LABORATORIO N° 04
“SEGUNDA
LEY DE KIRCHHOFF”
CARRERA
: Tecnología Mecánica Eléctrica
CICLO
:I
SECCIÓN
: “B”
DOCENTE
: Capuñay Malaver Ever
CURSO
: Electricidad
ALUMNOS
:
Parodi Prada Gustavo
Riveros Gerónimo Deiner Yobit
Santiago Salirrosas Jhorvin
FECHA DE ENTREGA: 29 De Noviembre Del 2016
2016 II
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I. II.
INTRODUCCIÓN……………………………………………….………… 04 OBJETIVOS………………………………………………….……………….05 2.1. OBJETIVO GENERAL…………………………………………………05 2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS…………………………………………05
III. FUNDAMENTO TEÓRICO …………………..…………………….....06 3.1. KIRCHHOFF GUSTAV ROBERT…….……………………………..06 3.2. SEGUNDA LEY DE KIRCHHOFF….……………….……………….06 IV. MATERIALES ………………………………………………………….……..08 V. PROCEDIMIENTO ……………………………………..……………….…09 VI. ANÁLISIS DE RESULTADOS …………………………………….......12 VII. CONCLUSIONES ……………………………………………………………..12 VIII. RECOMENDACIONES …………………………………………….……….13
IX. BIBLIOGRAFÍA ……………………………………………………... ……..13
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I. INTRODUCCIÓN: Nuestra experiencia obtenida en el laboratorio de electricidad realizado el día martes 15 de noviembre del año en curso. Que se llevó a cabo en el instituto superior Tecsup – Norte. En la cual el docente Ever Capuñay nos dio a conocer de forma teórica lo puntos importantes de dicho tema; para así realizar un buen trabajo de forma experimental. En el presente trabajo se muestra la gran importancia “SEGUNDA LEY DE KIRCHHOFF” medir la resistencia equivalente en un circuito conectado en serie y también medir la corriente que soporta una resistencia en un circuito eléctrico, mediante el uso de ellos se miden e indican magnitudes eléctricas, como corriente, o las características eléctricas de los circuitos, como la resistencia, la capacidad, la capacitancia y la inductancia. Además que permiten localizar las causas de una operación defectuosa en aparato eléctrico en los cuales, como es bien sabido, así podemos detectar defectos en la conexión serie, tales como resistores abiertos o en cortocircuito. Actividades, que tienen como fin, Aprender a medir la resistencia eléctrica en los circuitos y aplicando la ley de Kirchhoff y que el alumno se familiarice con los diferentes t ipos de materiales de electricidad, como son: multímetro digital, pinza amperimétrica y La fuente AC 220 V Lab-Volt 8821-27. Para el desarrollo de estas actividades, se puso en práctica el trabajo en equipo; donde cada miembro del grupo aporta con ideas, para así realizar un mejor trabajo, respetando siempre las normas de seguridad, como son: el uso de los guantes, los zapatos dieléctricos y el overol; ya que estos elementos son de gran importancia para estos tipos de trabajo. Sin más que decir, espero que sea de su agrado, y si hay algunos errores pido nos disculpe.
Figura n° 01 ley de tensiones de Kirchhoff.
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II. OBJETIVOS 1.1
OBJETIVO GENERAL: Medir la resistencia equivalente en un circuito conectado en serie para lo cual
descubrimos defectos en la conexión serie, tales como resistores abiertos o en cortocircuito.
1.2
OBJETIVOS ESPECÍFICOS:
Verificar que en un circuito cerrado la sumatoria de tensiones es cero. Aplicarla la ley de Kirchhoff en circuitos eléctricos. Comprobar las leyes de Kirchhoff en forma cuantitativa mediante aplicaciones directas y los ensayos de medición correcta.
Figura n° 02: malla eléctrica, voltajes de kirchhoff.
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III. FUNDAMENTO TEÓRICO 3.1 KIRCHHOFF, GUSTAV ROBERT (1824 - 1887).
Físico alemán, nació en Königsberg (actualmente Kaliningrado, Rusia) y estudió en la universidad de esa ciudad. Fue profesor de física en las universidades de Breslau, Heidelberg y Berlín. Con el químico alemán Robert Wilhelm Bunsen, desarrolló el espectroscopio moderno para el análisis químico. En 1860 los dos científicos descubrieron el cesio y el rubidio mediante la espectroscopia. Kirchhoff dirigió importantes investigaciones sobre la transferencia de calor y también expuso dos reglas, actualmente conocidas como leyes de Kirchhoff, con respecto a la distribución de corriente en circuitos eléctricos.
3.2 SEGUNDA LEY DE KIRCHHOFF: Esta ley es llamada también segunda ley de Kirchhoff, ley de lazos de Kirchhoff o ley de mallas de Kirchhoff (es común que se use la sigla LVK para referirse a esta ley). En un lazo cerrado, la suma de todas las caídas de tensión es igual a la tensión total suministrada. De forma equivalente, la suma algebraica de las diferencias de potencial eléctrico en un lazo es igual a cero.
∑ 1 + 2 + 3… = + n 0 De igual manera que con la corriente, las tensiones también pueden ser complejos, así:
∑̃ = 0 6
Esta ley se basa en la conservación de un campo potencial de energía. Dado una diferencia de potencial, una carga que ha completado un lazo cerrado no gana o pierde energía al regresar al potencial inicial. Esta ley es cierta incluso cuando hay resistencia en el circuito. La validez de esta ley puede explicarse al considerar que una carga no regresa a su punto de partida, debido a la disipación de energía. Una carga simplemente terminará en el terminal negativo, en vez del positivo. Esto significa que toda la energía dada por la diferencia de potencial ha sido completamente consumida por la resistencia, la cual la transformará en calor. Teóricamente, y, dado que las tensiones tienen un signo, esto se traduce con un signo positivo al recorrer un circuito desde un mayor potencial a otro menor, y al revés: con un signo negativo al recorrer un circuito desde un menor potencial a otro mayor. En resumen, la ley de tensión de Kirchhoff no tiene nada que ver con la ganancia o pérdida de energía de los componentes electrónicos (Resistores, capacitores, etc.). Es una ley que está relacionada con el campo potencial generado por fuentes de tensión. En este campo potencial, sin importar que componentes electrónicos estén presentes, la ganancia o pérdida de la energía dada por el campo potencial debe ser cero cuando una carga completa un lazo.
1) Campo eléctrico y potencial eléctrico: La ley de tensión de Kirchhoff puede verse como una consecuencia del principio de la conservación de la energía. Considerando ese potencial eléctrico se define como una integral de línea, sobre un campo eléctrico, la ley de tensión de Kirchhoff puede expresarse como:
∮ . 0
Que dice que la integral de línea del campo eléctrico alrededor de un lazo cerrado es cero. Para regresar a una forma más especial, esta integral puede "partirse" para conseguir la tensión de un componente en específico.
2) Caso práctico: Asumiendo una red eléctrica consistente en dos fuentes y tres resistencias, disponemos la siguiente resolución:
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De acuerdo con la primera ley de Kirchhoff (ley de los nodos), tenemos:
I1 – I2 – I3 = 0 La segunda ley de Kirchhoff (ley de las mallas), aplicada a la malla según el circuito cerrado s1, nos hace obtener:
R 2I2 - €1 + R 1I1 = 0 La segunda ley de Kirchhoff (ley de las mallas), aplicada a la malla según el circuito cerrado s2, por su parte:
R 3I3 + €2 + €1 - R 2I2 = 0 Debido a lo anterior, se nos plantea un sistema de ecuaciones con las incógnitas: I1, I2, I3.
I1 – I2 – I3 = 0 R 2I2 - €1 + R 1I1 = 0 R 3I3 + €2 + €1 - R 2I2 = 0 Dadas las magnitudes:
R 1 = 100; R 2 = 200; R 3 = 300; €1 = 3; €2 = 4 La solución definitiva sería:
I2 = I3 = − I1 =
Se puede observar que I3 tiene signo negativo, lo cual significa que la dirección de I3 es inversa respecto de lo que hemos asumido en un principio (la dirección de I3 -en rojo- definida en la imagen).
IV.
MATERIALES: Cantidad
Descripción
Marca
Modelo
Observación
01
Fuente de tensión
Lab Volt
8823-27
S/N
01
Multímetro Digital.
FLUKE
117
S/N
01
Pinza Amperimétrica
AMPROBE
AC-505
S/N
01
Carga Resistiva
Lab Volt
8311-07
S/N
S/M
S/M
S/N
8-10
Cables para conexión.
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V.
PROCEDIMIENTO A. LEY DE TENSIONES DE KIRCHHOFF: 1º Primero identificamos cada uno de los materiales que se encuentren en buen estado. 2º Luego conectamos el multímetro digital a la carga resistiva de la fuente con los cables de conexión. Para hallar el valor medido de cada uno de ellos. 3º Después de realizar todo esto, anotamos los valores en la tabla 1.
RESISTOR
R1
R2
R3
R4=R1//R3
VALOR NOMINAL (TEÓRICO)
4400 Ω
2200 Ω
1100 Ω
880Ω
VALOR MEDIDO
4732 Ω
2282 Ω
1079 Ω
879 Ω
Tabla 1: Valores medidos de resistencia.
4º Luego conectamos los resistores R1, R2, Y R3 en serie, tal como se muestra en la figura 2, medimos con el ohmímetro y compare este resultado con el valor teórico.
Figura 3: Circuito serie de resistencia.
Resistencia serie (teórica) = 7700 Ohmios Resistencia serie (medida) = 7740 Ohmios
5º Aplicamos la ley de ohm, calculamos teóricamente los valores de cada caída de tensión encada resistencia. Luego anotamos los valores en la tabla 2.
U(V)
I(mA)
U1(V)
U2(V)
U3(V)
50
6.5
28.57
14.29
7.14
Tabla 2: Valores teóricos.
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6º Nos aseguramos que la fuente de tensión se encuentre en cero y apagado y conectamos el circuito tal como se muestra en la figura 4.
Figura 4: Circuito serie de resistencias.
7º Ajustamos inicialmente la fuente de tensión a 50 voltios, cuando se encienda la fuente de energía. 8º Conectamos el multímetro digital a todas las cargas resistivas de la fuente con los diversos cables de conexión como se muestra en la figura 3. 9º Encontramos la corriente que pasa por el circuito utilizando el amperímetro y los valores medidos de cada voltaje. 10º Y por último anotamos en la tabla 3.
U(V)
I(mA)
U1(V)
U2(V)
U3(V)
50
6.38
28.97
14.14
6.96
Tabla 3: Valores medidos.
B. CIRCUITOS A IMPLEMENTAR EN EL LABORATORIO: Realizamos las siguientes modificaciones al circuito básico, y hallamos las mediciones respectivas y anotamos los resultados.
1º CIRCUITO ABIERTO:
Figura 5: Circuito abierto.
Su voltaje es 50.15 voltios. 10
2º CORTOCIRCUITO:
Figura 6: Cortocircuito.
U fuente
50 V
U1
40.57
U2
0.00
U4
9.79
ΣU
50.36
I medida
8.98
Tabla 4: Valores de resultado.
3º CAMBIO DE RESISTENCIA EN CIRCUITO EN SERIE:
Figura 7: Cambio de resistencia en circuito en serie.
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U fuente
120 V
U1
71.4
U2
35.05
U4
13.88
ΣU
120.33
I medida
15.7
Tabla 5: Valores de resultado.
VI.
ANÁLISIS DE RESULTADO
VII.
Los resultados suelen decirse que son casi exactos ya que se trabajó con precisión y corrigiendo nuestros errores. En algunos casos no se podía encontrar los resultados, puesto que se encontraba muchos cables de conexión en mal estado y solía salirnos un alto porcentaje de error También solíamos entender mal al profesor, por ende realizábamos mal el trabajo, por lo que no encontrábamos una respuesta cercana al valor teórico. Nuestros resultados son muy próximos a los de la teoría, logrando obtener un mínimo margen de error en los resultados.
CONCLUSIONES
Se logró aprender y medir la resistencia equivalente en un circuito eléctrico en serie. Se aplicó la segunda ley de Kirchhoff en un circuito eléctrico en serie, respecto a sus tensiones. Se aprendió a identificar los defectos de una conexión en serie como cortocircuitos, circuito abierto y el cambio de resistencia en un circuito en serie. Se concluyó aplicando la ley de ohm junto con la ley de Kirchhoff.
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VIII. RECOMENDACIONES
IX.
Ubicar bien el sentido de la corriente para así obtener resultados óptimos en la resolución d las experiencias. Calcular teóricamente la corriente máxima que puede soportar cada una de las resistencias para evitar quemarlas en el transcurso del experimento. Los multímetros tienen entrada diferente para medir la corriente y para medir el voltaje. Tenga cuidado al manipular la fuente de poder y asegúrese de apagarla cuando se va a implementar otro circuito. Se requiere tener bien hechas las conexiones antes de encender los equipos.
BIBLIOGRAFIA:
SERWAY, Raymond. Física, Edic. 5, Pearson Educación, México, 2001. SERWAY, Raymond A, Física, vol II. Edit. McGraw-Hill, tercera edición revisada, 1993. Tipler, P. (2006) “Física universitaria (2º Vol.)”. Barcelona - España: Revertré. Tippens, P. (2011). “Física, conceptos y aplicaciones (7ª Ed.). México DF: McGraw-Hill.
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