POTENCIA Y TRABAJO DE LA CORRIENTE ELECTRICA C. Castellanos; J. Beltrán, B. Hernández, L Hernández, A. Montiel, J. Guerra, J. Juez; Departamento de Física !lectr"nica Universidad de Córdoba, Montería
Resumen !n la si#uiente práctica pro$aremos %ue al &ariar el &olta'e para una resistencia constante, se o$ser&a un comportamiento lineal para la corriente lineal, en al#(n tipo de materiales materiales llamados ")micos. *ara *ara esto utilizaremos &arios circuitos circuitos con resistencias resistencias ")micas constante se &aría la di+erencia de potencial con un potenci"metro.
Palabras claves: Potencial eléctrica traba!o eléctrico"
#" TEOR TEOR$A $A RELA RELACI CION ONAD ADA A Cuando se esta$lece un campo el-ctrico en un conductor por medi medio o de una una +uen +uente te de corr corrie ient nte, e, eis eiste te en este este una una trans+or trans+ormaci" maci"n n continua continua de ener#ía ener#ía %uímica %uímica almacenad almacenadaa en dic)a +uente a ener#ía cin-tica de los portadores de car#a. !sta ener#ía se disipa rápidamente como resultado de las colisiones de los portadores de car#a car#a /electrones0 con el arre#lo de iones, ocasionando un aumento en la temperatura del conductor. *or lo tanto, tanto, se o$ser& o$ser&aa %ue la ener# ener#ía ía %uímic %uímicaa almace almacenad nadaa en la +uente es continuamente trans+ormada en ener#ía t-rmica; lo anteri anterior or de$ido de$ido al tra$a' tra$a'o o %ue el campo campo reali realiza za so$re so$re los electrones li$res. Con+orme una cantidad de car#a q pasa a tra&-s de un elemento de circuito, )a un cam$io en la ener#ía potencial i#ual a qVab. *or *or e'em e'empl plo, o, si q>1 Vab=Va2Vb es positi positi&a, &a, la ener# ener#ía ía potencial disminue a medida %ue la car#a cae3 del potencial potencial al más $a'o $a'o Vb. Las car#as en mo&imiento no Va al potenci #anan ener#ía cinética por%ue la tasa de +lu'o de car#a /es /es decir, la corriente0 %ue sale del elemento de circuito de$e ser i#ual %ue la tasa de +lu'o de car#a %ue entra a -ste. !n &ez de ello, la cantidad cantidad qVab qVab representa ener#ía el-ctrica trans+erida )acia el elemento de circuito. !n los circui circuitos tos el-ctr el-ctrico icoss es más +recue +recuente nte %ue intere interese se la rapidez con la %ue la ener#ía se proporciona a un elemento de circuito o se etrae de -l. 4i la corriente a tra&-s del elemento es inter&alo de tiempo dt pasa una cantidad de I , entonces en un inter&alo car#a dQ 5 I dt a tra&-s del elemento. !l cam$io en la ener#ía potencial para esta cantidad de car#a es Vab dQ= Vab I dt . 4i esta epresi"n se di&ide entre dt , se o$tiene la rapidez a la %ue se trans+iere la ener#ía )acia +uera o )acia dentro de circuito. La relaci"n de trans+erencia de ener#ía por unidad de tiempo es la potencia, denotado como67 P
=
V ab
cual%u cual%uier ier dispos disposit iti&o i&o %ue lle&e lle&e una corrie corriente nte 8, ten#a ten#a una : di+erencia de potencial 9 entre sus terminales.3
%ateriales
Canti&a&
Placa reticular
#
Interru'tor
#
Potenci(metro )*+ ,
#
Portal-m'aras
)
Bombilla . /0 +# A
)
Bombilla . /0 1 2
#
Bombilla #) /0 +# A Cables &e cone3i(n
#+
%ult4metro
#
5uente &e alimentaci(n
#
%ONTAJE Y PROCEDI%IENTO Parte # 4e mont" el circuito, se#(n el es%uema el-ctrico :. Cerramos el interruptor se u$ic" la tensi"n de +uncionamiento a la tensi"n nominal de las lámparas / 90. Comparamos el $rillo de las lámparas, anotando lo o$ser&ado. 4e midi" sucesi&amente la intensidad de las dos lámparas. *ara medir la intensidad de la se#unda lámpara, conectamos la primera directamente al polo ne#ati ne#ati&o &o de la +uente +uente de corrie corriente nte.. DespuDespu-ss se conect conect" " la se#unda lámpara a tra&-s del amperímetro al polo ne#ati&o de la +uente de corriente.
I
!n este caso, la potencia se suministra a la resistencia por medio de una +uente +uente de corriente corriente.. 4in em$ar#o, em$ar#o, la ecuaci"n ecuaci"n anterior anterior puede ser utilizada para determinar la potencia trans+erida a
:: Física para ciencia la tecnolo#ía 9.6 Caracas2 Meico.
:
Parte 8 4e modi+ic" el circuito se#(n el es%uema el-ctrico <. 4e a'usta la tensi"n de +uncionamiento a la tensi"n nominal de las lámparas / 90, midiendo la intensidad total.
5i6" #" es7uema eléctrico #" Parte ) Montamos el circuito eperimental de acuerdo al es%uema el-ctrico 6. 4e u$ic" el potenci"metro en el tope iz%uierdo, &isto en el sentido de la +lec)a del cursor. Colocamos la tensi"n de la se#unda lámpara a su tensi"n nominal /:6 90. 4e a'ust" cuidadosamente con el potenci"metro la primera lámpara a su tensi"n nominal /e&itando la so$retensi"n0. Comparamos el $rillo de las dos lámparas. 4e midi" las intensidades de la primera se#unda lámpara.
5i6" 8" Es7uema eléctrico 8" OB9ER/ACION Parte # 4e mont" el circuito, con una tensi"n constante con las dos $om$illas en paralelo, teniendo en cuenta %ue los circuitos en paralelo poseen el mismo potencial. 4e o$ser&" %ue la luminosidad de la primera $om$illa era maor %ue la se#unda, teniendo en cuenta %ue por esta circula maor +lu'o de corriente por%u- posee una resistencia menor %ue la se#unda $om$illa.
5i6" )" Es7uema eléctrico )" Parte 1 Modi+icamos el circuito se#(n el es%uema el-ctrico ?. *rimero se coloc" solo una lámpara. A'ustamos la tensi"n de +uncionamiento a la tensi"n nominal de la lámpara / 90. 4e midi" la intensidad de esta lámpara. 4e complet" el circuito conectando en serie la se#unda lámpara, ele&ando la tensi"n de +uncionamiento )asta %ue la intensidad sea la misma %ue con una sola lámpara. 4e midi" la tensi"n total en las dos lámparas.
Parte ) 4e mont" el circuito, con dos $om$illas en paralelo colocando la tensi"n de la se#unda lámpara en :69, teniendo el potenci"metro en el tope iz%uierdo, es decir, en su máima resistencia impidiendo el +lu'o de corriente )acia la primera $om$illa, lue#o a'ustamos el potenci"metro )asta %ue esta lle#a a una tensi"n de 9. 4e not" %ue el $rillo de la se#unda $om$illa era más +uerte %ue la primera, puesto %ue la primera $om$illa está siendo in+luenciada por la resistencia del potenci"metro.
Parte 1 4e mont" el circuito con una sola $om$illa con un tensi"n constante de 9 la intensidad de corriente %ue circula$a por ella era de 1.6@A; cuando conectamos la se#unda $om$illa en serie respecto a la primera notamos %ue la resistencia total del circuito aumenta disminu" parcialmente la intensidad de corriente %ue circula por este, para i#ualar nue&amente la intensidad de corriente inicial se ele&" la tensi"n del circuito.
Parte 8 5i6" 1" Es7uema eléctrico 1"
4e mont" el circuito con una tensi"n constante con las dos $om$illas en paralelo, teniendo en cuenta %ue am$as $om$illas
6
poseen el mismo potencial. 4a$emos %ue la intensidad de corriente %ue circula por una $om$illa es de 1.6@A al conectar una se#unda $om$illa en paralelo respecto a la primera, la resistencia total del circuito disminue parcialmente, por tanto la intensidad de corriente %ue circula por el circuito será maor.
*" Resume el resulta&o &e las ) com'araciones
ANALI9I9 Y E/ALACION
La potencia se encuentra en +unci"n del &olta'e cuando la intensidad para un sistema como el de la +i#ura 6 es la misma en todo el circuito. La intensidad es constante la potencia solo dependerá del &olta'e suministrado.
Con el +in de determinar la potencia el-ctrica el tra$a'o realizado por la corriente el-ctrica, se midi" la intensidad el &olta'e para &arios circuitos dispuestos como com$inaciones de $om$illas en serie en paralelo. 4e o$ser&" %ue la luminosidad e)i$ida por cada $om$illa se relaciona con la potencia el-ctrica %ue esta posee, %ue para circuitos como el primero /$om$illas conectadas en paralelo0 de$ido a %ue la di+erencia de potencial es la misma para el con'unto, se &e delimita por el &alor de la intensidad, en este caso a maor intensidad de corriente, más +uerte será el $rillo de la $om$illa. !n este sentido, se puede decir %ue el $rillo de las $om$illas depende de la potencia desarrollada por estas, esta (ltima es +unci"n del &olta'e la intensidad, además de %ue cuando una de estas es constante, la potencia el-ctrica depende de la ma#nitud %ue &aría. *or otra parte, el tra$a'o el-ctrico realizado por una corriente el-ctrica está relacionado directamente con la potencia desarrollada la duraci"n del $rillo de las $om$illas en un circuito especi+ico.
#" ; ) &el e3'erimento ?#@ > en 7ue se &ierencian Las lámparas : 6 del eperimento, tienen en com(n el &olta'e suministrado, se di+erencian en %ue la intensidad para cada una de ellas es distinto, lo anterior se e&idencia en el $rillo %ue presenta cada $om$illa.
)" 9e6=n eso ;&e 7ué es unci(n la 'otencia ?brillo &e las l-m'aras@ 4e#(n lo o$ser&ado durante el eperimento :, la potencia está en +unci"n de la corriente suministrada, de$ido a %ue se o$ser&" %ue a medida %ue la intensidad en las $om$illas &aría i#ualmente lo )ace el $rillo de las $om$illas.
1" ;) &el e3'erimento ?)@ > en 7ue se &ierencian Las lámparas : 6 de este eperimento, tienen en com(n la corriente suministrada, cuando el &olta'e para cada una es distinto, en este caso el &olta'e de la lámpara 6 es el do$le %ue el de la lámpara :, lo cual se e&idencia en el $rillo de las estas.
8" 9e6=n esta com'araci(n ;&e 7ué es unci(n la 'otencia De acuerdo a esta comparaci"n al potencia es en +unci"n del &olta'e, a %ue la corriente es constante la di+erencia de potencial &aria para el eperimento 6.
4e puede decir %ue la potencia se encuentra en +unci"n de la corriente cuando la di+erencia de potencial para un sistema como el del eperimento : es i#ual en cada $om$illa pero la intensidad de corriente %ue eperimenta cada una es distinta.
." El e3'erimento 1 'ermite un enuncia&o cuantitativo sobre la relaci(n entre la 'otencia eléctrica: La relaci"n entre la potencia el-ctrica la intensidad de corriente de$ido a %ue en el eperimento 6 lo %ue se $usca$a era o$tener la misma intensidad en las situaciones %ue se plantearon /: resistencia 6 resistencias en serie0; asi la relaci"n cuantitati&a para este seria7 *5 1,6@ A 9 de$ido a %ue la intensidad no &aria. * dependerá del potencial suministrado.
" El e3'erimento ?8@ 'ermite am'liar este enuncia&o: !n el eperimento < a di+erencia del eperimento ? lo %ue se mantu&o constante +ue el potencial las lámparas esta$an en paralelo, así7 *5 ,16 98 la intensidad &aria el potencial es constante puesto %ue están en serie.
" Calcula la 'otencia &e las l-m'aras utilia&as en los 8 'roce&imientos" *rocedimiento
*otencia de las lámparas/0
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F" Calcula el traba!o eléctrico &e estas l-m'aras su'onien&o su'onien&o 7ue estén encen&i&as #+ Goras" =enemos %ue el tra$a'o el-ctrico es7 5*t :1 )oras en se#undos es ?111 se#.
Parte # L-m'ara # 5 /:.
L-m'ara ) 5 /6.@60/?1110 5 E6E@6
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L-m'ara # Parte ) L-m'ara #
5 /:,@1@0/?1110 5 @<:1
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L-m'ara )
L-m'ara ) 5 /6,@<0/?1110 5 EE:@@,
Parte 1 L-m'ara # 5 /:,
L-m'ara ) 5 /6,6E??0/?1110 5 6@@,
Parte 8
Conclusi(n Durante esta práctica de la$oratorio lo#ramos demostrar %ue de acuerdo al posicionamiento de $om$illas en un circuito %ue puede ser en serie o en paralelo, se puede notar como &aria la intensidad de corriente el potencial en cada secci"n del circuito; además se demostr" %ue en circuitos en serie, si deseamos conser&ar la intensidad i#ual entonces la potencia dependerá solo del potencial suministrado por la +em.Mientras %ue en el caso de circuitos en paralelo la potencia disipada en cada resistencia dispuesta en paralelo, dependerá de la resistencia siempre cuando la di+erencia de potencial se manten#a constante. !
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