Circuito y Medidas Basicas 1

 

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERIA DEPARTAMENO DE FISICA LABORATORIO DE FISICA GENERAL

Fernando Linares CI: 15.825.213 Ronald Chourio CI: 15.042.561 Sección #07 Septiembre de 2004

 

OBJETIVOS 

1.- Leer un diagrama de circuitos y conectar un circuito básico 2.- Seguir un circuito sencillo y dibujar su esquema 3.- Utilizar un miliamperímetro para medir corriente continua. 4.- Observar el efecto sobre la corriente cuando en el circuito se intercala resistencia. 5.- Utilizar un voltímetro para medir tensiones de corriente continua y corriente alterna. 6.- utilizar el código de colores para determinar valores de resistencias y utilizar un ohmetro  para medirlas. 7.- Verificar experimentalmente que la resistencia total Rt en un circuito en serie es igual a la suma de los valores de las resistencias en serie. 8.- Verificar experimentalmente que la resistencia total Rt de las resistencias conectadas en  paralelo, viene dada por e inverso de la suma de las reciprocas. 9.- determinar el efecto de un reóstato y de un potenciómetro en circuitos sencillos. 10.- Utilizar correctamente un instrumento múltiple de medición (Multimetro) para medir  corrientes continuas, tensiones de D.C y A.c y resistencias.

 11-Comprobación de la Ley de Ohm. 12- Comprobación de las Leyes de Kirchoff para los circuitos

 EQUIPOS 

1.- Una fuente de poder DC Y AC. 2.- Un voltímetro 3.- Dos amperímetros 4.- Un miliamperímetro 5.- Un Téster  6.- Un reóstato

7.- Un pulsor  8.- Un panel de Resistencias.

 

9.- Ocho cables. 10.- Una caja decadita 11-Bombillo.

 Marco Teórico

Un circuito eléctrico consiste en una serie de de elementos simples interconectados entre si. El circuito debe tener al menos una fuente de tensión o una fuente de intensidad. La interconexión de estos elementos y la fuente conduce a unas nuevas relaciones entre las corrien cor rientes tes eléctric eléctricas as y las tension tensiones es de los mismos. mismos. Estas Estas relacio relacione ne y sus ecuacio ecuaciones nes corresp cor respond ondient ientes, es, junto junto a la relació relación n corrien corrientete-tens tensión ión de cada elemento elemento indivi individual dual,,  permitirán resolver cada circuito.   Componentes básicos de un circuito eléctrico   Fuente de Poder: la diferencia de potencial eléctrico necesaria para tener 

una corriente eléctrica se logra en el laboratorio mediante el uso de ciertos aparatos cuya denominación técnica es fuente de poder, esta puede ser en algunos casos una simple batería o pila seca. Existen 2 tipos:

1.  Fuente de corriente Continua: se obtiene corriente eléctrica cuyos valores  son constantes constantes con respecto respecto al tiempo. tiempo. Sirve en los casos mas sencillos sencillos una pila seca de 1.5 v o de 6 v. 2.  Fuente de corriente Alterna: se obtiene corriente eléctrica cuyos valores no son constantes con respecto al tiempo, pero que al igual que el voltaje que la originan varían de una forma determinada.

  Resistencias: son elementos que usualmente encontramos intercalados en los

diferentes circuitos con la finalidad de limitar el paso de la corriente que circula por ellos y lograr cierta diferencia de potencial en los extremos de los mismos.

 

  Resistencias de carbón: están construidas por un barra cilíndrica de material 

aislante, que puede ser carbón o bien una mezcla de grafito pulverizado con resina sintética. El valor de esta resistencia viene dado por un código de bandas de color sobre la mencionada barra. 

 Reóstato: son resistencias variables que están construidas por un conductor  enrollado sobre un núcleo de cerámica u otro material aislante, sobre el cual   puede deslizarse un conductor móvil. Uso del reóstato:

1. Com Como o Diviso Divisorr de corrient corrientee o Potenci Potencióme ómetro tro:: permite permite obtener obtener un voltaje de 0 voltios hasta el voltaje de la fuente.

2. Como Resistencia Variable: se varia la corriente mediante el reóstato  y se debe tener cuidado de no sobre cargar el valor de la corriente que es capaz de soportar, en las posiciones de poca resistencia el  reóstato se calentaría y podría quemarse.

 Instrumentos

  Multimetro: es un inst instrum rument ento o que cons consis iste te básic básicam ament entee en un

 galvan  gal vanóme ómetro tro conecta conectado do en circuito circuitoss adecuado adecuadoss para servir servir como como amperímetro o voltímetro.  Voltímetro: instrumento utilizado para medir la tensión o diferencia

de pote potenc ncial ial el eléct éctric rico o en cualqu cualquie ierr parte parte de un circu circuit ito. o. Viene Viene  fabricado en dos versiones, para medir voltajes tanto de corriente continua como de corriente alterna. La unidad de medida es el voltio. instrum trumento ento uti utiliz lizado ado para conoce conocerr la cantida cantidad d de   Amperímetro: ins corriente eléctrica que pasa por un circuito, mide la intensidad de la corriente tanto alterna como continua.

 

 Ley de Ohn:

 Esta ley establece la relación que existe entre la tensión (V), la resistencia (R) y la corriente eléctrica (I). Si la tensión es constante y la resistencia es baja, habrá mucha corriente, en cambio, si la resistencia es alta habrá poca corriente.  Esta se expresa por la siguiente ecuación:

 I = V / R

 Reglas de Kirchhoff:

Como se sabe un circuito simple puede analizarse utilizando la ley de Ohn, pero muchas veces no es posible reducirlo a un circuito de un simple lazo. El procedimiento para analizar un circuito más complejo se simplifica utilizando las reglas de Kirchhoff.

1.  Ley de Kirchhoff para las Tensiones: la suma algebraica de los cambios de   pot poten enci cia a a trav través és de todo todoss los los elem elemen ento toss alre alrede dedo dorr de de cu cual alqu quie ier  r  trayectoria cerrada en el circuito debe ser cero. Ley ey de Kirch Kirchho hoff ff para para las Inte Intensi nsidad dades es de Corri Corrient ente: e: la su suma ma de las las 2.   L corrientes corrien tes que entran en una unión debe ser igual a la suma de las que salen de la misma unión (una unión es algún punto en el circuito donde la corriente  se puede dividir)

 PROCEDIMIENTOS 

 PARTE I.

 Medidas de Resistencia

a.- Se utilizó un Panel de Resistencias. Procedimos al cálculo de las Resistencias (R 1 ,  , R2, R3 ,  ,  R4 ,  , R5 ),  ), mediante el código de colores de cada resistencia. Luego verificamos estos valores mediante el uso del Multímetro.

 

b.- Se conectaron conectaron las resistencias resistencias en serie y medimos la resistencia resistencia total con le Multímetro, Multímetro, comparando esta medición con le valor calculado al sumar las resistencias analíticamente usando el código de colores de cada una. Posteriormente repetimos la misma experiencia.  Pero conectando las resistencias en paralelo.

c.- Calculamos el error absoluto del valor de la resistencia en una caja decádica, mediante los valores de las resistencias especificados en la práctica, y comparamos estos valores con el error que introducen muchas veces los códigos de colores de los resistores de carbón.

 PARTE II.

Uso del Reóstato como resistencia Variable.

a.- Prim Primera erame mente nte,, conec conectam tamos os cada cada comp compon onent entee del ci circu rcuit ito o si sigu guien iendo do el di diag agram rama a  señalado en la práctica. Se procedió a conectar un Miliamperímetro (mA) en Serie con una  Resistencia (R), y esto se conectó en serie con un voltímetro (V) que se conectó en paralelo con un Reóstato (Rv). Todo esto se conectó con una fuente de voltaje continua (E), cuyo valor se verificó con la utilización del Multímetro.

b.- Luego Luego se colo colocó có el Reós Reósta tato to en su valor valor míni mínimo mo y se proced procedió ió a medi medirl rlo o con con el   Multímetro. Se prendió la fuente de poder, para el valor del Reóstato y se observaron las lectu lec turas ras que que propo proporci rcion onaro aron n el Mili Miliam amper perím ímet etro ro y el volt voltím ímet etro. ro. Post Poster erio iorme rment nte, e, comprobamos el valor del reóstato, utilizando la Ley de Ohm, en la cual se introdujeron los valores de las lecturas proporcionadas por los aparatos de medición. Este proceso se repitió  para mínimo, intermedio, máximo...

 PARTE III.

Uso del Reóstato como potenciómetro.

 

a.- Se procedió a conectar los componentes componentes del circuito, siguiendo el diagrama señalado en la práctica. Seguidamente conectamos un voltímetro (V) en paralelo con una Resistencia (R), lo cual se conectó en serie con un Miliamperímetro (mA). Todos estos componentes se conectaron en paralelo con un Reóstato (Rv). Todo se conectó con una fuente de voltaje continua.

b.- Luego se colocó el Reóstato en su valor mínimo y se procedió a medirlo con un  Multímetro. Se prendió la fuente de poder, para el valor del Reóstato y se observaron las lectu lec turas ras que propo proporci rcion onaro aron n el Mili Miliam amper perím ímet etro ro y el Volt Voltím ímet etro ro.. Post Posteri erior orme mente nte,, comprobamos el valor del Reóstato, utilizando la Ley de Ohm, en la cual se introdujeron los valores de las lecturas proporcionadas por los aparatos de medición. Este proceso se repitió  para el valor intermedio y máximo del Reóstato.

 PARTE IV.

 En esta parte se siguieron los mismos pasos de las Partes II Y III, pero se cambió el    Miliamperímetro y el Voltímetro, ya que los utilizados en las Partes II y III eran para corriente continua, y en esta parte se debía utilizar corriente alterna. También se procedió a cambiar la fuente de voltaje continua por una alterna, en la cual se midió, con ayuda del    Multí Multíme metro tro,, la sa sali lida da de volt voltaje aje de di dicha cha fuente fuente,, para para ob obten tener er el volt voltaje aje dese deseado ado.. Seguidamente se construyeron nuevamente los circuitos de las Partes II y III.

 Parte v

1. Se instala el CIRCUITO A haciendo uso del reóstato a manera de potenciómetro, se toman valores diferentes diferentes de intensidad intensidad de corriente, corriente, para variaciones de voltaje de 0 hasta 10 voltios. Se realiza la gráfica V vs. I, a partir de ésta, se calcula el valor de la resistencia incógnita.

CIRCUITO A

 

2. Se instala el CIRCUITO B, haciendo uso del tablero de resistencias ya conocidas. Se comprueba la 1ra Ley de Kirchoff en el nodo a, midiendo los valores de las intensidades de las corrientes. Se comprueba la 2da Ley de Kirchoff dado que la diferencia de potencial en las mayas individuales es igual a cero.

CIRCUITO B

3. Se tabulan los valores obtenidos, se realizan los cálculos teóricos y se comparan con los obtenidos experimentalmente.

 

 RESULTADOS   PARTE I:

 MEDIDAS DE RESISTENCIA:

1.  Determinar el valor de cinco resistencias que se han proporcionado, de acuerdo al  código de colores, presentado en la siguiente tabla:

COLOR

BANDAS I y II

BANDA III

TOLERANCIA

0

 Negro

0

 Marrón  Rojo

1 2

∗ 10

1

∗ 10

2

 Anaranjado

3

∗ 10

3

 Amarillo

4

Verde

5

 Azul

6

Violeta Gris  Blanco

∗ 10

 

4

 

   

∗ 10 5 ∗ 10 ∗ 10

6

7  

∗ 10

7

8 9

∗ 10

8

∗ 10

9

Oro  Pata

∗ 10

−1

∗ 10

−2

Sin color

5% 10% 20%

 Según el código de colores las resistencias son: 1  R1 (Marrón, Negro, Marrón, Plateado)= (10 ± 1) ∗ 10 Ohm

  R2 (Naranja, Naranja, Rojo, Oro)

1% 2%

2 =( 33 ± 2 ) ∗ 10 Ohm

  R3 (Gris, Rojo, Marrón, Oro)

1 =( 82 ± 4 ) ∗ 10 Ohm

  R4 (Azul, Gris, Marrón, Oro)

1 =( 68 ± 3) ∗ 10 Ohm

 R5 (Marrón, Negro, Naranja, plateado)= (10 ± 1) ∗ 10

3

 

 Medidas con el multímetro. 1  R2 = ( 9 ± 1) ∗ 10 Ohm 1  R3 = ( 4 ± 1) ∗ 10 Ohm 2  R5 = ( 8 ± 1) ∗ 10 Ohm

 R6 = ( 68 ± 3) ∗ 101 Ohm 3  R7 = (10 ± 1) ∗ 10 Ohm

 Diferencias entre las resistencias medidas con el panel y las medidas con el multímetro (usado como óhmetro).

 Al obtener los valores se puede observar que son muy similares Circuitos en serie

 Medidas con el multímetro: =

 RT 

(14 ± 2) ∗ 10 3 Ohm

 Analíticamente: =

 RT 

( 9 ± 1) ∗ 101 + ( 4 ± 1) ∗ 10 3

+

( 8 ± 1) ∗ 10 2

+

( 82 ± 4) ± ∗101 + (10 ± 1) ∗ 10 3 = 14980Ohm

Circuitos en Paralelo

 Medidas con el multímetro:    RT 

( 7 ± 1) ∗ 101 Ohm

=

Analíticamente:  

1

1

=

 RT     RT 

+

90 =

1 4000

1

+

800

+

1 680

+

1 10000

=

0.01418

1 Ohm

70,52Ohm

Calcular los errores porcentuales para las siguientes resistencias:  El error absoluto del valor de la resistencia en una caja decadita viene dada por: ∆ R = ±

( 0.005 ± 0.1) Ω

6

 R = 10 Ω

 

 R = (1000 ± 5) ∗ 10

3

Ω

 R = 10 4  

 R = (1000 ± 5) ∗ 101 Ω

 R = 80Ω  

 R = ( 80.0 ± 0.5) Ω

 

 R = ( 5.0 ± 0.1) Ω

 R = 5Ω  

 De acuerdo a lo obtenido obtenido anteriormente anteriormente ¿que introduce introduce menor error, la caja decádica o los resistores de carbón?

 PARTE II. Uso del reóstato como resistencia variable

E=   5V

( 2.6 ± 0.2) v

V =

 R = (100.0 ± 0.6 ) Ω  Rv (min imo)

=

I

( 5 ± 1) ∗ 101 Ω

E = 5  V

= ( 28 ± 5) mA

R v = V   I  = ( 6 ± 2 ) ∗ 10

 Rv (int ermedio)

=

I = ( 30 ± 5) mA

(8 ± 2) * 101 Ω

E = 5  V

R v = V   I  = ( 7 ± 2 ) ∗ 10

V=

 R = (100.0 ± 0.6 ) Ω  Rv (max ima )

=

Ω

(1.6 ± 0.2) v

V=

 R = (100.0 ± 0.6 ) Ω

1

1

Ω

( 3.0 ± 0.2) v I = ( 20 ± 5) mA

1

(16 ± 2) * 10 Ohm

1 R v = V   I  = (15 ± 5) ∗ 10 Ω

 El error absoluto absoluto de Rv (Rv = V / I), se se calcula de la siguient siguientee manera: R = (i (i V + V i) / i2.  En lo sucesivo se calculara de la misma forma. El error de la resistencia R (caja decádica) es calculado por la formula suministrada en practica: R = ± (0.005 +0.1 )

 PARTE III 

Uso del reóstato como resistencia variable

E=5V

V=0v

Ω

 

 R = (100.0 ± 0.6 ) Ω

I = ( 0mA)

 Rv (min imo )

Rv = V   I  = 0Ω

=

0Ohm

E=   5 V

( 2.0 ± 0.2) v

V=

 R= (100.0 ± 0.6 ) Ω  Rv (int ermedio)

=

I= ( 30 ± 5) mA

(8 ± 1) *10 1 Ohm

R = V   I  = (10 ± 3) ∗ 10

E  = 5V

V=

 R = (100.0 ± 0.6 ) Ω  Rv (max ima )

=

I = ( 25 ± 5) mA

(16 ± 2) * 101 Ohm

Rv= V   I  = (10 ± 3) ∗ 10

E =  5 V

V = 0 v

 R = (100,0 ± O.6 ) Ω =

I = 0 mA

0Ohm

V = (1.8 ± 0.2 ) v  

E = 5V  R = (100.0 ± 0.6 ) Ω  Rv (int ermedio)

=

1 (10 ± 1) * 10 Ohm

I = ( 20 ± 5) mA  

  E= 5V

V =( 5.0 ± 0.2 ) v

 R= (100.0 ± 0.6 ) Ω

I = ( 50 ± 0.2 ) v

 Rv ( max imo )

=

(16 ± 2) ∗ 101 Ω

ΑΩ

( 2.6 ± 0.2) v

Uso del reóstato como Potenciómetro.

 Rv (min imo )

1

1

Ω

 

PARTE V Las mediciones realizadas en el CIRCUITO A dieron como resultado al ser graficadas una línea recta, lo que implica que la resistencia R XX44 esta conformada por un material Ohmico, es decir, que cumple con la Ley de Ohm. Se puede verificar igualmente, que entre las variables de voltaje e intensidad existe una proporcionalidad inversa, lo que indica que V/I se comporta como una constante.

Las Las medic medicion iones es re reali alizad zadas as en el CIRC CIRCUI UITO TO B, di dier eron on como como re resul sulta tado do al se ser  r  graficadas una curva, lo que implica que la resistencia del bombillo no está conformada por  un material Ohmico, es decir, que no cumple con la Ley de Ohm. Se puede verificar que la curva presenta una forma parabólica, lo que indica que el voltaje y la intensidad no varían linealmente. Puede apreciarse de igual manera que existe una diferencia considerable entre las medidas de la resistencia resistencia del mismo mismo bombillo bombillo cuando se toman voltajes voltajes distintos distintos (10 y 100 voltios), esto se debe a que la resistencia del bombillo posee la propiedad de variar con la temper tem peratu atura, ra, y en consecu consecuenci encia, a, al aumentar aumentar el voltaje voltaje,, aumenta aumenta la temper temperatur aturaa y por  consiguiente la resistencia.

Para la comprobación experimental de las leyes de Kirchoff, se pueden observar  result res ultados ados muy satisfa satisfactor ctorios, ios, pues pues los valores valores obtenido obtenidoss experi experiment mentalme almente nte se acerca acercan n mucho a los valores teóricamente calculados, verificando así que la suma algebraica de las intensidades en los nodos es igual a cero, y que la suma algebraica de los cambios de  potencia que se encuentran al realizar el circuito es igualmente cero, es decir, se conserva la energía y la carga en el circuito.