LABORATORIO DE ELECTRICIDA ELECTRICIDAD D Y MAGNETISMO –G4
2016-B
Objetivos:
I.
Efectuar conexiones de resistencias en serie y en paralelo.
Revisar experimentalmente experimentalmente el concepto de resistencia equivalente. equivalente.
Compa Comparac ración ión de método métodoss teóric teórico, o, direct directo o e indire indirecto cto para para halla hallarr la resistencia equivalente equivalente de conexiones combinadas de resistencias. resistencias.
II.
Materiales y equipos a utilizarse:
III.
01 uente de alimentación re!ulable "C #$% &REC'(')*+ 1-0
01 /ultmetro analó!ico #('/&()*+ 0
01 /ultmetro di!ital #2EC3+ 2/410- 5ampermetro6
0 Resistencia 7eybold de 8-0 9
0 Resistencia 7eybold de 1 %9
01 Resistencia 7eybold de 10 %9
01 Resistencia 7eybold de 8.- %9
01 &rotoboard tipo re!leta
01 Ca:a de cables de conexión.
0 Claves banana ; cocodrilo.
Fundamento teórico CIRCUIO !" #!RI!
El circuito serie es una confi!uración de conexión en la que los bornes o terminales de los dispositivos 5!eneradores 5 !eneradores,, resistencias, resistencias, condensadores , interruptor , entre otros.6 se conect conectan an secuen secuencia cialme lmente nte.. El termi terminal nal de salid salida a de un dispos dispositi itivo vo se conect conecta a al terminal de entrada del dispositivo si!uiente, por e:emplo, el terminal positivo de una pila eléctrica se eléctrica se conecta al terminal ne!ativo de la pila si!uiente, con lo cual entre los terminales extremos de la asociación se tiene una diferencia de potencial i!ual a la suma de la de ambas pilas. Esta conexión de pilas eléctricas en serie da lu!ar a la formación de una batera eléctrica. Cabe anotar que la corriente que corriente que circula en un circuito serie es la misma en todos los puntos del circuito.
1
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CIRCUIO !" $%R%&!&O El circuito paralelo es una conexión donde, los bornes o terminales de entrada de todos los dispositivos 5!eneradores, resistencias, condensadores, etc.6 conectados coincidan entre s, lo mismo que sus terminales de salida. "os depósitos de a!ua conectados en paralelo tendr. 7as bombillas de iluminación de una casa forman un circuito en paralelo. &orque si una
bombilla
apa!a,
si!uen
las
dem
se
encendidas.
&%# &!'!# (! )IRC*OFF 7as dos primeras leyes establecidas por ?ustav R. %irchhoff 51@841@@-6 son indispensables para los c
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malla, es i!ual a la suma de las f.e.ms. 'ntercaladas. Considerando un aumento de potencial como positivo 5B6 y una cada de potencial como ne!ativo 546, la suma al!ebraica de las diferencias de potenciales 5tensiones, volta:es6 en una malla cerrada es ceroA 5(uma al!ebraica de E6
E 4 'R D 0
5suma al!ebraica de las cadas 'R,
en la malla cerrada6 Como consecuencia de esto en la pr
i!. 1 7as flechas representan la dirección del flu:o de la corriente en el nudo. ' 1 entra a la unión, considerando que ' e 'G salen. (i '1 fuera 0 F e ' G fuera H F, ' tendra 1H F, se!=n la ley de volta:e de ' 1D' B 'G. 7a ley de %irchoff para los volta:es es, la suma de volta:es alrededor de un circuito cerrado es i!ual a cero. Esto también puede expresarse como la suma de volta:es de un circuito cerrado es i!ual a la suma de volta:es de las fuentes de tensiónA
i!. 1G En la fi!ura anterior, la suma de las cadas de volta:e en R 1, R y RG deben ser i!ual a 10I o sea, 10I DI 1B IB IG. Fqu un e:emploA 3
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i!. 18 7as corrientes de ' e 'G y la resistencia desconocida R G centran todos los cquierdo 5la resistencia R 1 de 10 96, est< saliendo del
terminal superior de la resistencia. 7a d. d. p. en esta resistencia R 1 es de '1 R o sea, H voltios. Esto est< en
oposición de los 1H voltios de la batera. &or la ley de Jirchoff del volta:e, la d. d. p. por la resistencia R de 10 9 es as
1H4H o sea, 10 voltios. Ksando la ley )hm, la corriente a través de la resistencia R 10 9 es entonces
5ILR6 1 amperio. Ksando la ley de %irchoff de la corriente y ahora conociendo el ' 1 e 'G, el ' se
encuentra como 'GD'1B' por consi!uiente el ampera:e de ' D 0.HF. "e nuevo, usando la ley de %irchoff del volta:e, la d. d. p. para R G puede
calcularse como, 0 D ' RG B10. El volta:e por R G 5el 'RG6 es entonces 10 voltios. El valor de R G es 5IL'6 o 10L0.H o 09.
I+.
$rocedimiento: CO"!,I-" (! R!#I#!"CI%# !" #!RI!
1.1 (e verifico el valor *ominal de cada una de las resistencias proporcionadas, utili>ando el Códi!o de Colores. 7ue!o con el multmetro di!ital, mida el valor real de cada una de ellas.
4
RE('(2E*C'F
R1
R
RG
R8
RH
R
Ialor *ominal
8-0 M
8-0 M
1 %M
1%M
10 % M
8.- % M
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Ialor Real 5medido6
8-H M
8- M
NN1 M
1.0 %M
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10 %M
8.- %M
1. (e armo el circuito resistivo de la '?. 1A R1=470Ω a
R2=470Ω $
c
FIG. 1
R3=1KΩ
%
R#=10KΩ
e
& R4=1KΩ
1.G MO(O !-RICO: Ksando los valores reales 5medidos6, se determino en forma teórica, el valor de la resistencia equivalente entre los puntos a y f de la '?. 1. Req 5teórico6 D 1.NHG % M 1.8 MO(O (IR!COA (in conectar la fuente y utili>ando el multmetro di!ital, se midió la resistencia equivalente entre los puntos a y f de la '?. 1. Req 5directo6 D 1G.01% M 1.H MO(O I"(IR!COA (e complete el circuito, conectando la fuente y el ampermetro analó!ico 5ran!o de 1mF6 se!=n la '?. . (e re!ulo la salida de la fuente a 10 Ioltios y tome nota de la corriente indicada por el ampermetro. Con esos datos se determino la resistencia equivalente entre los puntos a y f. !ente
Amperímetro Analógico (Rango: 1mA) FIG. 2
R1=470Ω
10"
R2=470Ω
a
$
c R3=1KΩ
% R#=10KΩ
#
e
Ia4f 5I6
N.@ I
' 5mF6
0.- mF
Req 5indirecto6 D Ia4f L ' 5% 6
1.N-G % M
R4=1KΩ
&
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1. Compare los valores obtenidos de ReqA 2eórico, directo e indirecto. /0u1 observa . !2plicar . 7os valores obtenidos se aproximan por milésimas. 1.- /ida el volta:e en los extremos de cada una de las resistencias.
Ifuente
IR1
IR
IRG
IR8
IRH
N.@
0.G1
0.GH@
0.-0
0.-G
-.G
1.@ "i!a si se cumple la 7ey de %irchoff para Iolta:e en las resistencias en serie se!=n la 2abla anterior. !2plicar . (i, el volta:e de la fuente es el mismo en el método indirecto. CO"!,I-" (! R!#I#!"CI%# !" $%R%&!&O. 1.N Frme el circuito de la '?. G.
FIG. 3
a R1 470Ω
R2 470Ω
R3 1K
R4 1K
R' 47K
$
1.10
/O2)") 2EPR'C)A Ksando los valores reales 5medidos6, determine
en forma teórica, el valor de la resistencia equivalente entre los puntos a y f de la '?. G. Req 5teórico6 D 1HG.0 M 1.11
/O2)") "'REC2)A (in conectar la fuente y utili>ando el multmetro
di!ital, mida la resistencia equivalente entre los puntos a y f de la '?. 1. Req 5directo6 D 1@.N M 1.1
/O2)") '*"'REC2)A Complete el circuito, conectando la fuente y el
ampermetro analó!ico 5ran!o de 100 mF6 se!=n la '?. 8. Re!ule la salida de la fuente a 10 Ioltios y tome nota de la corriente indicada por el
'
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ampermetro. Con estos datos determine la resistencia equivalente entre los puntos a y b.
Amperímetro Analógico (Rango: 100mA)
!ente
FIG. 4
10"
a R1 470Ω
R2 470Ω
R3 1K
R4 1K
R' 47K
$
1.1G
Ia4b 5I6
N.N
' 5mF6
8.N
Req 5indirecto6 D Ia4b L ' 5%6
0.1HG8 % M
Compare los valores obtenidos de ReqA 2eórico, directo e indirecto.
Qué observa . !2plicar . 7os valores se aproximan por milésimas. 1.18
/ida la corriente que circula por cada una de las resistencias.
5Recuerde que el ampermetro se conecta en serie respetando la polaridad del circuito para "C6.
1.1H
' 2otal
'R1
'R
'RG
'R8
'R
H.11
1.G
1.8H
10.1
10.10
.18
"i!a si se cumple la 7ey de %irchoff para corriente en las resistencias
en paralelo se!=n la tabla anterior. Explicar. *o cumple por 0.1 mF. CO"!,I-" (! R!#I#!"CI%# #!RI! 3 $%R%&!&O
1.1
Frme el circuito de la '?. H. FIG. 5
R2= 470Ω
7
a
R1 470Ω
R#= 1KΩ $
R3= 1KΩ
c
&
R4= 47KΩ R'= 10KΩ
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/O2)") 2EPR'C)A Ksando los valores reales 5medidos6, determine
en forma teórica, el valor de la resistencia equivalente entre los puntos a y d, de la '?. H. Req 5teórico6 D 1-@ M 1.1@
/O2)") "'REC2)A (in conectar la fuente y utili>ando el multmetro
di!ital, mida la resistencia equivalente entre los puntos a y d, de la '?. H. Req 5directo6 D 10 M 1.1N
/O2)") '*"'REC2)A Complete el circuito, conectando la fuente y el
ampermetro analó!ico 5ran!o de 10 mF6 se!=n la '?. Re!ule la salida de la fuente a 10 Ioltios y tome nota de la corriente indicada por el ampermetro. Con estos datos determine la resistencia equivalente entre los puntos a y d. !ente
Amperímetro Analógico (Rango: 10mA) FIG. 6
R2= 470Ω 10" a
R1 470Ω
R4= 1KΩ $
R3= 1KΩ
c
&
R'= 47KΩ R#= 10KΩ
1.0
Compa
obtenidos de
Ia4d 5I6
N.N
' total 5mF6
Req 5indirecto6 D Ia4d L ' 5%6
1.H
directo e indirecto. Qué observa . !2plicar.
re
los
ReqA
valores 2eórico,
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7os valores se aproximan por milésimas. 1.1
Con la fuente conectada, mida la corriente total que entre!a la fuente y
las corrientes en cada una de las resistencias indicadas en el cuadro ad:unto. Compruebe el cumplimiento de la 1ra. 7ey de %irchoff 5de Corrientes o nodos6.
*odo b
1.
*odo c
' total
'R
'RG
'R
'R8
'RH
G.@
1.-@
0.G-
H.88
0.H8
/ida el volta:e 5o diferencia de potencial6 entre los puntos indicados en
el cuadro ad:unto. Compruebe el cumplimiento de la da. 7ey de %irchoff 5de Iolta:es o mallas6.
+.
Ifuente
Ia4b
Ib4c
Ic4d
N.N
.@
1.-
H.G-
Resultados obtenidos: 7os resultados obtenidos en el laboratorio n=mero G fueron los si!uientesA
7a ley de %irchoff de corrientes o nodos consiste en la suma al!ebraica de las corrientes que entran por un nodo.
7a ley de %irchoff de volta:es o mallas consiste en la suma al!ebraica de las diferencias de potencial 5volta:es6 de cada uno de los elementos de la malla.
+I.
Cuestionario:
1. !squematice el protoboard &eybold y represente el circuito de la 4i5ura 6 ubicando y representando adecuadamente las resistencias &eybold y los conectores.
*
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. Con los valores de tolerancias de c7u de las resistencias calcule el porcentaje de error o tolerancia de la Resistencia equivalente 8allada teóricamente de su cone2ión en serie. /!st9 el valor de su resistencia equivalente 8allada por el m1todo directo y m1todo indirecto dentro de esta tolerancia Ialores se!=n el códi!o de coloresA R1 D 8-0 9 S HT R D 8-0 9 S HT RG D 1% 9 S HT R8 D 1% 9 S HT RH D 10% 9 S HT Req D 1N80 9 S HT 5valor teórico6, entonces el valor mnimo de la resistencia es 1NG 9 y el m
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8. Con los valores de tolerancias de c7u de las resistencias calcule el porcentaje de error o tolerancia de la Resistencia equivalente 8allada teóricamente de su cone2ión en paralelo. /!st9 el valor de su resistencia equivalente 8allada por el m1todo directo y m1todo indirecto dentro de esta tolerancia R1 D 8-0 9 S HT R D 8-0 9 S HT RG D 1% 9 S HT R8 D 1% 9 S HT RH D 8.-% 9 S HT Req D 1H8. 9 S HT 5valor teórico6, entonces el valor mnimo de la resistencia es 18.@- 9 y el mmetro dispuesto para medir IR<.
. !squematice el protoboard &eybold y represente el circuito de la 4i5ura ; ubicando y representando adecuadamente las resistencias &eybold y los conectores.
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-. !n qu1 principio de conservación se basa c7u de las leyes de ?irc8o44 7ey de *odos o de Corrientes de %irchoff 57%C6A En todo nodo donde la densidad de car!a no vare en un determinado instante de tiempo, la suma de corrientes entrantes es i!ual a la suma de corrientes salientes. 7a suma de las intensidades que entran y salen por dicho nodo es i!ual a cero 506. &or tanto, podemos concluir que en todo nodo, la suma al!ebraica de las corrientes debe ser i!ual a cero 506. 7ey de las /allas o de 2ensiones de %irchoff 57%I6A 7a suma de volta:es alrededor de un la>o es i!ual a cero. El la>o de un circuito es un sistema conservativo, lo que si!nifica que la ener!a necesaria para mover una car!a a un trayecto cerrado es cero. Entonces dado que el volta:e es el traba:o por unidad de car!a, el volta:e alrededor del la>o es cero.
@. (e4ina que es un nodo= muestre un ejemplo 5r94ico. Es el punto en com=n que tienen dos o m
N. (e4ina que es una malla= muestre un ejemplo 5r94ico. Kna malla es un circuito cerrado a través del cual fluye corriente.
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10. /Cu9l es el valor de la resistencia interna de un volt>metro ideal /$or qu1 /' cómo es el valor de la resistencia interna del volt>metro real El valor de la resistencia en un voltmetro ideal es el infinito ya que, al conectarlo a dos puntos de un circuito, no alterar< nin!una de las corrientes. En cambio los voltmetros reales tienen una resistencia finita pero lo suficientemente !rande de manera que al conectarlo en un circuito, no altere demasiado las otras corrientes.
11. /Cu9l es el valor de la resistencia interna de un amper>metro ideal /$or qu1 /' cómo es el valor de la resistencia interna del amper>metro real El valor de la resistencia interna de un ampermetro ideal es cero ya que con este valor, al inclursele en una rama de al!=n circuito, no se alterar< la corriente que pasa por dicha rama, mientras que los ampermetros reales tienen una resistencia finita pero lo suficientemente pequeUa para no alterar en la medida de lo posible la corriente.
1. #i tiene un circuito de resistencias= identi4icadas con códi5o de colores= adem9s cuenta con un volt>metro= un amper>metro y un o8m>metro= todos de alta precisión= /cu9l de los tres m1todos conocidos utilizar>a para 8allar la resistencia equivalente /$or qu1
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&odemos usar el método directo, ya que este circuito es pasivo, es decir no est< conectado a nin!una fuente, con el ohmmetro vamos a obtener la R eq en un solo paso.
+II.
Observaciones:
&ara obtener la m
&ara obtener la mnima resistencia en un circuito con sus respectivos resistores, la conexión debe ser en paralelo.
En los experimentos reali>ados para hallar las resistencias equivalentes en el circuito donde participaron las resistencias en conexiones en serie y paralelo pudimos observar que los resultados obtenidos teóricamente diferan de los resultados obtenidos mediante la experimentación en el laboratorio, pero en pequeUas cantidades.
+III.
Conclusiones:
&ara obtener el valor de la resistencia equivalente de un circuito, se pueden emplear tres métodosA teórico, directo e indirecto. Estos tres valores difieren en cantidades mnimas debido a la tolerancia de cada una de las resistencias.
7a ley de %irchoff de corrientes o nodos consiste en la suma al!ebraica de las corrientes que entran por un nodo.
7a ley de %irchoff de volta:es o mallas consiste en la suma al!ebraica de las diferencias de potencial 5volta:es6 de cada uno de los elementos de la malla.
I,.
Recomendaciones:
Fntes de reali>ar las distintas mediciones se recomienda que el profesor revise los circuitos para no daUar los instrumentos
Fntes de encender la fuente re!ulada de "C, verifique que el volta:e de salida sea cero
Recuerde que el ampermetro se conecta en serie respetando la polaridad del circuito para "C.
2ener mucho cuidado cuando se reali>an las mediciones, especialmente cuando se reali>an las conexiones, es preferible reali>arlas con la fuente de Flimentación apa!ada. 14
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Estar muy alerta cuando se enciende la 7u> de ()$RECFR?F en la uente de
Flimentación.
,.
@iblio5ra4>a:
(eparata 8 de laboratorio de Electricidad y /a!netismo
8ttp:77AAA.4ortunecity.es74elices7barcelona76B7
8ttp:77es.Ai?ipedia.or57Ai?i7CircuitoDparalelo
httpALLes.ViJipedia.or!LViJiLCircuitoWserie
1#
