Informe 6 Lab Fisica 3 UNMSM

INFORME DE LABORAT LABORATORIO ORIO DE FISICA 3

Y EL FORTALECIMIENTO DE “AÑO DE LA DIVERSIFICACIÓN PRODUCTIVA Y EL LA EDUCACIÓN”

UNI NACI S NM VERSI DAD A ONAL M AYOR DE A ARCOS

TEMA:

ONDENSADORES Y B POTENCIA ELÉCTRICA – CONDENSADORES Y BOBINAS EN CIRCUITOS DE CORRIENTE CONTINUA

PROFESOR: JULIO FABIAN CURSO:

LABORATORIO

DE FÍSICA III

INTEGRANTES: CÓRDOVA PÉREZ, JIANN MARCOS 1519!! CRUZ MENDOZA, ISAC J"AZZEL #UISPE FIERRO, RUSSEL EVIN ANT"ONY VEGA SOTELO, & EVIN

$15

15191! 15191$% 15191'1


OBJETIVOS 1. Most Mostra rarr la potenci potenciaa eléc eléctr tric icaa como como func funció ión n del del volt voltaj ajee y de la corrie corrient nte, e, calculadoras y midiendo la potencia disipada en una resistencia conforme aumenta el voltaje. 2. Demostrar Demostrar el Vo Voltaje y Corrient Corrientee de carga y descarga descarga de un condensador condensador.. 3. Mientr Mientras as ue el campo campo eléctric eléctrico o aparece aparece en el entorn entorno o de cargas cargas en reposo reposo,, el campo magnético est! ligado a portadores de carga en movimiento, esto es, a una corriente eléctrica y veremos el comportamiento de una "o"ina.

FUNDAMENTO TEORICO – Potencia Eléctrica #a potencia eléctrica es mayor mientras mayor sea la tensión y mayor sea la corriente. $ara la potencia $ es v!lida la relación%

P = U . I #a unidad de la potencia eléctrica reci"e el nom"re de &att '&(, el inglés ue la definió. definió. 1 & es la potencia potencia de una corriente corriente continua 1 ) con una tensión tensión continua de 1 V. #a potenc potencia ia a"sor" a"sor"ida ida por una carga se puede puede medir medir,, por tanto, tanto, de manera manera indirecta con un volt*metro y un amper*metro. +na medición directa de potencia se puede realiar por medio de un vat*metro. -i en la formula anterior, de acuerdo con la #ey de /m, para la potencia, se reemplaa la tensión + por el producto 0., se o"tiene la ecuación%

P = I 2 . R

P = U2 / R

-i en la ecuación inicial, inicial, por el contrario, contrario, se reemplaa reemplaa la corriente 0 por el cociente +, se o"tiene la relación%

Experiento! Me"ici#n "e potencia n el e4perimento siguiente se de"e e4aminar a medición indirecta de la potencia eléctrica por medio de una medición paralela de corriente y tensión. Monte el circuito e4perimental representado a continuación% n el caso de ue desee realiar la medición por medio de un amper*metro virtual, la siguiente siguiente animación ilustra el ca"leado. ca"leado. -i desea desea real reali iar ar la medi medici ción ón por por medi medio o del del mult mult*m *metr etro o Metr Metra5 a5it it,, podr! podr! o"se o"serv rvar ar el ca"leado en la animación siguiente.


)"ra )"ra el instru instrumen mento to virtua virtuall 6uente 6uente de tensió tensión n continu continua, a, y selecci seleccione one los ajuste ajustes. s. ncienda a continuación el instrumento por medio de la tecla $&. )"ra )"ra el inst instru rume ment nto o virt virtua uall Volt*m lt*met etro ro ), y el inst instru rume ment nto o )mper )mper*m *met etro ro 7, y seleccione los ajustes. )/ora, ajuste en el instrumento 6uente de tensión continua una tensión +$- de 1 V. Mida la tensión +1 a través de la resistencia  l al igual ue la corriente resultante 0 1 en miliamperi miliamperios os y anote los valores valores o"tenidos en la correspondiente correspondiente columna de la ta"la siguiente. ) partir de ello, determine la potencia $1 a"sor"ida por la resistencia en m& y anote de igual manera el resultado en la ta"la. epita el e4perimento para las tensiones de entrada de 2, 8 y 19 V y anote los valores en las l*neas correspondientes de la ta"la.

TAB$A %


E()* 1 $ 0  TAB$A &

U)+ V-

U1 V V-

I1 . .A-

P1 ./-

1

0.9

0.5

0.45

2

1.9

1.4

2.66

5

4.9

4.1

20.09

10

9.9

8.5

84.15


E()* 1 $ 0 

U)+ V-

U$ V V-

I$ . .A-

P$ ./-

1

0.8

1.5

1.2

2

1.8

3.5

6.3

5

4.8

9.4

45.12

10

9.9

19.2

190.08

CUESTIONARIO' (Potencia) %' *C+,le*C+,le- "e la- -i.+iente-i.+iente- a/irac a/iracioneione- -on correc correcta-0 ta-0 a( b) c( d(

#a resistenc resistencia ia peue:a peue:a a"sor"e a"sor"e escasa escasa potencia potencia con la misma misma tensión. tensión. La resistenci resistencia a pequeña absorbe una una potencia potencia elevada elevada con la la misma tensión. tensión. -i se duplica duplica la la tensión, tensión, se duplica duplica tam"ié tam"ién n la potencia potencia a"sor"ida a"sor"ida.. -i se duplica duplica la la tensión, tensión, se reduce reduce a la mitad mitad la potencia potencia a"sor"ida a"sor"ida..

&' *C+,le*C+,le- "e la- -i.+iente-i.+iente- a/irac a/iracioneione- -on correc correcta-0 ta-0 a( "( c) d( e)

#a potencia potencia total total es es independi independiente ente de la tensión tensión ue ue se aplica. aplica. #a potencia total disminuye si se eleva la tensión ue se aplica. La potencia potencia total total aumenta aumenta si se eleva eleva la la tensión tensión que se aplica. aplica. #a resistenc resistencia ia peue:a peue:a a"sor"e a"sor"e una cantida cantidad d mayor de de potencia. potencia. La resistenc resistencia ia mayor mayor absorbe absorbe una una cantidad cantidad mayor de potencia. potencia.

FUNDAMENTO TEORICO – Con"en-a"oreCon" en-a"ore#os condensadores son estructuras en las ue se puede almacenar cargas eléctricas en reposo. n su estructura "!sica, un condensador consta de dos placas met!licas ue representan los electrodos del condensador. $or medio del aislamiento de las cargas se forma una diferencia de potencial eléctrico 'tensión( U entre entre los electrodos. #a imagen siguiente muestra como ejemplo un condensador de placas, con la superficie ) y la distancia entre placas d , ue porta la carga ;. De"ido al aislamiento de cargas se forma un campo eléctrico entre las placas p lacas 'no representado en esta imagen(.


ntre las placas, por lo general, se encuentra un material aislante, esto es, el elemento ue se conoce como dieléctrico 'no dieléctrico 'no representado en la parte superior(. ntre la carga y la tensión e4iste una relación lineal< es v!lida la siguiente relación. #a magnitud C representa la c!cidd del del condensador, y se e4presa con la unidad "rdio 's*m"olo% "rdio 's*m"olo% 6(. #a capa capaci cida dad d de un conde condens nsad ador or se pued puedee asum asumir ir como como cons consta tant nte, e, y depen depende de =nic =nicam amen ente te de la estr estruc uctu tura ra geom geomét étri rica ca y del del diel dieléc éctr tric ico o empl emplea eado do.. $ara $ara un condensador de placas es v!lida la siguiente relación%

n esta ecuación, ε9 es la constante constante eléctrica eléctrica de campo campo y posee un valor de >.>8?2 4 @12 19 )-Vm, εr es es el *ndice dieléctrico 'carente de unidad(, ) la superficie de una placa y d la distancia entre placas. -i un condensador se conecta a una tensión continua +9 a través de una resistencia de carga , se carga de"ido a la presencia de dic/a tensión, proceso durante el cual la tensión del condensador, de acuerdo con una función e4ponencial, aumenta de 9 V /asta alcanar su valor final final +9 '199A( 'curva de carga de un condensador, véase la imagen de la iuierda(. -i, a continuación, se desconecta el condensador de la fuente de tensión y se lo cortocircuita, se produce un proceso de descarga inverso al proceso de carga 'véase la imagen de la derec/a(.


Abra el instrumento instrumento virtual virtual Fuente de tensión continua a través de la opción de menú Instrumentos | Fuentes de tensión | Fuente de tensión continua , o también pulsando la siguiente imagen, y seleccione los ajustes que se detallan en la tabla siguiente. En primer lugar, no conecte el instrumento. Ajustes de la fuente de tensión continua

Rango:

! "

#ensión de salida:

! "

Abra el instrumento instrumento virtual virtual Osciloscopio a través de la opción de menú Instrumentos | Instrumentos de medición | Osciloscopio, o también pulsando la siguiente imagen, y seleccione los ajustes que se detallan en la tabla siguiente. Ajustes del osciloscopio

$anal A

% " & div

$anal '

(!! m" & div

'ase de tiempo:

(!! ms & div

)odo de operación: #rigger:

*&#, +$ $anal A & lanco ascendente & -/01E & pre2#rigger (%3


Aplique a4ora un un salto de de tensión tensión al condensador condensador,, conectando conectando la uente de tensión tensión continua por medio de la tecla 567ER. Arrastre el oscilograma obtenido 4acia la siguiente ventana.

CUESTIONARIO' (El Con"en-a"or) %' *C+,l *C+,l e- la tra1ector tra1ectoria ia "e la c+r2a c+r2a "e la ten-i#n ten-i#n "el con"en-a" con"en-a"or or "e-p+é "e-p+é-- "e 3+e -e conecta la ten-i#n contin+a0 A) -alta inmediatamente a un valor de apro4imadamente 19 V y se mantiene en este valor. B) )sciende linealmente /asta alcanar un valor apro4imado de 19V y se mantiene en este valor C) Asciende Asciende exponencialme exponencialmente nte hasta hasta alcanzar un valor valor aproximado aproximado de 1 1 ! y se mantiene en este valor. ") )sciende e4ponencialmente /asta alcanar un valor apro4imado de 19 V y, a continuación, vuelve a descender a  V.

&' *C+,l *C+,l e- la tra1ect tra1ector oria ia "e la c+r2a c+r2a "e corrie corriente nte "e car.a car.a "e-p+é "e-p+é-- "e 3+e 3+e -e conecta la ten-i#n contin+a0 A) Durante todo el proceso de carga se mantiene constante. B) n primer lugar, salta a un valor m!4imo y luego desciende linealmente /asta llegar a cero. C) )sciende e4ponencialmente de cero a un valor m!4imo.


") #n primer lu$ar% salta a un valor m&ximo y% a continuación% desciende exponencialmente hasta lle$ar a cero.

4' *5+é reacci reacci#n #n oca-ionar6a oca-ionar6a +na +na "i-in+ci#n "i-in+ci#n "e "e la re-i-tenci re-i-tenciaa "e car.a R%4 en el 2alor ,xio "e la corriente "e car.a0 A) Binguna. B) #a corriente de carga disminuir*a. C) La corrie corriente nte de car$a car$a ascend ascender' er'a. a.

-epare el condensador de la tensión de alimentación retirando el ca"le del clavijero V?3 y o"serve la tensión del condensador durante un tiempo prolongado.

7' *5+é *5+é -+ce"e -+ce"e con con la ten-i ten-i#n #n "el "el con"encon"en-a"or a"or00 A) B) C) ")

$ermanece constante. )umenta "esciende "esciende paulatina paulatinamente mente hasta hasta lle$ar lle$ar a  !. !. $rimeramente asciende y luego desciende /asta 9 V.

8' *C#o *C#o -e p+e"e p+e"e explic explicar ar e-ta e-ta reacci reacci#n0 #n0 A) l condensador, una ve ue se /a retirado la tensión de alimentación, representa una resistencia ó/mica. B) #l condensador se descar$a a trav(s de la resistencia interna de la medición. C) l condensador mantiene su tensión puesto ue la carga no puede salir al e4terior.

9' ;ué se puede o"servar en contraposición a la medición continua A) Bo se o"serva ninguna diferencia con la medición continua. B) #a tensión desciende a/ora m!s r!pidamente. C) La tensión tensión desciende desciende ahora ahora m&s lentamente. lentamente. ") #a tensión permanece a/ora constante.


FUNDAMENTO TEORICO DE $A BOBINA EN E$ CIRCUITO DE CORRIENTE CONTINUA INDUCTANCIA DE UNA BOBINA Eunto al campo eléctrico, ue aparece por ejemplo entre las placas de un condensador carga cargado do,, e4is e4iste te en la elect electro rote tecn cnia ia un segun segundo do tipo tipo de campo campo en form formaa de camp campo o magnético. Mientras ue el campo eléctrico aparece en el entorno de cargas en reposo, el campo magnético est! ligado a portadores de carga en movimiento, esto es, a una corriente eléctrica. #a inductancia # de la "o"ina es, en este caso, un indicador de su capacidad para generar una tensión de autoinducción. $ara una "o"ina alargada es v!lida la siguiente relación%

n esta ecuación, # ecuación, #9 es la constante magnética de campo, # campo, #r la la permea"ilidad relativa del n=cleo n=cleo de la "o"ina "o"ina,, N el n=mero n=mero de espir espiras, as, l la longit longitud ud de la "o"ina "o"ina y A A su sección transversal 'véase la imagen siguiente(.

#a unidad de la inductancia inductancia es el $e%rio 's*m"olo $e%rio 's*m"olo 5, 1 5 F 1 Vs)(. +na "o"ina tiene una inductancia igual a 1 5 si durante la modificación uniforme de la corriente ue fluye por ella en 1 ) por segundo, se induce una tensión de autoinducción igual a 1 V.

CONE:I;N < DESCONE:I;N DE UNA BOBINA -i una "o"ina se encuentra en un circuito de corriente continua, la corriente ue fluye por ella es constante @ tomando en cuenta, en primer lugar, el proceso de cone4ión @ de manera ue no se genera ninguna tensión de autoinducción. #a "o"ina act=a, por tanto, en este


caso, como una resistencia ó/mica, cuyo valor de resistencia 'por lo general muy peue:o(, resulta del valor de resistencia espec*fico del material de la "o"ina al igual ue de la longitud y sección transversal del alam"re. Cuando se conecta una "o"ina, en primer lugar, se forma su campo magnético< de"ido a las modif modifica icacio ciones nes result resultant antes es del flujo, flujo, se crea crea una tensió tensión n de autoin autoinducc ducción ión ue act=a act=a opuestament opuestamentee a la tensión aplicada. aplicada. De esta manera manera no asciende la intensidad intensidad de corriente corriente a"ruptament a"ruptamentee en el circuito circuito eléctrico eléctrico 'como ocurrir*a ocurrir*a con una carga resistiva(, resistiva(, sino ue la corrie corriente nte ascien asciende de paulati paulatinam namente ente /asta /asta alcan alcanar ar un determ determina inado do valor valor final. final. -i se desconecta la "o"ina, tiene lugar un proceso inverso% )l diluirse el campo magnético se origina una tensión de autoinducción, ue tiene el mismo sentido ue la tensión ue se aplica"a anteriormente, y ue en las "o"inas con fuertes campos magnéticos puede adoptar valores m!s elevados. #a tensión de autoinducción, en principio, mantiene el flujo de corriente ue atraviesa la "o"ina, de manera ue la corriente no var*a a"ruptamente sino ue desciende paulatinamente /asta llegar a cero. #a siguiente imagen ilustra los procesos ue se p roducen durante la descone4ión.

CUESTIONARIO ($A ( $A BOBINA) 1.

*C+,l e- la tra1ectoria "e la c+r2a "e ten-i#n en la re-i-tencia "e "e-car.a R &0 )( -alt -altaa a un eleva elevado do valo valorr posit positiv ivo o y desc descie iend ndee a conti continu nuac ació ión n lent lentam amen ente te acerc!ndose a 9 V B) alta a un elevado valor ne$ativo y desciende a continuación lentamente acerc&ndose a  !. C( -alta inmedi inmediatament atamentee a 9 V $ermanece $ermanece constante constante

&' *C#o *C#o 2ar6a 2ar6a la la c+r2a c+r2a "e ten-i ten-i#n0 #n0 )( Bo var* var*aa en lo a"solu a"soluto. to. 7( #a tensión tensión desciende desciende a/ora r!pidament r!pidamentee y el pico negativo muestra muestra una era era pronunciación. C) La tensión tensión desciende desciende ahora r&pidamen r&pidamente te y el pico ne$ativ ne$ativo o muestra una una pronunciación. D( #a tensión tensión desciende desciende a/ora lentamente lentamente y el pico negativo muestra muestra una ligera ligera pronunciación


( #a tensión tensión desciende desciende a/ora a/ora lentamente lentamente y el pico negati negativo vo muestra muestra una pronunciación marcada. 6( #a tensi tensión ón perman permanece ece const constant ante. e.

Informe 6 Lab Fisica 3 UNMSM

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