FISICA III Corriente Alterna

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA

FACU ACUL LTAD

: INGE INGENIER NIERÍA ÍA MECÁ MECÁNICA NICA

ÁREA

: FISICA III

TEMA

:

Corriente alterna DOCENTE

: Ing. PACAS SALU SALUANA ANA

!OSE

ALUMNOS: ALUMNOS: " $%&%'($)*

" MEDINA CALLE# OMAR

"NA!AR TERRONES ROLFE + $%%)%$'$C

"PERE, MARISCAL !OSEP + $%&%$('$A PERIODO

: $%&& " II

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Mecánica

LIMA " $%&&

CORRIENTE CORRI ENTE AL ALTERNA TERNA

2 Labratri de Fí!ica Ill "M# $$%&


LIMA " $%&&

CORRIENTE CORRI ENTE AL ALTERNA TERNA



ÍNDICE

1. Índice……… Índice………………… …………………… …………………… …………………… …………………… …………………. ………. ……………………………………….…… Pág. 3 2. Introducc Introducción…… ión……………… …………………… …………………… …………………… …………………… …………………… ………………… ……… …………………..…….. Pág. 4 3. Dedicatoria Dedicatoria………… …………………… …………………… …………………… …………………… …………………… …………………… …………… … ……………………………. Pág. 5 4. Fundamento undamento teórico……… teórico………………… ………………... ……..... ………………………………………….……………………. Pág. 6 5. Experi Experimen mento… to………… …………… …………. ……... ………………………………………………………..….….…………... Pág. 13 5.1. .1.

!"e !"eti ti# #o$ o$…… ………… ……… …………… ……………… ………… ……… …………… ……………… ……… …………… …………… … ……………………………..…Pág.13 5.2.

%ateria&e$……………….

…………………………………………………..…………………..…..…… Pág. 14



5.3.

Procedimiento…………….

………………………………………………………….…………………. Pág. 15 5.4.

Dato$……………….

……………………………………………………………………………………… … Pág. 1' 5.5.

(a&cu&o ) re$u&tado$ …………………………...………………

……………………….……………..Pág.1' 5.6.

(onc&u$ione$………………………………….

………………………………….………………………. Pág. 26 5.*.

+ecomendacione$………………………..

……………………………….………………………….… Pág.2* 5.'.

,i!&iogra-a…………………………………………………….. ……………………….…………..…….. Pág.2'

INTRODUCCI-N



E& procedimiento &o di#idiremo$ en tre$ parte$. Iniciaremo$ con e& -uncionamiento de &a &ámpara /uore$cente0 ue como $e $a!e $e produce cundo $e inicia &a ioniación de& argón ) mercurio0 &uego en &a $egunda parte mediremo$ e& #a&or de &a inductancia  de& reactor0 na&mente pa$aremo$ a determinar &a potencia di$ipada a tra#$ de &a &ámpara. Fina&mente a& rea&iar &o$ pa$o$ enunciado$ en e& manua&0 para &a primera parte $e o!$er#a e& encendido de& /uore$cente0 para poder o!tener e& #a&or de &a inductancia0 de &o$ dato$ tomado$ con e& #o&tmetro ) ampermetro &o$ cua&e$ miden corriente eca ) e& #o&ta"e eca7 Fina&mente $e agradece a &o$ pro-e$ore$ por $u con$tante apo)o0 e$perando a$ ue $te in-orme tenga igua& aceptación ) acogida en &a comunidad uni#er$itaria.



Dei/ao a: 8ue$tro$ padre$ ue $on 6 Labratri de Fí!ica Ill "M# $$%&


&a raón de nue$tro$ &ogro$. 8ue$tra 9&ma %áter a :8I

FUNDAMENTO TE-RICO CORRIENTE ALTERNA ;e denomina corriente a&terna a!re#iada (9 en e$pa
Fig.4.1. Representación de la onda de una corriente alterna.

a -orma de onda de &a corriente a&terna má$ com=nmente uti&iada e$ &a de una onda $enoida& Fig.4.170 pue$to ue $e con$igue una tran$mi$ión má$ eciente de &a energa. ;in em!argo0 en cierta$ ap&icacione$ $e uti&ian otra$ -orma$ de onda periódica$0 ta&e$ como &a triangu&ar o &a cuadrada. Ona 0in10oial :na $e a( t ) = A 0 . sin ( wt + β )

Donde> 9? > e$ &a amp&itud en #o&tio$ o amperio$ tam!in &&amado #a&or máximo o de pico70 @> &a pu&$ación en radiane$A$egundo$ * Labratri de Fí!ica Ill "M# $$%&


t> e& tiempo en $egundo$0 ) B> e& ángu&o de -a$e inicia& en radiane$.

Dado ue &a #e&ocidad angu&ar e$ má$ intere$ante para matemático$ ue para ingeniero$0 &a -órmu&a anterior $e $ue&e expre$ar como> a( t ) = A 0 . sin ( 2 πft + β )

Donde - e$ &a -recuencia en Cercio$ 7 ) eui#a&e a &a in#er$a de& perodo -1A7. o$ #a&ore$ má$ emp&eado$ en &a di$tri!ución $on 5?  ) 6? .

Fig4.2.Representacion de la onda sinusoidal.

Valore0 Signi2/ati3o0 9 continuación $e indican otro$ #a&ore$ $ignicati#o$ de una $e •

Valor in0tant4neo a t77> E$ e& ue toma &a ordenada en un in$tante0 t0 determinado.

•

Valor 5i/o a 5i/o 9pp7> Di-erencia entre $u pico o máximo po$iti#o ) $u pico negati#o. Dado ue e& #a&or máximo de $enx7 e$ G1 ) e& #a&or mnimo e$ H10 una $e
Labratri de Fí!ica Ill "M# $$%&

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Mecánica •

Valor 6eio 9med7> Ja&or de& área ue -orma con e& e"e de a!$ci$a$ partido por $u perodo. E& área $e con$idera po$iti#a $i e$tá por encima de& e"e de a!$ci$a$ ) negati#a $i e$tá por de!a"o. (omo en una $e
Por e$o e& #a&or medio de una onda $inu$oida& $e reere a un $emicic&o. %ediante e& cá&cu&o integra& $e puede demo$trar ue $u expre$ión e$ &a $iguiente> A med =

•

2 A 0

π

Valor e2/a7 97> $u importancia $e de!e a ue e$te #a&or e$ e& ue produce e& mi$mo e-ecto ca&orco ue $u eui#a&ente en corriente contin=a. %atemáticamente0 e& #a&or eca de una magnitud #aria!&e con e& tiempo0 $e dene como &a ra cuadrada de &a media de &o$ cuadrado$ de &o$ #a&ore$ in$tantáneo$ a&canado$ durante un perodo> A =

√

1

T

∫ A T

2

dt

0

En &a &iteratura ing&e$a e$te #a&or $e conoce como +. %. ;. root mean $uare0 #a&or cuadrático medio7. En e& campo indu$tria&0 e& #a&or eca e$ de gran importancia )a ue ca$i toda$ &a$ operacione$ con magnitude$ energtica$ $e Cacen con dicCo #a&or. De aC ue por rapide ) c&aridad $e repre$ente con &a &etra ma)=$cu&a de &a magnitud ue $e trate I0 J0 P0 etc.7. %atemáticamente $e demue$tra ue para una corriente a&terna $enoida& e& #a&or eca #iene dado por &a expre$ión> A =

A 0

√ 2

E& #a&or 90 ten$ión o inten$idad0 e$ =ti& para ca&cu&ar &a potencia con$umida por una carga. 9$0 $i una ten$ión de corriente continua ((70 J ((0 de$arro&&a una cierta potencia P en una carga re$i$ti#a dada0 una ten$ión de (9 de J rm$ de$arro&&ará &a mi$ma potencia P en &a mi$ma carga $i J rm$  J((. Para i&u$trar prácticamente &o$ concepto$ anteriore$ $e con$idera0 por e"emp&o0 &a corriente a&terna en &a red e&ctrica dom$tica en Europa> cuando $e dice ue $u #a&or e$ de 23? J (90 $e e$tá diciendo ue $u #a&or eca a& meno$ nomina&Hmente7 e$ de 23? J0 &o ue $ignica ue tiene &o$ mi$mo$ e-ecto$ K Labratri de Fí!ica Ill "M# $$%&


ca&orco$ ue una ten$ión de 23? J de ((. ;u ten$ión de pico amp&itud70 $e o!tiene de$pe"ando de &a ecuación ante$ re$e V 0=V rms √ 2

9$0 para &a red de 23? J (90 &a ten$ión de pico e$ de aproximadamente 325 J ) de 65? J e& do!&e7 &a ten$ión de pico a pico.

;u -recuencia e$ de 5? 0 &o ue eui#a&e a decir ue cada cic&o de &a onda $inu$oida& tarda 2? m$ en repetir$e.

a ten$ión de pico po$iti#o $e a&cana a &o$ 5 m$ de pa$ar &a onda por cero ? J7 en $u incremento0 ) 1? m$ de$pu$ $e a&cana &a ten$ión de pico negati#o. ;i $e de$ea conocer0 por e"emp&o0 e& #a&or a &o$ 3 m$ de pa$ar por cero en $u incremento0 $e emp&eará &a -unción $inu$oida&> 2 π .50 .3 −3

(¿ ¿ 10 )→ V (t )=3111 sin (0.3 π ) ≈ 262.9 ( 2 πft )=325 sin ¿ V (t )=V sin ¿ 0

Re5re0enta/i8n Fa0orial: :na -unción $enoida& puede $er repre$entada por un #ector giratorio gura 4.370 a& ue $e denomina -a$or o #ector de Fre$ne&0 ue tendrá &a$ $iguiente$ caracter$tica$> •

Lirará con una #e&ocidad angu&ar @.

•

;u módu&o $erá e& #a&or máximo o e& eca0 $eg=n con#enga.

1? Labratri de Fí!ica Ill "M# $$%&


Fig.4.3. Representación fasorial

a raón de uti&iar &a repre$entación -a$oria& e$tá en &a $imp&icación ue e&&o $upone. %atemáticamente0 un -a$or puede $er denido -áci&mente por un n=mero comp&e"o0 por &o ue puede emp&ear$e &a teora de cá&cu&o de e$to$ n=mero$ para e& aná&i$i$ de $i$tema$ de corriente a&terna. (on$ideremo$0 a modo de e"emp&o0 una ten$ión de (9 cu)o #a&or in$tantáneo $ea e& $iguiente>

Fig.4.4 Ejemplo de fasor tensión.

π v ( t ) =4sin ( 1000 t + ) 4

omando como módu&o de& -a$or $u #a&or eca0 &a repre$entación gráca de &a anterior ten$ión $erá &a ue $e puede o!$er#ar en &a gura 40 ) $e anotará> π j

V =2 √ 2 e 4 =2 √ 2 ∠ 4 ⃗

Denominada$ -orma$ po&are$0 o !ien> !inómica.

V =2 + 2 j

Denominada -orma

In1/tan/ia en 1n /ir/1ito e /orriente alterna:



;i $e ap&ica un #o&ta"e in$tantáneo a una inductancia 0 entonce$> V = L

di dt

;i e& #o&ta"e e$ $inu$oida&0 entonce$ &a corriente tam!in $erá $inu$oida&. Por con#eniencia $upongamo$ ue> i = I M sen(ω t ) V

>

=

LI M ω cos(ω t ) V

=

LI M ω sen (ω t +

π 2

)

E$ta ecuación puede expre$ar$e como> V

=

V M sen(ω t +

π 2

)

Donde V M e$ e& #a&or máximo de& #o&ta"e a tra#$ de& inductor. ;i $e de$ea re&acionar e& #a&or máximo de &a cada de #o&ta"e a tra#$ de un inductor ) e& #a&or máximo de &a corriente ue pa$a por &0 comparamo$ &a$ do$ =&tima$ expre$ione$>

V M

=

I M ω L

M reemp&aando &o$ #a&ore$ de V M expre$ión> Vef

=

∧

I M

en -unción de

Vef

∧

I ef

en e$ta =&tima

I ef ω L

E$ co$tum!re u$ar e& $m!o&o Z L 0 denominado reactancia inducti#a ) denido por>

Z L = ω L = 2π fL Para de$cri!ir e& comportamiento de un inductor… &uego> 12 Labratri de Fí!ica Ill "M# $$%&

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Mecánica Vef

=

I ef Z L

9 reactancia inducti#a $e expre$a en Cm$ cuando &a inductancia $e expre$a en Cenrio$ ) &a -recuencia en cic&o$ por $egundo De!e notar$e ue e& #a&or máximo de &a corriente en e& inductor ) e& #a&or máximo de &a di-erencia de potencia& #o&ta"e7 entre $u$ extremo$ no ocurren en e& mi$mo tiempo. 9$ e& #o&ta"e máximo cuando &a corriente e$ cero. Jer Fig.4.5

Fig4.5 Visualización voltaje máimo

≈

corriente

;e de$cri!en e$ta$ re&acione$ de -a$e diciendo ue 9el 3oltae a tra3;0 e 1n in1/tor e0t4 aelantao en )%< /on re05e/to a la /orriente=. a pa&a!ra aelantao e$ a$ociada con e& CecCo de ue para e& tiempo t cuando e& ángu&o de -a$e para &a corriente e$ de Nt0 e& ángu&o de -a$e para e& #o&ta"e e$tá dado por

ω t +

π 2

E$ta re&ación de -a$e puede de$cri!ir$e con &a a)uda de #ectore$ apropiado$.

;i e& #a&or máximo de &a corriente $e repre$enta por un #ector en &a dirección GO0 e& #a&or máximo de& #o&ta"e a tra#$ de& inductor $e repre$enta por un #ector en &a dirección GM0 como en &a g.1?0 ;i am!o$ rotan en $entido contrario a &a$ agu"a$ de& re&o" anti Corario70 en cua&uier in$tante t0 $u pro)ección $o!re e& e"e M no$ dará &o$ #a&ore$ in$tantáneo$ de i ) #. 13 Labratri de Fí!ica Ill "M# $$%&


Fig. 4.! Representación vectorial

Ele6ento0 e 1n /ir/1ito e /orriente alterna: :n circuito de corriente a&terna con$ta de una com!inación de e&emento$ re$i$tencia$0 capacidade$ ) autoinduccione$7 ) un generador ue $umini$tra &a corriente a&terna. :na -em a&terna $e produce mediante &a rotación de una !o!ina con #e&ocidad angu&ar con$tante dentro de un campo magntico uni-orme producida entre &o$ po&o$ de un imán. #J? $en N t7 Para ana&iar &o$ circuito$ de corriente a&terna0 $e emp&ean do$ procedimiento$0 uno geomtrico denominado de #ectore$ rotatorio$ ) otro0 ue emp&ea &o$ n=mero$ comp&e"o$. :n e"emp&o de& primer procedimiento0 e$ &a interpretación geomtrica de& %o#imiento 9rmónico ;imp&e como pro)ección $o!re e& e"e O de un #ector rotatorio de &ongitud igua& a &a amp&itud ) ue gira con una #e&ocidad angu&ar igua& a &a -recuencia angu&ar. %ediante &a$ repre$entacione$ #ectoria&e$0 &a &ongitud de& #ector repre$enta &a amp&itud ) $u pro)ección $o!re e& e"e #ertica& repre$enta e& #a&or in$tantáneo de dicCa cantidad. o$ #ectore$ $e Cacen girar en $entido contrario a& &a$ agu"a$ de& re&o". (on &etra$ ma)=$cu&a$ repre$entaremo$ &o$ #a&ore$ de &a amp&itud ) con &etra$ min=$cu&a$ &o$ #a&ore$ in$tantáneo$. Una re0i0ten/ia /one/taa a 1n generaor e /orriente alterna. 14 Labratri de Fí!ica Ill "M# $$%&


Fig.4.". Resistencia en un circuito #$

a ecuación de e$te circuito $imp&e e$ inten$idad por re$i$tencia igua& a &a -em7. iR =V 0 sin wt

→

i R =

V 0 R

sin wt

a di-erencia de potencia& en &a re$i$tencia e$>

V R =V 0 sin wt

En una re$i$tencia0 &a inten0ia i R ) &a di-erencia de potencia& en >a0e. a re&ación entre $u$ amp&itude$ e$> I R=

V R

e0t4n

V R R

(on V R =V 0 &a amp&itud de &a -em a&terna. 0

(omo #emo$ en &a repre$entación #ectoria& de &a gura0 a& ca!o de un cierto tiempo t0 &o$ #ectore$ rotatorio$ ue repre$entan a &a inten$idad en &a re$i$tencia ) a &a di-erencia de potencia& entre $u$ extremo$0 Ca girado un ángu&o ' t. ;u$ pro)eccione$ $o!re e& e"e #ertica& marcado$ por &o$ $egmento$ de co&or au& ) ro"o $on re$pecti#amente0 &o$ #a&ore$ en e& in$tante t de &a inten$idad ue circu&a por &a re$i$tencia ) de &a di-erencia de potencia& entre $u$ extremo$.



Fig.4. ' Diagrama $inuida& de una re$i$tencia en corriente a&terna

Un /onen0aor /one/tao a 1n generaor e /orriente alterna:

Fig.4.% Representación del #ondensador en un circuito

9 di-erencia de& comportamiento de& conden$ador con &a corriente continua0 e& pa$o de &a corriente a&terna por e& conden$ador $i ocurre. tra caracter$tica de& pa$o de una corriente a&terna en un conden$ador e$ ue e& #o&ta"e ue aparece en &o$ termina&e$ de& conden$ador e$tá de$-a$ado o corrido K? Cacia atrá$ con re$pecto a &a corriente. E$to $e de!e a ue e& capacitor $e opone a cam!io$ !ru$co$ de ten$ión. ?@1; 0igni2/a e0tar e0>a0ao o /orrio ;ignica ue e& #a&or máximo de& #o&ta"e aparece K? de$pu$ ue e& #a&or máximo de &a corriente. 16 Labratri de Fí!ica Ill "M# $$%&


Fig. 4.1&. 'iagrama corriente voltaje para un condensador

En &a g.4.1? $e o!$er#a ue &a cur#a en co&or ro"o ocurre $iempre ante$ ue &a cur#a en co&or negro en K? o 1A4 de& cic&o. Entonce$ $e dice ue &a ten$ión e$tá atra$ada con re$pecto a &a corriente o &o ue e$ &o mi$mo0 ue &a corriente e$tá ade&antada a &a ten$ión o #o&ta"e.

Fig. 4.11 potencia entregada ()* + consumida (,*

;i $e mu&tip&ican &o$ #a&ore$ in$tantáneo$ de &a corriente ) e& #o&ta"e en un capacitor $e o!tiene una cur#a $inu$oida& de& do!&e de &a -recuencia de corriente o #o&ta"e70 ue e$ &a cur#a de potencia. P  I x J0 Potencia  (orriente x Jo&ta"e7

E$ta cur#a tiene una parte po$iti#a ) una parte negati#a0 e$to $ignica ue en un in$tante e& capacitor reci!e potencia ) en otro tiene ue entregar potencia0 con &o cua& $e deduce ue e& capacitor no con$ume potencia ca$o idea&. ;e entrega &a mi$ma potencia ue $e reci!e7

1* Labratri de Fí!ica Ill "M# $$%&


9& ap&icar #o&ta"e a&terno a un capacitor0 $te pre$enta una opo$ición a& pa$o de &a corriente a&terna0 e& #a&or de e$ta opo$ición $e &&ama reactancia capaciti#a Oc7 ) $e puede ca&cu&ar con &a &e) de Cm> O(  J A I0 ) con &a -órmu&a> O(  1 A 2 x Q x - x (7 Donde> •

O(  reactancia capaciti#a en oCmio$

•

-  -recuencia en ert 7

•

(  capacidad en Faradio$ F7

Una BoBina /one/taa a 1n generaor e /orriente alterna:

Fig.4.12 Representación de una -o-ina en circuito #$.

Ma Cemo$ e$tudiado &a autoinducción ) &a$ corriente$ auto inducida$ ue $e producen en una !o!ina cuando circu&a por e&&a una corriente i #aria!&e con e& tiempo.. a ecuación de& circuito e$ $uma de -em igua& a inten$idad por re$i$tencia70 como ue &a re$i$tencia e$ nu&a

Integrando e$ta ecuación o!tenemo$ i en -unción de& tiempo

1' Labratri de Fí!ica Ill "M# $$%&


a inten0ia I de &a en &a !o!ina e0t4 retra0aa )%< re$pecto de &a di-erencia de potencia& entre $u$ extremo$ #. a re&ación entre $u$ amp&itude$ e$

(on JJ?0 &a amp&itud de &a -em a&terna.

Fig.4.1 'iagrama corriente voltaje para un inductor

EPERIMENTO O*!ETIVO Ji$ua&iar &a $e

MATERIALES> /n volt0metro.

/n amper0metro

#a-les.

•

:na ca"a ue contiene> una &ámpara /uore$cente0 un arrancador ) un reactor.



Fu$i!&e



PROCEDIMIENTO PRIMERA PARTE FUNCIONAMIENTO DE LA LÁMPARA FLUORESCENTE 9& cCocar con e&ectrone$ de una cierta energa &o$ átomo$ de 9rgón o g $e ionian producindo$e entonce$ radiación e&ectromagntica #i$i!&e en peue
E$ decir0 E E8(E8DID DE 9 S%P9+9 ;E P+D:(E

(:98D ;E I8I(I9 9 I8IT9(I8 DE 9+LU8 M %E+(:+I. Para comprender como $ucede e$to con$idere e& 9/ir/1ito= de &a gura

Fig. 5.1> (ircuito de &ámpara ) reactor.

aga &o $iguiente> &. (onecte &a ten$ión de &nea a &o$ punto$ % ) 8 o encCu-e. !$er#e ue no pa$a a!$o&utamente nada en e& tu!o.

Fig.5.2. Visualización de la coneión de los puntos  + 



$. :na &o$ punto$ V ) ; con un ca!&e. !$er#ará una peue
Fig. 5.. /nión de los puntos 3 +  .

. De$conecte $=!itamente e& ca!&e V; de cua&uiera de &o$ punto$ ) o!$er#ará a& encendido in$tantáneo de &a &ámpara.

Fig.5.4.'esconectando el ca-le 3.

E$te mecani$mo de encendido de &a &ámpara tiene &a $iguiente exp&icación> Inicia&mente pa$o170 e& WcircuitoX %8PV; e$tá a!ierto0 por e$o no circu&a ninguna corriente ) &o$ &amento$ permanecerán a temperatura am!ienta& ) a un potencia& ue no e$ $uciente para iniciar &a ioniación de &o$ ga$e$. (uando $e cierra e& circuito pa$o 27 circu&a una corriente a& tra#$ de &o$ &amento$0 raón por &a cua& $to$ $e ca&ientan0 producindo$e entonce$ una nu!e de e&ectrone$R de!ido a &a ten$ión a&terna circu&arán entre uno ) otro extremo$ de& tu!o $in a&canar &a energa $uciente para ioniar a &o$ ga$e$ pero dando &ugar a una cierta corriente e&ctrica a tra#$ de& tu!o. Fina&mente pa$o 37 a& de$conectar e& ca!&e V; $e produce un cam!io !ru$co en e& #a&or de &a corriente0 &o cua& da origen a una -uera e&ectromotri autoinducida entre &o$ !orne$ de& reactor ) con$ecuentemente una gran di-erencia de potencia& entre am!o$ 23 Labratri de Fí!ica Ill "M# $$%&


&amento$ de &a &ámpara. E$te potencia& Cace ue &o$ e&ectrone$ aduieran una energa $uciente para ioniar &o$ ga$e$ de &a &ámpara ) por &o tanto encendera. :$ua&mente &o$ pa$o$ 27 ) 37 de e$te experimento $on rea&iado$ automáticamente por e& arrancador. '. E$ta!&eca aCora e& $iguiente circuito>

Fig. 5.5> (ircuito de arrancador0 &ámpara ) reactor(

!$er#ará e& rápido encendido de &a &ámpara.

Fig.5.!. Representación del circuito anterior en donde se o-serva el encendido de la lámpara.

E& encendido de &a &ámpara con arrancador $e exp&ica de &a $iguiente manera> Inicia&mente $e e$ta!&ece a& mi$ma di-erencia de potencia& tanto entre &o$ e&ectrodo$ de& arrancador como entre &o$ &amento$ de &ámpara. E$te potencia& e$ $uciente para ioniar e& ga$ de& arrancador ) Cacer circu&ar corriente a tra#$ de & ca&entándo$e a$ e& e&emento !imetá&icoR $te a& di&atar$e cerrará e& circuito %8PV;. En e$te momento empiea e& ca&entamiento de &o$ &amento$ de &a &ámpara ) $e e$ta!&ece una corriente a tra#$ de& tu!o ue Cará di$minuir


UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Mecánica &a corriente ue circu&a por e& arrancadorR por &o tanto e& e&emento !imatá&ico $e contraerá ) e& circuito de& arrancador $e a!rirá automáticamente producindo$e entonce$ por autoinducción en e& reactor0 una gran di-erencia de potencia& entre &o$ &amento$ de &a &ámpara ) por &o tanto e& encendido de &a mi$ma.

Seg1na Parte En e$ta $egunda parte $e medirá e& #a&or de &a inductancia  de& reactor0 recurde$e ue e$ta inductancia no e$ pura $ino ue puede con$iderar$e con$tituida por una inductancia pura  en $erie con una re$i$tencia +70 a$ como &a potencia di$ipada a tra#$ de &> Para e&&o proceder de &a $iguiente manera> &. (on e& mu&tmetro digita& mida &a re$i$tencia de& reactor. $. uego0 de!e e$ta!&ecer e& $iguiente circuito>

Fig. 5.*> (ircuito para medicine$ de inten$idad de corriente ) di-erencia de potencia&.

. (on &o$ #a&ore$ de I e- 0 de + ) de J e- determina grácamente e& #a&or de &a reactancia inducti#a. Para e&&o0 traar un #ector 9, cu)o #a&or e$ I e- +7 a e$ca&a $eg=n e& e"e de &a$ O.

9 partir de& extremo , &e#ante una

perpendicu&ar. (on extremo en 9 ) un radio #ector de magnitud igua& a Je- inter$ecte &a perpendicu&ar. (on extremo en 9 ) un radio #ector de



magnitud igua& a Je- inter$ecte &a perpendicu&ar en (. ,( no$ dará &a cada de& #o&ta"e a tra#$ de &a inductancia 0 e$ decir I e- T . '. 9 partir de &a medición de ,( ) de& #a&or de I e- 0 ca&cu&e e& #a&or de  T   ω7 en Cenrio$.

(. Encuentre e& ángu&o de -a$e

φ1

entre e& #o&ta"e ) &a corriente a tra#$

de& reactor. . Y(uá& e$ &a potencia di$ipada a tra#$ de& reactorZ. Y(ómo $e compara e$te #a&or con e& anotado en $u cu!ierta metá&icaZ

Ter/era Parte 9Cora $e trata de determinar &a potencia di$ipada a tra#$ de &a &ámpara /uore$cente. Para e&&o proceder de &a $iguiente manera>

&. E$ta!&eca e& $iguiente circuito>

Fig. (.: (ircuito de &ámpara ) reactor(

$. (on e& #o&tmetro de c.a mida &o$ #o&ta"e$ ecace$ J%80 J%P0 JP8 . (on e& ampermetro de c.a. mida e& #a&or eca de &a corriente I



'. E& triángu&o con$truido en &a $egunda parte $e uti&iará para encontrar &a potencia di$ipada a tra#$ de &a &ámpara /uore$cente. E& ángu&o φ1 ue Cace 9( con 9, e$ e& ángu&o de de$-a$a"e entre e& #o&ta"e ) &a corriente a tra#$ de& reactor . uego $o!re 9( ) a partir de 9 ) a e$ca&a repre$entar e& #a&or de& #o&ta"e entre % ) P J%P7. ;uponer ue e& extremo $o!re 9( e$tá repre$entado por (. (. (on centro en e& #rtice ( trace una circun-erencia cu)o radio tenga e& #a&or de& #o&ta"e a tra#$ de &a &ámpara J8P. . (on centro 9 trace una circun-erencia cu)o radio tenga e& #a&or de& #o&ta"e de entrada ten$ión de &a &nea7 J%80 interceptándo&a con &a circun-erencia anterior en e& punto D. . race e& triángu&o D9(0 ue $erá e& triángu&o de& circuito. YPor uZ . Por e& punto D trace DE para&e&a a 9, ) mida e& ángu&o ED9  φ27. ). :ti&iando &o$ #a&ore$ de J8P0 I )

φ20

ca&cu&e &a potencia di$ipada a

tra#$ de &a &ámpara /uore$cente. Y(ómo $e compara e$te #a&or con e& ue aparece impre$o $o!re e& tu!o de &a &ámpara /uore$centeZ &%.

Indiue $i e& comportamiento de &a &ámpara /uore$cente e$

inducti#o o capaciti#o. &&.

YE$ po$i!&e Cacer -uncionar &a &ámpara /uore$cente $in u$ar e&

arrancadorZ &$.

Exp&iue deta&&adamente e& CecCo de ue a& interrumpir$e &a

corriente en e& arrancador aparece un a&to #o&ta"e a tra#$ de& tu!o0 Ye$ $te #o&ta"e ma)or ue e& #o&ta"e de &a &neaZ &. De acuerdo a &a$ medicione$ de& #o&ta"e e-ectuado$0 Y$e cump&e &a $egunda &e) de [ircCCo\Z a$ pregunta$ $erán re$pondida$ en &a $ección de (á&cu&o$ ) +e$u&tado$ de& pre$ente In-orme de a!oratorio.

2* Labratri de Fí!ica Ill "M# $$%&


RESULTADOS SEGUNDA PARTE DATOS: +e$i$tencia de&

IEF

JEF

?.3K

21?

reactor+7 4'

(on &o$ #a&ore$ de I e- 0 de + ) de Je- determina grácamente e& #a&or de &a reactancia inducti#a. Para e&&o0 traar un #ector 9, cu)o #a&or e$ Ie- +7 a e$ca&a $eg=n e& e"e de &a$ O. 9 partir de& extremo , &e#ante una perpendicu&ar. (on extremo en 9 ) un radio #ector de magnitud igua& a J e- intercecte &a perpendicu&ar. (on extremo en 9

) un radio #ector de magnitud igua& a Je-

inter$ecte &a perpendicu&ar en (. ,( no$ dará &a cada de& #o&ta"e a tra#$ de &a inductancia 0 e$ decir I e- T . De& gráco>

2' Labratri de Fí!ica Ill "M# $$%&


IefZl = 209.6 → Zl = 537.435 Z L( Induc tan cia ) = = 8.596 H w φ 1

=

89.89º

(á&cu&o de &a potencia di$ipada por e& reactor de> P = V EF I EF cos φ 1 →

P REACTOR

=

(210V )(0.39 A ) cos 89.89º = 0.1571W

Ter/era 5arte DATOS:

IEF

J%8

J%P

J8P

?.34

2?K

?

1K5 2K

Labratri de Fí!ica Ill "M# $$%&


Por el 51nto D tra/e DE 5aralela a A* H 6ia el 4ng1lo EDA φ$J.

φ$K & Utili7ano lo0 3alore0 e VNP# I H φ$# /al/1le la 5oten/ia i0i5aa a tra3;0 e la l465ara 1ore0/ente. ?C86o 0e /o65ara e0te 3alor /on el 1e a5are/e i65re0o 0oBre el t1Bo e la l465ara 1ore0/ente

P LÁMPARA = V NP I EF cos φ 2 •

→

P LÁMPARA

=

63.40W

YE0 5o0iBle a/er >1n/ionar la l465ara 1ore0/ente 0in 10ar el arran/aor ;era po$i!&e $i uti&iáramo$ otro circuito0 como e& de &a parte 10 en donde $ó&o $e u$a un ca!&e ue a& de$conectar&o Cace ue $e produca una



-uerte di-erencia de potencia& entre &o$ !orne$ de &a &ámpara capa de prender&a. E5li1e el e/o e 1e al interr165ir0e la /orriente en el arran/aor a5are/e 1n alto 3oltae a tra3;0 el t1Bo. E& arrancador e$ un di$po$iti#o ue de!ido a &a di-erencia de potencia& ) a &a di&atación trmica puede Cacer -uncionar e& circuito de manera $imi&ar ue en e& ca$o de &a parte 1 de &a experiencia en donde $ó&o $e u$o un ca!&e ) &a -em inducida. E& CecCo e$ ue en e$encia e$ e& mi$mo di$po$iti#o0 $ó&o ue aparte de e$o e$ un capacitor a& momento de a!rir uno $e puede e#idenciar ue e$ un conden$ador ci&ndrico con un troo de pape& como die&ctrico7.uego de recordar e$to0 a& uedar a!ierto e& circuito de!ido a &a di&atación trmica0 a=n Ca) una corriente circu&ando &a de de$p&aamiento a tra#$ de& conden$ador70 )a ue a=n e$tá &a -uente conectada.a& de$conectar e& arrancador )a no Ca!ra ni corriente de de$p&aamiento a tra#$ de& conden$ador arrancador70 con &o cua& e$e cam!io generara una -em a&ta0 &a cua& puede $er captada por e& #o&tmetro. De a/1ero a la0 6ei/ione0 ?0e /165le la 0eg1na leH e Qir/o a di-erencia de potencia& entre % ) 8 e$ de 21? J 0 &a cua& no coincide con &a di-erencia re$pecti#a o!tenida de &a $uma entre &a$ di-erencia$ V NP ) V PM 0 &a cua& e$ de 1K5 J. E$ má$0 $e puede o!$er#ar de& W+IS8L: DE (I+(:IX ue en #erdad0 &a $uma no #a a coincidir0 de!ido "u$tamente a& CecCo de ue o!tenemo$ un triángu&o ) no un $egmento de recta. o anterior e$ de!ido a ue e& campo e&ctrico ue e$tamo$ o!teniendo en e& circuito e$ no con$er#ati#o0 ) por &o tanto $u rotor no $erá cero0 ) por &o tanto0 de& eorema de ;to]e$ $u integra& de &nea a &o &argo de una cur#a cerrada $erá di-erente de cero. En genera&0 en &o$ campo$ con$er#ati#o$ en circuito$ no e$ ap&ica!&e &a $egunda &e) de [ircCCo\.



CONCLUSIONES: •

as fem de-idas a la inducción electromagn6tica -astante grandes7 tanto 8ue pudieron encender la lámpara fluorescente (lo cual no pod0a ser 9ec9o por la corriente de 22& V proveniente de la toma de corriente*.

•

En los circuitos 8ue tra-ajan con corriente alterna (+ por lo tanto con campos el6ctricos no conservativos* no el aplica-le la segunda le+ de :irc99off7 por lo 8ue es necesario tra-ajar con los triángulos de circuito para poder o-tener los resultados 8ue se desean.

•

a potencia del reactor fue de !.&1 ;atts + la de la lámpara fluorescente fue de unos !.4 ;atts7 valores 8ue sumados dan una potencia menor a la necesitada por un foco incandescente com
•

os inductores o -o-inas tienen una notoria influencia en los circuitos R,,# para 9allar los valores 8ue nos piden en el la-oratorio .

•

Es necesario la presencia del arrancador para poder esta-lecer el funcionamiento de la lámpara fluorescente .



RECOMENDACIONES > •

#ada vez 8ue se realice una coneión7 al realizar los cam-ios en los ca-les7 es decir7 al montar otro circuito7 se de-e desconectar7 sino se correrá el riesgo de 8uemar el fusi-le7 +a 8ue este es mu+ sensi-le.

•

i se esta realizando esta eperiencia7 tener en cuenta 8ue se de-e 9acer un ajuste en los cálculos7 de-ido a 8ue los errores causados por los instrumentos utilizados.

•

os ca-les de coneión 8ue se van a usar de-en ser los apropiados para poder o-tener los datos más concisos + no cometer el error de o-tener resultados 8ue no son los deseados.

•

=ener muc90simo cuidado de no tocar los terminales  + 7 podr0a producirle un s9oc> el6ctrico llevándolo a la muerte. =ener muc9a precaución con esto.

•

legar a la 9ora indicada a las prácticas de la-oratorio para poder realizar 6stas sin ninguna dificultad con a+uda del profesor de práctica.


FISICA III Corriente Alterna

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