UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS
Experimento N°4 POTENCIA E LÉCTRICA
Chicana
LABORATORIO DE FÍSICA III
Potencia Eléctrica Experiencia N°4 1.
OBJETIVOS
1. Mostrar la potencia eléctrica como función del voltaje y de la corriente, calculadoras y midiendo la potencia disipada en una resistencia conforme aumenta el voltaje. 2. Demostrar el Voltaje y Corriente de carga y descarga de un condensador. 3. Mientras que el campo eléctrico aparece en el entorno de cargas en reposo, el campo magnético está ligado a portadores de carga en movimiento, esto es, a una corriente eléctrica y veremos el comportamiento de una bobina.
2.
FUNDAMENTO TEORICO – Potencia Eléctrica La potencia eléctrica es mayor mientras mayor sea la tensión y mayor sea la corriente. Para la potencia P es válida la relación: P = U. I La unidad de la potencia eléctrica recibe el nombre de Watt (W), el inglés que la definió. 1 W es la potencia de una corriente continua 1 A con una tensión continua de 1 V. La potencia absorbida por una carga se puede medir, por tanto, de manera indirecta con un voltímetro y un amperímetro. Una medición directa de potencia se puede realizar por medio de un vatímetro. Si en la formula anterior, de acuerdo con la Ley de Ohm, para la potencia, se reemplaza la tensión U por el producto I.R, se obtiene la ecuación: P = I 2. R Si en la ecuación inicial, por el contrario, se reemplaza la corriente I por el cociente U/R, se obtiene la relación: P = U 2 / R
4. Procedimiento Experimento A: la realización de esta parte ha sido omitida por indicaciones del profesor encargado del área.
Experimento B:
Verificando la potencia eléctrica como función del voltaje y de la corriente eléctrica. Se calcula y se mide la potencia disipada en una resistencia conforme aumenta el voltaje.
Arme el circuito de la figura 2. Las resistencias R1 y R2 8 (cada una en 1W) están conectadas en paralelo, de manera que pueden disiparse a 2 watts de potencia. Su resistencia en paralelo es de 50Ω. (R1 y R2 son iguales a 100Ω)
Figura 2
EXPERIMENTO
Observe la tabla 3 y use la ley de Ohm para calcular la intensidad que pasa a través de las resistencias. Varié el cursor del reóstato para calcular la intensidad que pasa a través de las resistencias. Anote los datos obtenidos en la tabla 3. Calcule la potencia de cada valor. VOLTAJE (V) 2 3 4 5 6 8 9
CORRIENTE (A) 42 mA 60 mA 80 mA 100 mA 125 mA 160 mA 180 mA
POTENCIA (W) 0.084 0.18 0.32 0.5 0.75 1.28 1.62
TABLA 3 Determinación de la variación de la resistencia del filamento de una lámpara con la temperatura
Sabiendo que la resistencia en frio del foquito es aproximadamente 6Ω arme el circuito de la figura 3. Figura 3
EXPERIMENTO
Ajuste la fuente de voltaje de energía sucesivamente a voltajes diferentes variando el reóstato y anote los valores que indica en la tabla 4. Al aumentar la corriente en el filamento aumenta la potencia disipada por este, elevando su temperatura hasta que brilla. Por tanto se disipa la potencia en forma de calor y luz. Calcule y anote la resistencia registrados en la tabla 4. VOLTAJE (V)
1 2 2.5 3.5 4 5 6
CORRIENTE (I) 0.3 0.4 0.37 0.40 0.44 0.5 0.6
RESISTENCIA(I)
3.33 5 6.76 8.75 9.09 10 10 TABLA 4
3. CUESTIONARIO
POTENCIA(W)
0.2997 0.8 0.925 1.4 1.759 2.5 3.6
1. Examine sus resistencias registradas en la Tabla 4. ¿Al aumentar el voltaje aumenta la resistencia del filamento?
Si, se observa que conforme el voltaje aumenta, la resistencia del filamento también aumenta; este aumento se da de manera lineal debido a que la resistencia generada es directamente proporcional al voltaje
¿En qué medida fue mayor la resistencia del filamento a un voltio que cuando estaba frío?
La resistencia del filamento fue mayor cuando nos encontrábamos en un voltaje de 6 voltios con una resistencia de 10 Ω, por lo tanto, si la resistencia en frío era de sólo 0.6 Ω, en la resistencia hay un incremento de 0.4 Ω.
2. Grafique V=V(R) de los resultados de la tabla 4. Determine la ecuación de la curva e interprete.
Solución del problema 02
Grafica I Relación entre Voltaje y Resistencia
Voltaje vs. Resistencia 7 6 5
) V ( 4 e j a t l l 3 o V
2 1 0 0
2
4
6
8
10
12
Resistencias (Ω)
De la gráfica anterior se puede observar que la relación entre y forma una recta la cual se puede expresar como;
= . +
Dónde: m es la pendiente de la recta y b el intercepto los cuales hallaremos mediante regresión lineal. Tabla I Datos de el voltaje (V i) y la resistencia (R i) recopilados en el laboratorio
9.998 5.000 3.333 7.778 6.756 9.0909 10.000 51.9559
5 2 1 3.5 2.5 4 6 24
. 49.99 10 3.333 27.223 16.89 36.3636 60 203.7996
( ) 25 4 1 12.25 6.25 16 36 100.5
Ahora por regresión Lineal la pendiente en este ca so m se puede hallar mediante la siguiente formula, donde p: número de datos.
m=
. ∑ − ∑ ∑ ∑( ) − (∑ )
Entonces reemplazando los datos de la tabla en la formula obtenemos.
m=
7. (203.7996) − (24)(51.9559) 7(100.5) − (24) = 1.40906353 Ω/V
Además, también por regresión Lineal, el intercepto, en este caso b se puede hallar mediante la siguiente formula:
∑( ) ∑ − ∑ ∑ = ∑( ) − (∑ ) Entonces reemplazando los datos de la tabla en la formula obtenemos.
=
(24)(51.9559) − (24)(203.7996) 7(100.5) − (24)
= 2.59119647 Ω
Finalmente reemplazando los valores obtenidos se tiene por formula experimental de vs a la ecuación:
= 1.40906353. + 2.59119647 Ω 3. Compare los resultados con los resultados de la práctica de la ley de Ohm Solución del problema 03
Grafica I – Practica de Potencia Eléctrica Relación entre Voltaje y Resistencia
R
V 3.33 5 6.37 7.77 9.09 10 10
Voltaje vs. Resistencia 1 2 2,5 3,5 4 5 6
7 6 5
) V ( 4 e j a t l l 3 o V
2 1 0 0
2
4
6
8
10
Resistencias (Ω)
Aquí obtuvimos los valores de la resistencia de del filamento de la lámpara directamente de forma teórica usando la ley de Ohm. V = I.R/R = V/I. Ya que los únicos datos que pudimos medir fueron de voltaje e intensidad. No pudimos obtener datos experimentales de la resistencia ya que solo se contaba con voltímetro y amperímetro para est a práctica. Por tanto, asumimos que se cumple la ley de Ohm con 0% de error.
12
Grafica II – Practica Ley de Ohm Relación entre Voltaje y Resistencia
V vs R (Amperaje constante de 100mA) 0.1A
R
V 120 150 110 115 12
12 14.5 11 11.5 11.3
En el caso de esta práctica a diferencia de la práctica de potencial eléctrico si teníamos el valor teórico para el amperaje de 0.1A. Sin embargo, experimentalmente se obtiene. V / R = I 12/120 = 0.1; 14.5/150 = 0.096; 11/110= 0.1; 11.5/115 = 0.1; 11.3/120 = 0.09 Que da un valor promedio de la intensidad (A) de 0.0972. Por lo que en este experimento donde tenemos valores teóricos y experimentales si podemos hall ar el error experimental. |. − | |0.1 − 0.0972 | . = ∗ 100% = ∗ 100% = 2.8% . 0.1 Se obtuvo un porcentaje de error pequeño de solo 2.8%
CONCLUSIONES
La potencia eléctrica es una magnitud escalar que nos permite medir la cantidad de trabajo eléctrico que realiza un flujo de electrones sobre un dispositivo o elemento resistivo. La potencia eléctrica puede ser expresada como una función cuadrática dependiente del flujo de electrones y de la resistividad del elemento por el que dicho flujo pasa. La potencia eléctrica puede ser expresada como una función dependiente en forma directa de la diferencia de potencial aplicada a un elemento, así como de la resistividad de dicho elemento.
La máxima disipación de la energía en forma de calor producida por el paso de un flujo de electrones, se presenta en un circuito eléctrico serie. La potencia eléctrica es casi como una propiedad de ciertos elementos por la cual la energía que se genera con el paso de un flujo de electrones, se manifiesta en forma de disipación de calor o luz, lo que indica que esta clase de energía que desprende, lo enmarca dentro las fuerzas conservati vas, ya que dicha energía (flujo de electrones) pasa del elemento resistivo hacia el medio exterior en forma de calor y o luz, esto es, la energía no se destruye cuando sale al medio, sino que se transforma (este es el caso típico de una plancha eléctrica y otros elementos calefactores).
