INFORME INFORME DE LABORA LABORATORIO TORIO DE FISICA 3
“AÑO DE LA DIVERSIFICACIÓN P RODUCTIVA RODUCTIVA Y EL F ORTALECIMIENTO ORTALECIMIENTO DE LA E DUCACIÓN DUCACIÓN ” ”
UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS
TEMA: POTENCIA ELÉCTRICA – CONDENSADORES ONDENSADORES Y BOBINAS EN CIRCUITOS DE CORRIENTE CONTINUA
PROFESOR:
JULIO FABIAN
CURSO: LABORATORIO ABORATORIO DE FÍSICA III INTEGRANTES: CÓRDOVA PÉREZ, JIANN MARCOS 1519!! CRUZ MENDOZA , ISAC #UISPE FIERRO, RUSSEL VEGA SOTELO, &EVIN
$15
J"AZZEL
15191!
ANT"ONY
15191$% 15191'1
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OBJETIVOS 1. Mostrar la potencia eléctrica como función del voltaje y de la corriente, calculadoras y midiendo la potencia disipada en una resistencia conforme aumenta el voltaje. 2. Demostrar el Voltaje y Corriente de carga y descarga de un condensador. 3. Mientras ue el campo eléctrico aparece en el entorno de cargas en reposo, el campo magnético est! ligado a portadores de carga en movimiento, esto es, a una corriente eléctrica y veremos el comportamiento de una "o"ina.
FUNDAMENTO TEORICO – Potencia Eléctrica #a potencia eléctrica es mayor mientras mayor sea la tensión y mayor sea la corriente. $ara la potencia $ es v!lida la relación%
P = U . I #a unidad de la potencia eléctrica reci"e el nom"re de &att '&(, el inglés ue la definió. 1 & es la potencia de una corriente continua 1 ) con una tensión continua de 1 V. #a potencia a"sor"ida por una carga se puede medir, por tanto, de manera indirecta con un volt*metro y un amper*metro. +na medición directa de potencia se puede realiar por medio de un vat*metro. -i en la formula anterior, de acuerdo con la #ey de /m, para la potencia, se reemplaa la tensión + por el producto 0., se o"tiene la ecuación%
P = I 2 . R
P = U 2 / R
-i en la ecuación inicial, por el contrario, se reemplaa la corriente 0 por el cociente +, se o"tiene la relación%
Experiento! Me"ici#n "e potencia n el e4perimento siguiente se de"e e4aminar a medición indirecta de la potencia eléctrica por medio de una medición paralela de corriente y tensión. Monte el circuito e4perimental representado a continuación% n el caso de ue desee realiar la medición por medio de un amper*metro virtual, la siguiente animación ilustra el ca"leado. -i desea realiar la medición por medio del mult*metro Metra5it, podr! o"servar el ca"leado en la animación siguiente.
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)"ra el instrumento virtual 6uente de tensión continua, y seleccione los ajustes. ncienda a continuación el instrumento por medio de la tecla $&. )"ra el instrumento virtual Volt*metro ), y el instrumento )mper*metro 7, y seleccione los ajustes. )/ora, ajuste en el instrumento 6uente de tensión continua una tensión +$- de 1 V. Mida la tensión +1 a través de la resistencia l al igual ue la corriente resultante 0 1 en miliamperios y anote los valores o"tenidos en la correspondiente columna de la ta"la siguiente. ) partir de ello, determine la potencia $1 a"sor"ida por la resistencia en m& y anote de igual manera el resultado en la ta"la. epita el e4perimento para las tensiones de entrada de 2, 8 y 19 V y anote los valores en las l*neas correspondientes de la ta"la. TABLA 1
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E()* 1 $ 0 TABLA 2
U)+ V1 2 5 10
U1 V-
I1 .A-
P1 ./-
0.9 1.9 4.9 9.9
0.5 1.4 4.1 8.5
0.45 2.66 20.09 84.15
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E()* 1 $ 0
U)+ V1 2 5 10
U$ V-
I$ .A-
P$ ./-
0.8 1.8 4.8 9.9
1.5 3.5 9.4 19.2
1.2 6.3 45.12 190.08
CUESTIONARIO$ %Potencia& '$ (C)*le+ "e la+ +i,)iente+ a-iracione+ +on correcta+. a( b) c( d(
#a resistencia peue:a a"sor"e escasa potencia con la misma tensión. La resistencia pequeña absorbe una potencia elevada con la misma tensión. -i se duplica la tensión, se duplica tam"ién la potencia a"sor"ida. -i se duplica la tensión, se reduce a la mitad la potencia a"sor"ida.
/$ (C)*le+ "e la+ +i,)iente+ a-iracione+ +on correcta+. a( "( c) d( e)
#a potencia total es independiente de la tensión ue se aplica. #a potencia total disminuye si se eleva la tensión ue se aplica. La potencia total aumenta si se eleva la tensión que se aplica. #a resistencia peue:a a"sor"e una cantidad mayor de potencia. La resistencia mayor absorbe una cantidad mayor de potencia.
FUNDAMENTO TEORICO – Con"en+a"ore+ #os condensadores son estructuras en las ue se puede almacenar cargas eléctricas en reposo. n su estructura "!sica, un condensador consta de dos placas met!licas ue representan los electrodos del condensador. $or medio del aislamiento de las cargas se forma una diferencia de potencial eléctrico 'tensión( U entre los electrodos. #a imagen siguiente muestra como ejemplo un condensador de placas, con la superficie ) y la distancia entre placas d , ue porta la carga ;. De"ido al aislamiento de cargas se forma un campo eléctrico entre las placas 'no representado en esta imagen(.
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ntre las placas, por lo general, se encuentra un material aislante, esto es, el elemento ue se conoce como dieléctrico 'no representado en la parte superior(. ntre la carga y la tensión e4iste una relación lineal< es v!lida la siguiente relación. #a magnitud C representa la c!cidd del condensador, y se e4presa con la unidad "rdio 's*m"olo% 6(. #a capacidad de un condensador se puede asumir como constante, y depende =nicamente de la estructura geométrica y del dieléctrico empleado. $ara un condensador de placas es v!lida la siguiente relación%
n esta ecuación, 9 es la constante eléctrica de campo y posee un valor de >.>8?2 4 19 @12 )-Vm, r es el *ndice dieléctrico 'carente de unidad(, ) la superficie de una placa y d la distancia entre placas. -i un condensador se conecta a una tensión continua +9 a través de una resistencia de carga , se carga de"ido a la presencia de dic/a tensión, proceso durante el cual la tensión del condensador, de acuerdo con una función e4ponencial, aumenta de 9 V /asta alcanar su valor final +9 '199A( 'curva de carga de un condensador, véase la imagen de la iuierda(. -i, a continuación, se desconecta el condensador de la fuente de tensión y se lo cortocircuita, se produce un proceso de descarga inverso al proceso de carga 'véase la imagen de la derec/a(.
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Abra el instrumento virtual Fuente de tensión continua a través de la opción de menú Instrumentos Fuentes de tensión Fuente de tensión continua ! o también pulsando la si"uiente ima"en! # seleccione los a$ustes %ue se detallan en la tabla si"uiente. &n primer lu"ar! no conecte el instrumento.
A23+4+ 6 78 34 6 4+;< =>4;38 'an"o( *ensión de salida(
10 ) 10 )
Abra el instrumento virtual Osciloscopio a través de la opción de menú Instrumentos Instrumentos de medición Osciloscopio! o también pulsando la si"uiente ima"en! # seleccione los a$ustes %ue se detallan en la tabla si"uiente.
A23+4+ 67 >+=;7>+=>);> +anal A
5 ) , div
+anal -
200 m) , div
-ase de tiempo( odo de
200 ms , div
operación( *ri""er(
/,*! +
+anal A , lanco ascendente , 346& , pre7*ri""er 258
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Apli%ue aora un salto de tensión al condensador! conectando la uente de tensión continua por medio de la tecla :;<&'. Arrastre el oscilo"rama obtenido acia la si"uiente ventana.
CUESTIONARIO$ %El Con"en+a"or& '$ (C)*l e+ la tra0ectoria "e la c)r1a "e la ten+i#n "el con"en+a"or "e+p)é+ "e 2)e +e conecta la ten+i#n contin)a. A) -alta inmediatamente a un valor de apro4imadamente 19 V y se mantiene en este valor. B) )sciende linealmente /asta alcanar un valor apro4imado de 19V y se mantiene en este valor C) Asciende exponencialmente hasta alcanzar un valor aproximado de 1 ! y se mantiene en este valor. ") )sciende e4ponencialmente /asta alcanar un valor apro4imado de 19 V y, a continuación, vuelve a descender a V.
/$ (C)*l e+ la tra0ectoria "e la c)r1a "e corriente "e car,a "e+p)é+ "e 2)e +e conecta la ten+i#n contin)a. A) Durante todo el proceso de carga se mantiene constante. B) n primer lugar, salta a un valor m!4imo y luego desciende linealmente /asta llegar a cero. C) )sciende e4ponencialmente de cero a un valor m!4imo.
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") #n primer lu$ar% salta a un valor m&ximo y% a continuación% desciende exponencialmente hasta lle$ar a cero.
3$ (4)é reacci#n oca+ionar5a )na "i+in)ci#n "e la re+i+tencia "e car,a R'3 en el 1alor *xio "e la corriente "e car,a. )( Binguna. 7( #a corriente de carga disminuir*a. C) La corriente de car$a ascender'a. -epare el condensador de la tensión de alimentación retirando el ca"le del clavijero V?3 y o"serve la tensión del condensador durante un tiempo prolongado.
6$ (4)é +)ce"e con la ten+i#n "el con"en+a"or. A) B) C) ")
$ermanece constante. )umenta "esciende paulatinamente hasta lle$ar a !. $rimeramente asciende y luego desciende /asta 9 V.
7$ (C#o +e p)e"e explicar e+ta reacci#n. A) l condensador, una ve ue se /a retirado la tensión de alimentación, representa una resistencia ó/mica. B) #l condensador se descar$a a trav(s de la resistencia interna de la medición. C) l condensador mantiene su tensión puesto ue la carga no puede salir al e4terior.
. ;ué se puede o"servar en contraposición a la medición continuaE A) Bo se o"serva ninguna diferencia con la medición continua. B) #a tensión desciende a/ora m!s r!pidamente. C) La tensión desciende ahora m&s lentamente. ") #a tensión permanece a/ora constante.
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FUNDAMENTO TEORICO DE 8A BOBINA EN E8 CIRCUITO DE CORRIENTE CONTINUA INDUCTANCIA DE UNA BOBINA Funto al campo eléctrico, ue aparece por ejemplo entre las placas de un condensador cargado, e4iste en la electrotecnia un segundo tipo de campo en forma de campo magnético. Mientras ue el campo eléctrico aparece en el entorno de cargas en reposo, el campo magnético est! ligado a portadores de carga en movimiento, esto es, a una corriente eléctrica. #a inductancia # de la "o"ina es, en este caso, un indicador de su capacidad para generar una tensión de autoinducción. $ara una "o"ina alargada es v!lida la siguiente relación%
n esta ecuación, #9 es la constante magnética de campo, #r la permea"ilidad relativa del n=cleo de la "o"ina, N el n=mero de espiras, l la longitud de la "o"ina y A su sección transversal 'véase la imagen siguiente(.
#a unidad de la inductancia es el $e%rio 's*m"olo 5, 1 5 G 1 Vs)(. +na "o"ina tiene una inductancia igual a 1 5 si durante la modificación uniforme de la corriente ue fluye por ella en 1 ) por segundo, se induce una tensión de autoinducción igual a 1 V.
CONE9I:N ; DESCONE9I:N DE UNA BOBINA -i una "o"ina se encuentra en un circuito de corriente continua, la corriente ue fluye por ella es constante @ tomando en cuenta, en primer lugar, el proceso de cone4ión @ de manera ue no se genera ninguna tensión de autoinducción. #a "o"ina act=a, por tanto, en este
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caso, como una resistencia ó/mica, cuyo valor de resistencia 'por lo general muy peue:o(, resulta del valor de resistencia espec*fico del material de la "o"ina al igual ue de la longitud y sección transversal del alam"re. Cuando se conecta una "o"ina, en primer lugar, se forma su campo magnético< de"ido a las modificaciones resultantes del flujo, se crea una tensión de autoinducción ue act=a opuestamente a la tensión aplicada. De esta manera no asciende la intensidad de corriente a"ruptamente en el circuito eléctrico 'como ocurrir*a con una carga resistiva(, sino ue la corriente asciende paulatinamente /asta alcanar un determinado valor final. -i se desconecta la "o"ina, tiene lugar un proceso inverso% )l diluirse el campo magnético se origina una tensión de autoinducción, ue tiene el mismo sentido ue la tensión ue se aplica"a anteriormente, y ue en las "o"inas con fuertes campos magnéticos puede adoptar valores m!s elevados. #a tensión de autoinducción, en principio, mantiene el flujo de corriente ue atraviesa la "o"ina, de manera ue la corriente no var*a a"ruptamente sino ue desciende paulatinamente /asta llegar a cero. #a siguiente imagen ilustra los procesos ue se producen durante la descone4ión.
CUESTIONARIO %8A BOBINA& '$ (C)*l e+ la tra0ectoria "e la c)r1a "e ten+i#n en la re+i+tencia "e "e+car,a R /. )( -alta a un elevado valor positivo y desciende a continuación lentamente acerc!ndose a 9 V B) alta a un elevado valor ne$ativo y desciende a continuación lentamente acerc&ndose a !. C( -alta inmediatamente a 9 V $ermanece constante
/$ (C#o 1ar5a la c)r1a "e ten+i#n. )( Bo var*a en lo a"soluto. 7( #a tensión desciende a/ora r!pidamente y el pico negativo muestra una era pronunciación. C) La tensión desciende ahora r&pidamente y el pico ne$ativo muestra una pronunciación. D( #a tensión desciende a/ora lentamente y el pico negativo muestra una ligera pronunciación
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( #a tensión desciende a/ora lentamente y el pico negativo muestra una pronunciación marcada. 6( #a tensión permanece constante.
