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Universidad Tecnológica de Panamá
Facultad de Ingeniería Eléctrica
Carrera: Licenciatura en Ingeniería Industrial Asignatura: Sistemas Eléctricos - Laboratorio Profesor: Gabriel Flores Grupo: 1II125 - B1 Tema: Informes de Laboratorio Elaborado por: Alvarado, Ivonne Ivonne Alvarez, Iveth Baldeolivar, Javier González, Teresita Teresita Leon, Marian Muñoz, Miguel Pinilla, Gabriel Pino, Geisy Vásquez, Juan M. M.
II Semestre
2014
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(8-882-597) (8-902-2413) (8-897-1351) (8-894-2388) (8-888-2363) (E-8-111073) (8-898-2395) (8-946-1349) (20-14-2199)
Universidad Tecnológica de Panamá
Facultad de Ingeniería Eléctrica
Carrera: Licenciatura en Ingeniería Industrial Asignatura: Sistemas Eléctricos - Laboratorio Profesor: Gabriel Flores Grupo: 1II125 - B1 Tema: Informes de Laboratorio Elaborado por: Alvarado, Ivonne Ivonne Alvarez, Iveth Baldeolivar, Javier González, Teresita Teresita Leon, Marian Muñoz, Miguel Pinilla, Gabriel Pino, Geisy Vásquez, Juan M. M.
II Semestre
2014
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(8-882-597) (8-902-2413) (8-897-1351) (8-894-2388) (8-888-2363) (E-8-111073) (8-898-2395) (8-946-1349) (20-14-2199)
Tabla de contenido Introducción .......................................................................................................................... I Laboratorio N 1................................................................................................................ 1 °
EXP. N 4 La Seguridad Seguridad y La Fuente Fuente de Energía ........................................................ 1 °
Laboratorio N 2................................................................................................................ 5 °
EXP. N 1 Resistencias Equivalentes en Serie y Paralelo (TEORICO) ....................... 5 °
EXP. N 3 Resistencias Equivalentes en Serie y Paralelo (EXPERIMENTAL) (EXPERIMENTAL) ............ 13 °
Laboratorio N 3.............................................................................................................. 20 °
EXP. N 5 Ley de Ohm ............................................................................... ................................................................................................. .................. 20 °
Recomendaciones ............................................................................................................ 27 Conclusiones ............................................... ..................................................................................................... ........................................................................ .................. 28 Bibliografía .......................................................................................................................... 30 Anexos ................................................................................................................................. 31
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Introducción
Introducción Estudiar experimentalmente un circuito eléctrico o electrónico, implica utilizar instrumentos de medición para cuantificar características eléctricas de los diferentes elementos que lo constituyen. Al efectuar estas mediciones, el experimentador debe observar una serie de reglas de seguridad pues, de lo contrario, podría enfrentarse a ciertos riesgos o accidentes que, lo menos de sus efectos podrían ser la obtención de medidas con errores significativos o, más grave, el daño que podrían sufrir los instrumentos de medición o los elementos del circuito. Todo lugar por donde pueda recorrer una corriente eléctrica es un circuito eléctrico, el trayecto que recorre, una corriente eléctrica. Si el flujo de corriente eléctrico es continuo sin ninguna interrupción, es un circuito completo. Los circuitos eléctricos generalmente son compuestos de más de un dispositivo o bombilla, estos se conectan en el circuito de dos formas: en serie y paralelo. Cuando se conectan en serie: los dispositivos forman un mismo camino para la corriente eléctrica. Cuando se conectan en paralelo: cada uno de los dispositivos forman un camino distinto para la corriente eléctrica. Un circuito de este tipo se denomina circuito cerrado, y aquéllos en los que el trayecto no es continuo se denominan abiertos. El estudio de la ley de Ohm y los circuitos de corriente continua es un excelente método para aprender a manejar conexiones e instrumentos de medida como el voltímetro, amperímetro y fuente de alimentación y darse cuenta de que es fácil confundir una conexión. Esto pone de manifiesto la necesidad de tener un esquema del montaje antes de iniciar cualquier manipulación. A continuación se desarrollaremos los temas de Seguridad, Resistencias en Serie, Resistencias en Paralelo, Resistencias Serie-Paralelo y la Ley de Ohm. Contenido
I
Contenido
Laboratorio N° 1 EXP. N°4 La Seguridad y La Fuente de Energía Objetivos: 1. Aprender las reglas fundamentales de seguridad. 2. Aprender a usar la fuente de energía o alimentación de c-a y c-d Exposición El Choque Eléctrico
La corriente eléctrica es peligrosa. Las corrientes superiores a 100 miliamperes o de solo un décimo de ampere, son fatales. Un trabajador que haya recibido una descarga de corrientes superiores a 200 miliamperes, podría sobrevivir si se le atiende inmediatamente, choques producidos inferiores a 100 miliamperes pueden ser graves y dolorosas. Una regla de seguridad es: no se ponga en un lugar donde pueda sufrir cualquier tipo de choque. Existen nueve reglas para evitar choques eléctricos: 1.
ANTES de comenzar a trabajar con cualquier
equipo asegúrese que este en buen estado y si existe algún peligro. 2. NUNCA confié en dispositivos de seguridad tales como fusibles, relevadores, etc. 3. NUNCA quite la punta de tierra de un enchufe de entrada de tres alambres. 4. ORDEN EN LA MESA DE TRABAJO, acostúmbrese a trabajar en forma sistemática y organizada. 5. NO TRABAJE SOBRE PISOS MOJADOS, esto hace que se reduzca su resistencia al haber mejor contacto a tierra. 6. NO TRABAJE SOLO, conviene que haya otra persona para cortar la corriente y por si acaso llamar al médico. TRABAJE SIEMPRE CON UNA MANO EN LA ESPALDA O EL BOLSILLO, cualquier corriente que pase 7.
8. 9.
entre las manos puede atravesar el corazón mientras que sería menos letal si va de la mano al pie. JAMAS HABLE CON NADIE MIENTRAS TRABAJA para que no se distraiga. MUEVASE SIEMPRE CON LENTITUD cuando trabaje siempre cerca de circuitos eléctricos.
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La fuente de Energía o Alimentación El módulo de fuente de energía EMS 8812 proporciona toda la energía necesaria en c.a y c.d ya sea fija o variable, monofásica o trifásica, para efectuar todos los experimentos de Laboratorios.
La fuente de energía proporciona las siguientes salidas: 1. 2. 3. 4. 5.
Salida de 120v c-a fijos. Salida de 120/208 volts3 fijos, que alimentan las terminales 1,2,3 y N. 120/208 volts variables que proporcionan a las terminales 1,,2,3 y N 120V fijios de c-d que llegan a las terminales 8 y N 0-120v variables de c-d a las terminales 7 y N.
Instrumentos y Equipo Módulo de Fuente de Energía EMS 8821 Módulo de Medición de CA(250V) EMS8426 Cables de Conexión
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Procedimientos Advertencia: ¡En este Experimento se manejan altos voltajes! ¡No haga ninguna conexión cuando la fuente esté conectada! ¡Debe desconectar la fuente después de realizar cada medición! Para cada una de las siguientes condiciones
Conecte el medidor de 250V c-a entre las terminales especificas Conecte la fuente de alimentación Mida y anote el voltaje Desconecte la fuente de energía
Terminales 1 y 2 = 212 V c-d Terminales 2 y 3 = 216 V c-d Terminales 3 y 1 = 209 V c-d Terminales 1 y N = 120 V c-a Terminales 2 y N = 122 V c-a Terminales 3 y N = 120 V c-a ¿Cambiara algunos de estos voltajes cuando se hace girar la perilla de control?
Puede que estos voltajes cambian o más bien varíen pero no pasaran el rango de 250 V ya que este es el voltaje en el rango que estamos midiendo.
Ajuste el selector del voltímetro a la posición 8-N Conecte la fuente de energía Mida y anote el voltaje
Terminales 8 y N = 141,8 V c-d ¿Cambiara este voltaje si se hace girar la perilla de control?
Si puede cambiar o variar pero con valores cercanos al rango del voltaje en dicha terminal, pero no excediéndose del valor. Para cada una de las siguientes posiciones del selector del voltímetro
Conecte la fuente de energía y haga girar la perilla de control hasta el fin siguiendo el movimiento de las manecillas del reloj Mida y anote el voltaje Vuelva el voltaje cero y desconecte la fuente de alimentación.
Terminales 4 y 5 = 214 V c-d
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Terminales 5 y 6 = 209V c-d Terminales 6 y 4 = 207V c-d Terminales 4 y N = 120V c-d Terminales 5 y N = 122V c-d Terminales 6 y N = 120V c-d
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Laboratorio N° 2 EXP. N°1 Resistencias Equivalentes en Serie y Paralelo (TEORICO) Objetivos 1. Calcular una sola resistencia que equivale a varias resistencias conectadas en serie. 2. Calcular una sola resistencia que equivale a varias resistencias conectadas en paralelo. Exposición Todos los materiales poseen resistencia eléctrica (oposición al flujo de la corriente eléctrica) en mayor o menor grado. Los materiales tales como la plata, el cobre y el aluminio, que tienen una resistencia relativamente baja, se conocen con el nombre de conductores, en tanto que los materiales tales como los plásticos, el vidrio, el aire, el caucho, que tienen una resistencia muy alta, se denominan aisladores.
Entre estas dos categorías principales existe una variedad de materiales y aleaciones cuya resistencia no es muy alta ni muy baja. No se puede trazar una línea divisoria claramente definida entre los conductores y los aisladores. Todos los materiales, incluyendo los conductores, tienen resistencia eléctrica. Se dice que un material tiene poca resistencia eléctrica cuando ofrece una oposición débil al paso de la corriente eléctrica. La unidad de resistencia eléctrica es el ohm ( ). Un circuito en serie es una configuración de conexión en la que los bornes o terminales de los dispositivos (generadores, resistencias, condensadores, interruptores, entre otros) se conectan secuencialmente. La terminal de salida de un dispositivo se conecta a la terminal de entrada del dispositivo siguiente. El circuito eléctrico en paralelo es una conexión donde los puertos de entrada de todos los dispositivos (generadores, resistencias, condensadores, etc.) conectados coincidan entre sí, lo mismo que sus terminales de salida. Resistencias en Serie
Cuando un grupo de resistencias se conecta en serie, la resistencia total es igual a la suma de los calores de cada una de las resistencias. Por lo tanto, si una resistencia que tiene un valor de 5 ohms se conecta en serie con otra que tiene un valor de 20 ohms (véase la Figura 1-1), la resistencia total entre las terminales A y B es de 25 ohms.
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Las dos resistencias (R 1 y R2) entre las terminales A y B se pueden sustituir por una sola (R3) que tenga un valor de 25 ohms. Esta sola resistencia (R 3), que puede sustituir a las dos originales se denomina resistencia equivalente. ( Véase la Figura 1-2).
La resistencia equivalente entre varias resistencias conectadas en serie se encuentra mediante la ecuación:
Resistencias en Paralelo
Cuando dos o más resistencias se conectan en paralelo entre dos terminales, A y B, la resistencia equivalente es siempre menor que la resistencia de valor más bajo. La lógica de este postulado se demostrará analizando la Figura 1-3.
En este circuito, inicialmente se conecta una resistencia de 5 ohms (R 1) entre las terminales A y B. Si se conecta otra resistencia de 20 ohms (R 2) en paralelo con la de 5 ohms (R1), es evidente que la oposición al flujo de corriente entre A y B será menor que antes. Esto se debe a que ahora, la corriente puede fluir por otra trayectoria que no existía cuando el circuito contaba únicamente con la resistencia de 5 ohms (R 1). La resistencia equivalente de varias resistencias conectadas en paralelo se determina mediante la ecuación:
6
Para el caso partículas en que se tienen sólo dos resistencias en paralelo, la resistencia equivalente única se determina por medio de la ecuación:
Por lo tanto, la resistencia equivalente de 20 ohms en paralelo con 5 ohms es:
En consecuencia, se puede utilizar una sola resistencia de 4 ohms (R 3) para reemplazar las dos originales. Véase la Figura 1-4.
Procedimiento 1. Tomando como base las ecuaciones dadas en la sección de la EXPOSICIÓN, calcule el valor de la única resistencia equivalente entre las terminales A y B para cada uno de los siguientes circuitos conectados en serie y en paralelo. Anote los cálculos en los espacios proporcionados con este fin.
Req = 300 + 300 Req = 600
Req = 600 + 300 + 1200 Req = 2100
Req = 600 + 300 Req = 900 Req = 600 + 300 + 600 Req = 1200 7
Req = 300 + 600 + 1200
Req = [(1/300) + (1/600) + (1/600)]1
Req = 2100
Req = [(1/150)]-1 Req = 150
Req = [(1/600) + (1/600)]-1 Req = [(1/300)]-1
Req = [(1/300) + (1/600) (1/1200)]-1
Req = 300
+
Req = [(7/1200)]-1 Req = 171.429
Req = [(1/600) + (1/300)]-1 Req = [(1/200)]-1 Req = 200 Req = [(1/1200) + (1/1200) (1/300)]-1 Req = [(1/200)]-1 Req = 200 Req = [(1/300) + (1/1200)]-1 Req = [(1/240)]-1 Req = 240
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+
Req = [(1/300) + (1/600) + (1/600) + (1/1200)]-1 Req = [(3/400)]-1 Req = 133.333
Req = [(1/300) + (1/600) + (1/600) + (1/1200) + (1/300)]-1 Req = [(13/1200)]-1 Req = 92.308
Req = [(1/600) + (1/600) + (1/300) + (1/300)]-1 Req = [(1/100)]-1 Req = 100
Req = [(1/600) + (1/600) + (1/300) + (1/600)]-1 Req = [(1/120)]-1 Req = 120 9
Prueba de Conocimientos 1. Los términos “circuito abierto”, “corto circuito” y “corto circuito directo” se usan con frecuencia cuando se habla de electricidad. ¿Puede contestar a las siguientes preguntas relacionadas con estos tres términos? a. ¿Cuál es el valor de la resistencia de un circuito abierto?
R//: Infinita b. ¿Cuál es el valor de la resistencia de un corto circuito?
R//: Cero c. ¿Qué es lo que significa un “corto circuito directo”?
R//: Es un corto circuito en el cual no hay resistencias de paso. 2. Cuando un interruptor se abre, ¿es alta o baja la resistencia entre sus terminales?
R//: La resistencia entre sus terminales es alta. 3. ¿Cuál es (idealmente) la resistencia de un interruptor cerrado?
R//: Cero 4. Utilice cada uno de los métodos presentados en (a) y (b) para calcular el valor de la resistencia equivalente de una combinación de 5 ohms (R1), 12 ohms (R2) y 20 ohms (R3) conectados en paralelo.
Utilizado la ecuación:
Aplicando sucesivamente la ecuación:
¿Cuál de estos métodos es el más sencillo?
R//: El método más sencillo es el de paralelo porque lo puedes utilizar con más número de resistencias. 5. Conecte en paralelo todas las resistencias que aparecen en la Figura 1-8.
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6. El circuito de la figura 1-9 tiene 5 resistencias y 3 interruptores. Para cada una de las diferentes condiciones del interruptor (abierto o cerrado) dadas en tabla 1-1, calcule el valor de la resistencia entre las terminales A y B. dibuje el circuito equivalente y escriba los cálculos en el espacio correspondiente a cada condición.
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INTERRUPTORES (abiertos)
INTERRUPTORES (cerrados)
S1 S2 S3
-
CIRCUITO EQUIVALENTE DE LA RESISTENCIA EQUIVALENTE
Requivalente = 0
S1 S2
S3
Requivalente = 39
S3
S1 S2
Requivalente = 37 S1 S3
S2
Requivalente = 47
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EXP. N°3 Resistencias Equivalentes en Serie y Paralelo (EXPERIMENTAL) Objetivos 1. Medir la resistencia equivalente de resistencias conectadas en serie. 2. Calcular y medir la resistencia equivalente de resistencias conectadas en serie-paralelo. 3. Aprender a conectar circuitos eléctricos más complejos basándose en un diagrama esquemático. Exposición Resistor: es un componente electrónico diseñado para introducir una resistencia eléctrica determinada entre dos puntos de un circuito. Es un material formado por carbón y otros elementos resistivos para disminuir la corriente que pasa. Se opone al paso de la corriente. La corriente máxima en un resistor viene condicionada por la máxima potencia que puede disipar su cuerpo.
Los resistores se utilizan en los circuitos para limitar el valor de la corriente para fijar el valor de la tensión. Circuito en serie: es aquél en que los dispositivos o elementos del circuito están
dispuestos de tal manera que la totalidad de la corriente pasa a través de cada elemento sin división ni derivación en circuitos paralelos. Para calcular la resistencia total cuando los resistores están en serie se utiliza la siguiente fórmula: RT = R1 + R 2 + R3 … + Rn
Circuito en paralelo: En un circuito en paralelo cada receptor conectado a la
fuente de alimentación lo está de forma independiente al resto; cada uno tiene su propia línea, aunque haya parte de esa línea que sea común a todos. Para conectar un nuevo receptor en paralelo, añadiremos una nueva línea conectada a los terminales de las líneas que ya hay en el circuito. Para calcular el valor total de las resistencias cuando están en un circuito paralelo se utiliza la siguiente fórmula:
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Circuito mixto: es una combinación de varios elementos conectados tanto en
paralelo como en serie, estos pueden colocarse de la manera que sea siempre y cuando se utilicen los dos diferentes sistemas de elementos, tanto paralelo como en serie. Estos circuitos se pueden reducir resolviendo primero los elementos que se encuentran en serie y luego los que se encuentren en paralelo, para luego calcular y reducir un circuito único y puro. Los proveedores de equipo eléctrico casi siempre proporcionan un instructivo que muestra los diagramas del circuito (dibujos esquemáticos). Estos diagramas tienen casi siempre un diseño claro y nítido; pero se requiere cierta práctica para interpretarlos en relación al circuito físico real. Los circuitos en serie y los de paralelo se calculan con facilidad, cuando menos en lo que respecta a la resistencia equivalente. Los circuitos conectados en serieparalelo no son necesariamente más difíciles y el secreto está en reducir los diversos elementos de circuito a valores en serie y en paralelo hasta que todo el circuito se haya cambiado a una sola resistencia equivalente. En los dos últimos Experimentos de Laboratorio se comenzó a usar lo que se denomina “método experimental”. Se hicieron varios cálculos de resistencias
equivalentes basándose únicamente en la teoría. Más adelante, las mediciones se hicieron en el laboratorio utilizando equipos reales y se estableció una comparación entre los resultados teóricos y los experimentales. El método experimental es la mejor prueba de corrección o comprobación de una teoría y el resultado de laboratorio es determinante para cualquier diferencia entre ambos valores. A esto se debe que el trabajo de laboratorio sea tan importante. Por supuesto, es poco probable que los resultados teóricos y los experimentales coincidan en forma absoluta. Por lo general se tendrá una diferencia o error entre amos que se puede atribuir a factores tales como la precisión de los instrumentos de medición, las tolerancias de los componentes, ele error humano en la lectura de las escalas de los instrumentos o al ajustar los voltajes, etc. La diferencia entre los valores teóricos y los experimentales se expresa casi siempre en porcentaje.
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Por ejemplo, si se calculó un valor teórico de 30 ohms y el resultado experimental dio 27 ohms, el porcentaje de error es:
En los experimentos de laboratorio que se han efectuado hasta ahora un error del 10% es aceptable. Instrumentos y Equipo Módulo de Resistencia EMS 8311 Cables de Conexión Ohmímetro Procedimientos 1. Calcule el valor de la resistencia equivalente de cada uno de los circuitos que se ilustra en los procedimientos 4 a 14. Haga sus cálculos y escriba el resultado en el espacio correspondiente. No pase al procedimiento 2 antes de terminar los cálculos. 2. Conecte cada circuito como se indica en el diagrama y mida la resistencia equivalente con el ohmímetro. Registre el resultado de las mediciones en el espacio apropiado. 3. Calcule el porcentaje de error en cada caso e indique si es aceptable o no.
4. Vea la Figura 3-1.
5. Vea la Figura 3-2.
Req(calculada) = 900 Req(medida) = 915 Porcentaje de error = 1.667%
Req(calculada) = 600 Req(medida) = 600 Porcentaje de error = %
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6. Vea la Figura 3-3. 10. Vea la Figura 3-7. Req(calculada) = 2100 Req(medida) = 2.14 k Porcentaje de error = 1.905% 7. Vea la Figura 3-4. Req(calculada) = 640 Req(medida) = 655 Porcentaje de error = 2.394% Req(calculada) = 200 Req(medida) = 201 Porcentaje de error = 0.5%
11. Vea la Figura 3-8.
8. Vea la Figura 3-5.
Req(calculada) = 480 Req(medida) = 489 Porcentaje de error = 1.875%
Req(calculada) = 500 Req(medida) = 495 Porcentaje de error = 1.25%
12. Vea la Figura 3-9.
9. Vea la Figura 3-6.
Req(calculada) = 150 Req(medida) = 154 Porcentaje de error = 2.667%
Req(calculada) = 700 Req(medida) = 717 Porcentaje de error = 2.429% 16
13. Vea la Figura 3-10.
14. Vea la Figura 3-11.
Req(calculada) = 100 Req(medida) = 99 Porcentaje de error = 1.000%
Req(calculada) = 0 Req(medida) = 0 Porcentaje de error = 0%
Prueba de Conocimientos 1. Conecte en serie las resistencias de la Figura 3-12 con las terminales A y B.
2. Calcule la resistencia equivalente del circuito en serie ilustrado en la Figura 3-12.
Req= 40 + 20 + 30 + 10 Req= 100 3. Conecte las resistencias del circuito de la Figura 3-13 a las terminales A y B, haciéndolo en paralelo.
4. Calcule la resistencia equivalente del circuito en paralelo de la Figura 3-13.
Req= [(1/10) +(1/20) + (1/30) + (1/40)]-1 Req= 4.8 5. Conecte en serie la resistencia de 20 ohms con las demás resistencias conectadas en paralelo, luego conecte esta combinación a las terminales A y B del circuito de la Figura 3-14.
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6. Calcule la resistencia equivalente del circuito en serie-paralelo de la Figura 3-14.
Req= 20 + [(1/10) + (1/40) + (1/30)]-1 Req= 20 + 6.316 Req= 26.316 7. ¿Cuál es la resistencia más alta que se puede obtener en el Módulo de Resistencia EMS 8311?
R//: 3600 ¿Qué conexiones se necesitan para obtener esta resistencia?
R//: Tres resistencias en serie de 1200 . Req = 1200 + 1200 +1200 Req = 3600 8. ¿Cuál es el valor de la resistencia siguiente en orden descendente?
R//: 3600 Tres resistencias en serie de, dos de 1200 y una de 600. Req = 1200 + 1200 +600 Req = 3000 9. Marque las conexiones que se requieren para obtener 1400 ohms, 2000 ohms y 500 ohms. 1400
300 y 600 en paralelo. La equivalente de esas dos, en serie con 1200. Req= 1200 + [(1/300) + (1/600) ]-1 Req= 1200 + 200 Req= 1400 500
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300 y 600 en paralelo. La equivalente de esas dos, en serie con 300. Req= 300 + [(1/300) + (1/600) ]-1 Req= 300 + 200 Req= 500 2000
300 y 600 en paralelo. La equivalente de esas dos, en serie con 1200 y 600. Req= 1200 + 600+ [(1/300) + (1/600) ]-1 Req= 1800 + 200 Req= 2000
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Laboratorio N° 3 EXP. N°5 Ley de Ohm Objetivos 1. Aprender la ley de Ohm y sus diversas formas. 2. Familiarizarse con los voltímetros y los amperímetros de c-d. Exposición La resistencia eléctrica es la oposición que existe al flujo de la corriente en un circuito y depende de muchos factores. Ei alambre de cobre, aunque se considera un buen conductor de corriente eléctrica, Presenta cierta resistencia. Un físico alemán, George Simon Ohm (1787-1854), descubrió que para un conductor metálico dado, de una longitud y corte transversal específicos, la relación entre eI voltaje y la corriente era una constante. Esta relación se conoce como resistencia y se expresa en Ia unidad ohm, denominada así en su honor.
La Ley de Ohm se considera a menudo como el fundamento del análisis de circuitos y se puede expresar mediante la fórmula: R=E/I
en donde, E = Ia diferencia de potencial entre los dos extremos de un elemento de
resistencia (que se mide en volts). I = La corriente eléctrica que pasa por dicho elemento de resistencia (Que
se mide en amperes). Existen otras dos formas útiles que se pueden derivar de la ecuación y son: I=E/R
;
E=IR
Para producir una corriente, primero debe existir un voltaje en la resistencia. Los Primeros experimentadores en este campo, reconocieron el hecho de que una corriente eléctrica constituía un movimiento de cargas a lo largo de un conductor. El sentido del flujo de la corriente no se pudo determinar y desgraciadamente, se convino en forma arbitraria que fuera desde un cuerpo de carga positiva hacia otro de carga negativa (positivo a negativo), y este acuerdo se estableció tan firmemente, que sigue en vigencia hasta nuestros días. Así pues, la dirección convencional o dirección positiva del flujo de la corriente, es siempre de positivo a negativo. Aunque se sabe ahora que la dirección del flujo
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electrónico, que en realidad constituye una corriente eléctrica, va de negativo a positivo, Los sistemas de energía eléctrica de los que este programa forma parte, utilizan el "flujo convencional de La corriente" para la corriente eléctrica, En este sistema "convencional" ,la corriente va de la terminal positivo a negativo. El volt es la unidad de la presión o el potencial eléctrico y se mide con un voltímetro. Los voltímetros poseen una alta resistencia eléctrica y siempre se conectan en paralelo con un circuito o componente, por ejemplo, una resistencia. Vea la Figura.
Cerciórese siempre de que las polaridades concuerden con las marcadas en las terminales del medidor, a fin de obtener una lectura positiva (escala arriba), Si se invierten las conexiones, la aguja se desviará en la dirección negativa. El ampere es la unidad de la corriente eléctrica y se mide con un amperímetro. Los amperímetros tienen una baja resistencia interna y se conectan en serie con el circuito o el componente, por ejemplo, una resistencia. Vea la Fígura 5-1.
Las mismas observaciones que se hicieron respectivamente a la polaridad del voltímetro se aplican al amperímetro. La polaridad se debe mantener para obtener la deflexión adecuada de la aguja. Instrumentos y equipo Módulo de fuente de energía (0-120V c-d) EMS 8821 Módulo de resistencia EMS 8311
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Módulo de medición de CD (200V, 500 mA , 2.5A) EMS 8412 Cables de conexión EMS 8941 Otros: Ohmímetro
Procedimientos Advertencia: ¡En este Experimento se manejan altos voltajes! ¡No haga ninguna conexión cuando la fuente esté conectada! ¡Debe desconectar la fuente después de realizar cada medición! 1. Use el ohmímetro para medir la resistencia entre las terminales del voltímetro de 200V c-d. R= 0.2 K Ω o 0.2 x106 Ω 2. Mida la resistencia del amperímetro de 2.5A c-d. R= 0.093x103 Ω 3. Mida la resistencia del miliamperímetro de 500mA c-d. R= 0.064x103 Ω 4. ¿Es mucho mayor la resistencia interna del voltímetro que la de los dos medidores de corriente? ¿Puede explicar por qué?
R//: Sí. Ya que el amperímetro que mide la corriente que circula por el circuito, su resistencia debe ser lo más próxima a cero posible con el objetivo de que su presencia altere la corriente lo menos posible. En cambio el voltímetro mide la presencia de tensión, su resistencia debe ser lo más alta posible para evitar que la corriente se desvié por el voltímetro y disminuya el voltaje medido. 5. Use los Módulos EMS de Resistencia, Medición de CD y Fuente de Energía, para conectar el circuito ilustrado en la Figura 5-3. Tenga sumo cuidado al establecer las polaridades. Cerciórese de que el interruptor de alimentación esté abierto, la lámpara indicadora on-off esté apagada y que a la perilla del control del voltaje variable de salida se le ha dado toda la vuelta en sentido contrario al de las manecillas del reloj. El interruptor del voltímetro de la fuente de energía debe estar en la posición de CD y, además, deberá indicar cero volts. (7 es la terminal positiva y N la negativa para la salida de voltaje en c-d de la fuente de energía.)
22
6. Conecte la fuente de energía y haga girar lentamente la perilla de control del voltaje de salida (en el sentido de las manecillas del reloj) hasta que el voltímetro de 0-200V c-d conectado a la carga de 300 ohms indique 20V c d. El miliamperímetro de 0-500mA c-d indicará la corriente que pasa por el circuito. Anote este valor en el espacio correspondiente de la tabla. Haga lo mismo para los diferentes voltajes que se indican en la Tabla 5-1. Reduzca el voltaje a cero y desconecte el interruptor de la fuente de energía. (No desconecte el circuito.) Volts E AMPS I Teórico AMPS I Experimental
0 0
20 0.067
40 0.133
60 0.2
80 0.267
100 0.333
120 0.4
0
0.062
0.130
0.2
0.270
0.336
0.405
7. Grafique las corrientes anotadas (a los voltajes indicados) en la Tabla 5-1, sobre la gráfica que aparece en la Figura 5-4.
I vs E 450 400 350
s e r 300 e p m250 A i l i 200 M n 150 e I 100 50 0 0
20
40
60
80
100
120
140
E en Volts
8. Trace una curva continua por los puntos marcados. ¿Es directamente proporcional la corriente al voltaje (se duplica, triplica, etc., la corriente cuando el voltaje se duplica, triplica, etc.)?
R//: Sí, es directamente proporcional la corriente al voltaje. El voltaje se duplica mientras que la corriente se triplica. 9. Con los valores de I y E de la tabla que aparece en el Procedimiento 6, calcule las relaciones de E/I correspondientes a cada caso. Anote sus cálculos en la Tabla.
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E E/I
20
40
60
80
100
120
289.51 Ω
300.75 Ω
300 Ω
299,63 Ω
300.3 Ω
300 Ω
10. El valor promedio de E/I es 299.87 Observe que la relación entre el voltaje aplicado a la resistencia y la corriente que pasa por ella es un valor constante denominado resistencia. 11. A continuación deberá comprobar que la forma alternativa de la ley de Ohm (I= E/R) es válida. Use el mismo circuito de la Figura 5-3. Conecte la fuente de energía y ajústela a 90V c-d, de acuerdo con la lectura que aparezca en el voltímetro conectado a la resistencia de 300 ohms. Mida y anote la corriente que pasa por esta resistencia.
Imedida= 300 mA c-d Reduzca el voltaje a cero y desconecte el interruptor de la fuente de energía. ¿Es I medida = E/R = 90/300?
R//: Si, es de 300mA. 12. Ahora verificará que la otra forma de la ley de Ohm (E = I x R) es válida. Utilice el mismo circuito que aparece en la Figura 5-3; sin embargo, en esta ocasión, la resistencia se ajustará a 600 ohms. Conecte la fuente de energía y ajuste el voltaje de salida hasta que el medidor de corriente indique 0.2 amperes. Mida y anote el voltaje a través de la resistencia de 600 ohms.
Emedida = 130 V c-d Reduzca el voltaje a cero y desconecte el interruptor de la fuente de alimentación. ¿Es E medida = I x R = 0.2 x 600?
R//: Sí, es de 120V 13. Ahora deberá medir el valor de una resistencia equivalente sin utilizar el ohmímetro. Emplee el mismo circuito que aparece en la Figura 5-3. Conecte la fuente de energía y ajuste el voltaje de salida a 60V c-d según le indique el voltímetro conectado a la resistencia. Haga variar la resistencia por medio de los interruptores hasta que el medidor de corriente indique aproximadamente 0.3 amperes. Reajuste el control de voltaje si es necesario, a fin de mantener 60 V c-d en la resistencia.
a. Aplique la ley de Ohm, el voltaje anterior (60V) y la corriente (0.3A), para calcular la resistencia equivalente que se tiene ahora en el circuito. Requivalente = E/I = 60/0.3 = 200 Ω Reduzca el voltaje a cero y desconecte el interruptor de la fuente de energía.
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b. Use la fórmula de la resistencia en paralelo y, con las resistencias que conectó en paralelo, calcule R equivalente Requivalente = 206.897Ω. ¿Concuerdan más o menos los valores de a) y b)?
R//: Si, la diferencia es poca. 14. Desconecte el circuito sin perturbar la posición de los interruptores de las resistencias. Utilice el ohmímetro para medir la resistencia equivalente del Procedimiento13. Requivalente = 214 Ω ¿Concuerdan más o menos la lectura correspondiente a R equivalente y el valor de R equivalente calculada en el Procedimiento 13. (b)? Explique por qué.
R//: Sí, las 2 resistencias concuerdan aproximadamente ya que son maneras experimentales y teóricas de sacar el resultado. Además de que el valor teórico y el valor de las resistencias tienen un porcentaje de error. Prueba de Conocimientos 1. Use la ley de Ohm en sus diversas formas, para llenar los espacios en blanco de la Tabla 5-3. No.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
E I R
6 2 3
125 5 25
4 0.5 8
9 3 3
72 6 12
5 10 0.5
12 3 4
12 30 0.4
100000 100 1000
120 1200 0.1
2. Un medidor de 3A c-d tiene una resistencia de 0.1 ohm. Si accidentalmente se le conectara a una línea de alimentación de 120V c-d, ¿Cuál sería la corriente que pasaría por el instrumento? I= V/R = 120V/0.1 Ω =1200A. Pasarían 1200A por el i nstrumento.
¿Qué sucedería en tal caso?
Como la corriente es mayor a lo que soporta, el aparato se fundiría. 3. Un medidor de 3A c-d tiene una resistencia de 0.15 ohm y porta una corriente de 2 amperes. ¿Cuál es el voltaje en sus terminales? E= 0.15Ω (2A) = 0.3 V c-d. El voltaje es de 0.3 V.
4. Un medidor de 0-150V c-d tiene una resistencia de 150,000 ohm. ¿Cuál es la corriente que pasa por el instrumento cuando se conecta a una línea de 120V c-d?
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I= V/R =120V/150000 = 0.8 mA. c-d o 8x10-4ª 5. Un experimentador toca accidentalmente una línea de 240V c-d. Si la resistencia de su piel es 10,000 ohm, ¿Cuál es el valor de la corriente que pasa por su cuerpo? ¿Es peligrosa esta corriente? I=V/R = 240V /10000 Ω = 24 mA =0.024A
Si es peligrosa pero no mortal ya que arriba de los 100 miliamperios son fatales. 24mA puede provocar entre una sacudida fuerte y una sensación ligera de dolor. Arriba de los 50mA provoca respiración trabajosa. 6. Una planta de electrodeposición tiene barras colectoras que portan hasta 10,000 amperes a 6 volts en corriente directa. El medio circundante es muy húmedo debido a un exceso de agua y electrolito. ¿Deben aislarse dichas barras y, de ser necesario, por qué?
No tendría sentido el que fueran aisladas si son fijas y ya que la corriente son 6 volts, a menos de que pudiera haber algún contacto entre ellas, si porque hay de por medio 10000 amperes y las líneas se sobrecalentaría al contacto a pesar del bajo voltaje. 7. Se ha visto que las aves pueden pararse en cables de transmisión sin aislar y con voltajes hasta de 2,300 volts, y que aparentemente no sufren ningún daño. ¿Se debe esto a la naturaleza extremadamente seca de sus patas? ¿Por qué?
Los puntos en los que están apoyadas las patas de los pájaros están tan próximos que la diferencia de potencial entre ellos es ínfima. La resistencia a la conducción del cuerpo del pájaro es muchísimo mayor que la que ofrece ese minúsculo trozo de cable. La corriente eléctrica circulará por el cable y apenas una minúscula parte derivará por el cuerpo del pájaro, que no notará ningún efecto. El circuito no se cierra porqué sus patas se posan sólo sobre uno de los polos de la fuente, quedando el otro polo abierto. El circuito se cerraría si el cuerpo tocase también a la vez el otro cable, o tierra si el cable en que están posadas es el de fase (vivo). 8. Un amperímetro que tiene una escala de 0-1A c-d y una resistencia de 1 ohm, se conecta a una fuente de 300 milivolts. ¿Qué valor indicará?
300 mV = 0.3V I=V/R=0.3V/1 Ω =0.3A= 300 mA c -d.
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Recomendacione s
Recomendaciones Recomendaciones que podemos seguir cuando trabajamos con electricidad son:
Asegúrese estrictamente, que la fuente de energía debe estar desconectada cuando realice conexiones. Cerciórese siempre que los cables de conexión estén bien conectados. Siempre al final de cada medición reduzca la tensión y desconecte la fuente de energía. Nunca trate de adivinar si un circuito tiene corriente o no, considérese energizado hasta que se demuestre otra cosa. Siempre inspeccione el circuito armado antes de alimentarlo. Previa revisión de los circuitos armados, el profesor autorizara el encendido de la fuente de energía Realizar en forma continua y practica las mediciones de los diferentes circuitos en serie y en paralelo para tener más conocimiento en la medida de cada circuito. Realizar el enceramiento del multímetro analógico antes de empezar la medición de los diferentes circuitos Colocar para la medición de cada uno de los circuitos en las diferentes medidas que corresponde en el multímetro. Realizar cada una de las prácticas en el laboratorio con las diferentes seguridades para la persona, así como también el cuidado de los aparatos electrónicos. A la hora de hacer las mediciones con la fuente de resistencias, se debe mantener la mano firme y quieta para que el movimiento de la mano no altere la medición que se desea obtener. Se debe asegurar que el equipo utilizado en los laboratorios este en buen estado, para que pueda marcar los valores correctos y que el laboratorio sea exitoso. Desconectar la fuente después de cada medición para evitar alguna lesión o daño ya que se están utilizando voltajes.
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Conclusiones
Conclusiones Teórico
Al realizar este laboratorio teórico pudimos comprender la diferencia entre un circuito en serie y otro en paralelo, además practicamos y comprendimos las ecuaciones que nos permiten llevar un circuito en serie a solo una resistencia y un circuito en paralelo a una sola resistencia. También pudimos aprender a colocar varias resistencias en paralelo y el funcionamiento de los interruptores con su diferencia si están abiertos o cerrados. En un circuito en serie, las resistencias se pueden sustituir por una sola resistencia. Esta sola resistencia que puede sustituir a las otras se denomina resistencia equivalente.
Experimentales
Esta demás repetir las reglas que se deben seguir dentro del laboratorio y al trabajar con corriente, voltajes y al trabajar con circuitos. La fuente de energía es como su nombre indica, la encargada de suministrar energía eléctrica a los distintos elementos que componen nuestro sistema informático; que la electricidad que llega hasta nuestros hogares u oficinas es del tipo conocido como "corriente alterna" y nos es suministrada habitualmente con una tensión (o voltaje) que suele ser de alrededor de 115 o 230 voltios. Este tipo de corriente no es en absoluto adecuada para alimentar equipos electrónicos, y más concretamente dispositivos informáticos, en dónde es necesario trabajar con "corriente continua" y voltajes mucho más bajos. Por tanto, este dispositivo es el que se encarga de "reducir" el voltaje (mediante un transformador) y posteriormente convertir la corriente alterna en continua (con un puente de diodos) para finalmente filtrarla (mediante condensadores electrolíticos). Todos los materiales poseen resistencia eléctrica en mayor o menor grado. La unidad de resistencia eléctrica es el ohm. Cuando un grupo de resistencias se conectan en serie, la resistencia total es igual a la suma de los valores de cada una de las resistencias. Cuando dos o más resistencias se conectan en paralelo entre dos terminales, la resistencia equivalente es siempre menor a la resistencia de valor más bajo.
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Resistencia: Cualquier material que conduce corriente eléctrica tiene resistividad, que es la resistencia del material al paso de la corriente eléctrica. Cómo conectes las resistencias hará la diferencia en el desempeño en general de la red resistiva. V=IR. Esta es la ley de Ohm, definida por Georg Ohm a inicios de los 1800s. V=IR: Voltaje (V) es el producto de Corriente (I) * Resistencia (R). I=V/R: La corriente es el cociente de Voltaje (V) ÷ Resistencia (R). R=V/I: Resistencia es el cociente de Voltaje (V) ÷ Corriente(I). Cuando el margen de error es elevado y los cálculos se realizaron en forma correcta, puede existir una avería de algún elemento del circuito electrónico. De acuerdo a los experimentos realizados en el laboratorio, podemos concluir que la Ley de Ohm si resulta ser cierta y es altamente efectiva a la hora de determinar los valores que existen en un circuito. Aunque los resultados de los experimentos no fueron idénticos a los resultados calculados, hubo un margen de error muy reducido (menos del 1%). Esto resulta ser contundente y confirma las leyes de George Ohm. Otra conclusión fue que se pudo comprobar que: “R=E/I”. Y también pudimos verificar que sus variaciones “I= E/R y E=IR” resultan ser efectivas a la hora de
calcular los parámetros de un circuito.
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Bibliografía
Bibliografía http://html.rincondelvago.com/voltimetro-y-amperimetro.html https://espanol.answers.yahoo.com/question/index?qid=20080617214054AA3saTz https://espanol.answers.yahoo.com/question/index?qid=20070918101141AAx4OCI http://www7.uc.cl/sw_educ/educacion/grecia/plano/html/pdfs/cra/fisica/NM1/R F1E_004.pdf http://www.asifunciona.com/electrotecnia/ke_ley_ohm/ke_ley_ohm_1.htm http://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Ohm http://recursostic.educacion.es/secundaria/edad/3esofisicaquimica/3quincena11 /3q11_contenidos_5d.htm http://www.profesorenlinea.cl/fisica/Electricidad_ley_Ohm.html http://www.electronicafacil.net/tutoriales/Ley-Ohm.php http://electronicinformatica.blogspot.com/2011/10/resistencias-circuito-serie-paraleloy.html
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Anexos
Anexos
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Ley de Ohm
El ohmio (también ohm) es la unidad de medida de la resistencia que oponen los materiales al paso de la corriente eléctrica y se representa con el símbolo o letra griega Ω (omega).
El ohmio se define como la resistencia que ofrece al paso de la corriente eléctrica una columna de mercurio (Hg) de 106,3 cm de alto, con una sección transversal de 1 mm2, a una temperatura de 0º Celsius. Esta ley relaciona los tres componentes que influyen en una corriente eléctrica, como son la intensidad (I), la diferencia de potencial o tensión (V) y la resistencia (R) que ofrecen los materiales o conductores. La Ley de Ohm establece que "la intensidad de la corriente eléctrica que circula por un conductor eléctrico es directamente proporcional a la diferencia de potencial aplicada e inversamente proporcional a la resistencia del mismo", se puede expresar matemáticamente en la siguiente fórmula o ecuación:
donde, empleando unidades del Sistema internacional de Medidas , tenemos que: I = Intensidad en amperios (A) V = Diferencia de potencial en voltios (V) R = Resistencia en ohmios (Ω).
La intensidad (en amperios) de una corriente es igual a la tensión o diferencia de potencial (en voltios) dividido o partido por la resistencia (en ohmios). De acuerdo con la “Ley de Ohm”, un ohmio (1 Ω) es el valor que posee una
resistencia eléctrica cuando al conectarse a un circuito eléctrico de un voltio (1 V) de tensión provoca un flujo o intensidad de corriente de un amperio (1 A). La resistencia eléctrica, por su parte, se identifica con el símbolo o letra (R) y la fórmula general (independientemente del tipo de material de que se trate) para despejar su valor (en su relación con la intensidad y la tensión) derivada de la fórmula general de la Ley de Ohm, es la siguiente: La resistencia a una corriente (en ohmios) es igual a la tensión o diferencia de potencial (en voltios) dividido o partido por la intensidad (en amperios).
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Resistencias
Se denomina resistencia eléctrica, R, de una sustancia, a la oposición que encuentra la corriente eléctrica para recorrerla. Su valor se mide en ohmios y se designa con la letra griega omega mayúscula (Ω).
La materia presenta 4 estados en relación al flujo de electrones. Éstos son Conductores, Semi-conductores, Resistores y Dielectricos. Todos ellos se definen por le grado de oposición a la corriente electrica (Flujo de Electrones). Esta definición es válida para la corriente continua y para la corriente alterna cuando se trate de elementos resistivos puros, esto es, sin componente inductiva ni capacitiva. De existir estos componentes reactivos, la oposición presentada a la circulación de corriente recibe el nombre de impedancia. Según sea la magnitud de esta oposición, las sustancias se clasifican en conductoras, aislantes y semiconductoras. Existen además ciertos materiales en los que, en determinadas condiciones de temperatura, aparece un fenómeno denominado superconductividad, en el que el valor de la resistencia es prácticamente nula. La resistencia eléctrica se mide con el Ohmímetro es un aparato diseñado para medir la resistencia eléctrica en ohmios. Debido a que la resistencia es la diferencia de potencial que existe en un conductor dividida por la intensidad de la corriente que pasa por el mismo, un ohmímetro tiene que medir dos parámetros, y para ello debe tener su propio generador para producir la corriente eléctrica.
En un circuito eléctrico se pueden colocar varias resistencias en el circuito principal de modo que por cada una de ellas pasa la misma intensidad de corriente, siendo su caída de tensión proporcional a su resistencia. Este tipo de asociación se llama resistencias en serie
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