Trabajo de Informe Sobre Las Practicas de Fisica

PRACTICAS DE LABORATORIO – FISICA III ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO

INTRODUCCION

La realización de prácticas de laboratorio de Física III Electricidad y Magnetismo preparara al estudiante de Ingeniería Civil de la Universidad Militar Nueva Granada como el mejor profesional y garantía de que los diseños, obras, asesorías e interventoria que realizan sean de alta confiabilidad y profesionalismo.

El ejercicio de la ingeniería civil exige del profesional amplios conocimientos que le permitan aplicarlos en cada uno de sus proyectos con la certeza de que los conceptos teóricos prácticos en temas como: la electricidad, magnetismo, electromagnetismo y las leyes que existen; para la solución de problemas en el campo eléctrico y de electrostática, son una herramienta de vital importancia en proyectos como hidroeléctricas, subestaciones y conducción de electricidad.

Otro concepto a tener en cuenta es la importancia del electromagnetismo porque tiene mucha aplicación por las relaciones entre el magnetismo y la corriente eléctrica dentro de las cuales esta la inductancia (que es la propiedad de un circuito eléctrico a oponerse a cualquier cambio de la corriente en el), La capacitancia (que es la propiedad de un circuito eléctrico para almacenar energía eléctrica mediante un campo electrostático; para liberarlo posteriormente, los circuitos en paralelo, en serie, resistencia e inductancia (RL), resistencia y resistencia y capacitancia (RC), la cual tiene su mayor utilización a nivel residencial, en electrodomésticos y en pequeños motores eléctricos.

Estos laboratorios son de gran importancia para el desarrollo de habilidades y competencias del futuro ingeniero civil; ya que le brinda las herramientas, los procesos y los métodos para desarrollar estas destrezas y aplicar los conceptos adquiridos en el campo de la electricidad y electromagnetismo en la formulación de sus proyectos.

La teoría sin la práctica pondría al profesional en desventaja con los empíricos; ya que estos por su experiencia podrían usurpar el ejercicio de su profesión y llegar a reemplazarlo.

Se espera que este trabajo sea de gran utilidad y provecho para todo aquel que tenga acceso a él y así se pueda continuar aprendiendo y ampliando los conocimientos y experiencias en el desarrollo de la ingeniería civil.


OBJETIVOS

Comprender los conceptos relacionados con la teoría de la relatividad como parte de la física moderna que tiene gran incidencia en el desarrollo de la ingeniería.

Identificar los modelos de la conducción eléctrica para la interpretación de los conceptos de La Ley de Ohm, su aplicación y sus consecuencias involucrándoos en el balance energético.

Conceptualizar los conceptos de resistencia, corriente eléctrica, corriente continua (CC o DC), corriente alterna (AC), magnitudes eléctricas, inducción, conducción entre otras y la parte de la física que tiene gran incidencia en el desarrollo de la ingeniería civil.

Comprender y diferenciar las propiedades que caracterizan un circuito paralelo, uno en serie, y sus diferentes aplicaciones.

Analizar el comportamiento de las cargas positivas y negativas y sus interacciones con el medio.

Aplicar el método científico en la investigación para alcanzar una mayor precisión en los resultados teniendo en cuenta los tipos de errores y su clasificación en un trabajo experimental en el laboratorio para perfeccionarlos con experiencias y obtener resultados más precisos para la explicación y prevención en el desarrollo de la ingeniería civil.

PRACTICA 1


LABORATORIO 1 SUPERFICIES EQUIPOTENCIALES

OBJETIVOS

Observar la variación del potencial eléctrico producido por una distribución de carga eléctrica.

Hallar los puntos de igual potencial y graficarlos Deducir gráficamente las líneas del campo eléctrico.

ASPECTO TEORICO

Las superficies equipotenciales son aquellas en las que todos sus puntos tienen el mismo potencial, las cuales representan un lugar geométrico.

Cuando la carga es puntual, el potencial eléctrico disminuye a medida que se aleja de la carga. Por simetría, a igual distancia de la carga, debe tener el mismo valor y por tanto, en el espacio, todos los puntos que estén sobre una esfera de radio r, con centro en la carga, tendrán el mismo potencial. Esta esfera se denomina superficie equipotencial. El corte de la superficie equipotencial con un plano, genera una circunferencia, que se denomina línea equipotencial.

Otras distribuciones de carga producen líneas equipotenciales de diferente forma, las cuales se presenciaran en esta práctica.

MATERIALES:

Una fuente de poder


Un voltímetro

Papel Milimetrado

Cubeta con agua y sal (para mejor conductividad)

PROCEDIMIENTO:

1. En la cubeta con agua y sal como conductor se colocan dos láminas a las cuales se les conectan los dos electrodos a la fuente de poder. Se ubica una hoja de papel milimetrado debajo de la cubeta. La fuente de voltaje se coloca con una diferencia de potencial de 10V. Con el extremo positivo del voltímetro llamado “explorador” se buscarán los puntos (las coordenadas) en los cuales se halle el mismo potencial, tomándose como mínimo cuatro puntos. Al unirse estos puntos dará una línea equipotencial. Luego se repite para 2V, 4V, 6V, y 8V.

2. A la cubeta con agua y sal y las dos láminas, se le ubica el aro de aluminio más grande el cual tiene un diámetro de 12,6 cm centrado con respecto al papel milimetrado. Nuevamente, la fuente de voltaje se coloca con una diferencia de potencial de 10V. Con el explorador se buscarán los puntos (las coordenadas) en los cuales se halle el mismo potencial, tomándose como mínimo cuatro puntos. Luego se repite para 2V, 4V, 6V y 8V.

Ilustración 1. Experimentación con dos láminas.


DATOS Y GRAFICOS

1. Con dos láminas como electrodos 2. Con dos láminas (como electrodos) y el aro de aluminio mas grande de 12,6 cm de diámetro en el centro y el otro aro de aluminio mas pequeño con diametro de 4,8 cm.

Los datos tomados dentro del aro de aluminio grande permanecieron constantes porque dentro de la superficie equipotencial el voltaje permaneció constante (5 Voltios) y por fuera varia normalmente. Los datos tomados en el interior del anillo de aluminio mas pequeño fue de (5,9 voltios), se ve que aumento el voltaje dependiendo de la ubicación del anillo el cierre del diámetro determina el voltaje interno del anillo lo que muestra que se comporta igual que el otro y varia es donde cierra este. Los siguientes datos se registraron en el área delimitada por los aros o anillos y las láminas.

VOLTAJE

2 4 6 8

x y x y x y x y

8 -11.3 8 -5.8 8 3.2 8 9.8

4 -11.4 4 -5.2 4 2.6 4 10.1

2 -11.2 2 -4.4 2 1.5 2 9.5

0 -11.2 0 -5 0 1.6 0 8.8

-2 -10.6 -2 -5.4 -2 2 -2 8.8

-4 -11.1 -4 -6.1 -4 1.2 -4 9.3

-8 -10.9 -8 -5.2 -8 1.5 -8 11

Ilustración 2. Experimentación con un aro centrado con respecto a las láminas.


GRAFICA DE VOLTAJE

VOLTAJE

ANILLO GRANDE DIAMTRO: 12.6

2 4 5 6 8

x y x y X Y x y x y

8 -11.3 8 -5.8 6.3 6.3 8 3.2 8 9.8

4 -11.4 4 -5.2 4 2.6 4 10.1

2 -11.2 2 -4.4 2 1.5 2 9.5

0 -11.2 0 -5 0 1.6 0 8.8

-2 -10.6 -2 -5.4 -2 2 -2 8.8

-4 -11.1 -4 -6.1 -4 1.2 -4 9.3

-8 -10.9 -8 -5.2 -6.3 -6.3 -8 1.5 -8 11


Grafica anillo grande

VOLTAJE

ANILLO GRANDE DIAMTRO: 4.8

2 4 5.9 6 8

x y x y X Y x y x y

8 -11.3 8 -5.8 2.4 2.4 8 3.2 8 9.8

4 -11.4 4 -5.2 4 2.6 4 10.1

2 -11.2 2 -4.4 2 1.5 2 9.5

0 -11.2 0 -5 0 1.6 0 8.8

-2 -10.6 -2 -5.4 -2 2 -2 8.8

-4 -11.1 -4 -6.1 -4 1.2 -4 9.3

-8 -10.9 -8 -5.2 -2.4 -2,4 -8 1.5 -8 11


GRAFICA VOLTAJE ANILLO PEQUEÑO

CONCLUSIONES


Para el primer experimento se comprueba que los campos son equipotenciales o constantes los cuales se pueden representar por rectas, es decir valores constantes. Dichas líneas no son rectas completamente ya que se pudieron presentar errores de lectura ya sea sobre el papel milimetrado o de lectura del voltímetro, los datos tomados para los diferentes voltajes mostraron una tendencia a líneas rectas, lo que indica tienen el mismo potencial, en pocas palabras son líneas equipotenciales.

Para el segundo experimento con los dos anillos de aluminio se comprueba también lo anterior de acuerdo a los datos obtenidos podemos concluir que dentro del anillo de aluminio el voltaje es el mismo en cualquier punto, dando como resultado una gráfica de una función constante, lo que nos indica que el anillo crea una superficie equipotencial. El campo eléctrico alrededor del aro se va curvando al contorno de éste, la curvatura que luego a medida que se aleja del anillo, tiende a ser lineal o sea a describir otra superficie equipotencial por la ubicación que este presente así mismo es su cierre.

PRACTICA 2

LABORATORIO 2 ELECTROSTATICA


OBJETIVOS

Observar la presencia de la fuerza entre cargas eléctricas.

Deducir experimentalmente la existencia de los dos tipos de carga eléctrica (positiva y negativa).

Observar la diferencia del comportamiento de materiales conductores y materiales aisladores o dieléctricos.

ASPECTO TEORICO

Los átomos normalmente están en estado neutro, es decir poseen igual carga negativa y positiva; igual número de electrones y protones. Pero cuando el átomo pierde electrones entonces queda cargado positivamente. Recíprocamente, si el átomo gana electrones, queda cargado negativamente. Por lo general, una de las formas más fáciles para que los materiales ganen o pierdan electrones es por medio de frotamiento. Dependiendo de las características de los materiales, estos ganan o pierden electrones con mayor facilidad. En especial la ebonita, el cual es un material que por frotamiento gana electrones con gran facilidad, quedando cargada negativamente. Por otro lado el vidrio pierde electrones al ser frotado, quedando cargado positivamente.

Las cargas eléctricas entonces también se repelen o se atraen. Se repelen cuando las cargas son iguales, es decir, cargas negativas repelen cargas negativas, sucediendo lo mismo con las cargas positivas. Las cargas se atraen cuando son opuestas, es decir, las cargas positivas atraen las negativas y viceversa.


Estos dos principios, tanto del comportamiento de los materiales bajo frotamiento, como de la atracción y repulsión de las cargas; se utilizan en este laboratorio para observar el comportamiento de las cargas y su comportamiento de acuerdo a los materiales.

MATERIALES

Un electroscopio

Barra de ebonita

Barra de vidrio

Pedazo de tela (seda y lana)

Un hilo o cuerda delgada

Un alambre de cobre

PROCEDIMIENTO

El electroscopio, el cual permite detectar las cargas eléctricas, consta de pequeñas láminas, muy delgadas y livianas, las cuales están unidas a una esfera por medio de una barra metálica. La barra está aislada de la caja que la contiene para evitar que la carga eléctrica pase a ella. Se realizan operaciones que se indican en cada uno de los siguientes pasos:

1. Carga del electroscopio por inducción.

Ilustración 1. Electroscopio

Caja

Láminas muy delgadas

Núcleo


a. Tome una barra de ebonita, frótela fuertemente contra un pedazo de lana o paño y luego acérquela a la esfera del electroscopio, sin tocarla. Luego retire la barra.

b. Frote nuevamente la barra, toque la esfera con ella y luego retírela.c. Se repiten los pasos anteriores, utilizando una barra de vidrio frotando esta

barra preferiblemente con un pedazo de seda.

2. Carga del electroscopio por inducción (sin retirar la barra). a. Acerque al electroscopio una barra de ebonita cargada (no toque el

electroscopio).b. Sin retirar la barra haga contacto a tierra.c. Retire el contacto a tierra.d. Retire finalmente la barra.e. Repita utilizando la barra de vidrio.

Ilustración 3. Electroscopio cargado por inducción (barra de ebonita)

Ilustración 2. Electroscopio cargado al retirarse la barra de ebonita.


3. Utilización de dos electroscopios.

a. Unos dos electroscopios por un alambre de cobre.b. Acerque la barra de ebonita cargada (frotándola previamente) al núcleo de

uno de los electroscopios.c. Acerque la barra cargada al centro del alambred. Repita los pasos anteriores, cambiando el alambre de cobre con una cuerda

de hilo.

ANÁLISIS Y CONCLUSIONES

Ilustración 5. Dos electroscopios unidos por un alambre de cobre.

Ilustración 6. Dos electroscopios unidos por un hilo.

Ilustración 4. Descarga del electroscopio haciendo polo a tierra.


En los experimentos se puede observar las fuerzas que existen en la naturaleza, donde se evidencia que al cargar un elemento positiva (+) o negativamente (-) por contacto, frotación o inducción, al hacer contacto con otras cargas (+) o (-) se presentan fenómenos de repulsión y atracción.

El electroscopio es un aparato que permite detectar claramente la presencia de cargas eléctricas, las cuales se evidencian al cargarse el núcleo, generando repulsión en sus láminas inferiores.

Un ejemplo claro es cuando al frotarse la ebonita queda cargada negativamente (-), ganando electrones; al aproximarse al núcleo del electroscopio, carga las cargas del mismo y provoca repulsión en las láminas inferiores, separándolas. En cambio al frotarse el vidrio queda cargado positivamente (+), perdiendo electrones; al aproximarse al núcleo del electroscopio, cambia las cargas de las láminas inferiores provocando repulsión entre ellas, separándolas también. Esto comprueba que, independiente que las cargas sean positivas (+) o negativas (-), desequilibran el estado normal de equilibrio del electroscopio, que al cargarlo, genera una fuerza de repulsión en sus láminas inferiores.

En el primer procedimiento se comprueba que la ebonita queda cargada negativamente (-) y al acercarse al núcleo, carga eléctricamente el

Ilustración 7. Representación del comportamiento de las cargas en el electroscopio al aproximarse la barra de ebonita.ara el caso, os electroscopiosenera una fuerza de repulsionvas o negativas, desequilibran el estado normal de equilibrio del el

Ilustración 8. Representación del comportamiento de las cargas en el electroscopio al aproximarse la barra de vidrio.

cbaA B C


electroscopio provocando repulsión en las láminas inferiores (Ilustración 7B). Aún si la barra de ebonita se retira, la fuerza de repulsión en las barras inferiores se mantiene (Ilustración 7C). Este mismo procedimiento se le a la barra de vidrio, el cual pierde electrones, entonces se puede evidenciar que la cantidad de carga generada al frotarse es menor, es decir pierde con gran dificultad electrones, su carga positiva (+) es menor que la presentada en la ebonita ya que al acercarse al núcleo, la repulsión generada en las láminas inferiores fue menor que la observada con la barra de ebonita. Esto demuestra varias cosas:

1. Que los materiales pierden o ganan electrones con mayor o menor facilidad (propiedades intrínsecas)

2. Que independientemente que el núcleo se cargue positiva (+) o negativamente (-), cambia el estado neutral de cargas de las láminas inferiores del electroscopio, provocando repulsión entre ellas.

En el segundo procedimiento, igualmente el electroscopio se carga eléctricamente provocando repulsión en sus láminas inferiores pero al hacerse contacto con el dedo a tierra, éste se descarga. Sin embargo al acercarse nuevamente la barra de ebonita, ésta sigue cargada negativamente (-) y nuevamente carga el electroscopio.

Ilustración 9. Representación del comportamiento de las cargas en el electroscopio, al hacerse polo a tierra y nuevamente aproximando la barra de ebonita.


En el tercer procedimiento con el conductor de cobre y el hilo, una vez más se comprueba que la carga se transmite, sea a un núcleo o al alambre de cobre y éste a su vez la trasmite a ambos electroscopios, observándose así repulsión en las láminas inferiores de ambos electroscopios (ver ilustración 5). Obviamente, la fuerza de repulsión es menor que la observada en los primeros dos procedimientos, pero igualmente hay transmisión de carga. Al realizarse este procedimiento con el hilo, la fuerza de repulsión es menor (ver ilustración 6). Esto demuestra también la conductividad de los materiales utilizados al unir los dos electroscopios, como fue el en el caso del cobre y de el hilo.

PRACTICA 3

LABORATORIO 3 APARATOS DE MEDICION

OBJETIVOS

Conocer el principio básico del funciona miento de un voltímetro y de un amperímetro.

Identificar diferentes elementos eléctricos. Materializar circuitos eléctricos sencillos. Distinguir las diferentes escalas de los aparatos de medición y hacer lecturas

rápidas en amperímetros y voltímetros. Deducir el comportamiento del voltaje y la corriente en un circuito en serie y en

un circuito en paralelo.

RESULTADOS


El principio de funcionamiento de un medidor básico eléctrico, como lo es el Galvanómetro, es la interacción entre corriente eléctrica (i) y campo magnético (B), su marcha consiste en una bobina que se encuentra en un campo magnético uniforme radial producido por un imán permanente, la bobina puede girar libremente alrededor de un eje fijo perpendicular al campo magnético que inicialmente se encuentra paralela al campo. Cuando pasa la corriente por la bobina, ésta se orienta en el campo magnético; pero el efecto de rotación en la bobina producido por el campo se contrarresta por un momento de torsión ejercido por un resorte en espiral, el cual produce la desviación de una aguja unida al resorte, indicando sobre una escala calibrada el valor de la corriente. Debido a que el momento neto ejercido sobre la bobina es cero, ésta siempre permanecerá paralela al campo. Cuando deja de pasar la corriente un resorte recuperador regresa la aguja a la posición cero. La resistencia de la bobina se llama resistencia del galvanómetro RG y en general tiene un valor muy pequeño. Esencialmente, un galvanómetro se utiliza para medir corriente, es decir como amperímetro, pero también se puede usar como voltímetro teniendo en cuenta que según la ley de Ohm, la diferencia de potencial es directamente proporcional a la corriente.

GALVANOMETRO COMO AMPERIMETRO

Debido a que la resistencia del galvanómetro RG tiene un valor fijo, éste sólo permitiría medir un valor máximo de corriente; si se quiere medir una corriente mayor que ese máximo, es decir tener un amperímetro, se coloca en paralelo con el galvanómetro una resistencia Rsh que se llama resistencia Shunt, por la cual se desvía parte de la corriente.Las diferentes escalas de un amperímetro se consiguen colocando diferentes valores de la resistencia de Shunt. Las resistencias Shunt, son muy pequeñas (del orden de ohmios ó décimas de ohmio).Un amperímetro no debe conectarse en paralelo, pues como su resistencia es muy pequeña, pasaría mucha corriente por él y lo quemaría de inmediato.


Galvanómetro como voltímetro

Cuando por el galvanómetro pasa corriente, la aguja se reflecta. Teniendo en cuenta que la resistencia del galvanómetro es fija, ésta deflexión correspondería a un cierto valor de voltaje, el cual se puede indicar sobre una escala. Si se quiere medir con este galvanómetro valores de voltaje más altos, es decir tener un voltímetro, se coloca en serie con el galvanómetro una resistencia RM, repartiéndose entre ésta y la resistencia del galvanómetro (divisor de voltaje) el voltaje aplicado. Esta resistencia se denomina Multiplicador. Las escalas de un voltímetro se obtienen colocando resistencias multiplicadoras RM de diferentes valores. Las resistencias de los multiplicadores son grandes (del orden de los kilo ohm).


APARATOS DE MEDICION

En la práctica se uso el multímetro como instrumento de medida, este consta de varias escalas entre las cuales esta: La escala voltios (V), la escala de Ohm (Ω), la escala de Amper (A), miliamper (mA), frecuencia, temperatura. Los multímetros ofrecen variados servicios en una sola herramienta, por cual son muy útiles a en las labores de electricidad ya que en estos se pueden realizar mediciones de diferencias de potencial (V), valores de las resistencias (Ω), cantidad de corriente (A), temperatura (°C). Además de su fácil utilización con tan solo indicar en el selector de escalas la escala indicada para la medición y conectar las terminales ya sea (circuito, resistencia, etc.) da una lectura instantánea en pantalla. Su margen de error es mínimo esta dado por las variaciones del circuito en cuanto su fuente de alimentación y conexiones inestables.

RESISTOR

Existen resistencias de varias formas como la resistencia de un alambre, la de una bobina, una caja de resistencias que consta de varias bobinas conectadas internamente. Las resistencias de valores pequeños, son simplemente de alambre; las de valores grandes (de 102 W a 106 W y mayores), por lo general se moldean


en forma de pequeños cilindros con una composición de arcilla y carbón; a mayor proporción de carbón mayor es la resistencia. Su tolerancia es generalmente de 5 %, 10 % y hasta 20%. Algunas de estas resistencias tienen su valor impreso en números. Otras presentan su valor por medio de cuatro bandas de colores cada una de las cuales tiene un significado en el código de colores.

Las dos primeras bandas dan dos cifras significativas, la tercera, el multiplicador decimal y el cuarto indica la tolerancia. El código de colores es: (ver tabla izquierda).


Cuestionario

¿Cuánto vale cada división del voltímetro en la escala de 10 V? En un voltímetro convencional la escala de 10V está dividida en 10 cada parte con un valor de 1V, en un multímetro no se muestran las divisiones de la escala solo se selecciona la magnitud a medir, en este caso potencial y su valor se expresa directamente en volt con una aproximación decimal.

¿Cuál es el error debido al instrumento?


El error debido al instrumento esta dado por la resistencia interna, la cual no es constante al ser esta de cobre varía su valor muy fácilmente con los cambios de temperatura, sin embargo es corregible este problema con tan solo colocar una resistencia de un material que no se altere con la temperatura en serie con la bobina, consiguiendo así que el error sea despreciable, aunque esto sucede más a menudo en los instrumentos convencionales de aguja. Otro posible error se da al medir voltajes muy altos en los que se calientan los circuitos y hace que cambien sus valores.Además de la poca aproximación de los valores.

PRACTICA

Valor de las resistencias por medio de código de colores vs valor práctico:


Resistencia colores

Operación Valor teórico Valor práctico medido con multímetro

Tolerancia

Resistencia 1 (amarillo, violeta, rojo, dorado)

47*10^2 = 4700Ω

= 4.7KΩ

4.58KΩ ±5%

Resistencia 2 (rojo, negro, rojo, dorado)

20*10^2 =2000Ω=2.0KΩ 1.99KΩ ±5%

Resistencia 3 (verde, café, rojo, dorado)

51*10^2 =5100Ω=5.1KΩ 5.05KΩ ±5%

Resistencia 4 (rojo, verde, rojo, dorado)

26*10^2 =2600Ω=2.6KΩ 2.64KΩ ±5%

Resistencia 5 (rojo, rojo, rojo, dorado)

22*10^2 =2200Ω=2.2KΩ 2.18KΩ ±5%

Fuentes de Voltaje Baterías


Las fuentes de voltaje son dispositivos que producen energía manifestada como una diferencia de potencial entre dos puntos. Por ejemplo la batería de un automóvil.En un concepto general una batería (de corriente continua) trae marcados su terminal (borne) positivo y su terminal (borne) negativo. Cuando los bornes son de colores, el color rojo indica el borne positivo y el negro el borne negativo.

Reóstato Es una resistencia variable, es igual a un potenciómetro pero a diferencia que un reóstato es de mayor resistencia.

Interruptor Sirve para interrumpir la corriente en un circuito, este abre el circuito fácilmente sin tener que mover ninguna línea.

Capacitor Es una máquina que se utiliza para almacenar energía eléctrica, si un condensador está cargado posee energía, cuando se descarga devuelve la energía al circuito de manera gradual.

En el diseño de circuitos eléctricos se usan símbolos para cada elemento e instrumento eléctrico, se indican en la siguiente tabla:


La forma correcta de medir la corriente en una resistencia, es conectar el amperímetro en serie con la resistencia como se indica a continuación:

Para medir la diferencia de potencial en una resistencia, se conecta el voltímetro en paralelo con la resistencia como se indica en el diagrama:


Cuestionario

¿Puede medir esta resistencia en otra escala?No es posible, solo se puede hallar la resistencia obtenida dentro de un circuito, usando la escala de volt y la de Amper, para poder hallar el valor con la ley de ohm (V=i*R), así despejando la ecuación se obtiene: R= V/i, a diferencia de medir con la escala de ohm en este método es necesario tener una fuente de corriente, por cual ahora es la resistencia obtenida en el circuito y no el valor de la resistencia.

¿Es la escala del ohmímetro lineal?Al ser una escala sus valores van consecutivamente formando una trayectoria lineal, descrita por la proporcionalidad entre la densidad de corriente generada y la magnitud de un campo eléctrico a lo largo de toda su longitud.

¿Cuáles son las escalas correspondientes al amperímetro de corriente continua (i)? En un multímetro analógico las tres posiciones del mando sirven para medir intensidad en corriente continua (D.C.), de izquierda a derecha, los valores máximos que podemos medir son: 500μA, 10mA y 250mA (μA microamperio y corresponde a 10 − 6A=0,000001A y mA miliamperio y corresponde a 10 − 3 =0,001A). En un multímetro digital se pueden encontrar escalas desde 10A, 4000mA, 400mA, 40mA, 4mA (miliamper).

¿Cuánto vale la unidad en cada una de ellas?En el multímetro analógico la escala está dada hasta 250A y se divide en 10 unidades de 5A cada 50A como se ve en la imagen a continuación:

En un multímetro digital tal solo se elige la escala más apropiada de acuerdo al rango que se necesite y automáticamente determina el valor y la unidad la cual se expresa en miliamperios (mA)


CIRCUITOS CON DIVISORES DE VOLTAJE Y DE CORRIENTE

Circuito en serie

El voltaje total en un circuito en serie se determina por la suma de los voltajes en cada resistencia. V= V1+V2+V3+…Vn

La corriente en un circuito en serie es igual en cada una de sus resistencias. (i=i1=i2=i3=…=in)

La resistencia equivalente en un circuito en serie se determina por la suma de cada una de las resistencias. Req= R1+R2+R3+…+Rn

Circuito en paralelo

El voltaje en un circuito en paralelo es igual en cada una de sus resistencias.V=V1=V2=V3=…=Vn

La corriente en un circuito en paralelo es igual a la suma de las corrientes que pasan por cada resistencia. (i = i1+i2+i3+…in)

La resistencia equivalente en un circuito en paralelo se determina por la suma de las inversas de cada resistencia. 1/Req=1/R1+1/R2+1/R3+…+1/Rn


EN PRÁCTICA

1. CIRCUITO EN SERIE

VOLTAJE

Se da un voltaje al circuito y al medir el voltaje en cada resistencia y sumarlos se obtiene el voltaje inicial que es igual al voltaje total.

El potencial se divide entre las resistencias. Entra en la primera resistencia un voltaje de 7.9V de 20.1V total y continua 12.2V de los cuales entran 3.5V en la segunda resistencia, y continúan 8.7V a la tercera resistencia, lo cual hace que se pierda voltaje por ser consumido es decir no es un circuito conservativo de voltaje.

Voltaje suministrado =20.1V R1 =7.9VR2 =3.5VR3 =8.7VVtR=20.1V

RESISTENCIA EQUIVALENTE

Se mide cada resistencia y se suman todos los valores de las resistencias para obtener la resistencia equivalente.

R1+ R2+ R3= Valor teórico

Valor experimental entre a y b

Error relativo

4.58Ω+ 1.99 Ω+ 5.05Ω =11.62Ω

11.64 Ω 11.64-11.62=0.00172*100 11.62

Error %=0.17%


Comparando con la ley de Ohm (i=V/R) y el valor tomado en la práctica:

Ecuación (i=7.9V/4.58Ω) (i=3.5V/1.99Ω) (i=8.7V/5.05Ω)(i)teórica =1.72mA =1.75mA =1.72mA(i)experimental 1.71mA 1.71mA 1.71mAError relativo -0.0058 -0.022 -0.0058Error % -0.58% -2.28% -0.58%

CORRIENTE

La corriente del circuito es igual en cada una de sus resistencias.(i=V/R) = 20V/1090Ω=0.018mA (miliamper)

R1 R2 R3 R0.018mA 0.018mA 0.018mA 0.018mA

2. CIRCUITO EN PARALELO

VOLTAJE

Es igual en todas sus resistencias y en cualquier punto del circuito.R1 R2 R3 Voltaje entre a y b20.1V 20.1V 20.1V 20.2


R1 R2 R3 Valor teórico Valor experimental

1/4.58Ω+ 1/1.99 Ω+ 1/5.05 Ω =1/0.92 Req=1.088 Ω

1.09 Ω

Comparando con la ley de Ohm (V= i* R) y el valor tomado en la práctica:

Ecuación (V=10.1*1.088Ω) (V=4*1.088Ω) (V=4.3*1.088Ω) total(V)teórica 10.988V 4.35V 4.67V 20.016V(V)experimental - - - 20.1VError relativo - - - 0.00449Error % - - - 0.44%


CORRIENTE

La corriente que entra de la fuente al circuito se divide cuando llega a la primera resistencia en la que se toma una cantidad y la otra continua a la siguiente resistencia en la que ocurre de nuevo una división al entrar cierta cantidad y la restante continua por el resto del circuito.

Corriente suministrada por la fuente i=18.4mA

Corriente en cada resistencia:

R1 R2 R3i1 i2 i3=10.1mA =4mA =4.3mA

Intensidad teórica (Ley de Ohm)

i=V/R

Circuito en serie

Se usa la resistencia equivalente.i=20.1V/11640=1.72mA


Circuito en paralelo

Se usa la resistencia equivalente.i=20.1V/1090=0.018mA

Intensidad experimental

RT= 1.71mAR1= 1.71mAR2= 1.71mAR3= 1.71mA

Dada una fuente de 6V, explique cómo construiría un circuito que le permita obtener una diferencia de potencial de 1.5V entre dos puntos.

Inicialmente se tiene una fuente de 6V de la cual podemos calcular por medio de la ley de Ohm la intensidad, con cierto número de resistencias, pero no obtendríamos la diferencia de potencial solicitada (1.5V), por lo cual debemos usar esta diferencia y una resistencia equivalente (Req=R1+R2; Req=4580Ω+1990Ω=6570Ω), para hallar las demás variables, y despejando i =V/R, tenemos que: i=1.5V/6570Ω=2.28x10-4A para lo cual ya tendríamos la diferencia de potencial de 1.5V con dos resistencias en serie.


CONCLUSIONES

Del circuito en paralelo se puede afirmar que es un divisor corriente, debido a que la corriente al entrar en este, al llegar a la primera resistencia ya tiene una desviación de su valor que entra en la resistencia y el restante continua a la próxima resistencia ocurriéndole lo mismo y así hasta recorrer todo el circuito, al tomar el otro extremo de las resistencias el valor de la corriente se recupera para salir de igual magnitud a la que entro, por otro lado este es un circuito conservativo, ya que no consume la energía, lo cual lo hace muy útil.

Analizando los resultados obtenidos en la práctica del circuito en serie como divisor de voltaje podemos concluir respecto al voltaje que en este tipo de circuito este se divide en cada punto donde exista una resistencia, disminuyendo el valor para obtener al final del circuito un voltaje de menor valor que el inicial, debido a la cantidad que entra en la resistencia; por lo cual es muy útil para regular voltaje, pero no es un circuito conservativo ya que se pierde voltaje pues es consumido y liberado en calor.

Podemos concluir que si la resistencia no se encuentra dentro del rango de error esta se encuentra dañada.

De la resistencia equivalente se puede concluir que es la que sustituye dos o más conservando la misma corriente en el circuito, al comparar el resultado teórico y el práctico y calcular su error se puede ver que es mínimo y que se obtiene por la aproximación de los valores de la medición a valores más cercanos, lo cual no tiene incidencia de ningún tipo.

Cuando calculamos el valor de las resistencias por medio de la ley de Ohm y las comprobamos con el valor experimental tomado en la práctica calculamos el error y obtenemos que su valor es mínimo y puede ser despreciable porque afecta de ninguna manera el resultado; pero es corregible si se toman valores más precisos a la hora de tomarlos y con una buena aproximación en decimales.

En el análisis del circuito en paralelo podemos decir en lo referente al comportamiento del voltaje que este es igual en cualquier punto del circuito a diferencia del voltaje en el circuito en serie este es constante y es el mismo valor que entra que el que sale.


Respecto a la corriente en el circuito en serie podemos concluir que esta es igual en cualquier punto del circuito, y está siempre en movimiento, por lo cual la corriente que entra es la misma que sale sin variar su valor.

Usando la ley de Ohm se logro comprobar la teoría de la corriente en el circuito en serie determinado por el cociente entre voltaje y resistencia, y la comparación con la corriente medida experimentalmente, de la cual se obtuvo un error relativo muy mínimo, dado principalmente por la aproximación de decimales en las medidas, lo cual no presenta mayor importancia.

PRACTICA 4


LABORATORIO 4 RESISTENCIAS EN SERIE Y EN PARALELO

OBJETIVO

Deducir el comportamiento del voltaje y la corriente en un circuito en serie y en un circuito en paralelo.

PROCEDIMIENTO

1. Conecte dos resistencias de diferentes valores en serie (fig.25.1) y mida para cada una de ellas y los extremos de la conexión (puntos a y b) el voltaje y la corriente

¿Cuál es el valor del voltaje entre a y b?. ¿Cuál es el voltaje en cada resistencia? ¿Cuál es la corriente en cada una de las resistencias? Analice sus resultados y exprese sus conclusiones con relación al comportamiento del voltaje y la corriente en el circuito. ¿Podría usted afirmar que el circuito en serie es un divisor de voltaje? Explique su respuesta. Verifique que se cumple la Ley de Ohm en cada resistencia y cálculo el error correspondiente.

2. Con base en los datos obtenidos, calcule el valor de la resistencia equivalente de la conexión. Resistencia equivalente es aquella que remplaza a dos o más manteniendo la misma corriente en el circuito. ¿Coincide su valor con el que predice la teoría?. Calcule el error correspondiente.

3. Conecte ahora dos resistencia diferentes en paralelo (Fig. 25.2) y mida para cada una de ellas y los extremos de la conexión (puntos a y b) el voltaje de la corriente ¿Cuál es el valor de la corriente en a? ¿Cuál es la corriente en cada resistencia? ¿Cuál es el voltaje en cada resistencia? ¿Cuál es el voltaje entre a y b? Analice sus resultados y exprese sus conclusiones con relación al comportamiento del voltaje y la corriente en el circuito


¿Es el circuito en paralelo un divisor de corriente? Justifique su respuesta. Verifique que se cumple la ley de Ohm en cada resistencia y calcule el error correspondiente.

4. Repita la operación indicada en 2 para la conexión en paralelo

Dada una fuente de 6v, explique cómo construiría un circuito que le permita obtener una diferencia de potencial de 1.5v entre dos puntos.

CIRCUITOS

RESISTENCIAS A UTILIZAR

RESISTENCIAS COLORES TEORICO Ω TOLERANCIA

MULTIMETRO Ω

1amarillo,voleta,rojo-dorado 4.700 5% 4580

2rojo,negro,rojo-dorado 2.000 5% 1990

3verde,café,rojo-dorado 5.100 5% 5050

4rojo,violeta,rojo-dorado 2.700 5% 2640

5rojo,rojo,rojo-dorado 2.200 5% 2180


CIRCUITO EN SERIE RESISTENCIAS UTILIZADAS 1, 2 , 3 y 4 RESISTENCIA EQUIVALENTE = R1+R2+R3+R4RESISTENCIA EQUIVALENTE TEORICA Ω

11.620

RESISTENCIA EQUIVALENTE EXPERIMENTO Ω

11.640

ERROR 0,17%

INTENSIDAD TOTAL = I1 = I2 = I3 POTENCIAL FUENTE = 20,1 V I=V/Req

INTENSIDAD TEORICA

0,001726804 A 1,72mA

INTENSIDAD EXPERIMENTO 1,72mA Para Resistencia # Intensidad 1 1,72mA 2 1,72mA 3 1,72mA ERROR -0,39% POTENCIAL EQUIVALENTE = V1+V2+V3 POTENCIAL FUENTE = 20,1 V Para Resistencia # POTENCIAL (V)

Para Resistencia #

POTENCIAL (V)

1 7,91 1 7,92 3,44 2 3,53 8,72 3 8,7POTENCIAL TEORICO

20,07 POTENCIAL EXPERIMENT

20,1


O ERROR -0,17%

CIRCUITO EN PARALELO RESISTENCIAS UTILIZADAS 1, 2, 3 y 4


1/Req = 1/ R1+1/R2+1/R3+1/R4

RESISTENCIA QUIVALENTE TEORICA Ω

1.088

RESISTENCIA QUIVALENTE EXPERIMENTO Ω

1.090

ERROR 0,16%

INTENSIDAD TOTAL = I1 + I2 + I3 + I4

POTENCIAL FUENTE = 20,1 V

I=V/Req

INTENSIDAD TEORICA=

0,018440367 A

INTENSIDAD TEORICA=

18,44mA

INTENSIDAD EXPERIMENTO=

18,5mA

Para Resistencia # Intensidad (mA)

Para Resistencia #

Intensidad (mA)

1 4,38 1 4,42 10,1 2 10,13 3,98 3 4INTENSIDAD 18,46

INTENSIDAD 18,5


TEORICA EXPERIMENTO

ERROR 0,22%

POTENCIAL EQUIVALENTE = V1=V2=V3

POTENCIAL FUENTE = 20,1 V POTENCIAL EXPERIMENTO=

20,1 V

RESISTENCIAS POTENCIAL (V) 1 20,1 2 20,1 3 20,1 ERROR 0,00%

ANÁLISIS

En las resistencias en serie esta disminuye, pero la potencia aumenta

Al comparar el resultado que se obtiene teóricamente con el comparado en la práctica de laboratorio encontramos que existe un error mínimo, con relación a la referente de las resistencias de acuerdo al código de colores es muy preciso comparado con lo que nos indica el multímetro, está dentro de la tolerancia y la resistencia equivalente igual.

En cuanto a la intensidad el error también fue muy bajo se puede decir que es de apreciación, en cuanto al potencial exacto.

CONCLUSIONES

Podemos concluir que en los circuitos los valores experimentales o prácticos tienen un mínimo margen de error por lo tanto se pueden diseñar circuitos que en la práctica funcionan en consecuencia igual a lo teórico. La diferencia en los valores se pude decir que son errores de apreciación. En el tema específico que


nos ocupa, los circuitos, corroboramos experimentalmente con gran precisión que la teoría es la representación matemática de la realidad física.

PRACTICA 5

LABORATORIO 5 LEY DE OHM

Un material conductor posee una gran cantidad de electrones libres, por lo que permite el paso de la electricidad a través del mismo. Los electrones libres, aunque existen en el material, no se puede decir que pertenezcan a algún átomo en concreto.

Una corriente de electricidad existe en una región cuando una carga neta se transporta desde un punto a otro en dicha región. Suponga que la carga se mueve a través de un alambre. Si la carga q se transporta a través de una sección transversal dada del alambre en un tiempo t, entonces la corriente I a través del alambre es I = q/t. Aquí q está en Coulombs, t en segundos e I en Amperes (1A = 1C/s).

Una característica de los electrones libres es que, incluso sin aplicarles un campo eléctrico externo, se mueven a través del material de forma aleatoria debido a la energía térmica. En el caso de que no tengan aplicado ningún campo eléctrico cumplen con la regla de que la media de estos movimientos aleatorios dentro del material es igual a cero. Esto es, dado un plano imaginario trazado a través del material, si sumamos las cargas (electrones) que atraviesan dicho plano en un sentido y restamos las que lo atraviesan en sentido contrario, estas cantidades se anulan.

Cuando se aplica una fuente de tensión externa (como, por ejemplo, una batería) a los extremos de un material conductor, se está aplicando un campo eléctrico sobre los electrones libres. Este campo provoca el movimiento de los mismos en dirección al terminal positivo del material (los electrones son atraídos (absorbidos) por el terminal positivo y repelidos (inyectados) por el negativo). Por tanto, los electrones libres son los portadores de la corriente eléctrica en los materiales conductores.

Si la intensidad es constante en el tiempo se dice que la corriente es continua; en caso contrario, se llama variable. Si no se produce almacenamiento ni disminución de carga en ningún punto del conductor, la corriente es estacionaria.Para obtener una corriente de 1 amperio, es necesario que 1 culombio de carga eléctrica por segundo esté atravesando un plano imaginario trazado en el material conductor.

http://es.wikipedia.org/wiki/Culombio

http://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_continua

http://es.wikipedia.org/wiki/Bater%C3%ADa_el%C3%A9ctrica

http://es.wikipedia.org/wiki/Conductor_el%C3%A9ctrico


Si la intensidad es variable la fórmula anterior da el valor medio de la intensidad en el intervalo de tiempo considerado.

Según la ley de Ohm, la intensidad de la corriente es igual al voltaje dividido por la resistencia que oponen los cuerpos:

PLANTEAMIENTO DE PRÁCTICA

Se efectuaran dos prácticas en el laboratorio, en donde realizando la toma de datos

1. Una resistencia constante, realizada o montada el circuito en un protoboar, en la cual variamos el voltaje en una fuente y medimos mediante un multimetro la intensidad que circula en este montaje.

Tabla de Datos Resistencia 4.7 4.7 4.7 4.7 4.7Voltaje 2 4 6 8 10Intensidad Experimental 0.43 0.87 1.33 1.75 2.14

http://es.wikipedia.org/wiki/Voltaje

http://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Ohm


Empleando la formula anterior, realizamos numéricamente el calculo de la intensidad teórica; posteriormente se realizara el error porcentual de esta.

Intensidad Teórica 0.42 0.85 1.27 1.72 2.12

Intensidad Experimental 0.43 0.87 1.33 1.75 2.14Intensidad Teórica 0.42 0.85 1.27 1.72 2.12Error % 2.3 % 2.3 % 4.7 % 1.7 % 0.9 %

En geometría euclidiana, la recta o línea recta, el ente ideal que se extiende en una misma dirección, existe en una sola dimensión y contiene infinitos puntos; está compuesta de infinitos segmentos (el fragmento de línea más corto que une dos puntos). También se describe como la sucesión continua e indefinida de puntos en una sola dimensión, o sea, no posee principio ni fin.

Es uno de los entes geométricos fundamentales, junto al punto y el plano. Son considerados conceptos apriorísticos ya que su definición sólo es posible a partir de la descripción de las características de otros elementos similares. Así, es posible elaborar definiciones basándose en los Postulados característicos que determinan relaciones entre los entes fundamentales. La rectas se suelen denominar con una letra minúscula.

Las líneas rectas pueden ser expresadas mediante una ecuación del tipo y = m x + b, donde x e y son variables en un plano. En dicha expresión m es denominada la "pendiente de la recta" y está relacionada con la inclinación que toma la recta respecto a un par de ejes que definen el plano. Mientras que b es el denominado "término independiente" u "ordenada al origen" y es el valor del punto en el cual la recta corta al eje vertical en el plano.

http://es.wikipedia.org/wiki/Ecuaci%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Min%C3%BAscula

http://es.wikipedia.org/wiki/Postulados_caracter%C3%ADsticos

http://es.wikipedia.org/wiki/Plano_(geometr%C3%ADa)

http://es.wikipedia.org/wiki/Punto_(geometr%C3%ADa)

http://es.wikipedia.org/wiki/Entes_fundamentales_de_la_geometr%C3%ADa

http://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADnea

http://es.wikipedia.org/wiki/Segmento

http://es.wikipedia.org/wiki/Punto_(geometr%C3%ADa)

http://es.wikipedia.org/wiki/Geometr%C3%ADa_euclidiana

http://es.wikipedia.org/wiki/Geometr%C3%ADa


Grafica

Voltaje 2 4 6 8 10Intensidad Experimental 0.43 0.87 1.33 1.75 2.14

Con la anterior toma de datos hayamos la pendiente de la recta que se representa en la grafica anterior.

Pendiente 4.54 2.69 3.24 4.51


Pendiente Total

3.74

y = mx + bv =3.74 I + b

CONCLUSION

1. Al analizar cada una de las graficas podemos entender la proporcionalidad que existe entre Intensidad, Voltaje y Resistencia; de esta manera gráficamente podemos comprender las teorías planteadas por OHM donde lo experimental esta ligado al planteamiento de ellas, enriqueciendo el aprendizaje de cada discente en la asignatura de electricidad.

2. Se realizara el mismo montaje en el protoboar, donde el voltaje será contante desde la fuente, y se cambiara la resistencia para cada toma de resultados, realizando los mismos pasos que en el anterior


Voltaje 2 2 2 2 2Resistencia 2.0 2.2 2.7 4.7 5.1Intensidad Experimental 9.96 9.04 7.50 4.34 3.88

Empleando la formula anterior, realizamos numéricamente el calculo de la intensidad teórica; posteriormente se realizara el error porcentual de esta.

Intensidad Teórica 10 9.09 7.40 4.25 3.92

Intensidad Experimental 9.96 9.04 7.50 4.34 3.88Intensidad Teórica 10 9.09 7.40 4.25 3.92Error % 0.4 0.5 1.35 2.1 0.001

Grafica


Como la grafica nos arroja una semi curva, debemos graficar en papel logarítmico para linealizar esta grafica y hallar la ecuación de la recta.

Intensidad Experimental 9.96 9.04 7.50 4.34 3.88Resistencia 2.0 2.2 2.7 4.7 5.1

Con la anterior toma de datos hayamos la pendiente de la recta que se representa en la grafica anterior.


Log Y 0.99 0.95 0.87 0.63 0.58Log X 0.30 0.34 0.43 0.67 0.70

Pendiente -1 -0.8 -1 -1.67

Pendiente Total

-1.1

y = mx + bI =-1.1 R + b

CONCLUSION


Se puede analizar que la segunda pendiente es negativa (-) es decir, que al contar con un voltaje constante y si variamos la resistencia a una de mayor de capacidad, la intensidad que recorre el circuito, disminuye proporcionalmente.

PRACTICA 6

LABORATORIO 6 LEYES DE KIRHHOFF

OBJETIVO

Verificar experimentalmente las Leyes de Kirchhoff.

INTRODUCCION

La ley del voltaje de Kirchhoff (LVK) plantea que la suma algebraica de las elevaciones y caídas de voltaje a través de una trayectoria cerrada es cero.

Σ = 0 n V


Teniendo en cuenta que también se puede observar que el voltaje aplicado de un circuito en serie es igual a la suma de las caídas de voltaje a través de los elementos en serie.

ΣV aumentos = ΣV caídas

Así mismo la ley de corriente de Kirchhoff (LCK) plantea que es cero la suma algebraica de las corrientes que entran y salen de un área, sistema o unión. De igual manera se tiene en complemento a lo anterior que la suma de las corrientes que entran a un área, un sistema o una unión debe ser igual a la suma de las corrientes que salen del área, el sistema o la unión.

Σ I entran= Σ salen

TEORIA

Hasta ahora se ha descrito el comportamiento de los circuitos simples, con base en los conceptos de potencial, corriente, resistencia y se ha utilizado la Ley de Ohm esencialmente. En esta práctica se utiliza un conjunto más general de principios conocidos como leyes de Kirchhoff, para circuitos en redes eléctricas más complejas.

Las leyes de Kirchhoff se basan en la conservación de la carga y la corriente eléctrica y en el hecho de que en una trayectoria cerrada el potencial vuelve a su valor original después de recorrerla completamente.

PROCEDIMIENTO

MATERIALES

Tablero de resistencias Fuentes de voltaje D.C. Multímetro. Conectores.

MONTAJE

Realice el siguiente circuito y conéctelo a las fuentes como se indica en la siguiente figura.


DESARROLLO EXPERIMENTAL

Localice los nodos de este circuito. Cuantas mallas hay. Señalelas. Desconencte las fuentes y mida las resistencias. Ajuste el voltaje de salida de las fuentes a 5 voltios (utilice el voltimetro) Comprobación experimental de la primera ley. Comprobación de la segunda ley. Mida las corrientes que llegan a cada nodo.


Podemos identificar dos nodos (A y B) y tres mallas ( I, II y III).

Desconectamos las fuentes y medimos las resistencias con los siguientes resultados:

Tabla de valores reales de las resistencias

Ω R1 R2 R32,7 2,0 5,1

Los valores anteriormente obtenidos se encuentran en kΩ

Se realiza la comprobación experimental de la 1ª Ley de Kirchhoff, empleando el multímetro digital, con los siguientes resultados:

Tabla de valores experimentales de los voltajes

V R1 R2 R3-1,30 6,41 3,48


Los valores anteriormente obtenidos se encuentran en voltios

Malla 1 : -5v + (-1,30v) + 6,41v = 0,11v

Malla 2 : 10v + (-3,48v) + (-6,41) = 0,11v

Malla 3 : 10v + (-3,48v) + (-1,30v) = 0,22v

Se realiza la comprobación de la 2ª ley de Kirchhoff, midiendo las intensidaddes de corriente en cada uno de los nodos, así:

Tabla de valores experimentales de las corrientes en cada rama

î R1 R2 R3-0,41 1,05 1,47

Los valores anteriormente obtenidos se encuentran en miliamperios

Nodo A : 0,41 + 1,05 – 1,47 = -0,01

Nodo B : 1,47 – 0,41 – 1,05 = 0,01

ANALISIS

Las ecuaciones de corriente para cada uno de los nodos son las siguientes:

Nodo A : î1 + î2 – î3 = 0

Nodo B : î3 – î1 – î2 = 0

Estas ecuaciones estan determinadas por la forma en que llegan y salen las intensidades de corriente de cada uno de los nodos. Las intensidades que llegan al nodo se toman positivas (+) y las que salen se toman negativas.

Las ecuaciones para cada una de las mallas serían las siguientes:

Malla I : (-Vr1) + Vr2 = V1


Malla II : (-Vr3) + (-Vr2) = V2

Malla III : V2 +(Vr3) + Vr1 + (-V1) = 0

Las ecuaciones no son independientes teniendo en cuenta que las mallas I y II hacen parte de la Malla III. Al comprobar las Leyes de Kirchhoff la suma algebraica de las tensiones a lo largo de una malla es cero. En las mallas interiores I y II el caso es el mismo, es decir también suman cero.

Las sumatorias de de corrientes y de voltajes no da como resultado final cero exacto por el margen de error que se presenta al manejar solo dos decimales.

PRACTICA 7

LABORATORIO 7 CIRCUITO RC

OBJETIVOS

• Estudiar la carga y descarga de un condensador• Calcular y medir la constante de tiempo• Ver la respuesta a la frecuencia

TEORIA


El circuito está compuesto por dos elementos serían: R que disipa energía y C que almacena energía en forma de campo eléctrico.

El interruptor en la posición 1, hace que el condensador se cargue, de acuerdo a la ecuación:

q(t) = CV 1 – e-t/RC

La cantidad RC, constante de tiempo, es el tiempo en el cual la carga del capacitor ha llegado al 63 % de la carga máxima Q.

Cuando el interruptor se mueve a la posición 2, se desconecta la fuente de voltaje, y el condensador se descarga a través de la resistencia R. La ecuación que representa la descarga en el condensador es:

q(t) = CV e -t/RC

MATERIALES

R y C de diferentes valores Conectores Multímetro Osciloscopio Generador de ondas.

PROCEDIMIENTO

• Monte el circuito para la carga del condensador. Escoja valores para R y C de forma que el tiempo de carga y descarga le permita hacer una tabulación para graficar el voltaje en el condensador en función del tiempo, en papel milimetrado. Se toman medidas para tiempos entre t = 0 y t = 5 RC.

• Se repite el procedimiento, con el interruptor en la posición 2.

• Se gráfica y se mide.


• Con un osciloscopio se puede estudiar el comportamiento del circuito RC en el proceso de carga y descarga del condensador, utilizando un generador de onda cuadrada.

DESARROLLO PRÁCTICA

Se procedió a hacer una tabulación para tiempos de 0s a 440s, cada 20s, tanto para carga como para descarga, para graficar el voltaje en el condensador en función del tiempo.

C = 2200microfaradios

La figura muestra el montaje del circuito RC en el instante de tiempo t=0

1. Cuando el interruptor está en la posición 1, se inicia el proceso de carga del condensador:


Obteniendo la siguiente tabulación: (estos son los nuestros)

TIEMPO VOLTAJE

0 0

20 7,13

40 5,15

60 3,7

80 2,6

100 1,93

120 1,38

140 1


160 0,72

180 0,53

200 0,38

220 0,28

240 0,2

260 0,15

280 0,11

300 0,084

320 0,063

340 0,05

360 0,036

380 0,028

400 0,021

420 0,014

440 0,007

Con estos datos graficamos la carga del condensador: (faltaria hacer las graficas)

TIEMPO DE RELAJACIÓN o = RC

Cómo ya vimos que el proceso de carga en un circuito RC está dado por:

q(t) = Qf 1 – e -t/RC


Para el tiempo t = = RC, q(t) tomará el valor

q(t) = Qf 1 –

q(t) = 0,63 Qf

estos son nuestros datos

TIEMPO q VOLTAJE

0 0

20 7,13

40 5,15

60 3,7

80 2,6

100 1,93

120 1,38

140 1

160 0,72

180 0,53

200 0,38

220 0,28

240 0,2

260 0,15

280 0,11

300 0,084

320 0,063

340 0,05

360 0,036

380 0,028

400 0,021

420 0,014

440 0,007

Qf = 18,32

q(t) = 0,63 (18,32)


q(t) = 11,57 C

Obteniendo la siguiente gráfica:

2. Cuando el interruptor se coloca en la posición 2, el condensador inicia su descarga a través de la resistencia R:

Qf

63%

11,57


Obtuvimos los siguientes datos:

t 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

v 8 6,85,85 5 4,3 3,7

3,17

2,73

2,34

2,01

Gráfica resultante:


TIEMPO DE RELAJACIÓN o = RC

t 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

q 17,62 14,98 12,88 11,01 9,47 8,15 6,98 6,01 5,15 4,43

v 8 6,8 5,85 5 4,3 3,7 3,17 2,73 2,34 2,01

q(t) = Q0 t = RC

q(t) = Q0

q(t) = Q0

q(t) =


q(t) = 0,37(Q0)

q(t) = 0,37 (17,62)

q(t) = 6,52 C

CONCLUSIONES

Con los datos obtenidos en la posición 1, en el cual se carga el condensador, nos muestra una gráfica parecida a una de raíz con índice t/RC. Para un tiempo de 180s se obtiene una carga de 18,32 coulomb y para un tiempo aproximadamente la mitad de ese valor, su carga es el 63% de la carga máxima, esto es 11,57 coulomb.

Al graficar los datos obtenidos en el paso 2, es decir el de descarga del condensador, nos muestra una gráfica típica de una relación inversa, quiere decir que a medida que se avanza en el tiempo la carga del condensador disminuye. Al resolver la ecuación para el tiempo de relajación q(t) = 0,37 Q0,

tenemos que se descarga 0,37 de su máximo valor de carga que para nuestro caso su valor es de 17,62, dando como resultado 6,52 coulomb.

Q0

6,52

63%


PRACTICA 8

LABORATORIO 8 INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA

OBJETIVOS

Observar el fenómeno de inducción electromagnética a través de las experiencias básicas realizadas por Faraday.

Verificar cualitativamente la ley de la inducción de Faraday y la Ley de Lenz.

Visualizar y analizar fenómenos originados por la variación temporal del flujo magnético en diversos dispositivos.

Comprender el fenómeno del campo magnético producido por una corriente eléctrica.

MARCO TEÓRICO

Los campos eléctricos y magnéticos estudiados anteriormente tienen origen fundamentalmente en cargas eléctricas estacionarias, o en movimiento, es decir, en corrientes eléctricas. Se ha descrito además una relación entre la electricidad y el magnetismo por medio de la cual la carga eléctrica origina e interactúa con el campo eléctrico y el campo magnético. Se va a estudiar ahora en este laboratorio una relación más estrecha entre la electricidad y el magnetismo, en la cual los propios campos interactúan directamente. Esta interacción es muy importante pues es el fundamento teórico de las aplicaciones tecnológicas electromagnéticas, y conduce a la comprensión de la naturaleza de la luz.


Los experimentos realizados independientemente por Faraday y por Henry, llevaron a descubrir que un campo magnético variable induce una corriente en un conductor. Las fuerzas electromotrices y las corrientes generadas por los campos magnéticos variables se denominan corrientes inducidas, y el proceso físico se denomina inducción magnética.

La ley de la Inducción de Faraday establece que “la fuerza electromotriz inducida en un circuito es igual al valor negativo de la rapidez con la cual varia el flujo magnético que atraviesa el circuito”

El signo negativo se refiere al sentido en el cual se presenta la fuerza electromotriz inducida, el cual se puede encontrar aplicando la Ley de Lenz que dice “La corriente inducida en un circuito aparece en un sentido tal que, siempre se opone a la causa que la produce”. El valor de la fuerza electromotriz inducida en un circuito depende de la rapidez de variación del flujo.

MATERIALES

Bobina de gran diámetro con pie Imán permanente con forma de barra Galvanómetro Imán permanente con forma de herradura Imán permanente de entrehierro regulable Péndulos de aluminio Tubo largo de aluminio Dinamómetro Cilindro de aluminio Imán permanente con forma cilíndrica Transformador de tensión con núcleo de hierro laminado Reóstato Multímetros digitales Espira de aluminio Medidor de energía eléctrica Lámpara de filamento Accesorios de conexión.


PROCEDIMIENTO

1. Inicialmente, el laboratorista conectó la bobina primaria, (bobina de alambre delgado) a un galvanómetro, ¿Pasa corriente por la bobina? Justifique su respuesta.

RTA. No pasa corriente por la bobina, porque no hay ningún elemento generando una FEM o energía.

2. Tome ahora un imán e introdúzcalo lentamente en la bobina, con el polo norte hacia abajo. Pasa corriente por la bobina? Si su respuesta es afirmativa observe y anote en qué sentido circula la corriente. Saque ahora el imán. ¿Qué observa?.

RTA. Para la primera acción si pasa corriente por la bobina, el galvanómetro muestra un movimiento de su aguja en sentido anti horario. Para la segunda


acción la aguja del galvanómetro se mueve en sentido horario y para (deja de moverse).

3. Repita la operación del paso 2 introduciendo el imán con el polo sur hacia abajo.

4. Introduzca el imán primero lenta y luego rápidamente. Qué observa?. Qué sucede si el imán está quieto con respecto a la bobina?. Sucede lo mismo para cualquier posición del imán con respecto a la bobina?.

RTA. El campo magnético es variable y se produce corriente, la aguja del galvanómetro se mueve en sentido horario. Si el imán está quieto el campo magnético es constante y no se produce corriente. Si, sucede lo mismo para cualquier posición del imán.

5. Mueva el imán, por encima de la bobina, con un movimiento horizontal, hay corriente en la bobina?. Usted ha observado la existencia de una corriente inducida (en los pasos 3 a 5). Verifique (por medio de un dibujo) si ha habido una variación de flujo magnético en la bobina.

RTA. Al mover el imán por encima de la bobina si hay corriente en la bobina.

6. Conecte ahora la otra bobina, secundaria, (bobina de alambre grueso) que se da para la práctica a una batería y a un interruptor y cierre el interruptor. Como al cerrar el interruptor, pasa corriente por la bobina, la corriente produce un campo magnético y, por tanto, podemos decir que la bobina es equivalente a un imán. Dónde está el polo norte de ese imán? Verifique la polaridad magnética de la bobina explicando su procedimiento.

RTA. El polo norte de la bobina estaría en la parte inferior de ella.

7. Coloque ahora la bobina secundaria conectada a la batería y al interruptor, dentro de la bobina primaria conectada únicamente al galvanómetro, manteniendo las dos bobinas en reposo. Cierre el interruptor en la bobina secundaria. Qué observa en el galvanómetro? Abra el interruptor. Qué observa? Hay corriente inducida? Si su respuesta es afirmativa, explique si esta corriente inducida se produce por la misma causa que la observada en los pasos 2 a 5.

RTA. Que no hay movimiento de su aguja. Se genera movimiento en su aguja y si hay corriente inducida, efectivamente se produce por la misma razón que la observada en los pasos 2 a 5, ya que al abrir y cerrar el interruptor secuencialmente el campo magnético generado es variable.


8. Introduzca un núcleo de hierro dentro de la bobina secundaria y repita el paso anterior, hay corriente inducida? Explique las diferencias, si las hay, teniendo en cuenta las propiedades magnéticas del hierro.

RTA. Si hay corriente inducida, el hierro es un medio para que el campo magnético se pueda mover, por ello el campo magnético y la corriente aumentan debido a que el hierro es un material ferro magnético,

9. Repita el paso anterior cambiando el núcleo de hierro por un núcleo de madera.

Se realizó introduciendo un lapicero de pasta no se generó corriente inducida, debido a que es un material DIAMAGNETICO, (no tienen propiedades magnéticas, no son atraídos ni repelidos por campos magnéticos, ni pueden magnetizarse temporal ni permanentemente).

10. Investigue y explique en su informe alguna de las explicaciones prácticas del fenómeno de inducción (por ejemplo al generador de corriente alterna y el funcionamiento de un motor).

EL ALTERNADOR

Es el nombre que recibe el generador de corriente alterna. Se basa en la electromagnética. El imán que genera el campo magnético se denomina inductor y la bobina en la que se induce la fuerza electromotriz recibe el nombre de inducido.


Los dos extremos de hilo conductor del inducido se conectan a unos anillos colectores que giran junto con la bobina. Las escobillas, que suelen ser de grafito, están en contacto permanente, mediante fricción, con los anillos colectores y transmiten la tensión eléctrica producida a los bornes del generador en donde puede conectarse a un circuito exterior.

En el ESTATOR se alojan tres bobinas, desfasadas entre si 120º. Cada una de las bobinas se conecta a una de las fases de un sistema trifásico y dan lugar a un campo magnético giratorio:

Por lo general, la bobina del inducido se monta sobre un núcleo de hierro. La elevada permeabilidad magnética de este material hace que el campo magnético que atraviesa la bobina aumente; ello significa que las líneas de fuerza se aproximan entre sí aumentando el flujo magnético y, consiguientemente, el valor máximo de la f.e.m. inducida. Un efecto semejante se consigue aumentando el número de espiras del inducido.

En los grandes alternadores, el inducido está fijo y es el inductor el que se mueve, de modo que en este caso no son necesarios los anillos colectores ni las escobillas. Aunque la inducción electromagnética depende del movimiento relativo entre el campo magnético y el conductor, con este procedimiento se consigue salvar algunos inconvenientes relacionados con el paso de corrientes elevadas por el colector y las escobillas.

ESCOBILLAS O CARBONES

Las escobillas están fabricadas de carbón prensado y calentado a una temperatura de 1200°C.


Se apoyan rozando contra el colector gracias a la acción de unos resortes, que se

incluyen para hacer que la escobilla esté rozando continuamente contra el

colector. El material con que están fabricadas las escobillas produce un roce

suave equivalente a una lubricación.

Porta Carbones Son elementos que sujetan y canalizan el movimiento de los carbones. Los se deslizan libremente en su caja siendo obligadas a apoyarse sobre el colector por medio de un resorte que carga al carbón con una tensión determinada.Por lo general, en los alternadores comerciales el campo magnético es producido por un electroimán y no por un imán natural; en tales casos el inductor se denomina también excitador, pues es una corriente eléctrica la que excita la producción del campo magnético externo.

Los alternadores son los elementos esenciales en las centrales eléctricas. En ellos se genera una muy alta tensión eléctrica que se transporta a través de una red de tendidos eléctricos y es transformada en estaciones intermedias para llegar finalmente hasta los enchufes domésticos con un valor eficaz de 220 V. La frecuencia de oscilación de esta tensión alterna es en Europa de 50 Hz, lo que equivale a 50 ciclos por segundo.

OTRAS APLICACIONES DE ELECTROMAGNETISMO

Trenes de levitación magnética:

Estos trenes no se mueven en contacto con los rieles, sino que van "flotando" a unos centímetros sobre ellos debido a una fuerza de repulsión electromagnética. Esta fuerza es producida por la corriente eléctrica que circula por unos electroimanes ubicados en la vía de un tren, y es capaz de soportar el peso del tren completo y elevarlo.

Timbres:


Al pulsar el interruptor de un timbre, una corriente eléctrica circula por un electroimán creado por un campo magnético que atrae a un pequeño martillo golpea una campanilla interrumpiendo el circuito, lo que hace que el campo magnético desaparezca y la barra vuelva a su posición. Este proceso se repite rápidamente y se produce el sonido característico del timbre.

Motor eléctrico:

Un motor eléctrico sirve para transformar electricidad en movimiento. Consta de dos partes básicas: un rotor y un estator. El rotor es la parte móvil y está formado por varias bobinas. El estator es un imán fijo entre cuyos polos se ubica la bobina. Su funcionamiento se basa en que al pasar la corriente por las bobinas, ubicadas entre los polos del imán, se produce un movimiento de giro que se mantiene constante, mediante un conmutador, generándose una corriente alterna.

CONCLUSIONES

• En la investigación de este laboratorio "electromagnetismo" nos dimos cuenta que muchos aparatos eléctricos que incluso tenemos en la casa funcionan gracias a este fenómeno que ha sido tan estudiado por tantos años y que cada vez se presentan nuevos avances en la tecnología, en las comunicaciones gracias al electromagnetismo.

• En este laboratorio se encontró lo que significa el fenómeno de electromagnetismo, sus usos, su historia y los científicos que lo han estudiado por años. Se puede apreciar como dos fenómenos como la electricidad y el magnetismo se unen formando el centro de nuestra investigación, como un simple sonido del timbre de nuestra casa puede contener la ciencia estudiada, lo que significa que donde miremos la física va a estar ahí con alguno de sus múltiples fenómenos.

• La vida en tierra entorna a la física, esta es la que nos explica los diferentes fenómenos que suceden a nuestro alrededor.

• La inducción ocurre solamente cuando el conductor se mueve en ángulo recto con respecto a la dirección del campo magnético. Este movimiento es

http://www.monografias.com/trabajos5/elso/elso.shtml


necesario para que se produzca la inducción, pero es un movimiento relativo entre el conductor y el campo magnético.

• Para producir un flujo de corriente en cualquier circuito eléctrico es necesaria una fuente de fuerza electromotriz.

• Cuando se hace oscilar un conductor en un campo magnético, el flujo de corriente en el conductor cambia de sentido tantas veces como lo hace el movimiento físico del conductor.

WEBGRAFIA:

• Inducción a la electrotécnica de Marcelo Antonio Sobrevila año d 1967.• Enciclopedia temática auto evaluativa para el siglo XXI.• Interacción electromagnética: teoría clásica de Joan Costa y Fernando

López A. del año 2007• www.monografias.com• Material CD de la UMNG.• www.acienciasgalilei.com/videos/campoelectrico.htm

http://www.monografias.com/

http://www.monografias.com/trabajos4/epistemologia/epistemologia.shtml


PRACTICA 9

LABORATORIO 9 CAMPO MAGNETICO TERRESTRE

OBJETIVOS

Medir la componente horizontal del campo magnético de la tierra Comprobar que el campo magnético se suma en forma vectorial

MARCO TEÓRICO

Los grandes yacimientos de hierro y otros tipos de materiales ferro magnéticos que existen en la tierra, hacen que ésta se comporte como un gran imán. El polo norte magnético de la tierra se encuentra coincidiendo aproximadamente con el polo sur geográfico y el polo sur magnético aproximadamente coincide con el polo norte geográfico. Como las líneas de fuerza del campo magnético producido por la tierra van del polo norte al polo sur magnético, una brújula (pequeño imán) colocada en un punto cualquiera, se orientará en la dirección de la línea de inducción.

Por esta razón, una brújula siempre indica la dirección del polo norte geográfico. En un punto cualquiera sobre la tierra existe un campo magnético, que, en general, es un vector que tiene tres componentes en los ejes X, Y y Z, respectivamente.


Este vector campo magnético se puede considerar formado únicamente por dos componentes, una sobre un plano tangente a la superficie de la tierra, y otra en la dirección perpendicular a este plano.

La primera de estas componentes se denomina componente horizontal del campo magnético de la tierra. Una brújula que puede girar sobre un plano horizontal solo indica la componente horizontal del campo magnético de la tierra. Considerando un punto P de la tierra (o por encima de ella) en el cual la componente horizontal se BT y donde se dispone de una espira circular de corriente que produzca en ese mismo punto un campo Bo, de tal manera que BT y BO sean perpendiculares entre sí, figura 3.65, entonces en el punto P habrá un campo magnético resultante BR. De la figura 3.65, se tiene que:

Teniendo en cuenta que el campo magnético producido por una espira circular en un punto situado a una distancia X de su centro y sobre su eje es:

Donde R es el radio de la espira. Considerando que se tiene una bobina de N espiras muy juntas, el campo magnético producido por esta bobina en su centro es:


Donde μ 0 es la permeabilidad magnética del vacío (igual que la del aire) 4πx10-7

T.m/A

Reemplazando en las anteriores ecuaciones se obtiene:

Midiendo el ángulo θ y la corriente que circula por la bobina se puede hallar la componente horizontal del campo magnético de la tierra.

P


MATERIALES

Brújula con plataforma preparada para medir ángulos. Bobina de 5, 10 y 15 espiras. Toma de corriente continua. Resistencia variable. Cables de conexiones. Un amperímetro. Un interruptor.

PROCEDIMIENTO

Se coloca la bobina que se da para la práctica, la cual posee una brújula exactamente en su centro. Se conecta a la bobina una fuente y un reóstato de tal manera que se pueda variar la corriente que pasa por ella. Se instala en el circuito un interruptor y un amperímetro para poder medir la corriente. Antes de cerrar el interruptor, ¿Cuál es la dirección que está indicando la brújula?

RTA. DIRECCION NORTE – SUR

Se ubica la bobina de tal forma que su campo magnético sea perpendicular al campo magnético de la tierra. ¿Cómo se debe colocar?

RTA. En el centro de las espiras colocamos la brújula de forma que el plano en el que está la " pantalla" de la brújula esté colocado perpendicularmente al plano formado por las espiras. Esto lo hacemos porqué el campo magnético creado por una corriente eléctrica es siempre perpendicular a la corriente y su sentido se


obtiene a partir de la regla de la mano derecha. Después de colocar la brújula debidamente el centro de rotación de la aguja debe de estar justo en el centro de la circunferencia formada por las espiras.

Se toman ahora 5 espiras de la bobina (N=5) y para una posición cualquiera del reóstato, se cierra el interruptor. Se mide el ángulo correspondiente y la corriente que circula por la bobina.

Se calcula el valor del campo magnético de la tierra.

Se repiten los pasos anteriores para N=10 y N=15 para posiciones diferentes del reóstato, para elaborar una tabla como la siguiente:

NUMERO DE ESPIRAS 15 10 5


RADIO 9,5 9,5 9,5

I 100 mA 100 mA 100 mA

ANGULO 70° 76° 82°

Se comprueba experimentalmente lo que sucede si se cambia la polaridad de la fuente de voltaje.

POSICION INICIAL

CAMBIANDO LA POLARIDAD

En la posición inicial el norte está indicado por el extremo rojo de la aguja de la brújula, en esta posición se observa cómo se tiene conectada la polaridad inicial. Al cambiar la polaridad en la segunda posición nótese que el extremo rojo busca una posición contraria a la inicial de 180°.


CONCLUSIONES

Con este experimento pudimos mostrar la interacción entre un material magnético (aguja de la brújula) con un campo magnético producido por una corriente eléctrica.

El valor obtenido corresponde al valor del campo terrestre en el laboratorio, el que puede estar afectado por la presencia de los materiales presentes, como vigas metálicas, patas de las mesas de hierro, etc.

Los polos magnéticos de un imán son los puntos donde parece concentrarse las fuerzas de atracción o repulsión que actúa en un aislado polo norte. El punto de máximo fuerza repelente es el polo norte magnético; el punto de máxima atracción, el polo sur.

La intensidad de un campo magnético llamada también intensidad magnética o fuerza magnetizadora, existen en un punto dado de un campo magnético se define como la magnitud de la fuerza que experimenta un polo unidad situado en ese punto.

Una explicación muy aceptada del magnetismo terrestre se basa en la teoría de la dinamo auto excitado.

La tierra no es el único planeta dotado de campo magnético, la luna, mercurio. Venus. Marte ,Júpiter y saturno lo tiene también, así como otros astros; por ejemplo el sol


BIBLIOGRAFIA

• Material suministrado por la UMNG en el cd rum.

• Burke John Robert-Lea Susan, Física Vol. II, International Thomson Editores, México, 1999.• Bueche Frederick, Fisica General, Mc Graw Hill, tercera edición. 1989.• www.acienciasgalilei.com/videos/campoelectrico.htm• www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/elecmagnet/induccion/medida_campo/medida_campo.htm

http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/elecmagnet/induccion/medida_campo/medida_campo.htm

http://www.acienciasgalilei.com/videos/campoelectrico.htm

Trabajo de Informe Sobre Las Practicas de Fisica

Documents

Transcript of Trabajo de Informe Sobre Las Practicas de Fisica