UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA
FACULTAD DE INGENIERIA AMBIENTAL
FUERZA ELECTROMOTRIZ, RESISTENCIA INTERNA, EFICIENCIA Y POTENCIA DE UN FUENTE DE CORRIENTE CONTINUA
Integrantes: Barboza Troncoso, Gabriel Aaron 20163001k Chirinos Pariona, Brigitte Milagros Villanes Mandujano, Mandujano, Talia Severina 20164093F 20164093F
Mesa: G-3 Curso: Física III LIMA - PERU
Laboratorio 4 de física III : “Fuerza electromotriz, resistencia interna, eficiencia y potencia de un fuente de
corriente continua”
INDICE INTRODUCCIÓN I. II.
OBJETIVOS FUNDAMENTO TEÓRICO
III.
EQUIPO EXPERIMENTAL – MATERIALES
IV.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
V. VI. VII. VIII. IX. X.
DATOS EXPERIMENTALES CUESTIONARIO OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES RECOMENDACIONES APENDICE BIBLIOGRAFIA
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Laboratorio 4 de física III : “Fuerza electromotriz, resistencia interna, eficiencia y potencia de un fuente de
corriente continua”
INTRODUCCIÓN
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Laboratorio 4 de física III : “Fuerza electromotriz, resistencia interna, eficiencia y potencia de un fuente de
corriente continua”
OBJETIVOS Principal:
Determinar la fuerza electromotriz, la resistencia interna y la eficiencia de la fuente de corriente continua
Secundarios: FUNDAMENTO TEÓRICO
FUERZA ELECTROMOTRIZ (FEM)
La fuerza electromotriz (FEM) es toda causa capaz de mantener una diferencia de potencial entre dos pintos de un circuito abierto o de producir una corriente eléctrica en un circuito cerrado. Es una característica de cada generador eléctrico. La FEM E en un circuito se encarga de establecer una diferencia de potencial con lo cual se crea corriente en un circuito. El valor de E se expresa en voltios y nos indica la diferencia de potencial positivo de la batería con respecto al negativo.
RESISTENCIA ELECTRICA
Todas las baterías poseen un valor de resistencia interna r lo cual hace que el potencial de un borde positivo con respecto a uno negativo sea diferente al valor de fu fem E, consideremos que un circuito tiene una resistencia total R entonces al aplicar la ley de Kirchhoff de las mallas se obtiene: E- ir – iR = 0
En donde el valor de i puede ser obtenido con un amperímetro, con lo cual se puede determinar el valor de E para i=0, así mismo como la corriente de corto circuito icc cuando v=0 como E=0 y Nnn no se podrán tener como dato directo se debe extrapolar la recta.
EFICIENCIA Y POTENCIA DE UNA FUENTE
La potencia de una fuente es La rapidez con que se entrega energía por parte de la batería al circuito definido en general como P=IV, para nuestro caso calcularemos la potencial externa dada al circuito sabiendo que tiene una definición de potencial V entre los bordes de la batería y una resistencia total R y una intensidad i:
En donde al derivar P en función a R se cumple que la potencia máxima se halla cuando
Y de aquí se obtiene que la potencia máxima es
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Debido a que la potencia total es la que ofrece la batería Ptotal Ei; se definió la eficiencia como la relación entre la potencia consumida y la potencia dada por la batería.
EQUIPO EXPERIMENTAL – MATERIALES
Una fuente de corriente continua (pila)
Un voltímetro (escala máxima tres voltios)
Un amperímetro
Una resistencia variable (puente unifilar))
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 1.
Arme el circuito de la figura 2 y usando el máximo valor de la resistencia variable R (su máxima longitud) anote las indicaciones del amperímetro y del voltímetro.
2.
Disminuya la magnitud de R de modo que V disminuya en 0.1 volt. Y anote las indicaciones del amperímetro y del voltímetro así como la magnitud de R, de longitud por ser alambre con
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sección transversal constante. Arme el circuito de la figura 5 que es una modificación de la figura 2.
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4.
Repita el paso 2, en cada caso la lectura del voltímetro será 0.1 V menor que la lectura correspondiente al caso 2.
DATOS EXPERIMENTALES Datos según la figura 2: L(cm)
Intensidad corriente(A)
Voltaje(v)
100
0.470
0.91
90
0.489
0.91
80
0.581
0.90
70
0.546
0.85
60
0.674
0.80
50
0.720
0.75
40
0.832
0.70
30
0.920
0.64
20
1.058
0.58
10
1.144
0.49
Datos según la figura 5: L(cm)
Intensidad corriente(A)
Voltaje(v)
100
0.442
0.80
90
0.483
0.79
80
0.529
0.75
70
0.565
0.72
60
0.632
0.70
50
0.670
0.67
40
0.768
0.61
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corriente continua” 30
0.823
0.55
20
0.909
0.48
10
1.134
0.35
‘g
CUESTIONARIO 1. Con los valores del paso 1 halle la resistencia por unidad de longitud del alambre de nicrom. L (cm)
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
I (A)
0.470
0.489
0.581
0.546
0.674
0.720
0.832
0.920
1.058
1.144
V (V)
0.91
0.91
0.90
0.85
0.80
0.75
0.70
0.64
0.58
0.49
R (Ώ)
1.936
1.861
1.549
1.557
1.187
1.042
0.841
0.696
0.548
0.428
R/L (Ώ/cm)
0.0194
0.0207
0.0194
0.0222
0.0198
0.0208
0.0210
0.0232
0.0274
0.0428
Tabla1. Valores de la figura 2
L (cm)
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
I (A)
0.442
0.483
0.529
0.565
0.632
0.670
0.768
0.823
0.909
1.134
V (V)
0.80
0.79
0.75
0.72
0.70
0.67
0.61
0.55
0.48
0.35
R (Ώ)
1.809
1.636
1.418
1.274
1.108
1.000
0.794
0.668
0.528
0.309
R/L (Ώ/cm)
0.0181
0.0182
0.0177
0.0182
0.0185
0.02
0.0198
0.0223
0.0264
0.0309
Tabla2. Valores de la figura 5
2. Con los valores del paso 2 grafique V=f(i) la cual, según la ecuación (32.2) debe ser una recta de pendiente negativa. De aquí por extrapolación obtener el calos de la fem y de r. halle también icc. I (A)
0.470
0.489
0.581
0.546
0.674
0.720
0.832
0.920
1.058
1.144
V(V)
0.91
0.91
0.90
0.85
0.80
0.75
0.70
0.64
0.58
0.49
Tabla3. Datos de la figura 2
I (A)
0.442
0.483
0.529
0.565
0.632
0.670
0.768
0.823
0.909
1.134
V (V)
0.80
0.79
0.75
0.72
0.70
0.67
0.61
0.55
0.48
0.35
Tabla4. Datos de la figura 5
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Voltaje vs Intensidad 1 0.9 0.8 0.7 s 0.6 o i t l 0.5 o v 0.4 0.3 0.2 0.1 0
Series1 Linear (Series1)
0
0.5
1
1.5
ampere
Grafica1. Voltaje vs intensidad La ecuación de la recta es: V(I) = -0.6163I + 1.2112 Analizando las intersecciones con los ejes:
VI = 0 0 = −0.6163 + 1.2112 I = 0 = 1.97 I= 0 0= −0.61630+1.2112 ℰ = 1.2112 5. De los resultados experimentales, deduzca que relación existe entre la resistencia interna r y la resistencia de carga R cuando la potencia exterior disipada es la máxima.
Primer circuito
= . → para la potencia máxima = 0.91 , = 0.47 Entonces =1.94 Ω Para la resistencia interna
= − = 1.5 → = 1.25 Ω 8
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Segundo circuito
= . → para la potencia máxima = 0.8 , = 0.442 Entonces =1.81 Ω Para la resistencia interna
= − = 1.5 → = 1.584 Ω Cuando la potencia es máxima teóricamente R y r deben ser iguales pero en estos casos R>r y se obtienen porcentajes de error con los cuales se cuantificar el experimento Primer circuito
%=( − )∗100%=73.4% Segundo circuito
%=( − )∗100%=12.5% Se obtuvo mayor error en el primer circuito
6.¿Cual es la potencia total cuando la potencia exterior es la máxima?
= + = .+
Para el circuito 1
=0.47,=1.25 Ω,=1.94Ω =0.705
Para el circuito 2
=0.442,=1.584Ω,=1.81Ω =0.663 7.¿En que condiciones la potencia total cedida por la fuente seria máxima y que valor tendría dicha potencia? Teóricamente la potencia cedida por la fuente es máxima cuando la eficiencia de la fuente es máxima entonces:
= 1 − . Esto ocurre cuando
. es muy pequeño , esto ocurre cuando → 0 → 0, pero si = 0 es un
circuito abierto que no nos sirve.Entonces se obtiene la máxima potencia total cedida por la fuente cuando
=0
Entonces de la función potencia:
=
→
=. 9
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= + = 0, =
Esta es la potencia para cualquier valor de , pero como
Entonces la potencia para cualquier valor de R del circuito es:
= 8.¿Que diferencia existe entre los circuitos de la figura 2 y la figura 5.Seran iguales las lecturas en los instrumentos en los dos circuitos para un mismo valor de R? ¿Por qué? La diferencia entre los dos circuitos es que el amperímetro del primer circuito (figura 2 de la guía) no lee la intensidad de corriente total que sale de la fuente, sino que lee la diferencia de esta corriente con la que se desvía para en voltímetro (ya que como es real, debe pasar una cantidad de corriente que puede o no ser despreciable). En cambio, en el segundo circuito el amperímetro lee la intensidad de corriente de la fuente, antes de que ésta se separe en las dos trayectorias (el voltímetro y la resistencia variable). Además, como consecuencia del cambio en la ubicación del amperímetro, la lectura del voltímetro variará (ya que el amperímetro debe tener una resistencia interna, por más pequeña que sea, y alterará el circuito levemente), aunque el cambio no será significativo.
OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES Observaciones:
En la pregunta 5 observamos que el % de error en el primer circuito es mayor que en segundo.
Obtenemos una mayor potencia total en el primer circuito.
El voltaje obtenido por la lectura del voltímetro depende de la forma en que este conectado el circuito.
No se puede despreciar las resistencias internas del voltímetro y amperímetro. El error observado puede ser debido al tiempo que tienen los materiales utilizados.
Conclusiones:
Se puede concluir que se cumple una relación lineal entre la longitud del cable que hace de resistencia y el valor de la resistencia propiamente dicha.
Se una relación entre R y r casi igual en la potencia máxima, por lo que podemos confirmar que R es igual a r y obedece a la teoría planteada en clase.
A mayor intensidad de corriente y menor voltaje la eficiencia es mayor, pero la potencia es menor.
Se obtiene una relación en la resistencia que cumple con la fórmula conocida.
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Se comprueba una eficiencia aproximada al 50% cuando al resistencia interna es cercana a la externa.
De la gráfica de potencia vs intensidad de corriente se puede comprobar que el valor máximo de la potencia sería cuando la corriente toma su valor de corto circuito.
Se logra comprobar experimentalmente la igualdad teórica entre la resistencia interna de la fuente y la resistencia variable, con una diferencia despreciable.
Se determina experimentalmente la resistencia interna de la fuente, potencia, corriente de cortocircuito mediante dos circuitos distintos.
Comprobamos experimentalmente que la eficiencia de la fuente depende linealmente de la razón entre la resistencia interna de la fuente y la fuerza electromotriz.
Se logra comprobar experimentalmente que la resistencia por unidad de longitud es constante, con ello podemos decir que la resistividad del alambre de Nicrom es constante.
RECOMENDACIONES
Asegurarse de que los cables estén correctamente conectados como en el esquema.
Tener un orden al hacer las conexiones facilitará encontrar errores de conexión.
Realizar más medidas ayuda a disminuir el error de los datos obtenidos.
Recolectar la mayor cantidad de datos posibles para poder realizar una buena grafica V vs I.
Medir el voltaje de la pila con el amperímetro podría ayudar a comparar mejor los datos.
Variar la longitud de la alambre (resistencia) hasta que sea apreciable el cambio de potencial.
Elegir una correcta escala en el amperímetro para apreciar la caída de intensidad de corriente.
APENDICE BIBLIOGRAFIA
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