CIENCIAS BÁSICAS APLICADAS
Laboratorio de Electricidad 2
GENERACIÓN DE ELECTRICIDAD ELECTRICIDAD
PROGRAMA DE FORMACIÓN REGULAR
ELECTRICIDAD LABORATORIO 2 “GENERACION
DE LA ELECTRICIDAD”
INFORME INTEGRANTES DEL GRUPO:
PROFESOR: SECCION: C_12A
Fecha de Realización: Fecha de entrega: 2018 I
“GENERACION DE ELECTRICIDAD”
I.
INTRODUCCION:
En esta segunda clase de laboratorio aprenderemos a utilizar los siguientes instrumentos que da la generación de calor y electricidad de diversas formas y procedemos ver la medición con el voltímetro y también podremos determinar los dos fundamentos eléctricos continuos y alternos. Para generar electricidad primero se debe desalojar la última orbita, de los átomos y cuerpos conductores de los electrones y también podemos apreciar de diversas maneras y como cuales tenemos la generación de tensión por acción térmica, generación de tensión y por efecto fotoeléctrico y generación de tensión por acción magnética. También veremos y aprenderemos como material la termocupla, lámpara incandescente y un panel solar. Con estos materiales también podremos obtener tensión eléctrica o análisis con los imanes y las bobinas
II.
OBJETIVOS:
Comparar diversas formas de generar electricidad.
Medir la tensión generada con un multímetro.
Diferenciar las señales DC de las señales AC
III.
MARCO TEORICO: GENERACIÓN DE ELECTRICIDAD
La electricidad es un fenómeno íntimament e ligado a la materia y a la vida. Todo lo que vemos a nuestro alrededor y también lo que no vemos está integrado por electrones, partículas que giran alrededor de los núcleos atómicos. Son precisamente estas partículas las responsables de los fenómenos electromagnéticos que hacen posible el aprovechamiento de la energía eléctrica
por parte de los humanos . Para explicar la naturaleza de la electricidad, hay que tener presente que toda la materia está constituida por átomos. Los átomos están formados por un núcleo central en el que hay protones y neutrones y una capa externa en la que orbitan los electrones. Los protones tienen carga positiva, los electrones carga negativa y
los neutrones no tienen carga. Así, los át omos son neutros al compensarse las cargas del núcleo con las de la capa externa de electrones. La carga eléctrica es, entonces, una de las propiedades fundamental es de la materia.
Figura 1: Átomo El movimiento de las cargas eléctricas a través de un medio conductor se conoce como corriente eléctrica, y se origina al poner en contacto dos elementos entre los que hay una diferencia de potencial. La corriente elé ctrica continua es aquella que fluye de un punto a otro, siempre en el mismo sentido, mientras que la corriente alterna es aquella que fluye de un punto a otro, cambiando de sentido periódicamente. La electricidad comercial a gran escala procede de generadores
que producen corriente alterna. La corrie nte de una pila o batería, en cambio, es del tipo continuo.
La energía eléctrica se obtiene por procesos basados en el princi pio de Faraday. Este físico inglés intuyó que los campos magnéticos podía p roducir electricidad, de
manera que colocó un disco de cobre, en forma de herradura, entre los dos polos de un imán, y lo hizo girar, movimiento que indujo una corr iente eléctrica en el disco . En las centrales de producción de energía eléctrica actuales, lo que gira es una turbina que comunica su movimiento a un grupo de imanes. Al girar, estos imanes modifican la posición del material conductor respecto a la s líneas de fuerza del campo magnético, induciendo una corriente e léctrica en el conductor. La energía que impulsa las turbinas en las centrales de generación eléctrica puede ser de muchos tipos –nuclear, hidráulica, térmica, solar, eólica, etc . Plantas Térmicas
En este grupo caben todas las plantas generadoras que utilizan como fuente primaria el calor proveniente de los combustibles, el calo r del mar o del sol. De esta forma pueden ser de combustión o de no combustión. Las plantas Solares térmicas
(las que usan el calor del sol) también están consideradas dentro de este tipo de plantas generadoras de energía eléctrica. Centrales hidroeléctricas
Las plantas hidroeléctricas utilizan la energía hidráulica para producir energía eléctrica. Primero, se construyen embalses donde el agua incide en una turbina hidráulica, produciéndose así energía mecánica, que es proporcionada a un generador para que este la convierta en energía eléctrica. Centrales eólicas
Es la energía que se puede obtener proveniente de la fuerza del viento. En este sistema se utiliza el mismo principio de los molinos de viento, es decir, se aprovecha la energía eólica, que mueve las aspas, que a su vez mueven el eje de unión con el generador. Se transforma con ello la energía mecáni ca en energía eléctrica. Fotovoltaicos
Para producir energía eléctrica se utilizan paneles fotovoltaicos, que son unos dispositivos que convierten la energía solar en energía eléctrica de corriente directa. Estos reciben la radiación solar, la cual contiene cargas llamadas fotones,
que inciden sobre las placas del panel, llamadas celdas, constituidas de silicio, provocando el movimiento de los electrones libre. De esta manera se presenta un flujo de electrones a través de las placas de la celda, lo que constituye una corriente
eléctrica. .
IV.
MATERIALES: Multímetro Digital
Voltímetro
Termocupla
Panel Solar
Bobina
Lámpara incandescente
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PROCEDIMIENTO A. GENERACIÓN DE TENSIÓN POR ACCIÓN TÉRMICA 1. Identifique las partes de la termocupla que le ha sido asignada, en especial los signos de polaridad eléctrica que tiene marcados. 2. Seleccione la escala del multímetro digital DCV para iniciar la generación de tensión por acción térmica . 3. Conecte la termocupla al multímetro, como se indica en la Figura 2.1.
Figura 2.1 Conexión de la termocupla al multímetro en función voltímetro.
4. Coloque el selector del multímetro en función termómetro (ºC) para medir la temperatura del medio ambiente e incluso puede medir la de temperatura de sus manos, anote sus datos en la Tabla 2.1. Temperatura (ºC) Ambiente Manos
Tensión generada (mV)
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0
30
0.01
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Tabla 2.1. Valores a temperatura ambiente.
5. Conecte la lámpara incandescente tal como se observa en la Figura 2.2.
Figura 2.2 Conexión de la lámpara incandescente.
ANTES DE ENERGIZAR EL CIRCUITO AVISE AL PROFESOR PARA QUE REVISE EL CABLEADO
6. Ahora coloque la punta de la termocupla cerca de la lámpara incandescente en tres posiciones distintas tal como se muestra en la Figura 2.3 por 10 segundos en cada posición y complete la Tabla 2.2.
Figura 2.3. Termocupla cerca de un elemento calefactor.
POSICI N DE LA TERMOCUPLA Posición 1 Posición 2 Posición 3
TENSI N (mV) 3,0 mv 1,8 mv -0,1 mv
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Tabla 2.2. Valores de tensión con la termocupla en diferentes posiciones.
7. Apague la lámpara y efectúe el procedimiento anterior ubicando la termocupla en una sola posición en cuatro momentos diferentes, con intervalo de 1 min cada uno. Complete los datos de la Tabla 2.3.
Minuto 1 Minuto 2 Minuto 3 Minuto 4
TENSIÓN (mV) 123 mv 128 mv 147 mv 163 mv
Tabla 2.3. Valores de tensión con la termocupla en diferentes momentos
RECUERDE QUE LA LÁMPARA INCANDESCENTE Y LA TERMOCUPLA ESTARÁN CALIENTES POR VARIOS MINUTOS, EVITE EL CONTACTO YA QUE PODRÌA QUEMARSE.
Analice los valores obtenidos y responda 1. ¿Nota alguna variación en la tensión eléctrica medida? Explique ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. 2. ¿Qué tipo de tensión eléctrica se ha logrado generar por el principio de acción térmica Se logrado tensión continua en mili voltios (mv). 3.
Compare datos con sus compañeros e indique un rango para los valores de tensión eléctrica generada por el principio de acción térmica. En acción térmica se obtiene -0,1 mv y 3,0 mv
4. ¿Qué aplicaciones se puede construir utilizando este principio ( acción térmica )? 27
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Se aplica calor a la juntura de dos metales
B. GENERACIÓN DE TENSIÓN POR EFECTO FOTOELÉCTRICO 1. Identifique las partes del panel solar que le ha sido asignado, en especial las marcas de
polaridad eléctrica. 2. Seleccione la escala del multímetro en tensión DC (DCV) para iniciar la generación de
tensión por efecto fotoeléctrico . 3. Conecte el panel solar al multímetro, según se muestra en la Figura 2.4, note que ya tiene una lectura de tensión generada con luz natural. Puede probar diferentes posiciones del panel (buscando la fuente de radiación solar) para lograr una mayor lectura. 4. Utilice la Tabla 2.4 para tomar nota de las mediciones de los siguientes pasos. 5. Encienda la lámpara incandescente y utilícela como fuente de radiación luminosa.
Acerque y aleje el panel solar. Ubique la posición del panel que le brinde mayor tensión generada. 6. Coloque un papel u otro obstáculo entre la lámpara incandescente y el panel solar, generando sombra sobre la superficie del panel.
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Figura 2.4. Conexión del panel solar.
Panel solar
Tensión (V)
Iluminado con luz natural Iluminado con lámpara incandescente Obstruido con cuerpo opaco Tabla 2.4. Valores de tensión con el panel solar.
Analice sus resultados y responda: 1. ¿Qué tipo de tensión eléctrica se ha logrado generar por el efecto fotoeléctrico? Se ha logrado tensión continua (DCV). 2. ¿Es importante la posición del panel solar para generar tensión? ¿Por qué? Si es importante para generar más luz y para obtener resultado de polaridad eléctrico. 3.
Consulte con sus compañeros de estudio e indique un rango para los valores de tensión eléctrica generada por este principio (acción por efecto fotoeléctrico). El valor indicado es 9,52 (v) – 4,60 (v)
4. ¿Qué aplicaciones se puede construir utilizando este principio ( efecto fotoeléctrico) ? Podemos construir tensión eléctrica a una distancia de la luz solar. 5 ¿Qué diferencias encuentra entre los efectos de la acción térmica y la fotoeléctrica? La diferencia es que en la acción térmica se aplica calor ala juntura de dos metales y en fotoeléctrico se da de un rayo luminoso que libera energía de las cargas
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C. GENERACIÓN DE TENSIÓN POR REACCIÓN QUÍMICA 1. Identifique las partes de la batería que le ha sido asignada, en especial los polos de conexión el ánodo (-negativo) y cátodo (+positivo). 2. Seleccione la escala del multímetro en tensión DC (DCV) para iniciar la generación de tensión por reacción química . 3. Conecte la batería al multímetro digital tal como se muestra en la Figura 2.5 y anote los valores en la Tabla 2.5. 4. Realice el mismo procedimiento con varias pilas o baterías.
Figura 2.5 Medición de tensión en una batería o pila.
BATERÍA
TENSIÓN (mV)
Batería 1 Batería 2 Batería 3 Batería 4 Tabla 2.5 Tensión obtenida por reacción química.
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Analice sus resultados y responda 1. ¿Qué tipo de tensión eléctrica se genera por reacción química? ................................................................................................................................. 2. ¿Qué tipo de baterías usó para realizar sus mediciones, primarias o secundarias? ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. 3. De acuerdo a los valores obtenidos, ¿cuándo se dice que una batería no está generando tensión? ………………………………………………………………………………………………………………………………
................................................................................................................................. .................................................................................................................................
D. GENERACIÓN DE TENSIÓN POR ACCIÓN MAGNÉTICA 1. Identifique las partes de la bobina que le ha sido asignada, en especial los tres
terminales de los devanados y los números de vueltas entre cada uno de ellos. Asuma indistintamente el primero como “1” y el otro opuesto como “3”.
2. Seleccione la escala del multímetro en tensión AC (ACV) para iniciar la generación de
tensión por acción magnética . 3. Conecte la bobina al multímetro en los terminales 1-3, según la Figura 2.6 e introduzca el imán en el núcleo de la bobina. Manteniendo fija a la bobina, desplace el imán en forma alternada y anote el valor más alto en la Tabla 2.6. 4. Repita el procedimiento anterior para los puntos 1-2 y 2-3 5. Tome cualquiera de los terminales y experimente con movimientos del imán en la
cercanías de la bobina sin ingresar al interior del núcleo de ésta. 6. Con mucha cautela realice movimiento de la bobina manteniendo fijo el imán. 7. Con algo de imaginación puede aplicar variantes a esta experiencia. Coordine con su
profesor y realice sus innovaciones
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Figura 2.6 Conexión de la bobina y movimiento del imán.
BOBINA
TENSIÓN (mV)
Nº DE ESPIRAS (e)
Conectores 1 - 2
36.2
400
Conectores 1 - 3
46.2
800
Conectores 2 -3
35.1
400
Tabla 2.6 Tensión obtenida por acción magnética.
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Analice sus resultados y responda: 1. ¿Qué tipo de tensión eléctrica se ha logrado generar por el principio de acción
magnética?
Medición de tensión alterna v 2. Consulte con sus compañeros de estudio e indique un rango para los valores de tensión
eléctrica generada por este principio (acción magnética). El resultado que brinda 38,6 v ---208,3 v.
3. ¿Influye el número de vueltas de la bobina en el valor de tensión inducida en la bobina? ¿Cómo? El número de vueltas de la bobina su resultado es mayor cuando el imán induce más rápido. Si el imán induce lentamente su resultado es menor 4. ¿Influyen las condiciones del imán en el valor de tensión inducida en la bobina? ¿Cómo? El valor de tensión inducida del imán influye es cuando induce al núcleo de la bovina 5. ¿Se produce tensión inducida si el imán y la bobina se mueven juntos a la misma velocidad y mismo sentido? ¿Por qué? En este caso no induce la tensión por que ambos mueven al mismo sentido, e iguales 6. ¿Qué aplicaciones se pueden construir bajo este principio ( acción magnética )?
En los timbres. Discos magnéticos. Brújulas magnéticas. Fierros, silicio, bario. etc.
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CONCLUSIONES
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Anote sus conclusiones de acuerdo a los resultados obtenidos.
Por acción térmica: ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... Por efecto fotoeléctrico: ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... Por acción magnética: ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ Por reacción química: ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................
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V.
CONCLUCIONES:
1. Por acción térmica:
En este punto se junta dos metales para obtener el calor. Cada material que medimos tiene diferentes resultados con el multímetro.
2. Por acción fotoeléctrica:
En este caso el rayo luminoso libera energía y ocasiona el movimiento de las cargas de ciertos materiales. En este caso también nos brinda los resultados de polaridad eléctrica.
3. Por acción magnética:
VI.
En este caso se aplica fuerza magnética a un conductor. Mediante movimientos paradesplazar sus electrones y así generar tensión alterna inducida.
APLICACIONES:
1. Por acción térmica. Se puede utilizar en combustión de fósiles, en carbón o en gases naturales y empleamos una termodinámica convencional para producir energía eléctrica. 2. Por acción fotoeléctrico. Se pude utilizar para saber los resultados de tensión de polaridad eléctrica. 3. Por acción magnética. Se utiliza para saber el desplazamiento o movimiento de electrones de los materiales eléctricos
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