INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA Y CIENCIAS SOCIALES Y ADMINISTRATIVAS
LABORATORIO DE ELECTRICIDAD Y CONTROL
NOMBRE DE LA PRÁCTICA “ANÁLISIS DE CIRCUITOS R – L Y R - C” MESA DE TRABAJO: 3
INTEGRANTES
BOLETA
CONTRERAS BAUTISTA PEDRO
2010600152
CORONA ORTEGA OSCAR GUADALUPE
FIRMA
2006601111
GARCIA ALVAREZ LUIS ALBERTO
2008601366
GONZALEZ ALBARRAN ERNESTO EFRAIN
2010603360
TAPIA TEPEXTAN PABLO 2010602656 ANTONIO FECHA DE REALIZACIÓN: 27 / AGOSTO / 2012 FECHA DE ENTREGA: 03 / SEPTIEMBRE / 21012
OBJETIVOS DE LA PRÁCTICA a) Que el alumno analice el comportamiento de voltajes y corrientes en el circuito R – L y R – C tipo serie alimentados con tensión senoidal. b) Que el alumno analice y compruebe los efectos de variación de frecuencia de la tensión de alimentación sobre la corriente y reactancia.
INTRODUCCIÓN TEÓRICA INTRODUCCION Para la utilización de la energía eléctrica se requiere de una fuente con por lo menos dos terminales que tengan una diferencia de potencial o voltaje entre ellas. Esas dos terminales de la fuente se conectan a las dos terminales del aparato o carga. Para formar así un circuito eléctrico. Un circuito eléctrico es un conjunto de elementos que unidos de forma adecuada permiten el paso de electrones. Está compuesto por:
GENERADOR o ACUMULADOR. HILO CONDUCTOR. RECEPTOR o CONSUMIDOR. ELEMENTO DE MANIOBRA.
El sentido real de la corriente va del polo negativo al positivo. Sin embargo, en los primeros estudios se consideró al revés, por ello cuando resolvamos problemas siempre consideraremos que el sentido de la corriente eléctrica irá del polo positivo al negativo.
La carga eléctrica es todo aparato o maquina que realiza la función para la cual fue construido, cuando se conecta a una fuente que le suministra una diferencia de potencial eléctrico o voltaje y con esto, demanda una corriente eléctrica. Así pues, una carga es todo aquello que hace que una fuente de energía eléctrica le proporcione una corriente. Existen basicamente3 tipos de cargas eléctricas:
RESISTENCIA La resistencia eléctrica de un objeto es una medida de su oposición al paso de corriente. Descubierta por Georg Ohm en 1827, la resistencia eléctrica tiene un parecido conceptual a la fricción en la física mecánica. La unidad de la resistencia en el Sistema Internacional de Unidades es el ohmio (Ω). Para su medición en la práctica existen diversos métodos, entre los que se encuentra el uso de un ohmnímetro. Además, su cantidad recíproca es la conductancia, medida en Siemens. La resistencia de cualquier objeto depende únicamente de su geometría y de su resistividad, por geometría se entiende a la longitud y el área del objeto mientras que la resistividad es un parámetro que depende del material del objeto y de la temperatura a la cual se encuentra sometido. Esto significa que, dada una temperatura y un material, la resistencia es un valor que se mantendrá constante. Además, de acuerdo con la ley de Ohm la resistencia de un material puede definirse como la razón entre la caída de tensión y la 1 corriente en dicha resistencia, así:
donde R es la resistencia en ohmios, V es la diferencia de potencial en voltios e I es la intensidad de corriente en amperios. Según sea la magnitud de esta medida, los materiales se pueden clasificar en conductores, aislantes y semiconductor. Existen además ciertos materiales en los que, en determinadas condiciones de temperatura, aparece un fenómeno denominado superconductividad, en el que el valor de la resistencia es prácticamente nulo. Las cargas resistivas son simplemente aquellas en las que la electricidad produce calor y no movimiento. Típicas cargas de este tipo son las lámparas incandescentes o los radiadores eléctricos. Todas aquellas que consumen electricidad y por lo general producen calor y/o luz, por ejemplo: parrillas eléctricas, focos, horno eléctrico, cafetera, sandwichera. Su consumo se mide en Watts.
Para utilizar la energía eléctrica, se requiere de una fuente con por lo menos dos terminales que tengan una diferencia de potencial o voltaje entre ellas. Esas dos
terminales de la fuente se conectan a las dos terminales del aparato o carga para formar así un circuito eléctrico. Circuito eléctrico es una trayectoria cerrada que inicia en la fuente de energía eléctrica que puede se de corriente alterna (CA) o de corriente directa (CD), conecta a la carga y termina en la misma fuente. La carga eléctrica es todo aparato o maquina que realiza la función para la cual fue construido, cuando se conecta a una fuente que le suministra una diferencia de potencial eléctrico o voltaje y con esto, demanda una corriente eléctrica. Así pues, una carga es todo aquello que hace una fuente de energía eléctrica le proporcione una corriente. En general, existen básicamente 3 tipos de cargas eléctricas: INDUCTANCIA: En electromagnetismo y electrónica, la inductancia ( ), es una medida de la oposición a un cambio de corriente de un inductor o bobina que almacena energía en presencia de un campo magnético, y se define como la relación entre el flujo magnético ( ) y la intensidad de corriente eléctrica ( ) que circula por la bobina y el número de vueltas (N) de el devanado:
La inductancia depende de las características físicas del conductor y de la longitud del mismo. Si se enrolla un conductor, la inductancia aumenta. Con muchas espiras se tendrá más inductancia que con pocas. Si a esto añadimos un núcleo de ferrita, aumentaremos considerablemente la inductancia. El flujo que aparece en esta definición es el flujo producido por la corriente exclusivamente. No deben incluirse flujos producidos por otras corrientes ni por imanes situados cerca ni por ondas electromagnéticas. Esta definición es de poca utilidad porque es difícil medir el flujo abrazado por un conductor. En cambio se pueden medir las variaciones del flujo y eso sólo a través del voltaje inducido en el conductor por la variación del flujo. Con ello llegamos a una definición de inductancia equivalente pero hecha a base de cantidades que se pueden medir, esto es, la corriente, el tiempo y la tensión:
El signo de la tensión y de la corriente son los siguientes: si la corriente que entra por la extremidad A del conductor, y que va hacia la otra extremidad, aumenta, la extremidad A es positiva con respecto a la opuesta. Esta frase también puede escribirse al revés: si la extremidad A es positiva, la corriente que entra por A aumenta con el tiempo. En el SI, la unidad de la inductancia es el henrio (H), llamada así en honor al científico estadounidense Joseph Henry. 1 H = 1 Wb/A, donde el flujo se expresa en weber y la intensidad en amperios. 1
El término "inductancia" fue empleado por primera vez por Oliver Heaviside en febrero de 1886, mientras que el símbolo se utiliza en honor al físico Heinrich Lenz.
La inductancia siempre es positiva, salvo en ciertos circuitos electrónicos especialmente concebidos para simular inductancias negativas, y los valores de inductancia prácticos, van de unos décimos de nH para un conductor de 1 milímetro de largo, hasta varias decenas de miles de Henrios para bobinas hechas de miles de vueltas alrededor de núcleos ferromagnéticos. Las cargas inductivas son aquellas que utilizan la electricidad pero no la disipan, por ejemplo los motores eléctricos (motobomba,refrigerador, extractor de jugos) en los cuales se crean campos magnéticos que interactúan, a partir de loscuales se produce movimiento (energía mecánica). Su ³consumo´ se mide en VA (Volts Amperes). CAPACITANCIA 1
En electromagnetismo y electrónica, la capacitancia o capacidad eléctrica es la propiedad que tienen los cuerpos para mantener una carga eléctrica. La capacitancia también es una medida de la cantidad de energía eléctrica almacenada para un potencial eléctrico dado. El dispositivo más común que almacena energía de esta forma es el condensador. La relación entre la diferencia de potencial (o tensión) existente entre las placas del condensador y la carga eléctrica almacenada en éste, se describe mediante la siguiente expresión matemática:
Donde:
es la capacidad, medida en faradios (en honor al físico experimental Michael Faraday); esta unidad es relativamente grande y suelen utilizarse submúltiplos como el microfaradio o picofaradio. es la carga eléctrica almacenada, medida en culombios; es la diferencia de potencial (o tensión), medida en voltios.
Cabe destacar que la capacidad es siempre una cantidad positiva y que depende de la geometría del condensador considerado (de placas paralelas, cilíndrico, esférico). Otro factor del que depende es del dieléctrico que se introduzca entre las dos superficies del condensador. Cuanto mayor sea la constante dieléctrica del material no conductor introducido, mayor es la capacidad. En la práctica, la dinámica eléctrica del condensador se expresa gracias a la siguiente ecuación diferencial, que se obtiene derivando respecto al tiempo la ecuación anterior.
Donde i representa la corriente eléctrica, medida en amperios. Es de primordial importancia el estudio de circuitos R-L y R-C ya que toda instalación eléctrica pormuy complicada que sea se reduce a un circuito equivalente alguno de estos dos tipos.
1µF = 1 micro farad = 10-6 F Es de primordial importancia el estudio de circuitos R – L y R – C ya que toda instalación eléctrica por muy complicada que sea se reduce a un circuito equivalente a algunos de estos tipos.
LISTA DE MATERIAL Y EQUIPO -
Un generador de funciones. Un multímetro. Un voltímetro. Un modulo 292C. Un osciloscopio. Dos sondas para osciloscopio. Un cable de alimentación para osciloscopio. Ocho cables para conexiones.
INFORME DE ACTIVIDADES REALIZADAS
Conectamos los cables para conexión en paralelo a el modulo 292C; conectado a un capacitor, inductor y a una resistencia de 1K∩, conectamos el generador d funciones en la entrada y salida respectivamente al circuito armado como lo marca en el manual, conectamos el voltimetro en forma paralela, en la resistencia y en el capacitor, y aumentando el rango de la frecuencia como lo marca en las tablas del manual, y registrando los datos para llenar dichas tablas,
PRESENTACIÓN DE RESULTADOS TABLA DE MEDICIONES DE LA PRACTICA EN CIRCUITO ( RL ) Hertz
V ent volts R.M.S
VR volts R.M.S
VL volts R.M.S
IT miliamperes
Defasamiento en grados entre Ventre y VR
2000
2
1.99
0.035
2.0
1.00
4000
2
2.01
0.063
1.98
1.795
6000
2
2.098
0.092
1.98
2.510
8000
2
2.05
0.121
1.97
3.377
10000
2
2.001
0.150
1.97
4.287
12000
2
2.004
0.180
1.97
5.1325
14000
2
2.009
0.19
1.97
5.402
16000
2
2.007
0.279
1.97
7.914
18000
2
2.003
0.302
1.97
8.574
20000
2
2.001
0.331
1.96
9.392
VTAN Ɵ= VL / VR VL
Ɵ VR
ANGULO DE DEFASAMIENTO CALCULADO EN LA I
ÚLTIMA COLUMNA DE LA TABLA CON LOS VALORES VL Y VR
El ángulo Ɵ de desfasamiento es positivo por que la corriente eléctrica se atrasa 90 ° a la tensión)
TABLA DE MEDICION DE LA PRACTICA EN CIRCUITO RC
Hertz
V ent volts R.M.S
VR volts R.M.S
VC volts R.M.S
IT miliamperes
Defasamiento en grados entre Ventre y VR
500
2
0.061
1.996
0.04
-88.24
1000
2
0.156
1.983
0.15
-85.50
2000
2
0.256
1.942
0.24
-82.490
3000
2
0.366
1,899
0.35
-79.38
4000
2
0.464
1.835
0.44
-75.80
5000
2
0.557
1.760
0.53
-72.43
6000
2
0.630
1.703
0.59
-69.698
7000
2
0.688
1.649
0.65
-67.353
8000
2
0.750
1.575
0.70
-64.53
9000
2
0.804
1.482
0.75
-61.57
10000
2
0.852
1.433
0.79
-59.26
I Ɵ V
VR
TAN Ɵ= VC
- VC
/ VR
ANGULO DE DEFASAMIENTO CALCULADO EN LA ÚLTIMA COLUMNA DE LA TABLA CON LOS VALORES VC Y VR
El ángulo Ɵ de desfasamiento es negativo por que la corriente eléctrica se adelanta 90 ° a la tensión)
DIAGRAMAS
CONCLUSIONES
Podemos concluir que en los objetivos de la práctica se cumplieron de la manera correcta, pudimos registrar las lecturas de las elementos del circuito, apreciando de manera muy grafica el trabajo de los elementos, de tal manera que la teoría fue muy comprensible pues el trabajo practico elaborado nos hizo ver de manera explicita los comportamientos, los desfasamientos y los cálculos de estos, es la manera numérica y grafica de lo que podemos ver en el osciloscopio solamente que de manera palpable
FUENTES DE INFORMACIÓN
Introducción al análisis de circuitos, Robert L. Boylestad, decima edición, 2004, pag: 39, 48, 105.
Manual de electricidad aplicada