UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍAFACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

Curso: Física III (MB-226 C)

Informe del laboratorio 4:

FUERZA ELECTROMOTRIZ, RESISTENCIA INTERNA, EFICIENCIA Y POTENCIA DE UN FUENTE DE CORRIENTE CONTINUA

Profesor:Ing. José Pachas Salhuana

Alumnos:Suyco Montalvo Manuel (20140028J)

Julcamanyan Tucto Jefferson (20142013J)

LIMA - PERÚ2015

Prólogo1

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1.

En el presente informe de laboratorio, en el cuál se estudiará acerca de la fuerza electromotriz, resistencia interna, eficiencia y potencia de una fuente de corriente continua, se debe tener cuidado y tener totalmente claro los conceptos teóricos, ya que de estos podremos deducir de manera más rápida algunos de los objetivos trazados en los experimentos, de los cuales varios deberán ser calculados matemáticamente.

Otro detalle destacable de este laboratorio y que se debe tomar en cuenta para no subestimar los resultados hallados, es que el procedimiento experimental puede resultar fácil e incluso rápido. Pero el análisis de los resultados experimentales y el cálculo de aquellos valores que no se pueden obtener directamente sino solo con el conocimiento y la aplicación de la teoría, pueden resultar tediosos.

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Indice

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1.- Prologo. 1

2.- Objetivos. 3

3.- Representación Sistemática del experimento 4

4.- Fundamento Teórico 5

2.

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Objetivos

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1. Luego de conocidos los conceptos de fuerza electromotriz, resistencia interna, eficiencia y potencia de una fuente de corriente continua, se obtendrá los valores de dichas características.

2. Analizar más a fondo estos conceptos y relacionarlos por medio de gráficas.3. Calcular el valor de la resistencia para la cual la “potencia exterior” es la

máxima, la relación de esta resistencia con la resistencia interna, la potencia total (suma de las potencias disipadas externa e interna); además del valor y las condiciones para que la potencia total sea la máxima.

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3.

1. Equipo: Una fuente de corriente continua, un voltímetro, un amperímetro y una resistencia variable.

2. Procedimiento:

1. Arme el circuito de la figura 2 usando el máximo valor de la resistencia variable R (su máxima longitud) anote las indicaciones del amperímetro y del voltímetro.

2. Disminuya la magnitud de R de modo que V disminuya en 0.1 volt y anote las indicaciones del amperímetro y del voltímetro así como la magnitud de R, esta última puede expresarla en unidades de longitud por ser alambre co0n sección transversal constante.

3. Arme el circuito de la figura 5 que es una modificación de la figura 2.

4. Repita el paso 2, en cada caso la lectura del voltímetro será 0.1 voltios menor que la lectura correspondiente al caso 2.

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Representación esquemática del experimento:

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3.

Fuerza electromotriz (FEM)

La fuerza electromotriz E, en un circuito se encarga de establecer una diferencia de potencial con lo cual se crea corriente en un circuito, su origen se encuentra a partir de un campo eléctrico no conmutativo denominado campo electromotor Em. En un circuito las cargas siempre van de mayor o menor potencial pero al pasar por la fuente de fuerza electromotriz o fem son impulsadas de un potencial menor a uno mayor. La energía para que produzca este impulso en muchos casos es química (también pueden ser de otros tipos). El valor de la fem E esto expresado en voltios y nos indica el potencial que corre positivo (+) de la batería con respecto al negativo (-).

Todas las baterías poseen un valor de resistencia interna r lo cual hace que el potencial de un borre (+) con respecto al otro (-) sea diferente al valor de su fem E consideremos que el circuito exterior tiene una resistencia total R entonces al aplicar la ley de kinchoff delas mallas.

E – ir – iR=0

(1,1)

Al conectar al circuito como el potencial V que pasa a través de la resistencia se encuentra que V=IR entonces al despejar V=E – ir

(1,2)

En donde el valor de i puede ser obtenido con un amperímetro, con lo cual se puede determinar el valor de E para i=0, así mismo como la corriente de corto circuito icc cuando V=0, como E=0 y no se podrán tener como dato directo esto se lograra extrapolándola recta hallada con otros datos hallados para la i y V.

En donde icc = E/r

Potencia:

Viene ser la rapidez con que se entrega energía por parte de la batería al circuito definido en general como P=IV, para nuestro caso calcularemos la potencia externa dada al circuito sabiendo que tiene una definición de potencial V entre los bordes de la batería y una resistencia total R y una intensidad i: como:

Pext=i2R=E2R/(R+r)2

En donde al derivar “P” respecto a R se cumple que la potencia máxima se halla cuando

Fundamento teórico

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E2(r – R)/(R+r)2=0 entonces r=R

Y de aquí se obtiene que la potencia máxima es PMAX = E2/4r debido a que la potencia total es la que ofrece la batería PTOTAL=Ei; se definió la eficiencia como la relación entre la potencia consumido y la potencia dada por la batería

e=Ei – ir/Ei entonces e=1 – ir/E

(1,4)

Usando las relaciones que acabamos de encontrar corresponde determinar los valores de E icc r PMAX respecto a las configuraciones distintas en un circuito.

Leyes de Kirchhoff

Las leyes de Kirchhoff son una consecuencia directa de las leyes básicas del Electromagnetismo (Leyes de Maxwell) para circuitos de baja frecuencia. Aunque no tienen validez universal, forman la base de la Teoría de Circuitos y de gran parte de la Electrónica. Pueden enunciarse en la forma siguiente:

1) Ley de Kirchhoff para los nudos o de las corrientes. (Un nudo en un circuito es un punto en el que confluyen varias corrientes). La suma algebraica de las corrientes que inciden en un nudo, consideradas todas ellas entrantes o todas ellas salientes, es cero (ley de conservación de la carga)

Ejemplo: La aplicación de esta ley al nudo de la figura 1.a puede expresarse en la forma I1+I2+I3+I4+I5=0

La consideración de que una corriente es entrante o saliente se hace en principio de una forma totalmente arbitraria, ya que si una corriente I es entrante, se puede sustituir por una corriente -I saliente y viceversa. El sentido real de la corriente dependerá de cuál de los dos

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signos sea numéricamente el correcto. En el nudo de la figura 2.b, las corrientesI3 eI5 se han supuesto salientes, por lo que -I3 y -I5 serían entrantes. La ley que discutimos nos proporciona en este caso la siguiente expresión:

I1+I2+ (-I3)+I4+ (-I5)=0

Por tanto, esta ley se podría enunciar en la forma equivalente: En un nudo, la suma de las corrientes entrantes ha de ser igual a la suma de las salientes.

2) Ley de Kirchhoff para las mallas o de las tensiones . En un circuito cerrado o malla, la suma algebraica de las diferencias de potencial entre los extremos de los diferentes elementos, tomadas todas en el mismo sentido, es cero (ley de conservación de la energía).

Ejemplo:

La aplicación de esta ley a la malla de la figura puede expresarse matemáticamente en la forma siguiente:

(Va-Vb)+ (Vb-Vc)+ (Vc-Vd)+ (Vd-Ve)+ (Ve-Va)=0

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