R2
R3
TOTAL
VOLTAJE DE LA FUENTE
5.1 v
5.1 v
5.1 v
15.3v
5.1V
Fuente: Elaboración Propia
De la anterior tabla se puede observar que el voltaje para todas las resistencias en paralelo son igual y la suma no es igual al voltaje de la fuente sino es igual en cada una de las resistencias 2) En el circuito en paralelo arreglo 4 sume las intensidades de corriente que pasa por cada resistencia y compare con la intensidad de corriente que ingresa al circuito.
TABLA N° 4: ARREGLO 04 SUMA DE VOLTAJES Ω (OHMNIOS)
DESCRIPCIÓN CIRCUITO 3
R1
R2
R3
TOTAL
VOLTAJE DE LA FUENTE
0.5 V
4.9 V
0.1 V
5.5v
5.1V
Fuente: Elaboración Propia
En este arreglo en serie se puede observar que la suma de diferencias de potencial de las 3 resistencias son aproximadamene iguales 3) Cambie la posición de las resistencias en el circuito en serie arreglo 3 anote sus observaciones. -12-
TABLA N° 5: ARREGLO 03 SUMA DE VOLTAJES EN SERIE Ω (OHMNIOS)
DESCRIPCIÓN CIRCUITO 3
R1
R2
R3
TOTAL
VOLTAJE DE LA FUENTE
0.4 V
4.8 V
0.2 V
5.4v
5.1V
Fuente: Elaboración Propia
Al realizar un nuevo arreglo para este circuito se cumple que la suma de estos es aproximadamente lo mismo a lo que proporciona la fuente al igual que en la segunda observación con el arreglo #4 por lo que se llega a una primera conclusión de que se cumple con la propiedades de los circuitos electricos donde la diferencia de potencial se distribuye proporcional a las resistencia si estos se encuentran en serie.
G. ANÁLISIS DE DATOS EXPERIMENTALES Con la recolección da datos se puede resumir para los 2 circuitos en serie y en paralelo la siguiente tabla donde se observa que se cumplen las propiedades del arreglo de circuitos, donde en el arreglo en serie se tiene igual magnitud de intensidad de corriente ; al igual que en paralelo que donde se tiene igual magnitud de diferencia de potencial,
TABLA N° 6: RESISTENCIAS PARA CADA CIRCUITO MEDIDAS EN MULTITESTER TIPO DE CIRCUITO
SERIE PARALELO
DESCRIPCIÓN
Ω (OHMNIOS) R1
R2
R3
CIRCUITO 1
980
9740
200
CIRCUITO 2
70
70
70
Fuente: Elaboración Propia
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TABLA N° 7: INTENSIDAD DE CORRIENTE Y VOLTAJE PARA CADA CIRCUITO MEDIDAS EN MULTITESTER TIPO DE CIRCUITO SERIE PARALELO
DESCRIPCIÓN
INTENSIDAD DE CORRIENTE (A) R1
R2
R3
CIRCUITO 1
0.07
0.07
0.07
CIRCUITO 2
0.02
0.02
0.02
VOLTAJE (V) SERIE PARALELO
R1
R2
R3
CIRCUITO 1
0.45
4.46
0.09
CIRCUITO 2
4.9
4.9
5
Fuente: Elaboración Propia
Teniendo las resistencias , amperaje y voltje para cada circuito se puede determinar la resistencia equivalente par cada arreglo asi como el error de medición de resistencia para cada resistor
TABLA N° 8: ERROR DE MEDICIÓN DE RESISTENCIA REAL VS NOMINAL VALOR NOMINAL DE LA TOLERANCIA RESISTENCIA
N°
COLORES 1°-2°-3°4°
MEDIDA DE LA RESISTENCIA
% DE ERROR
1
MARRÓN-NEGROROJO-DORADO
1000
± 5%
980
2%
2
MARRÓN-NEGRONARANJA-ORO
10000
± 5%
9740
3%
3
ROJO-NEGROMARRÓN-ORO
200
± 5%
200
0%
Fuente: Elaboración Propia
TABLA N° 9: ERROR DE RESISTENCIA EQUIVALENTE RESISTENCIA TIPO DE RESISTENCIA ERROR EQUIVALENTE RESISTENCIA EQUIVALENTE PORCENTUAL MULTITESTER SERIE
10920.0000
11200
3%
PARALELO
0.0429
0.07
39%
Fuente: Elaboración Propia
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Comentario: Se puede observar que se tiene un error mínimo para la resistencia en serie en el circuito 1 lo que indica que cumple con la teoría de la electrodinámica y circuitos eléctricos; por otro lado se observa que se tiene un error del 39% del arreglo en paralelo, esto que indicaría que la resistencia nominal no es la indicada según el código de colores; o que se tiene un error del equipo en la medición de diferencia de potencial.
H. CUESTIONARIO. 1) DEFINA CIRCUITO EN SERIE
CIRCUITO SERIE. Un circuito serie es aquel en el que el terminal de salida de un dispositivo se
conecta a la terminal de entrada del dispositivo siguiente. La caída de tensión es mayor en aquellas zonas que presentan una mayor obstrucción a la corriente.
FIGURA N° 12: CIRCUITO EN SERIE
Fuente: Web- electronicadesdecero
Y se cumple que: VTotal = V1 + V2 + .... Vn
La tensión total es igual a la suma de todas las fuentes conectadas en serie. -15-
Itotal = I1 = I2
Sobre el circuito discurre una única corriente, esto es, todos los componentes del circuito son recorridos por la misma corriente o intensidad,”I” . Más tarde la calcularemos. RTotal = R1 + R2 ... Rn
2) DEFINA CIRCUITO EN PARALELO
CIRCUITO EN PARALELO. Un circuito paralelo es aquel en el que los terminales de entrada de
sus componentes están conectados entre sí, lo mismo ocurre con los terminales de salida. Cómo es lógico al final del empalme se recoge toda la corriente de agua, y por tanto circula el total de corriente del circuito.
FIGURA N° 13: CIRCUITO EN PARALELO
Fuente: Web- electronicadesdecero
-16-
Y se cumple que: VTotal = Vfuente
La tensión total es igual a la tensión de la fuente de alimentación.
Itotal = I1 + I2
La resistencia total es la suma de la inversa todas las resistencias.
1 / RTotal = 1/R1 + 1/R2 ...+ 1/Rn
3) ¿CUÁL ES LA DIFERENCIA ENTRE CORRIENTE CONTINUA Y CORRIENTE ALTERNA? La diferencia entre la corriente Alterna y Continua es la cantidad de energía que se puede transportar en cada tipo. La electricidad no puede viajar muy lejos antes de que empiece a perder voltaje (medida de la tensión eléctrica). Cada batería de un circuito está diseñada para producir sólo corriente continua con un cierto nivel de voltaje, así que desde el momento de la producción de la electricidad ya está predeterminada la distancia a la que se puede transportar a través del cableado. La corriente alterna, sin embargo, se puede producir en un generador en el que se puede subir o bajar la tensión de salida de la corriente utilizando los llamados transformadores, pudiendo alterarse según las necesidades.
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4) CUAL ES LA FUNCIÓN DE PROTOBOARD El protoboard: 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 electrónicos o simular circuitos eléctricos, con lo que se asegura el buen funcionamiento del mismo.
FIGURA N° 14: CIRCUITO EN PARALELO
Fuente: Elaboración Propia
5) HABLE SOBRE LAS LEYES DE KIRCHHOFF
LEYES DE KIRCHHOFF LEY DE CORRIENTES Llamada también ley de los nodos se basa en la continuidad de la corriente y establece que “la corriente total que llega a un nodo es igual a la corriente total que sale de el”
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F I G U R A N ° 1 5: L E Y D E N O D OS
Fuente: Física- Feliz Aucallanchi Velazquez
LEY DE LOS VOLTAJES Llamada también ley de las mallas se sustenta en el principio de conservación de la energía y establece que: “La suma de la fuerza eléctrica motriz a lo largo d un circuito cerrado es igual a la suma de las caídas de tensión en las resistencias del mismo” F I G U R A N ° 16: L E Y D E MA L L A S
Fuente: Física- Feliz Aucallanchi Velazquez
6) DEFINA LA LEY DE OHM
(Aucallanchi V.) La ley de ohm fue establecida por George Simon ohm y establece que:
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“Si entre los extremos de un conductor se presenta una diferencia de
potencial, fluirá una corriente eléctrica del extremo de mayor potencial al de menor potencial, y cuya intensidad será directamente proporcional con la diferencia de potencial pero inversamente proporcional con la resistencia del conductor”
FIGURA N° 17: CONDUCTOR METÁLICO
Fuente: Física- Ing. Alejandro Vera Lázaro
=
V: VOLTIO (V), I: AMPERE (A), R: OHM (Ω)
7) HABLE SOBRE LA CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA Cualquier carga q que se mueve a través de un conductor desde un punto A hasta otro B en el que existe una diferencia de potencial eléctrico entre dichos puntos lo hace debido a la acción de un campo eléctrico. Dicho campo realiza un trabajo eléctrico para desplazar dicha carga desde A hasta B, de tal forma que:
We = q ∗ V
We = V =
Trabajo eléctrico (J)
diferencia de potencial eléctrico q =
carga
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FIGURA N° 18: CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA EN UN CIRCUITO ELÉCTRICO
Fuente: Web- electronicadesdecero
I. CONCLUSIONES. Se
verificó la teoría de distribución de corriente y la diferencia de potencial
en los distintos circuitos instalados en esta práctica.
Se aprendió a realizar medidas directas de resistencias, diferencia de potencial e intensidad de corriente, con ayuda del mult ímetro.
La suma de las corrientes que entran deben ser igual a la suma de corrientes que salen.
En una trayectoria cerrada la suma algebraica de las diferencias de potencial e intensidades de corriente debe ser igual a cero.
J. BIBLIOGRAFÍA. GOLDEMBERG, J. Física General y Experimental. Vol. II. Edit. Interamericana. México 1972. MEINERS, H. W, EPPENSTEIN. Experimentos de Física. Edit. Limusa. México 1980. SERWAY, R. Física Para Ciencias e Ingeniería. Vol. II Edit. Thomson. México 2005. -21-
