Universidad Tecnológica de México Ingeniería en Telecomunicaciones y Electrónica Materia: Electricidad y Magnetismo
Área: Ingeniería Electricidad y Magnetismo
Práctica 2
UNITEC Campus Sur
Agosto 2010
Práctica No. 2
Fecha de elaboración: ____________
Circuitos resistivos y capacitivos
Fecha Revisión: _________________ Responsable: ___________________
Objetivo Determina si los siguientes elementos siguen la Ley de Ohms o no. o Una resistencia comercial. o Un diodo rectificador. Calcula la energía disipada en una resistencia debido al efecto Joule. Calcula el circuito equivalente de resistencias y lo mide, así como las resistencias individuales. Calcula la corriente total e individual en un circuito eléctrico con resistencias. Calcula el voltaje en cada resistencia en un circuito eléctrico. Mide las corrientes y los voltajes en un circuito real de resistencias. Calcula y mide las capacitancias de un circuito de capacitores
Normas de Seguridad. Es necesario evitar portar objetos metálicos, tales como Relojes o pulseras. Trabajar atrás de la línea de seguridad
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Equipo de Seguridad.
Bata Zapato cerrado
Investigación Previa Consulta en la bibliografía recomendada en esta práctica o en Internet, los siguientes conceptos y anéxalos en tu práctica . 1. 2. 3. 4. 5. 6.
Explique la ley de Ohm. ¿Qué es una resistencia y cuántos tipos de resistencias existen? ¿Cómo es la corriente en un arreglo de resistencias en serie? ¿Cómo es el voltaje en un arreglo de resistencias en paralelo? ¿Qué diferencia existe en un arreglo de capacitores serie y paralelo? ¿Cómo funciona un diodo?
Materiales 2 Resistores de 1K Ω a 1/4w 1 Resistor de 2.2KΩ a 1/4w 1 Resistor de 470Ω a 1/4w 1 Resistor de 3.3KΩ a 1/4w 1 Resistor de 10KΩ a 1/4w 1 Capacitores de 0.1µf (Cerámicos o de Poliester) 1 Capacitor de 0.001µf (Cerámico o de Poliester) 1 Diodo 1 Resistor comercial cuyo valor esté comprendido entre 50 y 100 Ω a 1/4w 1 Diodo rectificador (1N5404) de 400 volts y 3 amperes 1 Tabla protoboard (no importan dimensiones)
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Equipo 1. 2. 3. 4.
Fuente de alimentación de triple salida (con salida fija de 5 V) multímetros. cables para cada multímetro. cables con caimanes. Resistencia limitadora de 500 Ω
Marco Teórico Un circuito es una red eléctrica (interconexión de dos o más componentes, tales como resistencias, inductores, capacitores, fuentes, interruptores y semiconductores) que contiene al menos una trayectoria cerrada. Los circuitos que contienen solo fuentes, componentes lineales (resistores, capacitores, inductores), y elementos de distribución lineales (líneas de transmisión o cables) pueden analizarse por métodos algebraicos para determinar su comportamiento en corriente directa o en corriente alterna. Un circuito que tiene componentes electrónicos es denominado un circuito electrónico. Estas redes son generalmente no lineales y requieren diseños y herramientas de análisis mucho más complejos Leyes fundamentales Existen unas leyes fundamentales que rigen a cualquier circuito eléctrico. Estas son: Ley de corriente de Kirchhoff: La suma de las corrientes que entran por un nodo deben ser igual a la suma de las corrientes que salen por ese nodo. Ley de tensiones de Kirchhoff: La suma de las tensiones en un lazo debe ser 0. Ley de Ohm: La tensión en un resistor es igual al producto de la resistencia por la corriente que fluye a través de él. Teorema de Norton: Cualquier red que tenga una fuente de tensión o de corriente y al menos un resistor es equivalente a una fuente ideal de corriente en paralelo con un resistor. Teorema de Thévenin: Cualquier red que tenga una fuente de tensión o de corriente y al menos un resistor es equivalente a una fuente ideal de tensión en serie con un resistor.
Resistencias en serie Electricidad y Magnetismo
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Resistencia total La resistencia total es igual a la suma de cada una de las resistencias. Rt = R1 + R2 + R3
Corrientes y tensiones La corriente por una rama en serie es la misma (por lo tanto es la misma para cada resistencia). La suma de las caídas de tensión en cada resistencia es igual a la tensión total aplicada a la rama. Ver resolución Ley de Ohm y leyes de Kirchhoff.
Resistencias en paralelo
Resistencia total La suma de las inversas de cada resistencia es igual a la inversa de la resistencia total.
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Tensión en cada resistencia Dado en que están unidas por un conductor, la tensión aplicada a cada resistencia es la misma que la aplicada entre A y B. V1 = V2 = V3
Corriente por cada resistencia La corriente se divide en cada nodo de tal forma que la suma de todas las corrientes en paralelo es igual a la corriente total. It = I1 + I2 + I3
Desarrollo Resistencia comercial 1. En la base para armar circuitos (tabla protoboard) conecte la resistencia comercial y la fuente eléctrica, tal como se muestra en la figura 1, cerciorándose de que se encuentre apagada y con la perilla reguladora en cero volts. -
+
0.000
V
-
+
0.000
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A
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2. Ponga uno de los multímetros en el modo de medición de corriente directa (amperímetro), seleccionando la escala de corriente mayor para no exceder su capacidad. 3. Bajo las condiciones indicadas, conecte el amperímetro en serie como se muestra en la figura 1. 4. Enseguida, coloque el segundo multímetro en el modo de medición de voltaje (voltímetro) y seleccione la escala de 0-20 volts. Observe que este medidor debe conectarse en paralelo con la resistencia, tal como se muestra en la figura número 1. 5. Una vez revisadas todas las conexiones del experimento encienda los medidores primero y, posteriormente, la fuente de voltaje. 6. A continuación, mediante la perilla de la fuente, aumente el voltaje hasta un volt y mida la corriente que pasa por la resistencia, usando el amperímetro, en tanto que el voltaje mídalo con el voltímetro. No tome en cuenta la lectura que marca la carátula de la fuente ya que no son exactos los valores que indica. Si la corriente que pasa por la resistencia es tan pequeña que el medidor prácticamente no la registra, use la siguiente escala menor hasta que ésta pueda medirse sin dificultad. 7. Incremente el voltaje a 2 volts y lleve a cabo las mediciones descritas en el paso 6. 8. Incremente el voltaje a 3, 4, 5,..., 10 volts, midiendo para cada valor las cantidades indicadas en el paso 6. 9. Terminadas las mediciones, apague la fuente, desconecte los medidores y apáguelos.
Resistencia a) Con cada pareja de valores de voltaje y corriente, obtenga el valor de la resistencia comercial. b) Obtendrá tantos valores de resistencia como parejas de corriente y voltaje haya medido. c) Con todos los valores de resistencia, calcule: a. La resistencia promedio. Electricidad y Magnetismo
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b. La desviación promedio. c. El error porcentual.
Resistencia comercial V I
R
Gráfica de voltaje contra corriente para la resistencia comercial
Ecuación obtenida por ajuste de los datos:
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Ecuación de la recta:
Pendiente:
Actividad 2 Medición de la corriente de un circuito formado por un diodo rectificador y una resistencia. 1. Para el diodo rectificador, arme el circuito que se muestra en la figura número 2, el cual contiene una fuente, un diodo y la resistencia limitadora (RL), que servirá de protección para los dispositivos. Tenga cuidado de que inicialmente la fuente se encuentre apagada y que la perilla reguladora del voltaje de la misma se encuentre en cero. -
+
0.000
V
-
+
0.000
A
RL
2. Seleccione la escala de 0-20 volts para el voltímetro y conéctelo en paralelo al diodo tal como se indica en la figura 2.
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3. Ponga el amperímetro en la escala mayor y colóquelo en el circuito en serie con los elementos del mismo. Es indistinto el lugar donde lo coloque. 4. Una vez revisadas todas las conexiones del experimento, encienda los medidores primero y, posteriormente, la fuente de voltaje. 5. Mueva el botón de ajuste de la fuente hasta que el voltímetro (conectado al diodo) marque 0.1 volt aproximadamente. No tome en cuenta el voltaje que indica la carátula de la fuente. Bajo esas condiciones, mida la corriente en el amperímetro. 6. Enseguida, suba el voltaje a 0.2 volts y mida correspondiente, tal como se indicó en el paso 5.
la corriente
7. A continuación suba el voltaje a 0.3, 0.4, 0.5 volts, etc., y mida las corrientes correspondientes a cada voltaje. El máximo valor de
voltaje aplicado deberá ser un poco más allá del voltaje de codo, que es cuando la intensidad de la corriente se dispara. Para que quede claro este aspecto, consulte a su profesor. 8. Terminadas las mediciones, apague la fuente, desconecte los medidores y apáguelos.
Diodo 1. Con las parejas de valores de voltaje y corriente para el diodo, obtenga la resistencia del material. 2. Obtendrá tantos valores de resistencia como parejas de corriente y voltaje haya medido. 3. Con todos los valores de resistencia, calcule: a. La resistencia promedio. b. La desviación promedio. c. El error porcentual.
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V
Diodo I
R
4. Grafique el voltaje en función de la corriente y ajuste los datos a una recta.
Ecuación obtenida por ajuste de los datos:
Ecuación de la recta:
Pendiente:
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5. ¿Cómo se puede saber, por el tipo de gráfica, si una determinada resistencia es óhmica o no? _____________________________________________________ _____________________________________________________ 6. ¿Qué tipo de gráfica obtuvo para la resistencia comercial y para el diodo? ¿Cuál de ellas, según el tipo de gráfica, es óhmica o no? ___________________________________________________ __________________________________________________ 7. ¿Qué representa la pendiente de la gráfica del voltaje en función de la corriente? _____________________________________________________ _____________________________________________________
Actividad 3 Construya en el proto-board el circuito que se muestra en la siguiente figura.
Del circuito de la figura anterior mida la corriente circulante a través de los elementos resistivos, así como las caídas de voltaje en cada elemento y calcule la potencia disipada por cada elemento.
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Ahora realice los cálculos teóricos del circuito de la figura anterior y compárelos con los valores medidos.
Cálculos teóricos:
Compare los resultados medidos y teóricos, anote sus conclusiones: _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _________________________________________
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Actividad 4 Construya el circuito de la siguiente figura.
Del circuito de la figura anterior mida la corriente circulante a través de los elementos resistivos, así como las caídas de voltaje en cada elemento y calcule la potencia disipada por cada elemento.
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Ahora realice los cálculos teóricos del circuito de la figura anterior y compárelos con los valores medidos.
Cálculos teóricos:
Compare los resultados medidos y teóricos, anote sus conclusiones: ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________
Actividad 5 Construya el circuito de la siguiente figura.
Para el circuito de la figura anterior tome las mediciones correspondientes de las diferentes resistencias como en los experimentos anteriores, así como también realice el cálculo de la potencia.
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Igualmente que en los experimentos anteriores ahora realice los cálculos teóricos del circuito de la figura anterior y compárelos con los valores medidos.
Cálculos teóricos: Compare los resultados medidos y teóricos, anote sus conclusiones: ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ _______________________________________ Arreglo de capacitores
Actividad 6
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Construya el circuito de la siguiente figura.
Calcule la capacitancia total del circuito de la figura anterior, posteriormente mida la capacitancia del arreglo con el LCR Meter (Medidor de elementos capacitivos, inductivos y resistivos) y compare la lectura con el valor calculado.
Capacitancia medida
=
________________
Capacitancia calculada =
________________
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Actividad 7 Construya el circuito de la siguiente figura.
Calcule la capacitancia total del circuito de la figura anterior, posteriormente mida la capacitancia del arreglo con el LCR Meter (Medidor de elementos capacitivos, inductivos y resistivos) y compare la lectura con el valor calculado.
Capacitancia calculada =
_____________
Capacitancia medida
_____________
Electricidad y Magnetismo
=
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Análisis y Presentación de Resultados
Conclusiones del Aprendizaje
Notas para los Alumnos 1. El reporte final de la práctica deberá ser entregado a máquina de escribir o en procesador de textos (PC) sin excepción. 2. Las prácticas impresas sólo sirven de guía y referencia. 3. No se aceptan copias fotostáticas del reporte final. 4. La entrega del reporte de práctica es por alumno.
Recursos Bibliográficos Serway, Raymond A. y Jewett, John W., Electricidad y magnetismo , Thomson, 2005. Sears, Francis. W., Física universitaria , Pearson, 2004. Haliday, Davis y Resnick Robert, Fundamentos de Física , CECSA, 2001
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