UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER Escuela de Física Laboratorio de Física II L2. CIRCUITOS DE CORRIENTE CONTINUA INTRODUCCIÓN: La corriente continua (CC en español, en inglés DC, de Direct Current) es el flujo continuo de electrones a través de un conductor entre dos puntos de distinto potencial. A diferencia de la corriente alterna (CA en español, AC en inglés), en la corriente continua las cargas eléctricas circulan siempre en la misma dirección desde el punto de mayor potencial al de menor. Aunque comúnmente se identifica la corriente continua con la corriente constante (por ejemplo la suministrada por una batería), es continua toda corriente que mantenga siempre la misma polaridad.
OBJETIVO Estudiar los circuitos elementales de corriente continua y las propiedades de las conexiones de resistencias en serie y en paralelo MATERIAL Alimentación de potencia : c.c. 12 V (aproximadamente) y 6 pilas secas (de 1.5 V ) Equipo de medida: voltímetro (c.c. 0 - 12V), miliamperímetro (c.c. 0 - 10mA) Resistencias 330, 470, 1200, 3300, 4700 y 10000 ohmios (1/2 W) Diversos: 3 Interruptores. FUNDAMENTO TEÓRICO Conexión de resistencias en serie. Se dice que un conjunto de resistencias la conectadas en serie cuando presentan un trayecto único del paso de la corriente (fig. 1). La misma intensidad de corriente I circula a través de cada una de las resistencias conectadas en serie, pero entre los extremos de cada resistencia hay una caída de potencial diferente. Si entre los puntos a y b de la fig. 1 se aplica una d.d.p. Vab, las caídas de potencial en cada resistencia son V1 = IR1 , V2 = IR2 , V3 = IR3 V V V (1) I= 1 = 2 = 3 R1 R2 R3
Figura 1
y las caídas de potencial en los conductores dispuestos en serie son proporcionales a sus resistencias respectivas. Como Vab = V1 + V2 + V3 se debe cumplir R = R1 + R2 + R3 de modo que la resistencia equivalente de varios conductores dispuestos en serie es igual a la suma de sus resistencias.
(2) (3)
Conexión de resistencias en paralelo Se dice que varios conductores conectados en paralelo o en derivación cuando todos parten de un mismo punto a y terminan en un mismo punto b, como se muestra en la fig. 2. La misma d.d.p. existe entre los extremos de cada uno de los conductores en paralelo, pero cada uno estará atravesado por una corriente diferente. Si entre los puntos a y b de la fig. 2 se aplica una d.d.p. Vab, la intensidad que circulará por cada conductor será V V , I = Vav I 1 = av , I 2 = av R1 R2 3 R3 de modo que (4) Vab = I 1 R1 + I 2 R2 + I 3 R3 y las intensidades que recorren cada uno de los conductores conectados en paralelo son inversamente proporcionales a sus resistencias respectivas.
Figura 2
Como I = I1 + I 2 + I 3
(5)
se debe cumplir 1 1 1 1 (6) = + + R R1 R2 R3 de modo que la suma de los valores recíprocos de varias resistencias conectadas en paralelo es igual al valor recíproco de la resistencia equivalente a suma de aquellas.
Conexión de resistencias en serie-paralelo. La fig. 3 representa una asociación serie - paralelo de resistencias. En este circuito, R1 esta en serie - con R2 y equivalen a una resistencia
R12 = R1 + R2, que a su vez esta en paralelo con R3, y equivale a una resistencia R12,3 tal que 1 1 1 = + R12,3 R12 R3 y esta resistencia equivalente R12,3 está en serie con la R4, de modo que la resistencia equivalente de todo la conexión es R = R12,3 + R4 Naturalmente, las propiedades de las asociaciones en serie y en paralelo lo serán también de cada una las “sub-asociaciones” de la conexión serie - paralelo.
Figura 3
TEMAS PARA CONSULTA • Ley de Ohm • Código de colores de resistencias • Manejo del amperímetro • Resistencias en serie y en paralelo BIBLIOGRAFÍA RECOMENDADA • • • • • • •
ALONSO M., FINN E. Física. Volumen II. Ed. Fondo Educativo Interamericano. RESNICK R., HALLIDAY D., Física, Parte II Compañía Editorial Continental S.A. TIPLER P. Física, Volumen 2, editorial Reverté S.A. SEARS, ZEMANSKY. Física Volumen II. Ed Aguilar. TIPPENS, PAUL E. Física conceptos y aplicaciones, Volumen II, editorial McGraw-Hill SERWAY, RAYMOND A. Física, tomo II. Editorial McGraw-Hill http://www.monografias.com/trabajos34/circuitos-electricos/circuitos-electricos.shtml
PROCEDIMIENTO a. Circuito serie 1. Medir la resistencia de los resistores que se indican en la Tabla, utilizando un Ohmímetro o, mejor, el puente de Wheatstone del laboratorio. Anotar los resultados. 2. Montar los resistores en serie, como se indica en la fig. 1 (no aplicar potencia a este montaje). Medir y anotar la resistencia entre los extremos a y b, del montaje en serie. 3. Aplicar una diferencia de potencial de unos 12 V (en c.c.) entre los extremos, a y b del montaje en serie. Medir y anotar dicha tensión, así como la tensión existente entre los extremos de cada uno de los resistores. 4. Medir la intensidad de la corriente que circula por cada uno de los elementos del circuito, intercalando el miliamperímetro en los puntos a, x, y y b sucesivamente. Anotar los resultados. b) Circuito paralelo. 5. Medir y anotar el valor de la resistencia de cada uno de los resistores indicados en la Tabla (usar el Ohmímetro o el puente de Wheatstone). 6. Montar los resistores en paralelo, como se indica en la fig. 2 (no aplicar potencia a este montaje). Medir y anotar la resistencia entre los extremos, a y b, del montaje en paralelo. 7. Aplicar una tensión de c.c. de unos 12 V entre los puntos a y b . Medir y anotar dicha tensión, así como la existente entre los extremos de cada resistencia. 8. Medir la intensidad de la corriente que circula por cada una de las resistencias (intercalar el voltímetro en cada una de las ramas). Anotar los resultados. c) Circuito serie - paralelo 9. Montar el circuito de la fig. 3, utilizando los valores indicados en la Tabla. No aplicar potencial al montaje. 10. Medir y anotar la resistencia R12 de la rama superior (hay que abrir la rama inferior). Medir y anotar la resistencia R12,3, comprendida entre los puntos x y y. Medir y anotar la resistencia total R(12,3)4 entre los puntos a yb. 11. Aplicar una tensión de c.c. de unos 12 V entre los puntos a y 6. Medir r dicha tensión, así como la existente entre los extremos de cada resistor ación de resistores, indicados en la Tabla. 12. Medir y anotar la intensidad de corriente que circula por cada uno de los resistores y agrupaciones de resistores.
Tablas de datos a) Circuito serie R2 R1 Valor nominal (Ω) Valor medido (Ω) Tensión (volt) Corriente (mA) b)
R3
Circuito paralelo R1 R2 R3
R123
R1,2,3
Valor nominal (Ω) Valor medido (Ω) Tensión (volt) Corriente (mA) c) R1
Circuito serie - paralelo R2 R3 R4 R12
R12,3
R(12,3)4
Valor nominal (Ω) Valor medido (Ω) Tensión (volt) Corriente (mA) ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE DATOS 1. Analizar los resultados experimentales obtenidos para los circuitos serie, paralelo y serie - paralelo, y comprobar la validez de las propiedades de dichos modos de conexión, en lo que se refiere a la resistencia equivalente, tensiones e intensidades. 2. Para cada uno de los circuitos representados en las fig. 1, 2 y 3, y utilizando los valores medidos de las resistencias y de la tensión entre los puntos a y b, calcular la intensidad de la corriente en cada una de las resistencias y la tensión que soporta cada una de ellas. Comparar el resultado de estos cálculos con los resultados experimentales y justificar las diferencias, si las hubiere. 3. Enuncie unas reglas sencillas para calcular las resistencias equivalentes conjunto de n resistencias idénticas montadas a) en serie y b) en paralelo. 4. Utilizar los valores medidos de las resistencias y de las f.e.m. en los circuitos anteriores para calcular (aplicando las ley de Ohm) la intensidad de la corriente de cada una de las mismas, y la diferencia de potencial entre los puntos a y b. Comparar con los resultados experimentales, justificando las diferencias, si las hubiere. OBSERVACIONES
CONCLUSIONES
TABLA PARA LA TOMA DE DATOS (sugerida) L2. CIRCUITOS DE CORRIENTE CONTINUA
fecha:___________grupo_______subgrupo _______ estudiantes ___________________________ Tablas de datos a) Circuito serie R2 R1 Valor nominal (Ω) Valor medido (Ω) Tensión (volt) Corriente (mA) b)
R3
R1,2,3
Circuito paralelo R1 R2 R3
R1,2,3
Valor nominal (Ω) Valor medido (Ω) Tensión (volt) Corriente (mA) c) R1
Circuito serie - paralelo R2 R3 R4 R12
R12,3
R(12,3)4
Valor nominal (Ω) Valor medido (Ω) Tensión (volt) Corriente (mA)
OBSERVACIONES:
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Vo Bo Profesor (firma)