CORRIENTE ALTERNA
ÍNDICE:
1. RESUMEN………………………………………………………………………...3 2. ANTECEDENTE EXPERIMENTAL…………………………… EXPERIMENTAL……………………………………………..4 ………………..4 3. FUNDAMENTO TEÓRICO……………………………… TEÓRICO………………………………………………………22 ………………………22 4. PARTE EXPERIMENTAL………………… EXPERIMENTAL………………………………………………… ……………………………………..29 ……..29 4.1.MATERIALES…………………………………………………………...29 4.1.MATERIALES…………………………………………………………...29 4.2.PROCEDIMIENTO……………………………………………………...….32 4.2.PROCEDIMIENTO……………………………………………………...….32 5. RESULTADOS………………………………………………………………….....46 6. DISCUSIÓN DE RESULTADOS (OBSERVACIONES)………………………...63 7. CONCLUSIONES…………………………………………………………………64 8. SUGERENCIAS…………………………………………………………………...65 9. AGRADECIMIENTO……………………………………………………………...66 10. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS……………………………… BIBLIOGRÁFICAS……………………………………………..67 ……………..67 11. ANEXOS………………………… ANEXOS…………………………………………………… ………………………………………………..38 ……………………..38
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1.-RESUMEN
En este presente informe que corresponde al sexto y último laboratorio de Física III, cuyo título es CORRIENTE ALTERNA, tiene como objetivo esencial familiarizar al estudiante con algunos conceptos de la corriente alterna (valores eficaces y relaciones vectoriales). Así como estudiar el comportamiento de una lámpara fluorescente. Estos objetivos generales conllevan a otros objetivos como determinar las potencias disipadas por el reactor y por el fluorescente, analizar la función del arrancador en el funcionamiento de la lámpara, comprender el análisis fasorial en un circuito con corriente alterna, verificar si se cumple la segunda ley de Kirchhoff, en estos tipos de circuitos. Por otro lado entre los materiales más importantes a utilizar tenemos una caja que contiene: una lámpara fluorescente, un arrancador y un reactor; un voltímetro de corriente alterna (250V), un multímetro digital, un fusible y cables de conexión; y el procedimiento básicamente está dividido en tres partes. La primera parte consiste en entender el funcionamiento de la lámpara fluorescente, y esta primera parte se subdivide en dos etapas, la primera en lograr encender el fluorescente sin utilizar un arrancador y la segunda utilizando el arrancador. Seguidamente pasamos a la segunda parte del laboratorio la cual consiste en determinar la potencia disipada a través del reactor. Y finalmente la tercera parte que consiste en determinar la potencia disipada a través del fluorescente. Por último se puede notar de nuestros cálculos y resultados que efectivamente la lámpara fluorescente puede funcionar sin la presencia del arrancador, también para el cálculo de la potencia disipada a través del reactor y del fluorescente, tuvimos que hacer una representación fasorial apoyándonos del programa AUTOCAD 2011. Y entre nuestras conclusiones tenemos que no se cumplen la segunda ley de Kirchhoff para circuitos con corriente alterna. PALABRAS CLAVES:
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Corriente alterna Reactor Arrancador Inductancia Corriente eficaz Voltaje eficaz Reactancia Página 2
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1.-RESUMEN
En este presente informe que corresponde al sexto y último laboratorio de Física III, cuyo título es CORRIENTE ALTERNA, tiene como objetivo esencial familiarizar al estudiante con algunos conceptos de la corriente alterna (valores eficaces y relaciones vectoriales). Así como estudiar el comportamiento de una lámpara fluorescente. Estos objetivos generales conllevan a otros objetivos como determinar las potencias disipadas por el reactor y por el fluorescente, analizar la función del arrancador en el funcionamiento de la lámpara, comprender el análisis fasorial en un circuito con corriente alterna, verificar si se cumple la segunda ley de Kirchhoff, en estos tipos de circuitos. Por otro lado entre los materiales más importantes a utilizar tenemos una caja que contiene: una lámpara fluorescente, un arrancador y un reactor; un voltímetro de corriente alterna (250V), un multímetro digital, un fusible y cables de conexión; y el procedimiento básicamente está dividido en tres partes. La primera parte consiste en entender el funcionamiento de la lámpara fluorescente, y esta primera parte se subdivide en dos etapas, la primera en lograr encender el fluorescente sin utilizar un arrancador y la segunda utilizando el arrancador. Seguidamente pasamos a la segunda parte del laboratorio la cual consiste en determinar la potencia disipada a través del reactor. Y finalmente la tercera parte que consiste en determinar la potencia disipada a través del fluorescente. Por último se puede notar de nuestros cálculos y resultados que efectivamente la lámpara fluorescente puede funcionar sin la presencia del arrancador, también para el cálculo de la potencia disipada a través del reactor y del fluorescente, tuvimos que hacer una representación fasorial apoyándonos del programa AUTOCAD 2011. Y entre nuestras conclusiones tenemos que no se cumplen la segunda ley de Kirchhoff para circuitos con corriente alterna. PALABRAS CLAVES:
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Corriente alterna Reactor Arrancador Inductancia Corriente eficaz Voltaje eficaz Reactancia Página 2
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Impedancia
2.-ANTECEDENTE EXPERIMENTAL ESTUDIANTES DE LA UNIVERSIDAD NACONAL DE INGENIERIA /FIM
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3.-FUNDAMENTO TEÓRICO CORRIENTE ALTERNA Se denomina corriente alterna (abreviada CA en español y AC en inglés) a la corriente eléctrica en la que la magnitud y dirección varían cíclicamente.
Fig.1. Representación de la onda de una corriente alterna.
La forma de onda de la corriente alterna más comúnmente utilizada es la de una onda senoidal (Fig.1), puesto que se consigue una transmisión más eficiente de la energía. Sin embargo, en ciertas aplicaciones se utilizan otras formas de onda periódicas, tales como la triangular o la cuadrada.
Onda sinusoidal Una señal sinusoidal a(t), tensión, v(t), o corriente, i(t), se puede expresar matemáticamente según sus parámetros característicos, como una función del tiempo por medio de la siguiente ecuación:
Donde: pico),
A0: es la amplitud en voltios o amperios (también llamado valor máximo o de ω: la pulsación en radianes/segundos t: el tiempo en segundos, y β: el ángulo de fase inicial en radianes.
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Dado que la velocidad angular es más interesante para matemáticos que para ingenieros, la fórmula anterior se suele expresar como:
Donde f es la frecuencia en hercios (Hz) y equivale a la inversa del período (f=1/T). Los valores más empleados en la distribución son 50 Hz y 60 Hz.
Fig. 2. Representacion de la onda sinusoidal.
Valores Significativos A continuación se indican otros valores significativos de una señal sinusoidal:
Valor instantáneo (a(t)): Es el que toma la ordenada en un instante, t, determinado. Valor pico a pico (A pp): Diferencia entre su pico o máximo positivo y su pico negativo. Dado que el valor máximo de sen(x) es +1 y el valor mínimo es -1, una señal sinusoidal que oscila entre +A0 y -A0. El valor de pico a pico, escrito como AP-P, es por lo tanto (+A0)-(-A0) = 2×A0. Valor medio (Amed): Valor del área que forma con el eje de abscisas partido por su período. El área se considera positiva si está por encima del eje de abscisas y negativa si está por debajo. Como en una señal sinusoidal el semiciclo positivo es idéntico al negativo, su valor medio es nulo.
Por eso el valor medio de una onda sinusoidal se refiere a un semiciclo. Mediante el cálculo integral se puede demostrar que su expresión es la siguiente:
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Valor eficaz (A): su importancia se debe a que este valor es el que produce el mismo efecto calorífico que su equivalente en corriente continúa. Matemáticamente, el valor eficaz de una magnitud variable con el tiempo, se define como la raíz cuadrada de la media de los cuadrados de los valores instantáneos alcanzados durante un período:
En la literatura inglesa este valor se conoce como R. M. S. (root mean square, valor cuadrático medio). En el campo industrial, el valor eficaz es de gran importancia ya que casi todas las operaciones con magnitudes energéticas se hacen con dicho valor. De ahí que por rapidez y claridad se represente con la letra mayúscula de la magnitud que se trate (I, V, P, etc.). Matemáticamente se demuestra que para una corriente alterna senoidal el valor eficaz viene dado por la expresión:
√
El valor A, tensión o intensidad, es útil para calcular la potencia consumida por una carga. Así, si una tensión de corriente continua (CC), VCC, desarrolla una cierta potencia P en una carga resistiva dada, una tensión de CA de Vrms desarrollará la misma potencia P en la misma carga si Vrms = VCC. Para ilustrar prácticamente los conceptos anteriores se considera, por ejemplo, la corriente alterna en la red eléctrica doméstica en Europa: cuando se dice que su valor es de 230 V CA, se está diciendo que su valor eficaz (al menos nominal-mente) es de 230 V, lo que significa que tiene los mismos efectos caloríficos que una tensión de 230 V de CC. Su tensión de pico (amplitud), se obtiene despejando de la ecuación antes reseñada:
√
Así, para la red de 230 V CA, la tensión de pico es de aproximadamente 325 V y de 650 V (el doble) la tensión de pico a pico. Su frecuencia es de 50 Hz, lo que equivale a decir que cada ciclo de la onda sinusoidal tarda 20 ms en repetirse. La tensión de pico positivo se alcanza a los 5 ms de pasar la onda por cero (0 V) en su incremento, y 10 ms después se alcanza la tensión de pico negativo. Si se desea conocer, por ejemplo, el valor a los 3 ms de pasar por cero en su incremento, se empleará la función sinusoidal:
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Representación Fasorial: Una función senoidal puede ser representada por un vector giratorio (figura 3), al que se denomina fasor o vector de Fresnel, que tendrá las siguientes características:
Girará con una velocidad angular ω. Su módulo será el valor máximo o el eficaz, según convenga.
Fig. 3. Representación fasorial
La razón de utilizar la representación fasorial está en la simplificación que ello supone. Matemáticamente, un fasor puede ser definido fácilmente por un número complejo, por lo que puede emplearse la teoría de cálculo de estos números para el análisis de sistemas de corriente alterna. Consideremos, a modo de ejemplo, una tensión de CA cuyo valor instantáneo sea el siguiente:
Fig. 4 Ejemplo de fasor tensión.
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⃗ √ √ ⃗
Tomando como módulo del fasor su valor eficaz, la representación gráfica de la anterior tensión será la que se puede observar en la figura 4, y se anotará:
Denominadas formas polares, o bien:
Denominada forma binómica.
Inductancia en un circuito de corriente alterna:
Si se aplica un voltaje instantáneo a una inductancia L, entonces:
Si el voltaje es sinusoidal, entonces la corriente también será sinusoidal. Por conveniencia supongamos que: i I M sen( t ) V
O:
V
LI M cos( t )
LI M sen( t
2
)
Esta ecuación puede expresarse como: V
V M sen( t
2
)
Donde V M es el valor máximo del voltaje a través del inductor. Si se desea relacionar el valor máximo de la caída de voltaje a través de un inductor y el valor máximo de la corriente que pasa por él, comparamos las dos últimas expresiones:
V M Y reemplazando los valores de V M
I M en función de Vef
Vef
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I M L
I ef en esta última expresión:
I ef L
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Es costumbre usar el símbolo Z L , denominado reactancia inductiva y definido por:
Z L L 2 fL Para describir el comportamiento de un inductor Luego:
Vef
I ef Z L
La reactancia inductiva se expresa en Ohms cuando la inductancia se expresa en henrios y la frecuencia en ciclos por segundo Debe notarse que el valor máximo de la corriente en el inductor y el valor máximo de la diferencia de potencial (voltaje) entre sus extremos no ocurren en el mismo tiempo. Así el voltaje máximo cuando la corriente es cero. Ver Fig. 5
Fig. 5 Visualización voltaje máximo
corriente cero
Se describen estas relaciones de fase diciendo que “el voltaje a través de un inductor está adelantado en 90º con respecto a la corriente”. La palabra adelantado es asociada con el hecho de que para el tiempo t cuando el ángulo de fase para la corriente es de wt, el ángulo de fase para el voltaje está dado por t
2
Esta relación de fase puede describirse con la ayuda de vectores apropiados. Si el valor máximo de la corriente se representa por un vector en la dirección +X, el valor máximo del voltaje a través del inductor se representa por un vector en la dirección +Y, como en la fig.10, Si ambos rotan en sentido contrario a las agujas del reloj (anti horario), FISICA III
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en cualquier instante t, su proyección sobre el eje Y nos dará los valores instantáneos de i y v.
Fig. 6 Representación vectorial
Condensador en un circuito de corriente alterna: Si se aplica un voltaje alterno a los extremos de un condensador, este se carga y descarga periódicamente y seque fluye una corriente “a través” del condensador es en cualquier instante q, la diferencia de potencial entre sus placas es en dicho instante V y esta dado por: V=q/C Siendo C la capacidad del condensador. La carga en la placa del condensador es igual a la integral de la corriente durante el tiempo en que fluye la carga hacia el condensador, de modo que
∫ ∫
VC=q= Si la corriente es sinusoidal
I= Y
………………….. (λ)
CV=
V=
La carga inicial del condensador se ha supuesto igual a cero. Luego la diferencia se ha supuesto V puede expresarse como: FISICA III
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V= Donde
Reemplazando
………………… (β)
en función de sus valores eficaces tenemos:
Es usual representar por el símbolo
la reactancia capacitiva, definida por
Para describir el comportamiento de un condensador en un circuito de corriente alterna.se tiene =
Comparando las ecuaciones (λ) y (β) se nota que el voltaje esta atrasado en respecto a la corriente.
Fig. 5 Visualización voltaje máximo
con
corriente cero
Si el valor máximo de la corriente se representa por un vector trazado en la dirección +X, el valor máximo del voltaje puede representarse como un vector trazado en la dirección de i y de V se encuentran examinando las proyecciones de estos vectores en el eje Y, cuando rotan en sentido contrario a las agujas del reloj con velocidad angular w.
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Fig. 6 Representación vectorial
Elementos de un circuito de corriente alterna: Un circuito de corriente alterna consta de una combinación de elementos (resistencias, capacidades y autoinducciones) y un generador que suministra la corriente alterna. Una fem alterna se produce mediante la rotación de una bobina con velocidad angular constante dentro de un campo magnético uniforme producida entre los polos de un imán. v=V0 sin (w t) Para analizar los circuitos de corriente alterna, se emplean dos procedimientos, uno geométrico denominado de vectores rotatorios y otro, que emplea los números complejos. Un ejemplo del primer procedimiento, es la interpretación geométrica del Movimiento Armónico Simple como proyección sobre el eje X de un vector rotatorio de longitud igual a la amplitud y que gira con una velocidad angular igual a la frecuencia angular. Mediante las representaciones vectoriales, la longitud del vector representa la amplitud y su proyección sobre el eje vertical representa el valor instantáneo de dicha cantidad. Los vectores se hacen girar en sentido contrario al las agujas del reloj. Con letras mayúsculas representaremos los valores de la amplitud y con letras minúsculas los valores instantáneos.
Una resistencia conectada a un generador de corriente alterna.
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Fig. 7. Resistencia en un circuito CA
La ecuación de este circuito simple es (intensidad por resistencia igual a la fem).
La diferencia de potencial en la resistencia es:
En una resistencia, la intensidad y la diferencia de potencial relación entre sus amplitudes es:
Con
están en fase. La
, la amplitud de la fem alterna.
Como vemos en la representación vectorial de la figura, al cabo de un cierto tiempo t, los vectores rotatorios que representan a la intensidad en la resistencia y a la diferencia de potencial entre sus extremos, ha girado un ángulo w t. Sus proyecciones sobre el eje vertical marcados por los segmentos de color azul y rojo son respectivamente, los valores en el instante t de la intensidad que circula por la resistencia y de la diferencia de potencial entre sus extremos.
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Fig. 8 Diagrama sinuidal de una resistencia en corriente alterna
Un condensador conectado a un generador de corriente alterna:
Fig. 9 Representación del Condensador en un circuito CA
A diferencia del comportamiento del condensador con la corriente continua, el paso de la corriente alterna por el condensador si ocurre. Otra característica del paso de una corriente alterna en un condensador es que el voltaje que aparece en los terminales del condensador está desfasado o corrido 90° hacia atrás con respecto a la corriente. Esto se debe a que el capacitor se opone a cambios bruscos de tensión.
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¿Qué significa estar desfasado o corrido? Significa que el valor máximo del voltaje aparece 90° después que el valor máximo de la corriente.
Fig. 10. Diagrama corriente voltaje para un condensador
En la fig.4.10 se observa que la curva en color rojo ocurre siempre antes que la curva en color negro en 90° o 1/4 del ciclo. Entonces se dice que la tensión está atrasada con respecto a la corriente o lo que es lo mismo, que la corriente está adelantada a la tensión o voltaje.
Fig. 11 potencia entregada (+) y consumida (-)
Si se multiplican los valores instantáneos de la corriente y el voltaje en un capacitor se obtiene una curva sinusoidal (del doble de la frecuencia de corriente o voltaje), que es la curva de potencia. (P = I x V, Potencia = Corriente x Voltaje). Esta curva tiene una parte positiva y una parte negativa, esto significa que en un instante el capacitor recibe potencia y en otro tiene que entregar potencia, con lo cual se deduce que el capacitor no consume potencia (caso ideal. Se entrega la misma potencia que se recibe) Al aplicar voltaje alterno a un capacitor, éste presenta una oposición al paso de la corriente alterna, el valor de esta oposición se llama reactancia capacitiva (Xc) y se puede calcular con la ley de Ohm: XC = V / I, y con la fórmula: XC = 1 / (2 x π x f x C) FISICA III
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Donde:
XC = reactancia capacitiva en ohmios f = frecuencia en Hertz (Hz) C = capacidad en Faradios (F)
Una bobina conectada a un generador de corriente alterna:
Fig. 12 Representación de una bobina en circuito CA.
Ya hemos estudiado la autoinducción y las corrientes autoinducidas que se producen en una bobina cuando circula por ella una corriente i variable con el tiempo. La ecuación del circuito es (suma de fem igual a intensidad por resistencia), como que la resistencia es nula.
Integrando esta ecuación obtenemos i en función del tiempo:
La intensidad IL de la en la bobina está retrasada 90º respecto de la diferencia de potencial entre sus extremos vL. La relación entre sus amplitudes es:
Con VL=V0, la amplitud de la fem alterna.
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Fig. 13 Diagrama corriente voltaje para un inductor
El circuito de la lámpara fluorescente: En la Figura 14 se aprecian los elementos de que consta la instalación de una lámpara En esta figura se distinguen, aparte de la propia lámpara, dos elementos fundamentales: el cebador y la reactancia inductiva. El cebador está formado por una pequeña ampolla de cristal rellena de gas neón a baja presión y en cuyo interior se halla un contacto formado por láminas bimetálicas. En paralelo con este contacto se halla un condensador destinado a actuar de apaga chispas. El elemento de reactancia inductiva está constituido por una bobina arrollada sobre un núcleo de chapas de hierro, el cual recibe el nombre de balastra o balasto. Este último término, no debe ser confundido con el material usado en la construcción de vias de ferrocarril.
Fig.14. Representación del circuito lámpara fluorescente
Funcionamiento: FISICA III
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Al aplicar la tensión de alimentación, el gas contenido en la ampolla del cebador se ioniza con lo que aumenta su temperatura lo suficiente para que la lámina bimetálica se deforme cerrando el circuito, lo que hará que los filamentos de los extremos del tubo se enciendan. Al cerrarse el contacto el cebador se apaga y el gas vuelve a enfriarse, con lo que los contactos se abren nuevamente y se repite el proceso. De este modo la corriente aplicada a los filamentos es pulsatoria. La función del condensador, contenido en el cebador, es absorber los picos de tensión que se producen al abrir y cerrar el contacto, evitando su deterioro por las chispas que, en otro caso, se producirían. Los filamentos, al calentarse, desprenden electrones que ionizan el gas argón que llena el tubo, formando un plasma que conduce la electricidad. Este plasma excita los átomos del vapor de mercurio que, como consecuencia, emiten luz visible y ultravioleta. El revestimiento interior de la lámpara tiene la función de filtrar y convertir la luz ultravioleta en visible. La coloración de la luz emitida por la lámpara depende del material de dicho recubrimiento interno. Las lámparas fluorescentes son dispositivos con pendiente negativa de la resistencia eléctrica respecto de la tensión eléctrica. Esto significa que cuanto mayor sea la corriente que las atraviesa, mayor es el grado de ionización del gas y, por tanto, menor la resistencia que opone al paso de dicha corriente. Así, si se conecta la lámpara a una fuente de tensión prácticamente constante, como la suministrada por la red eléctrica, la lámpara se destruiría en pocos segundos. Para evitar esto, siempre se conectan a través de un elemento limitador de corriente para mantenerla dentro de límites tolerables. Finalmente, la disminución de la resistencia interna del tubo una vez encendido, hace que la tensión entre los terminales del cebador sea insuficiente para ionizar el gas contenido en su ampolla y por tanto el contacto bimetálico queda inactivo cuando el tubo está encendido.
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Fig.4.15.Presentacion del funcionamiento de lámpara fluorescente.
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4.-PARTE EXPERIMENTAL 4.1.-MATERIALES Y EQUIPOS:
Una caja que contiene: una lámpara fluorescente, un arrancador y un reactor.
Figura .- Caja que contiene: un fluorescente, arrancador y reactor.
Un voltímetro de corriente alterna (250V).
Figura .- Voltímetro de corriente alterna (250V)
Un multímetro digital.
Figura .-Multímetro digital.
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Cables de conexión.
Figura .-Cables de conexión.
Un fusible.
Figura .-Fusible
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4.2.-PROCEDIMIENTO:
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4.3.-DATOS EXPERIMENTALES Y CÁLCULOS RESPECTIVOS:
SEGUNDA PARTE:
Cálculo de la Inductancia. Tabla 6.1:
Datos obtenidos en el circuito que me permitirán hallar la inductancia:
Resistencia del reactor (R)
I EF
V EF
45.1
0.35 A
205V
Figura .- Triangulo del circuito. FISICA III
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Del gráfico se puede notar que: Ief x ZL = 204.391 V, entonces ZL = 204.391/ 0.35,
ZL = 583.974 Ω. Luego sabiendo que en el Perú f = 60 Hz y que además: ZL = wxL = 2пfL, entonces
L = (ZL)/ (2пf), por lo tanto la inductancia sería: L = 1.55 H. También ø1 = Arctan(204.391/15.785) = 85.584º.
Cálculo de la potencia disipada por el reactor: De:
P V EF I EF cos 1
P REACTOR
(205V )(0.35 A) cos 85.584 º 5.525W
TERCERA PARTE:
Cálculo de la potencia disipada por la lámpara: Tabla 6.2:
Datos obtenidos de las mediciones en el circuito.
I EF
V MN
V NP
V PM
0.31 A
205 V
185 V
50 V
Construyendo el triangulo del circuito (el cual será el de color rojo):
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Figura .- Elaboración del triángulo DAC`, que será el triangulo del circuito. Del gráfico se puede notar que ø2 = 25,745º. Entonces la potencia disipada por la lámpara fluorescente será:
P LÁMPARA V NP I EF cos 2
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P LÁMPARA 51 .657 W
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5.-RESULTADOS En este caso se responderá las preguntas planteadas en cada parte de la elaboración del experimento:
SEGUNDA PARTE: 1. ¿Cuál es la potencia disipada a través del reactor? ¿Cómo se compara este valor con el anotado en su cubierta metálica? De los cálculos, la potencia disipada a través del reactor es igual a PREACTOR =5.525W. ………………………………………………………………………………
TERCERA PARTE:
2. ¿Por qué el triángulo DAC` es el triángulo del circuito? El triángulo DAC` es un representación fasorial de los voltajes eficaces, entre los cuales tenemos el de entrada (VMN), el presente en el fluorescente (VMP), y el presente en el reactor (V NP), y es el triángulo del circuito pues relaciona los voltajes que circulan por cada elemento del circuito. 3. Utilizando los valores de VNP, I y 2, calcule la potencia disipada a través de la lámpara fluorescente. ¿Cómo se compara este valor con el que aparece impreso sobre el tubo de la lámpara fluorescente? De los cálculos, la potencia disipada a través de la lámpara fluorescente es PLÁMPARA = 51.657 W………………………………………………………. 4. Indique si el comportamiento de la lámpara fluorescente es inductivo o capacitivo. Es básicamente inductivo pues para que funcione la lámpara, necesariamente necesita de un reactor el cual está constituido por una inductancia L, y este da origen a una fuerza electromotriz autoinducida (producida por la inducción electromagnética) entre los bornes del reactor y consecuentemente una gran diferencia de potencial entre ambos filamentos de la lámpara haciendo que los electrones logren ionizar a los gases de la lámpara y por lo tanto encenderla. Además no se consideró capacitivo porque a partir de la experiencia sabemos que la lámpara puede funcionar con o sin arrancador (en donde encontramos un condensador que se encarga de absorber los picos de tensión que se producen al abrir y cerrar el contacto). 5. ¿Es posible hacer funcionar la lámpara fluorescente sin usar el arrancador? FISICA III
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A partir de la primera parte del experimento demostramos que si es posible, el detalle está en armar un circuito que cumpla la misma función del arrancador, es decir primero debemos tener un circuito abierto, por donde no circule ninguna corriente, posteriormente cerramos el circuito y comenzará a fluir una corriente a través de los filamentos, razón por la cual estos se calientan, produciéndose entonces una nube de electrones que circularán entre uno y otro extremo del tubo sin alcanzar la energía suficiente para ionizar a los gases del tubo, luego debemos desconectar los cables que en un inicio nos sirvió para cerrar el circuito, produciéndose así un cambio brusco en el valor de la corriente, lo cual da origen a una fuerza electromotriz auto inducida entre los bornes del reactor y consecuentemente una gran diferencia de potencial entre ambos filamentos de la lámpara; este potencial hace que los electrones adquieran una energía suficiente para ionizar a los gases de la lámpara y por lo tanto encenderla.
6. Explique detalladamente el hecho de que al interrumpirse la corriente en el arrancador aparece un alto voltaje a través del tubo, ¿es éste voltaje mayor que el voltaje de la línea? El arrancador es un dispositivo que debido a la diferencia de potencial y a la dilatación térmica puede hacer funcionar el circuito de manera similar que en el caso de la parte 1 de la experiencia en donde sólo se uso un cable y la fem inducida. El hecho es que en esencia es el mismo dispositivo, sólo que aparte de eso es un capacitor (al momento de abrir uno se puede evidenciar que es un condensador cilíndrico con un trozo de papel como dieléctrico), cuya función es absorber los picos de tensión que se producen al abrir y cerrar el contacto, evitando su deterioro por las chispas que, en otro caso, se producirían. Luego de recordar esto, al quedar abierto el circuito debido a la dilatación térmica, se da origen a una fuerza electromotriz autoinducida entre los bornes del reactor y consecuentemente una gran diferencia de potencial entre los filamentos de la lámpara (voltaje mayor al voltaje de la línea), y este modo el fluorescente se podrá encender.
7. De acuerdo a las mediciones del voltaje efectuados, ¿se cumple la segunda ley de Kirchhoff? Bueno a partir de los datos obtenidos de la tercera parte del laboratorio Ventra al circuito o VMN = 205 V, V presente en el REACTOR o V NP = 185 V y V presente en el tubo o VMP = 50V. Y recordando la segunda ley de Kirchhoff, la cual se enuncia como: “la suma de voltajes de la fuente es igual a la suma de FISICA III
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voltajes de los resistores”, vemos que: VMN es diferente a la suma de V NP + VMP, por lo tanto no se cumple la segunda ley de Kirchhoff, y esto básicamente porque se trata de un corriente alterna (la que tiene un comportamiento sinusoidal), y donde el campo eléctrico es no sonservativo. Sin embargo podemos tomar en consideración la segunda ley de kirchhoff, cuando hacemos la representación fasorial de los voltajes, es decir hacemos la suma vectorialmente.
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6.-DISCUSIÓN DE RESULTADOS (OBSERVACIONES)
Se observó que cuando el circuito no estaba cerrado, el fluorencente no se prendía. También se observó que una vez que se cerró el circuito el fluorescente se prendió casi nada, y una vez que se volvió a dejar el circuito abierto el fluorescente se prendió totalmente. También se observó que cuando se trabajó con el arrancador, hubo casos en el que el fluorescente no se prendía y esto era porque los cables estaban flojos y no bien conectados.
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7.-CONCLUSIONES
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8.-SUGERENCIAS
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9.-AGRADECIMIENTO
Este pequeño informe pero de gran esfuerzo está dedicado a los interesados en la parte de electricidad (voltaje) y se agradece ante todo al paciente y responsable ingeniero Venegas Romero José, que en todo momento nos brindó sus más sincero apoyo.
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10.-REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Manual de laboratorio de física general, 2da. Edición. Lima FC UNI 2004. Pág.: Desde 160 hasta 174
Taylor, John, Introduction T. Error Análisis. 1997. Paginas: 75, 76,79
SEARS ZEMANSKI YOUNG FREEDMAN, FISICA UNIVERSITARIA Vol. II, Undécima Edición. México. Pearson Education 2004. Paginas 1182, 1183, 1185, 1188, 11192, 1196
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Leyva Naveros, Humberto. Electrostática y Magnetismo. Moshera S.R.L., 1999. Lima, Perú. Robert Resnick, David Halliday, Kenneth Krane. Física – Volumen II . cuarta edición. Compañía Editorial Continental S.A. de C.V. México, 1967.
ESTUDIO PREVIO DE LOS ESTUDIANTES DE LA NACCIONAL DE INGENIERIA/FIM.
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