caracterizacion de elementos de un circuito

Caracterización de los Elementos de un Circuito C. Sarmiento, M. Bolaños Facultad de ingeniería Universidad Nacional De Colombia.

Resumen Durante la ejecución de este laboratorio se observo básicamente los diferentes funcionamientos de un circuito basándonos en los datos obtenidos por el voltímetro y el amperímetro, en distintas clases de circuitos (utilización de diodos, resistencias y bombillas). Se observo también la transición del circuito en momentos donde se varía la corriente o el voltaje. Palabras claves: Circuito, diodo, materiales conductores, bombilla, conducción, fuente y resistencia.

1. Introducción

intercalados aparatos productores o consumidores de esta corriente.

T

eniedo en cuenta que las corrientes eléctricas dentro de objetos tienen interacciones complejas en relación a los electrones , se puede hacer un estudio macroscópico de algunos fenómenos que se presentan en todas las configuraciones de los circuitos eléctricos. Mediante el empleo de leyes de Kirchhoff, Ohm y los principios de conservación de la carga y energía, podemos dar solución a diferentes requerimientos o necesidades, puede ser de iluminación, de conexiones con igual diferencial de potencial entre otras. A nuestro entorno nos podemos encontrar con conexiones el paralelo como es el caso de la red eléctrica domiciliaria en la cual todos los elementos tienen el mismo diferencial de potencial, también nos podemos encontrar con conexiones en serie combinadas con conexiones en paralelo, en el caso que se quiera iluminar una zona con mayor intensidad que otra. En los siguientes circuitos se mostrara las diferentes relaciones de tensión y corriente para diferentes tipos de conexiones y con distintos elementos propios de un circuito.

Diodo: Válvula electrónica, empleada como rectificador, que consta de un ánodo frío y de un cátodo caldeado. Materiales conductores: cualquier material que ofrezca poca resistencia al flujo de electricidad. Resistencia: Dificultad que opone un circuito al paso de una corriente. Bombilla: Globo de cristal en el que se ha hecho el vacío y dentro del cual va colocado un hilo de platino, carbón, tungsteno, etc., que al paso de una corriente eléctrica se pone incandescente y sirve para alumbrar. Conducción: Transferencia a través de una medio de electricidad por la influencia de un campo eléctrico. Fuente: Es un dispositivo que convierte la tensión alterna de la red de suministro, en una o varias tensiones, prácticamente continuas, que alimentan los distintos circuitos del aparato electrónico al que se conecta

2. Marco teórico Circuito: Conjunto de conductores que recorre una corriente eléctrica, y en el cual hay generalmente

3. Resultados experimentales, datos y análisis

1

3.1 Medición de voltajes

8 10 1

En esta primera parte se pretende medir la tensión o diferencia de potencial en la resistencia mediante el voltímetro, para esto se implemento un circuito como el que se muestra en la figura 1.

Como se muestra en la tabla 2. La medida de la corriente en

Se conecto el voltímetro a escala de 30 (V), 300 (V) y se fue incrementando el valor de la tensión de la fuente como se muestra en la Tabla 1. Tension R escala 300 (V) (±5 V)

10 11 15 10 19

Voltaje (V)

5 7 10 13 15 22

3.2 Medición de corrientes En esta parte del experimento se monto el circuito de la Figura 1. Para medir el valor de la corriente en la resistencia variando la tensión entregada por la fuente, se utilizaron escalas del amperímetro de 20 (mA) y 200 (mA). IR escala 20 (mA)

5,59 7,58

R con I sin vol (KΩ)

R con I con vol (KΩ)

Resistencia voltimetro (KΩ)

Para caracterizar una resistencia, se toman las variables relacionadas con esta, como la tensión y la corriente que circulan a travez de esta. Se uso el circuito de la Figura 1. Y se midio la tensión con ayuda de un multimetro análogo y se midio la corriente con y sin voltímetro con un multimetro

Con esto se observa que la medida es mas precisa si se utiliza un instrumento con una incertidumbre de medición lo mas pequeña posible.

3 5

I con vol (mA)

3.3 Caracterización de una resistencia óhmica

Tabla 1. Valores de tensión

Tension fuente (V)

I sin vol (mA)

3 0,32 0,44 9,38 6,82 2,56 6 0,62 0,84 9,68 7,14 2,53 10 1 1,35 10 7,41 2,59 12 1,24 1,67 9,68 7,19 2,49 15 1,52 2,05 9,87 7,32 2,55 20 2,01 2,71 9,95 7,38 2,57 22 2,22 2,99 9,91 7,36 2,55 24 2,41 3,25 9,96 7,38 2,57 26 2,61 3,51 9,96 7,41 2,55 28 2,8 3,77 10 7,43 2,57 la resistencia en las dos escalas de medición fue diferente, puesto que al elegir una escala mayor la medida fue más imprecisa.

Figura 1. Circuito 1

10 15 18 13 20

12 15 19,7

Tabla 2, Valores de corriente.

Voltaje (V)

Tension R escala 30 (V) (±0.5 V)

11,95 14,89 19,54

I sin vol (mA)

1,03 1,44 2,01 2,64 3,06 4,4

I con vol (mA)

1,21 1,68 2,35 3,09 3,6 5,17

R con I sin vol (KΩ)

R con I con vol (KΩ)

4,85 4,86 4,98 4,92 4,90 5,00

4,13 4,17 4,26 4,21 4,17 4,26

en la resistencias de 10(KΩ), 5(KΩ) y 690 (Ω) respectivamente.

IR escala 200 (mA)

Tabla 3. Variables de la resistencia de 10 (KΩ).

4,6 7,6

Tabla 4. Variables de la resistencia de 5 (KΩ).

2

Voltaje (V)

I sin vol (mA)

3 4,84 5 7,51 6 9,06 10 14,69 11 16,43 13 19,45 22 32,6

I con vol (mA)

R con I sin vol R con I con vol (KΩ) (KΩ)

4,95 7,68 9,27 15,4 16,81 19,9 33,3

0,62 0,67 0,66 0,68 0,67 0,67 0,67

0,61 0,65 0,65 0,65 0,65 0,65 0,66

Tabla 5. Variables de la resistencia de 690 (Ω).

Figura 2. Circuito 2

A medida que se vario la tensión entregada por la fuente se midieron los diferentes parámetros mensionados, al observar los resultados (Tabla 3,4 y 5.) se concluye que la resistencia interna del voltímetro influye en las medidas, se encontró el valor de esta resistencia simplemente haciendo la diferencia entre la resistencia medida sin el voltímetro menos la medida con el voltímetro, obteniendo un promedio de 2.56 (KΩ). Al graficar la tensión Vs Corriente en el circuito se observa que la pendiente de esa recta esta directamente relacionada con la resistencia, puesta que la ley de ohm establece:

Voltaje fuente (V)

Voltaje Bonbillo (V)

7 10 13 15 20 25

1 2 3 3,8 6 8

I Bombillo (mA)

Resistencia Bombillo (Ω)

58,4 78,7 97,7 110,5 137,9 163,9

17,12 25,41 30,71 34,38 43,51 48,81

Tabla 6. Variables del bombillo.

La tabla 6. Muestra que la resistencia del bombillo aumenta a medida que se incrementa la tensión y la corriente puesto que a medida que el filamento incrementa su temperatura la resistencia aumenta. Al graficar V vs I se observa que esta tiene un comportamiento exponencial (no ohmico), pero en la ultima parte de la grafica esta se torna en una línea recta, podriamos considerar esto como un comportamiento óhmico.

V=I*R, podemos asumir R como la pendiente. Si graficamos con la corriente medida con el multimetro la pendiente se incerementa puesto que interviene la resistencia interna del multimetro.Se concluye que el error de la medida de las resistencias es de aproximadamente 11 %.

3.5 Caracterización del diodo Se implemento un circuito como el de la Figura 2. Pero en cambio de una resistencvia se uso un diodo en serie con una resistencia de 2 (Ω) limitadora de corriente para proteger el diodo. Se midieron las tensiones entre la resistencia y el diodo (AC) y la tensión en el diodo (AB) para posteriormente observar como es el comportamiento del diodo cuando esta polarizado en directo y en inverza respectivamente.

El error se podria reducir a un valor inferior a 1% si la resistencia interna del multimetro fuera superior a 9.9 (KΩ) 3.4 Caracterización del bombillo Para caracterizar el bombillo se implemento el circuito de la Figura 2. Suponiendo el bombillo como una resistencia en serie con una resistencia limitadora de corriente de 100 (Ω), se midio la tensión y corriente para distintos valores de voltaje en la fuente como se observa en la Tabla 6.

Voltaje fuente (V)

1 3 3

Voltaje AB (V)

0,72 0,76

Voltaje AC (V)

0,81 2,6

Corriente AB

0,24 0,71

4 5 7 8

0,72 0,76 0,76 0,72

3,56 4,52 6,47 7,39

Departamento de física, Universidad Nacional de Colombia. Paginas, (20-28).

0,95 1,19 1,67 1,90

Tabla 6. Polarizacion en directo del diodo. Voltaje fuente (V)

Voltaje AB (V)

1 3 4 5 7 8

1,28 3,29 4,35 5,29 7,26 8,32

Voltaje AC (V)

0 0 0 0 0 0

Tabla 7. Polarizacion en inverza del diodo.

Al graficar V Vs I se observa que el diodo tiene un comportamiento exponencial, pero no inicia en el origen, puesto que el comienza a operar o dejar pasar la corriente cuando en sus terminales halla una tensión minima de 0.7 (V) El diodo se puede implementar para adaptar una señal sinusolidal (AC) a una señal directa (DC) puesto que si la tension en este elemento es negativa no conduce corriente y se comporta como un corto-circuito. 4. Conclusiones -Para medir corriente en un elemento se debe cerciorar que las puntas del amperímetro estén en serie con este elemento, evitando de así un corto circuito. -Cuando se mide tensión de un elemento las puntas del amperímetro deben estar en paralelo a este elemento. - Las relaciones de tensión, y corriente son bastante útiles, ya que si empleamos adecuadamente las leyes de Kirchhoff, Ohm y los principios de conservación de la carga y energía podemos dar solución a un sin fin de necesidades o requerimientos. Referencias [1] [1] [1] M. Ortiz, E, Bautista, Guías de laboratorio Física II “Electromagnetismo”, Facultad de ciencias, 4