INFORME DE LABORATORIO N°2

CURSO:FÍSICA ELECTRÓNICA

PRESENTADO POR:

MANUEL RICARDO BAUTISTA RAMÍREZCÓDIGO: 1073602495

TUTOR VIRTUAL:WILMER HERNÁN GUTIÉRREZ

DIRECCIÓN DE CORREO: wilmer.gutierrez@unad.edu.co

LUZ MIRIAM CARVAJAL JARA CÓDIGO: 39818299TUTOR VIRTUAL:FREDDY TÉLLEZ

DIRECCIÓN DE CORREO freddy.tellez@unad.edu.co

PRESENTADO A:JORGE VARGAS

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA.UNAD

NEMOCÓN 2014

PRÁCTICA N° 2: CIRCUITOS ELÉCTRICOS

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Poner en práctica las capacidades y los conocimientos suficientes para utilizar cada uno de los equipos de laboratorio obteniendo como resultado una práctica exitosa

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Conocer el funcionamiento y aplicación del componente más utilizado dentro de los circuitos eléctricos, la resistencia eléctrica o resistor. También se empleará el código de colores para la identificación de su valor óhmico.

MARCO TEÓRICO

La resistencia es uno de los componentes imprescindibles en la construcción de cualquier equipo electrónico, ya que permite distribuir adecuadamente la corriente y voltaje a todos los puntos necesarios.

El valor de la resistencia se expresa en ohmio, al cual representamos con el símbolo .WSi sometemos los extremos de una resistencia al paso de una corriente continua se producirá en la misma una caída de tensión proporcional a su valor. La intensidad que la atraviese será también proporcional a la tensión aplicada y al valor en ohmios de la resistencia. Para calcular dicha relación no hay más que aplicar la Ley de Ohm:

Hay dos formas de asociar resistencias en un circuito: asociación serie y asociación paralelo:

La resistencia equivalente de un circuito serie es: RT = R1 + R2 + R3 + ... + Rn

lo cual nos indica que una sola resistencia de valor RT se comportará de la misma forma que las n resistencias R1, R2, R3 ... Rn conectadas en serie. Si el circuito es en paralelo entonces la resistencia equivalente es:

RT = 1/(1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + ... + 1/Rn)

Cuando se trata de dos resistencias en paralelo se tiene:

Código de colores

Identificar un resistor no es una tarea muy complicada, se observa que estos poseen 4 bandas de colores, 3 de idénticas proporciones y una más alejada de éstas. Estas bandas representan el valor real del resistor incluyendo su porcentaje de tolerancia o error siguiendo un código de colores estándar.

En primer lugar tratamos de identificar el extremo que corresponde a la banda de tolerancia del resistor, que en la mayoría de los casos suele ser dorada (5%) o (algo más raro) plateada (10%). Una vez localizada ésta la dejamos de lado, (literalmente a la derecha), vamos al otro extremo y leemos la secuencia:

fig: 1

-Primera banda: corresponde al primer dígito del valor-Segunda banda: corresponde al segundo dígito del valor-Tercera banda: representa al exponente, o "números de ceros" a agregar-Cuarta banda: porcentaje de tolerancia (la que habíamos identificado primero)

Los colores corresponden a valores estandarizados como se detallan:

Color 1º y 2º dígitos multiplicador tolerancia

Negro 0 1 (x100)

Marrón 1 10 (x101)

Rojo 2 100 (x102)

Naranja 3 1000 (x103)

Amarillo 4 10000 (x104)

Verde 5 100000 (x105)

Azul 6 1000000 (x106)

Violeta 7 10000000 (x107)

Gris 8 100000000 (x108)

Blanco 9 1000000000 (x109)

Dorado 0.1 (x10-1) 5%

Plateado 10%

Potenciómetro

Un potenciómetro es un componente electrónico similar a los resistores pero cuyo valor de resistencia en vez de ser fijo es variable, permitiendo controlar la intensidad de corriente a lo largo de un circuito conectándolo en paralelo ó la caida de tensión al conectarlo en serie. Un potenciómetro es un elemento muy similar a un reostato , la diferencia es que este último disipa más potencia y es utilizado para circuitos de mayor corriente, debido a esta carácterística, por lo general los potenciómetros son generalmente usados para variar el voltaje en un circuito colocados en paralelo, mientras que los reostatos se utilizan en serie para variar la corriente .

Un potenciómetro está compuesto por una resistencia de valor total constante a lo largo de la cual se mueve un cursor, que es un contacto móvil que divide la resistencia total en dos resistencias de valor variable y cuya suma es la resistencia total, por lo que al mover el cursor una aumenta y la otra disminuye. A la hora de conectar un potenciómetro, se puede utilizar el valor de su resistencia total o el de una de las resistencias variables ya que los potenciómetros tienen tres terminales, dos de ellos en los extremos de la resistencia total y otro unido al cursor.

Se pueden distinguir varios tipos de potenciómetros. Según la forma en la que se instalan: para chasis o para circuito impreso. Según el material: de carbón, de alambre o de plástico conductor. Según su uso: de ajuste, normalmente no accesibles desde el exterior, o de

mando, para que el usuario pueda variar parámetros de un aparato, estos a

su vez pueden ser: rotatorios, se controlan girando su eje, deslizantes, cuya pista resistiva es recta y el cursor se mueve en línea recta o múltiples.

Según su respuesta al movimiento del cursor pueden ser: lineales, logarítmicos, sinusoidales y antilogarítmicos.

Potenciómetros digitales: son circuitos integrados con un funcionamiento similar a un potenciómetro analógico.

Los usos más comunes del potenciómetro son los referidos a al control de funciones de equipos electricos, como el volumen en los equipos de audio y el contraste ó el brillo en la imagen de un televisor.

PROCEDIMIENTO

1. Determine el valor para cada una de las resistencias a través del código de colores. Realice posteriormente la medición con el multímetro y verifique que se encuentra dentro del rango permitido de acuerdo a su valor de tolerancia.

1-Resistencia = rojo – rojo – café – dorado = 220Ω tolerancia del 5%2-Resistencia = café – negro –rojo- dorado = 1000Ω tolerancia del 5%3-Resistencia = azul – rojo – rojo – dorado = 6200Ω tolerancia del 5%Valor medido con el multímetro.1-Resistencia =217Ω 2-Resistencia= 984Ω 3- Resistencia= 6008 Ω Se observa claramente que cada una está dentro del rango permitido

2. Coloque en serie 3 resistencias teniendo en cuenta que deben ser de diferente valor. Calcule el valor equivalente y compruébelo haciendo uso del multímetro.

El valor total de las resistencias es de:220Ω+ 1000Ω+ 6200Ω= 7420 El valor medido con el multímetro da un total de: 7209Ω

3. Coloque las 3 resistencias restantes en serie y luego en paralelo con el arreglo anterior (ver figura). Realice los cálculos de resistencia equivalente pertinentes y verifique los mismos haciendo uso del multímetro. Concluya a partir de los resultados.

Al circuito en serie de resistencias con valor óhmico de 7420 se le agrego un circuito paralelo de la misma resistencia y se obtuvo que

Rt=7420Ω∗7420Ω7420Ω+7420Ω

Rt=3710Ω

Al tomar la medida final con el multímetro se obtiene como resultado:

3.64 KΩ

4. Identifique las terminales del potenciómetro (o resistencia variable) y realice el siguiente montaje:

a. Explique el comportamiento del circuito. Cuando se disminuye la resistencia del potenciómetro aumenta el flujo de corriente en el LED lo que ocasiona que aumente su luminosidad, pero al aumentarla la luz en el LED tiende a ser casi nula ya que en la práctica se utilizó un potenciómetro de 50KΩ

b. ¿Por qué debe usarse la resistencia de 220Ω en serie con el diodo LED? Se debe utilizar una resistencia de 220Ω en serie con el diodo LED para limitar la cantidad de corriente y así proteger al LED. Si se elimina la resistencia y luego se disminuye la resistencia en el potenciómetro el LED se quema.

ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS

Se observa que los valores óhmicos de las resistencias siempre están dentro de su valor especificado por el código de colores pero que casi nunca son exactas, también en el laboratorio se obtiene que las resistencias suman su valor óhmico cuando se conectan en serie, pero al conectarlos en paralelo el valor se reduce drásticamente y obedece a la fórmula que se relaciona a continuación.

RT = 1/(1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + ... + 1/Rn)

También es fácilmente verificable que las resistencias en los circuitos electrónicos se utilizan para proteger los dispositivos que hacen parte de los mismos, ya que ayudan a disminuir el paso de corriente que pasa por determinado elemento.

CONCLUSIONES.

Se puede concluir que por medio del código de colores se puede verificar el valor óhmico de una resistencia, adicional a esto es fácilmente verificable si sirve o no ya que con el código de colores se obtiene el valor óhmico y se puede comparar con el obtenido por el multímetro y de esta manera se puede decir que esta sirve o que esta averiada.

Se comprobó que dependiendo como se conectan las resistencias dentro del circuito varia el valor de la resistencia total del circuito y que el circuito en paralelo se comporta diferente a circuito en serie.

PRÁCTICA N° 3: LEYES DE LOS CIRCUITOS ELÉCTRICOS

OBJETIVO

Verificar las principales características eléctricas de los Circuitos Serie y Paralelo por medio de la experiencia en el Laboratorio. También se pretende comprobar el planteamiento teórico de la Ley de Ohm y de las Leyes de Kirchhoff.

MARCO TEÓRICO

LA LEY DE OHM

La Ley de Ohm, postulada por el físico y matemático alemán Georg Simon Ohm, es una de las leyes fundamentales de la electrodinámica, estrechamente vinculada a los valores de las unidades básicas presentes en cualquier circuito eléctrico como son:

Tensión o voltaje "E", en volt (V).

Intensidad de la corriente " I ", en ampere (A).

Resistencia "R" en ohm () de la carga o consumidor conectado al circuito.

Circuito eléctrico cerrado compuesto por una pila de 1,5 volt, una resistencia o carga eléctrica "R" y la. Circulación de una intensidad o flujo de corriente eléctrica " I " suministrado por la propia pila.

Debido a la existencia de materiales que dificultan más que otros el paso de la corriente eléctrica a través de los mismos, cuando el valor de su resistencia varía, el valor de la intensidad de corriente en ampere también varía de forma inversamente proporcional. Es decir, a medida que la resistencia aumenta la corriente disminuye y, viceversa, cuando la resistencia al paso de la corriente disminuye la corriente aumenta, siempre que para ambos casos el valor de la tensión o voltaje se mantenga constante.

Por otro lado y de acuerdo con la propia Ley, el valor de la tensión o voltaje es directamente proporcional a la intensidad de la corriente; por tanto, si el voltaje aumenta o disminuye, el amperaje de la corriente que circula por el circuito aumentará o disminuirá en la misma proporción, siempre y cuando el valor de la resistencia conectada al circuito se mantenga constante.

Postulado general de la Ley de Ohm

El flujo de corriente en ampere que circula por un circuito eléctrico cerrado, es directamente proporcional a la tensión o voltaje aplicado, e inversamente proporcional a la resistencia en ohm de la carga que tiene conectada.

FÓRMULA MATEMÁTICA GENERAL DE REPRESENTACIÓN DE LA LEY DE OHM

Desde el punto de vista matemático el postulado anterior se puede representar por medio de la siguiente Fórmula General de la Ley de Ohm:

VARIANTE PRÁCTICA:

Aquellas personas menos relacionadas con el despeje de fórmulas matemáticas pueden realizar también los cálculos de tensión, corriente y resistencia correspondientes a la Ley de Ohm, de una forma más fácil utilizando el siguiente recurso práctico:

Con esta variante sólo será necesario tapar con un dedo la letra que representa el valor de la incógnita que queremos conocer y de inmediato quedará indicada con las otras dos letras cuál es la operación matemática que será necesario realizar.

Leyes de Kirchhoff

Las leyes (o Lemas) de Kirchhoff fueron formuladas por Gustav Kirchhoff en 1845, mientras aún era estudiante. Son muy utilizadas en ingeniería eléctrica para

obtener los valores de la corriente y el potencial en cada punto de un circuito eléctrico. Surgen de la aplicación de la ley de conservación de la energía.

Estas leyes nos permiten resolver los circuitos utilizando el conjunto de ecuaciones al que ellos responden. En la lección anterior Ud. conoció el laboratorio virtual LW. El funcionamiento de este y de todos los laboratorios virtuales conocidos se basa en la resolución automática del sistema de ecuaciones que genera un circuito eléctrico. Como trabajo principal la PC presenta una pantalla que semeja un laboratorio de electrónica pero como trabajo de fondo en realidad esta resolviendo las ecuaciones matemáticas del circuito. Lo interesante es que lo puede resolver a tal velocidad que puede representar los resultados en la pantalla con una velocidad similar aunque no igual a la real y de ese modo obtener gráficos que simulan el funcionamiento de un osciloscopio, que es un instrumento destinado a observar tensiones que cambian rápidamente a medida que transcurre el tiempo.

En esta entrega vamos a explicar la teoría en forma clásica y al mismo tiempo vamos a indicar como realizar la verificación de esa teoría en el laboratorio virtual LW.

La primera Ley de Kirchoff

En un circuito eléctrico, es común que se generen nodos de corriente. Un nodo es el punto del circuito donde se unen mas de un terminal de un componente eléctrico. Si lo desea pronuncie “nodo” y piense en “nudo” porque esa es precisamente la realidad: dos o mas componentes se unen anudados entre sí (en realidad soldados entre sí). En la figura 1 se puede observar el mas básico de los circuitos de CC (corriente continua) que contiene dos nodos.

Circuito básico con dos nodos

Enunciado de la primera Ley de Kirchoff

La corriente entrante a un nodo es igual a la suma de las corrientes salientes. Del mismo modo se puede generalizar la primer ley de Kirchoff diciendo que la suma de las corrientes entrantes a un nodo son iguales a la suma de las corrientes salientes.

La razón por la cual se cumple esta ley se entiende perfectamente en forma intuitiva si uno considera que la corriente eléctrica es debida a la circulación de electrones de un punto a otro del circuito. Piense en una modificación de nuestro circuito en donde los resistores tienen un valor mucho mas grande que el indicado, de modo que circule una corriente eléctrica muy pequeña, constituida por tan solo 10 electrones que salen del terminal positivo de la batería. Los electrones están guiados por el conductor de cobre que los lleva hacia el nodo 1. Llegados a ese punto los electrones se dan cuenta que la resistencia eléctrica hacia ambos resistores es la misma y entonces se dividen circulando 5 por un resistor y otros 5 por el otro. Esto es totalmente lógico porque el nodo no puede generar electrones ni retirarlos del circuito solo puede distribuirlos y lo hace en función de la resistencia de cada derivación. En nuestro caso las resistencias son iguales y entonces envía la misma cantidad de electrones para cada lado. Si las resistencias fueran diferentes, podrían circular tal ves 1 electrón hacia una y nueve hacia la otra de acuerdo a la aplicación de la ley de Ohm.

Mas científicamente podríamos decir, que siempre se debe cumplir una ley de la física que dice que la energía no se crea ni se consume, sino que siempre se transforma. La energía eléctrica que entrega la batería se subdivide en el nodo de modo que se transforma en iguales energías térmicas entregadas al ambiente por

cada uno de los resistores. Si los resistores son iguales y están conectados a la misma tensión, deben generar la misma cantidad de calor y por lo tanto deben estar recorridos por la misma corriente; que sumadas deben ser iguales a la corriente entregada por la batería, para que se cumpla la ley de conservación de la energía.

En una palabra, que la energía eléctrica entregada por la batería es igual a la suma de las energías térmicas disipadas por los resistores. El autor un poco en broma suele decir en sus clases. Como dice el Martín Fierro, todo Vatio que camina va a parar al resistor. Nota: el Vatio es la unidad de potencia eléctrica y será estudiado oportunamente.

Segunda Ley de Kirchoff

Cuando un circuito posee más de una batería y varios resistores de carga ya no resulta tan claro como se establecen las corrientes por el mismo. En ese caso es de aplicación la segunda ley de kirchoff, que nos permite resolver el circuito con una gran claridad.

En un circuito cerrado, la suma de las tensiones de batería que se encuentran al recorrerlo siempre serán iguales a la suma de las caídas de tensión existente sobre los resistores.

En la figura siguiente se puede observar un circuito con dos baterías que nos permitirá resolver un ejemplo de aplicación.

Circuito de aplicación de la segunda ley de Kirchoff

Observe que nuestro circuito posee dos baterías y dos resistores y nosotros deseamos saber cuál es la tensión de cada punto (o el potencial), con referencia al terminal negativo de B1 al que le colocamos un símbolo que representa a una conexión a nuestro planeta y al que llamamos tierra o masa. Ud. debe considerar al planeta tierra como un inmenso conductor de la electricidad.

Las tensiones de fuente, simplemente son las indicadas en el circuito, pero si pretendemos aplicar las caídas de potencial en los resistores, debemos determinar primero cual es la corriente que circula por aquel. Para determinar la corriente, primero debemos determinar cual es la tensión de todas nuestras fuentes sumadas. Observe que las dos fuentes están conectadas de modos que sus terminales positivos están galvánicamente conectados entre si por el resistor R1. esto significa que la tensión total no es la suma de ambas fuentes sino la resta. Con referencia a tierra, la batería B1 eleva el potencial pero la batería B2 lo reduce. Los electrones que circulan por ejemplo saliendo de B1 y pasando por R1, luego pierden potencial en B2 y atraviesan R2. Para calcular la corriente circulante podemos agrupar entonces a los dos resistores y a las dos fuentes tal como lo indica la figura siguiente.

Reagrupamiento del circuito

I = Et/R1+R2

I = V/R

V = R . I

PROCEDIMIENTO

Identifique los componentes electrónicos y el equipo de laboratorio que utilizará en esta práctica. Determine el valor teórico de cada resistencia eléctrica y posteriormente compruebe dicho valor con el multímetro.

1. CIRCUITO SERIE. Realice en el protoboard el montaje de un circuito serie, conformado por 3 resistencias y una fuente de alimentación, la cual deberá fijarse en 6 voltios DC.

Se conectaron en serie 3 resistencias de 220Ω, 1000Ω y 6200Ω

Voltejes medidos:

Resistencia 220Ω= 0.176V

Resistencia 1000Ω= 0.801V

Resistencia 6200Ω= 4.97 V

Resultado 5.947V

Voltaje medido en la fuente:

5.98 V

2. Mida el voltaje en cada uno de los cuatro elementos del circuito. Se cumple la Ley de voltajes de Kirchhoff? Mida ahora la corriente del circuito.

Si se cumple la ley de Kirchhoff.

Corriente del circuito: 0.80 mA

3. Calcule matemáticamente el valor de la corriente del circuito y el valor del voltaje en cada una de las resistencias. Compare estos valores con los obtenidos en la experiencia.

Corriente del circuito

I=VR

I= 6V7420Ω

=8 .08x 10−4 A=0.808mA

Voltajes del circuito

V=IxR

VR1=8 .08 x10−4 Ax 220Ω

V=0.1779V

VR2=8 .08 x10−4 Ax 1000Ω

V=0.808V

VR3=8 .08 x10−4 Ax6200Ω

V=5.013V

VT=8 .08 x10−4 Ax7420Ω

V=5.999V

El valor es parecido ya que dentro de los cálculos matemáticos no se tiene en cuenta los valores de desviación de las resistencias, se puede decir que los valores medidos son correctos frente a los calculados con la ley de ohm.

4. CIRCUITO PARALELO. Realice en el protoboard el montaje de un circuito paralelo, conformado por 3 resistencias y una fuente de alimentación, la cual deberá fijarse en 6 voltios DC.

En el circuito se tomaron las mismas resistencias del ejemplo anterior pero en este caso se conectaron de en paralelo.

5. Mida la corriente en cada una de las cuatro ramas del circuito. Se cumple la Ley de corrientes de Kirchhoff? Mida ahora el voltaje en los terminales de cada elemento.

Corrientes medidas medidos:

Resistencia 220Ω= 27.4 mA

Resistencia 1000Ω= 5.96 mA

Resistencia 6200Ω= 0.96 mA

Corriente de entrada= 34.4 mA

Si se cumple la ley de Kirchhoff

Voltajes medidos:

Resistencia 220Ω= 5.89V

Resistencia 1000Ω= 5.89V

Resistencia 6200Ω= 5.89V

Resultado 5.947V

6. Calcule matemáticamente el valor de la corriente que circula por cada elemento y el valor del voltaje entre los nodos del circuito. Compare estos valores con los obtenidos en la experiencia

Valores teóricos de la corriente

I=VR

IR1= 6V220Ω

IR1=0.02727 A=27.27mA

IR2= 6V1000Ω

IR2=0.006 A=6mA

IR3= 6V6200Ω

IR3=0.000968 A=0.968mA

Voltaje calculado matemáticamente

V=IxR

VR 1=0.02727 A x 220Ω

V=6V

VR2=0.006 A x 1000Ω

V=6V

VR3=0.000968 A x 6200Ω

V=6V

Los valores son casi iguales los valores de diferencia corresponden a los decimales.

ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS

Al realizar la medición de la corriente que entra en cada nodo de mi circuito nos dimos cuenta que es la misma que sale y al comparar la sumatoria de los elementos el valor que varía respecto a la fuente es mínimo, se observa por medio del desarrollo del laboratorio, que los valores teóricos siempre se diferencian frente a los tomados en la práctica, por medio del desarrollo de la práctica es fácilmente identificable las leyes de que se mencionan en el marco teórico. Es verificable y comprable que dichas leyes se cumplen a cabalidad.

CONCLUSIONES

En la medición realizada con el multímetro pudimos analizar las variaciones del voltaje y la corriente que un circuito puede llegar a tener desacuerdo al montaje que estemos trabajando puede ser en serie o en paralelo.

Pudimos comprobar la ley de Kirchhoff que dice que todas las corrientes que ingresan a los nodos del circuito son la sumatoria de la corriente total del circuito, con esto también se observa que los voltajes de un circuito en paralelo son los mismos en los elementos encontrados.

Se observa que el voltaje y las corrientes se comportan de acuerdo al circuito diseñado, y que los resultados obtenidos siempre pueden ser cotejados con las fórmulas de las leyes vistas en la actividad.