Práctica1_FundamentosElectricos_Domingo8DeOctubreDel2017 .
PRÁCTICA 1 - FUNDAMENTOS DE ELECTRICIDAD HUGO AGUILAR RAMÍREZ e-mail:
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DANIEL PEÑA BARRIENTOS e-mail:
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ROBINSON STIVEN VARELAS e-mail:
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EDWIN BUSTAMANTE MARIN e-mail:
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ANDERSON TORO RAMÍREZ RAMÍREZ e-mail:
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RESUMEN: Una vez realizado el primer laboratorio, podemos probar de manera práctica la ley de Ohm, validamos el valor de resistencia de las resistencias eléctricas en relación a sus colores y compararla con el resultado del Multímetro de cada una de las usadas, al igual que la carga de cada uno de los capacitores probados y utilizados para poner comprobar su capacidad de almacenamiento de energía, materializar cada uno de los circuitos, revisamos su correcto funcionamiento y obtener los datos correspondientes a las lecturas solicitadas en el taller, el desarrollar cada una de las practicas del laboratorio nos refuerza el conocimiento previamente adquirido y fundamenta el contenido teórico ya comprendido, fundamentando así cada uno de temas tratados PALABRAS CLAVE: CLAVE: Ley de Ohm, resistencia, corriente, voltaje, AC, protoboard.
1
INTRODUCCIÓN
Todos los seres humanos en busca de su naturaleza buscan comprender e interpretar los movimientos que gobiernan las acciones físicas y matemáticas de nuestros entornos. Este laboratorio práctico nos permite identificar y familiarizarse con las forma de circuitos como son los de tipo serie y paralelo. Esto permite la mayor comprensión de los equipos electrónicos que nos rodean, sea dinámica y digna de curiosidad y estudio, con el fin de comprender los diferentes escenarios y posibilidades. Todo este conocimiento y evidencia se lleva a cabo con el fin de abarcar la temática que sugiere la asignatura de física electrónica.
2
MARCO TEORICO
El Protoboard
Es un dispositivo que permite ensamblar circuitos electrónicos sin uso de soldadura. Hace una conexión rápida y fácil y es ideal para trabajar circuitos pequeños o de prueba. En cada orificio se puede alojar el terminal de un componente o un cable. Pero antes de trabajar con él, se deben conocer cuáles orificios están interconectados. Generalmente las conexiones son por columnas y en las secciones laterales por filas. Con ayuda del tutor vamos a reconocer estas conexiones internas. El Multímetro
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Es un instrumento muy útil en el laboratorio. Permite realizar mediciones de varias magnitudes de interés, como: el voltaje, la resistencia, la corriente, la capacitancia, la frecuencia, etc. tanto en señales continuas como alternas. Se debe tener mucho cuidado durante su uso, ya que dependiendo del tipo de magnitud que se quiere medir, debemos seleccionar la escala adecuada, la ubicación de los terminales de medición y la forma de medir (puede ser en serie o en paralelo con el elemento). Resistencias Eléctricas Los resistores o resistencias eléctricas son los elementos de mayor empleo en el ramo de la electrónica. Su función es controlar o limitar la corriente que fluye a través de un circuito eléctrico, presentando oposición al paso de la corriente eléctrica. Según su funcionamiento se pueden clasificar en Resistores Fijos y Resistores variables, siendo los fijos con composición de carbono los más empleados.
Color Negro: Café: Rojo: Naranja: Amarillo: Verde: Azul: Violeta: Gris: Blanco: Dorado: Plateado:
Equivalencia 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 5% 10%
Tabla 1 Equivalencia de los códigos de colores de resistencias
1ª Banda : 2ª Banda : 3ª Banda : 4ª Banda :
1er Dígito 2o Dígito Factor Multiplicador# ceros Tolerancia
de
Tabla 2 Equivalencia de cada banda de las resistencias
Analizando las bandas de la la resistencia dada: 1ª Banda: Naranja, por tanto el primer dígito es 3 2ª Banda: Rojo, por tanto el segundo dígito es 2 3ª Banda: Amarillo, por tanto el factor multiplicador es x10000 o el número de ceros es (0000). 4ª Banda: Dorado, por tanto la tolerancia es ± 5% El valor nominal del resistor es de 320000Ω o 320kΩ con una tolerancia de ± 5%. El Valor de tolerancia nos indica el rango en el cual debe encontrarse el resistor. Así el 5% 320kΩ es16 kΩ, por
tanto podemos considerar: 320kΩ -16 kΩ
Es decir que el valor real del resistor está entre 304kΩ y Código de colores para resistencias: el código de colores más empleado para resistores, se compone de cuatro franjas de color, que se leen de izquierda a derecha, estando el resistor en la forma que lo muestra la figura, siendo generalmente la cuarta franja dorada o plateada. Mediante la correcta interpretación de este código, podemos conocer el valor en ohmios del resistor. Ejemplo: COLORES: COLORES: Naranja, Rojo, Amarillo, Oro
336kΩ.
Ley de Ohm La Ley de Ohm establece una relación entre las tres magnitudes eléctricas fundamentales y se enuncia de la siguiente manera:
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Fig . 1 Ley de OHM
=∗ = = El físico alemán Gustav Robert Kirchhoff fue uno de los
pioneros en el análisis de los circuitos eléctricos. A mediados del siglo XIX, propuso dos leyes que llevan su nombre y que facilitan la comprensión del comportamiento de voltajes y corrientes en circuitos eléctricos. a.
b.
Primera Ley de Kirchhoff: Ley de Corrientes. La Corrientes. La suma de todas las corrientes eléctricas que llegan a un nodo, es igual a la suma de todas las corrientes eléctricas que salen de él.
∑ = ∑
Segunda Ley de Kirchhoff: Ley de Voltajes. Esta Voltajes. Esta ley se puede enunciar de la s iguiente manera: En un circuito cerrado o malla, las caídas de tensión totales son iguales a la tensión total que se aplica en el circuito.
Circuito Serie: Un Serie: Un circuito serie es aquel en el que todos sus componentes están conectados de forma tal que sólo hay un camino para la circulación de la corriente eléctrica.
Fig . 2 Cir cuito S erie
En el circuito serie la corriente eléctrica ( I) es la misma en todas las partes del circuito, es decir, que la corriente que fluye por R1, recorre R2, R3 y R4 y es igual a la corriente eléctrica que suministra la fuente de alimentación. Circuito Paralelo: Paralelo: En un circuito paralelo dos o más componentes están conectados a los terminales de la misma fuente de voltaje. Podemos definir cada terminal como un nodo del circuito y decir entonces que en un circuito paralelo todos sus elementos están conectados al mismo par de nodos.
Fi g . 3 Cir cuito Parale Paralelo lo
El voltaje entre el par de terminales de un circuito paralelo es uno sólo y es igual al voltaje de la fuente de alimentación.
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3 PROCEDIMIENTO
4.
Asignación de roles para el desarrollo de la practica 1 y la entrega del informe. Analista de información: Robinson información: Robinson Varelas Asistente de materiales: Anderson materiales: Anderson Toro Líder de práctica: práctica : Daniel Peña Asistente de equipos: equipos: Hugo Aguilar Líder de seguridad: Edwin seguridad: Edwin
Tome la medida del voltaje presente en la toma de de baja tensión, pida ayuda del tutor encargado de la práctica para garantizar que el procedimiento se efectúe de forma segura, registre el valor y analice si se encuentra dentro de un rango aceptable para la operación de un electrodoméstico. Se registran datos de uno de la toma del auditorio del CEAD Medellín, dicho toma da resultado: 126,2v ¿Qué sucede si se incrementa el voltaje en un electrodoméstico? Tensión pasa más corriente por un circuito y se me quema el aparato ¿Qué sucede si se disminuye el mismo? mism o? Un equipo diseñado para una vida útil de 5 años trabajando con una tensión inadecuada lo que sucede es que envejece prematuramente su vida útil es decir en lugar de trabajar 5 años sin problemas solo durara 2 años o menos . ¿Si por error se hubiera tomado la medida de voltaje con el multímetro en escala de corriente, que habría sucedido? Error de paralaje, que se produce por la lectura incorrecta de una escala de instrumento.
Recursos necesarios para el desarrollo de la práctica Materiales que debe llevar el estudiante Elemento Cantidad Bombillo incandescente DC 2 Cable UTP 1 metro Resistencias de diferentes valores 6 (2 por cada valor) ≥100Ω Protoboard 1 LED 1 Capacitor de 47µF 16V 1 Capacitor de 100µF 16V 1 Capacitor de 1000µF 16V 1 Equipos / instrumentos de laboratorio requeridos Elemento Cantidad Multímetro 1 Fuente de alimentación DC 1 Voltaje, corriente y resistencia con el multímetro Procedimiento: 1.
Mida la resistencia en las terminales del bombillo incandescente, registre su valor . Bombillo de 6V: 32,5Ω Bombillo de 12v:0,63Ω
2.
3.
¿Podría verificar el estado del bombillo haciendo uso de medidas de resistencia o continuidad? ¿Cuál es la diferencia entre estas medidas? Cuando medimos continuidad y el multímetro me dice q no hay, ósea no pita también me da un valor de resistencia, cuando no da nada (para el multímetro quiere decir q hay una resistencia demasiado grande o infinita entre las dos puntas involucradas en la medición) Mida continuidad en un cable de alimentación, tenga en cuenta que no debe estar energizado. Identifique la importancia de tomar medidas de continuidad. Se mide un alambre o puente, este puente muestra continuidad. El valor es 001 un valor muy cercano a 0 y además presenta el sonido característico en el multímetro de continuidad. Identifique por por lo menos dos dispositivos a los que pueda tomar la medida de voltaje DC y registre su valor. Tenga en cuenta que el voltaje se mide siempre en paralelo y se debe tener especial cuidado de no generar corto durante la medida del mismo. Se toman dos elementos: Batería de 9v:3,68v Cargador (Adaptador DC): 5,34v
5.
6.
7.
Tome dos de las resistencias de diferente valor. Se toman una resistencia: Resistencia 1:240Ω % 5=12 = 228 + -252 Resistencia 2:m180Ω %5=9=189+ -171 Realice el montaje de la figura anterior y mida la corriente entre los puntos A y B. Se mide corriente entre punto A y B: La corriente real es de 12.27v Se registra una corriente de 26.8v con un adaptador AC de 7.2v Teniendo en cuenta cuenta que la corriente corriente se calcula como como ya que tenemos dos resistencias en serie, + determine el porcentaje de error con la siguiente fórmula.
=
% = ( )%
Teniendo en cuenta que el Valor actual, es el valor medido en el circuito y el Valor i deal deal es el calculado con la fórmula.
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= 12 = 12.27 420Ω = 0,029 = 29,2 % = ( )100% % = .−. . 100%=-0,1061v
8.
¿A qué se debe el porcentaje de error que se presenta en la medida con respecto al cálculo? Se debe a que Sigue y está en aumento y viene condicionado por el valor del porcentaje dispersión ¿Si por error se hubiera tomado la medida de corriente con el multímetro en escala de voltaje, que habría sucedido? Hubiera sucedido una sobretensión y nos mostraría un dato erróneo. Teniendo en cuenta el código de colores de las resistencias para cuatro bandas, determine cual correspondería a las que ha adquirido y mida su valor con el multímetro (registre los valores). Determine si el valor se encuentra dentro de la tolerancia definida para la resistencia. ¿Bajo qué condiciones, el multímetro podría terminar afectando la medida de las magnitudes que se están hallando (Voltaje, corriente y resistencia) ?, explique. Una de las condiciones en las que se puede ver afectada la medida, puede ser cuando la temperatura del dispositivo a medir esté alterada a la normal del mismo, en caso de tener un calor superior al permitido por el voltímetro o una humedad inferior, el resultado arrojado puede no ser tan preciso; aunque se debe aclarar que estos valores de tolerancia varían de acuerdo al fabricando del voltímetro. Un ejemplo pueden ser las resistencias, pues desde fábrica tienen una tolerancia de medición por defecto y si a esto le sumamos factores externos, esta tolerancia puede hacer desviar en gran parte nuestra medida. Otro factor a tener en cuenta es la batería del multímetro, en este caso digital, pues mediante ésta es que el multímetro alimenta la pantalla donde se muestran los valores, en caso de desgaste o averío de la batería los valores mostrados en pantalla pueden ser alterados, haciéndonos cometer errores en nuestra medición. La impedancia juega un papel importante con respecto al voltímetro, pues aunque vienen configurados para evitar que esto afecte nuestras mediciones, se debe tener en cuenta que si la impedancia del voltímetro es muy baja, no podría ser preciso el valor mostrado en pantalla pues la tolerancia aumentaría, alejándonos del valor que deberíamos ver. Debido a que el multímetro es un potenciómetro calibrado para la diferente secuencia que medir es decir voltaje, corriente y resistencia. Las condiciones las cuales pueden afectar la medida son la falta de calibración del potenciómetro o la medición en diferentes escalas que pueden averiar la funcionalidad del multímetro
Se tomaron 2 resistencias: 240Ω = se le toma la medida con el multímetro y se da=236Ω 180Ω= se le toma la medida con el multímetro y se da=176Ω
Circuitos serie y paralelo 9.
a.
b.
Realice el montaje del siguiente circuito.
Coloque 3 resistencias de diferente valor Resistencia 1:240Ω % 5=12 = 228 + -252 Resistencia 2:120Ω %5=6=114+ -126 Resistencia 3:180Ω %5=9=189+ -171
Complete la siguiente tabla: Valor teóric o Valor medi do % de error
c.
R1 240
R2 120
R3 180
V R1 5,47 v
VR2 2,74v
VR3 4,1v
Itotal 12,2 7v
Ω
Ω
Ω
236
118
176
Ω
Ω
Ω
4,83 v
2,%4 0v
3,61 v
10,8 3
1,6 %
1,6 %
2,2 %
11 %
12%
12 %
11,7 %
Desconecte la resistencia R3 R3 y coloque un cable entre los nodos C y D. Emplee las siguientes fórmulas para hallar el voltaje en R1 y R2.
1 = 1 12 2 2 = 1 1 2 2
¿Por qué se le conoce a esta configuración como divisor de voltaje?, ¿Qué aplicación práctica tiene un divisor de voltaje? Un divisor de voltaje, es una configuración de circuito que reparte la tensión de una fuente entre dos o más impedancias conectadas en serie, en el caso de la presente práctica experimental dicho divisor es llamado divisor resistivo, es decir, aquel que se compone de resistencias como impedancias Se puede aplicar por ejemplo un acelerómetro ADXL345 permite un voltaje máximo de entrada de 3.3V, así que si tratas de interconectarlo con un Arduino (asumiendo que opera con 5V), algo se debe hacer para bajar la señal de 5V a 3.3V. ¡Un divisor de voltaje! Todo lo que necesitas son un par de resistencias cuya razón divide la señal de 5V a alrededor de 3.3V
Práctica1_FundamentosElectricos_Domingo8DeOctubreDel2017 . estaba excediendo de su capacidad para conducir corriente. El porcentaje de error se mantiene Dentro del Rango definido como es el 5% Circuitos con condensadores
7,12 ×12,27 = = 7,12 3,55 7,12 = 10,67 ×12,27 = 8,09 3,55 12,27 = = 7,12 3,55 3,55 = 10,67 12,27 = 4,08
11. Realice el montaje del siguiente circuito
10. Realice el montaje del siguiente circuito circuito
a. a.
b.
Teniendo en cuenta los nodos A, A, B y C, explique cómo tomaría las medidas de voltaje, resistencia y corriente. El voltaje lo tenemos de la fuente y se tomó previamente como dato complementario de 12,27v Las resistencias se hallaron su valor con el multímetro antes del montaje, teniendo así información previa para la recopilación de datos. La corriente la hallamos con el multímetro en micro amperios, desconectando uno de los polos de las resistencias y ubicándolo en una fila diferente de la protoboard. Complete la siguiente tabla: R R R IR1 1 2 3 Valor 24 12 18 5, calcul 0 0 0 1 ado - Ω m Ω Ω teóric A o Valor 23 11 17 3, medi 6 8 6 7 do m Ω Ω Ω A Porce ntaje de error
c.
1, 6 %
1, 6 %
2, 2 %
3, 3 %
IR2 10, 2m A 7,6 mA
2,5 %
IR3 6,8 mA
5 mA
2,6 %
VTot
ITo
al
tal
2 2, 1 m A 12, 1 27v 6. 3 m A 0% 8 %
R/ Al colocar el SW2 hacia la fuente de alimentación el capacitor el condensador se carga con la energía de la fuente esto tarda cuestión de 10 segundos. Al cambiar de posición el SW hacia la otra parte del circuito el capacitor se descarga e inmediatamente se enciende la luz del LED esta luz dura un poco más de 7 segundos brillando con su intensidad hasta que el condensador se descargue. b.
-
12, 27v
Que podemos concluir concluir a partir de los valores consignados en la tabla. Una resistencia de mayor potencia transporta menos corriente. En el montaje teníamos teníamos como la segunda resistencia la de 120Ω y esta presentaba recalentamiento, ya que se
Coloque SW2 hacia la fuente de alimentación, espere unos segundos y cámbielo de posición. Explique qué sucede.
-
c. -
d.
Investigue que relación matemática describe el funcionamiento del circuito. Cuando dos cantidades están relacionadas de modo que un aumento en el valor de una de ellas produce una disminución proporcional en la otra, se dice que son inversamente proporcionales una a la otra. Para un valor fijo fijo de voltaje, cuando se dobla la resistencia de un circuito, haciendo dos veces más difícil el paso de los electrones a través del circuito, la cantidad de corriente de electrones es reducida a la mitad de su valor (el voltaje aplicado no cambia). Podría tener alguna utilidad práctica este circuito. Se podría utilizar una linterna para alumbrar en los lugares más oscuros. Encender una bombilla desde dos o puntos diferentes. Circuito eléctrico conmutado. Varíe las magnitudes asociadas a las resistencias y/o capacitor y de acuerdo a la relación matemática que describe el comportamiento del circuito valide su funcionamiento. (Empleo los elementos solicitados en la lista de materiales)
Práctica1_FundamentosElectricos_Domingo8DeOctubreDel2017 . Variando las resistencias de una menor a una mayor el amperaje que pasa es menor y al regular el voltaje la luz dura más y el LED alumbra con una menor intensidad. Al variar el capacitor de uno de mayor capacidad a uno de menor capacidad, el tiempo de duración del LED encendido es menor debido al poco almacenamiento de energía en el capacitor.
4
CONCLUSIONES
Se reconocieron los principales equipos del laboratorio y se identificaron las magnitudes eléctricas de mayor interés para el desarrollo del curso, por medio del trabajo con dispositivos electrónicos básicos, además se aplicaron y comprendieron comprendieron más a fondo los conceptos estudiados en la Unidad 1 del Curso de Física Electrónica. Comprendimos de manera práctica los fundamentos de la electricidad y como crear un circuito apropiadamente en la protoboard ya sea en paralelo o en serie. Se comprendió mediante la práctica los fundamentos de las resistencias. Aprendimos a manejar elementos básicos de la electrónica como lo son los multímetros y las fuentes de voltaje. Realizamos cálculos adecuadas para el uso de resistencias comprendiendo los códigos de colores que estas traen y su aplicación. Se puede concluir que los métodos de medición son la principal herramienta en la rama de la física para llevar a cabo una operación numérica y obtener una medición precisa.
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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS BIBLIOGRÁFICAS
Se llega a la conclusión que en las situaciones cotidianas se abarcan temas constantes para dimensionar y así poder medir los fenómenos que estos representan.
Agenda del c urso, Física general. Recuperado el 22 de marzo del 2017 de: http://datateca.unad.edu.co/contenidos/agendas/2017360/100413.htm
Se reconocen los sistemas principales de la física electrónica como parte esencial de los sistemas electrónicos que nos rodean, en tal ejemplo los electrodomésticos. Con todos estos términos podemos identificar y obtener unos resultados tangibles.
Mijarez, C. R. (2014). Introducción a electrónica. En México: Larousse - Grupo Editorial Patria. Electrónica (PP. 1-22). Recuperado de http://bibliotecavirtual.unad.edu.co:2077/lib/unadsp/read er.action?docID=11013154&ppg=23
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Buban, P., & Schmitt, M. L. (1983). Circuitos y dispositivos electrónicos. En México, D.F., MX: McGrawHill Interamericana. Electricidad y electrónica básicas: conceptos y aplicaciones (pp. 50-148). Recuperado de http://bibliotecavirtual.unad.edu.co:2077/lib/unadsp/read er.action?ppg=61&docID=10523022&tm=14667025447 44
EVIDENCIA FOTOGRAFICA
