Informe 4 Con Los Datos Cambiados
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OBJETIVOS
Efectuar conexiones de resistencias en serie y en paralelo
Revisar experimentalmente el concepto de resistencia equivalente
Verificación experimental de las Leyes de Kirchoff
Comparación de los métodos teórico, directo e indirecto para hallar la resistencia equivalente de conexiones combinadas de resistencias.
LABORATORIO Nº4 – ELECTRICIDAD ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO
MATERIALES Y EQUIPOS
FUENTE DE ALIMENTACIÓN ALIMENTACIÓN REGULABLE
MULTÍMETRO ANALÓGICO
PROTOBOARD TIPO REGLETA
MULTÍMETRO DIGITAL
CABLES BANANA - COCODRILO
CABLES CALIBRE 22 (10cm)
RESISTENCIAS: 470Ω, 1K Ω, 10K Ω, 4.7K Ω
LABORATORIO Nº4 – ELECTRICIDAD ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO
PROCEDIMIENTO
CONEXIÓN DE RESISTENCIAS EN SERIE
1) Verificar el valor nominal de cada una de las resistencias proporcionadas, utilizando el código de colores. Luego con el multímetro digital, mida el valor real de cada una de ellas. RESISTENCIA
R1
R2
R3
R4
R5
R6
Valor Nominal
470Ω
470 Ω
1K Ω
1K Ω
10K Ω
6.8K Ω
Valor real (medido)
468Ω
468Ω
0.98 KΩ
0.98 KΩ
9.94 KΩ
4.62 KΩ
2) Arme el circuito resistivo de la FIG 1:
3) MÉTODO TEÓRICO: Usando los valores reales (medidos), determine en forma teórica, el valor de la resistencia equivalente entre los puntos a y f de la FIG 1. Req (teórico): 12.94 KΩ 3) MÉTODO DIRECTO: Sin conectar la fuente y utilizando el multímetro digital, mida la resistencia equivalente entre los puntos a y f de la FIG 1. Req (directo): 12.81 KΩ
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3) MÉTODO INDIRECTO: Complete el circuito, conectando la fuente y el amperímetro analógico (rango de 1mA) según la FIG 2. Regule la salida de la fuente a 10 Voltios y tome nota de la corriente indicada por el amperímetro. Con esos datos determine la resistencia equivalente entre los puntos a y f.
V a-f
9.79 V
I (mA)
0.75 mA
Req (indirecto) = Va- f/I (KΩ)
13.053 KΩ
4) Compare los valores obtenidos de Req Teórico, directo e indirecto. ¿Qué observa? .Explicar Se observa de que existe un cierto margen de error en la medida, para lo cual compararíamos los valores indirectos y directos con el valor teórico, nos dimos cuenta de que el valor indirecto se aproxima más al valor teórico lo cual presenta un margen de error menor y a su vez es el adecuado para medir la resistencia equivalente en el circuito. 5) Mida el voltaje en los extremos de cada una de las resistencias.
Vfuente
VR1
VR2
VR3
VR4
VR5
10.02 V
357 mV
357 mV
734 mV
747 mV
7.97 V
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6) Diga si se cumple la Ley de Kirchoff para Voltaje en las resistencias en serie según la tabla anterior. Explicar. Según la ley de mallas de kirchoff: En toda malla la suma algebraica de las diferencias de potencial eléctrico debe ser 0 (cero).
¡SE CUMPLE LA LEY!
CONEXIÓN DE RESISTENCIAS EN PARALELO
1) Arme el circuito de la FIG 3.
2) MÉTODO TEÓRICO: Usando los valores reales (medidos), determine en forma teórica, el valor de la resistencia equivalente entre los puntos a y f de la FIG 3. Req (teórico): 154.6 Ω 3) MÉTODO DIRECTO: Sin conectar la fuente y utilizando el multímetro digital, mida la resistencia equivalente entre los puntos a y f de la FIG 3. Req (directo): 153.3 Ω
4) MÉTODO INDIRECTO: Complete el circuito, conectando la fuente y el amperímetro analógico (rango de 1mA) según la FIG 4. Regule la salida de la fuente a 10 Voltios y tome nota de la corriente indicada por el amperímetro. Con esos datos determine la resistencia equivalente entre los puntos a y b
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.
V a-b (V)
10.02 V
I (mA)
63.5 mA
Req (indirecto) = Va- f/I (KΩ)
0.1577
5) Compare los valores obtenidos de Req Teórico, directo e indirecto. ¿Qué observa? .Explicar Se observa de que existe un cierto margen de error en la medida, para lo cual compararíamos los valores indirectos y directos con el valor teórico, nos dimos cuenta de que el valor directo se aproxima más al valor teórico lo cual presenta un margen de error menor y a su vez es el adecuado para medir la resistencia equivalente en el circuito.
6) Mida la corriente que circula por cada una de las resistencias (Recuerde que el amperímetro se conecta en serie respetando la polaridad del circuito para DC)
ITotal
IR1
IR2
IR3
IR4
IR5
63.5 mA
20.98 mA
20.05 mA
9.98 mA
10.46 mA
2.09 mA
7) Diga si se cumple la ley de Kirchoff para corriente en las resistencias en paralelo según la tabla anterior. Explicar. Según la ley de corrientes de kirchoff: La suma algebraica de todas las corrientes que pasan por el nodo (entrantes y salientes) es igual a 0 (cero).
∑ ∑ ¡SE CUMPLE LA LEY!
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CONEXIÓN DE RESISTENCIAS SERIE – PARALELO
1) Arme el circuito de la FIG 5.
2) MÉTODO TEÓRICO: Usando los valores reales (medidos), determine en forma teórica, el valor de la resistencia equivalente entre los puntos a y d de la FIG 5. Req (teórico): 1.67847 KΩ 3) MÉTODO DIRECTO: Sin conectar la fuente y utilizando el multímetro digital, mida la resistencia equivalente entre los puntos a y f de la FIG 3. Req (directo): 1.658 KΩ
4) MÉTODO INDIRECTO: Complete el circuito, conectando la fuente y el amperímetro analógico (rango de 10mA) según la FIG 6. Regule la salida de la fuente a 10 Voltios y tome nota de la corriente indicada por el amperímetro. Con esos datos determine la resistencia equivalente entre los puntos a y d.
V a-b (V)
10.02
I (mA)
6.02 mA
Req (indirecto) = Va- f/I (KΩ)
1.664 KΩ
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5) Compare los valores obtenidos de Req Teórico, directo e indirecto. ¿Qué observa? .Explicar Se observa de que existe un cierto margen de error en la medida, para lo cual compararíamos los valores indirectos y directos con el valor teórico, nos dimos cuenta de que el valor directo se aproxima más al valor teórico lo cual presenta un margen de error menor y a su vez es el adecuado para medir la resistencia equivalente en el circuito.
6) Con la fuente conectada, mida la corriente total que entrega la fuente y las corrientes en cada una de las resistencias indicadas en el cuadro adjunto. Compruebe el cumplimiento de la 1ra ley de kirchoff (de corrientes o nodos).
Nodo b
Nodo c
ITotal
IR2
IR3
IR6
IR4
IR5
6.02 mA
3.87 mA
1.87 mA
0.37 mA
5.56 mA
0.53 mA
7) Mida el voltaje (o diferencia de potencial) entre los puntos indicados en el cuadro adjunto. Compruebe el cumplimiento de la 2da ley de Kirchoff (de Voltajes o mallas)
Vfuente
Va-b
Vb-c
Vc-d
10.02 V
2.821 V
1.777 V
5.38 V
Según la ley de mallas de kirchoff: En toda malla la suma algebraica de las diferencias de potencial eléctrico debe ser 0 (cero).
¡SE CUMPLE LA LEY!
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FUNDAMENTO TEÓRICO
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RESI STENCI AS EN ASOCI ACI ÓN M I XTA
En una asociación mixta podemos encontrarnos conjuntos de resistencias en serie con conjuntos de resistencias en paralelo. En la figura pueden observarse tres ejemplos de asociaciones mixtas con cuatro resistencias.
A veces una asociación mixta es necesaria ponerla en modo texto. Para ello se utilizan los símbolos "+" y "//" para designar las asociaciones serie y paralelo respectivamente. Así con (R1 + R2) se indica que R1 y R2 están en serie mientras que con (R1//R2) que están en paralelo. De acuerdo con ello, las asociaciones de la figura 5 se pondrían del siguiente modo: a) (R1//R2)+ (R3//R4) b) (R1+R3)// (R2+R4) c) ((R1+R2)//R3)+R4
Para determinar la resistencia equivalente de una asociación mixta se van simplificando las resistencias que están en serie y las que están en paralelo de modo que el conjunto vaya resultando cada vez más sencillo, hasta terminar con un conjunto en serie o en paralelo. Como ejemplo se determinarán las resistencias equivalentes de cada una de las asociaciones de la figura:
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LEYES DE KIRCHOFF LEY DE NODOS O LEY DE CORRIENTES DE KIRCHOFF (KCL - Kirchoff's Current Law - en sus siglas en inglés o LCK , ley de corriente de Kirchoff, en español)
En todo nodo, donde la densidad de la carga no varíe en el tiempo, la suma de la corriente entrante es igual a la suma de la corriente saliente.
Donde Ie es la corriente entrante e Is la corriente saliente.
De igual forma, La suma algebraica de todas las corrientes que pasan por el nodo (entrantes y salientes) es igual a 0 (cero).
LEY DE MALLAS O LEY DE TENSIONES DE KIRCHHOFF (KVL - Kirchoff's Voltage Law - en sus siglas en inglés. LVK - Ley de voltaje de Kirchoff en español.) En toda malla la suma de todas las caídas de tensión es igual a la suma de todas las subidas de tensión.
Donde, V + son las subidas de tensión y V - son las caídas de tensión.
De forma equivalente, En toda malla la suma algebraica de las diferencias de potencial eléctrico debe ser 0 (cero).
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CUESTIONARIO 1) Esquematice el protoboard regleta y represente el circuito de la figura 1 ubicado y representando adecuadamente las resistencias y alambres conectores.
2) Con los valores de tolerancia de c/u de las resistencias calcule el porcentaje de error o tolerancia de la resistencia equivalente hallada teóricamente de su conexión en serie. ¿Está el valor de su resistencia equivalente hallada por el método directo y método indirecto dentro de esta tolerancia?
Sumando las resistencias con sus tolerancias (5%) obtenemos:
Sumando las resistencias sin sus tolerancias obtenemos:
Entonces el porcentaje de error (tolerancia) es:
Por lo tanto la resistencia equivalente con su respectiva tolerancia viene a ser:
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Los valores obtenidos de la resistencia equivalente de manera directa e indirecta se encuentran dentro del margen de error (tolerancia). 3) Esquematice el protoboard regleta y represente el circuito de la figura 2 ubicando y representando adecuadamente las resistencias y alambres conectores.
4) Con los valores de tolerancia de c/u de las resistencias calcule el porcentaje de error o tolerancia de la resistencia equivalente teóricamente de su conexión en paralelo. ¿Está el valor de su resistencia equivalente hallada por el método directo y método indirecto dentro de esta tolerancia?
Sumando las resistencias con sus tolerancias (5%) obtenemos:
Sumando las resistencias sin sus tolerancias obtenemos:
Entonces el porcentaje de error (tolerancia) es:
Por lo tanto la resistencia equivalente con su respectiva tolerancia viene a ser:
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Los valores obtenidos de la resistencia equivalente de manera directa e indirecta se encuentran dentro del margen de error (tolerancia).
5) Esquematice el protoboard regleta y represente el circuito de la figura 3 ubicando y representando adecuadamente las resistencias y alambres conectores.
6) Esquematice el protoboard regleta y represente el circuito de la figura 3 ubicando y representando adecuadamente las resistencias y alambres conectores pero con el amperímetro dispuesto para medir I R3.
IR3
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7.- ¿En qué principio de conservación se basa c/u de las leyes de kirchoff? Se basa en dos principios: Principio de conservación de la carga: El principio de conservación de la carga establece que no hay destrucción ni creación neta de carga eléctrica, y afirma que en todo proceso electromagnético la carga total de un sistema aislado se conserva. Principio de conservación de la energía: Ley de la conservación de la energía afirma que la energía no puede crearse ni destruirse, sólo se puede cambiar de una forma a otra, por ejemplo, cuando la energía eléctrica se transforma en energía calorífica en un calefactor.
8) Defina que es un nodo, muestre un ejemplo grafico. Es un punto de conexión entre dos o más elementos de un circuito.
9) Define que es una malla, muestre un ejemplo grafico. Se llama malla en un circuito a cualquier camino cerrado.
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10) ¿Cuál es el valor de la resistencia interna de un voltímetro ideal? ¿Por qué? ¿Y cómo es el valor de la resistencia interna del voltímetro real? El voltímetro ideal es aquel con resistencia cuyo valor tiende al infinito debido a que Si existe entre 2 puntos diferencia de potencial y entre esos dos puntos colocamos un instrumento con resistencia interna baja, que permita el pasaje de corriente, ocasionaría que esa diferencia de potencial ya no sería tal y el instrumento influiría en el valor de la medición. El valor de la resistencia interna del voltímetro ideal esta dada por la sumatoria de una resistencia en serie y la resistencia del galvanómetro
11) ¿Cuál es el valor de la resistencia interna de un amperímetro ideal? ¿Por qué? ¿Y cómo es la resistencia de un amperímetro real? Un amperímetro ideal, tiene resistencia cero para evitar una pérdida de voltaje o caída de tensión. Está constituido por Rg (Resistencia del galvanómetro) a la cual se le conecta en paralelo una resistencia R a (Resistencia del amperímetro) muy pequeña (R a es del orden de los miliohmios), como se muestra en la figura 4 .Cuando se necesita medir la corriente que pasa por un circuito, el amperímetro se conecta en serie, como se ilustra en la figura5 .Puesto que la resistencia interna R a del amperímetro es muy pequeña comparada con la resistencia del galvanómetro, la mayor parte de la corriente circula por la resistencia R y por la resistencia R a, lo cual no altera el valor de la corriente del circuito.
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12) Si tienes un circuito de resistencias, identificadas con códigos de colores, además cuenta con un voltímetro, un amperímetro y un ohmímetro, todos de alta precisión, ¿Cuál de los tres métodos conocidos utilizarías para hallar la resistencia equivalente? ¿Por qué? Si todos los materiales tienen de alta precisión elegiría sin dudar el ohmímetro debido a que me arrojaría un valor con mayor exactitud que al medirlo con el voltímetro o amperímetro debido a que cuando se mide con los dos últimos hay un cierto margen de error aunque tengan una precisión envidiable.
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OBSERVACIONES
Es siempre necesario cuando el multímetro se le da uno de sus usos (ya sea ohmímetro, amperímetro, etc.) juntar siempre sus puntas, y que el valor que sale en la pantalla se debe de restar con la medición del elemento ya sea un resistor o cualquier componente.
En la experiencia se utilizo un resistor de 6.8 KΩ en vez de 4.7 KΩ
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CONCLUSIONES
Dentro de lo más importante podríamos especificar en que aprendimos a especificar la prueba de los condensadores y así poder diagnosticar si estos son factibles o no para el uso como componente electrónico.
Otras de las conclusiones a las que nos lleva este laboratorio es que tanto en la carga como en la descarga de nuestro capacitor, es que en este podemos almacenar energía que luego será requerida.
También conlleva analizar como varia el voltaje y la corriente durante la carga y la descarga de nuestro condensador. Luego también analizamos voltajes de un circuito en serie como también en paralelo. .
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RECOMENDACIONES
Una vez resuelto el montaje de nuestro circuito, pasamos a la posterior supervisión de nuestro profesor encargado, para contar una aprobación de si nuestros conocimientos son los correctos o no en cuanto a circuitos hablamos.
Poder tener disponibilidad del doble de transistores que se nos encomendó como materiales, ya que al momento de la prueba de si estos funcionan o no, nos sería fatal.
Al momento de medir los voltajes tanto en la carga como en la descarga, recabar los datos más exactos posibles para cada tiempo requerido, y así poder tener una tabla con sus adecuados valores.
De la misma forma que la anterior recomendación tendríamos, para con la corriente durante la carga como para la descarga.
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BIBLIOGRAFÍA
TRABAJO DE LABORATORIO Nº5: LEYES DE KIRCHOFF
FISICA III – Universidad Nacional del Nordeste http://ing.unne.edu.ar/pub/fisica3/170308/lab/tpn5.pdf
FÍSICA, VOLUMEN 2: CUARTA EDICIÓN DAVID HALLIDAY, ROBERT RESNICK
FÍSICA UNIVERSITARIA TOMO 2, DÉCIMO PRIMERA EDICIÓN SEARS, ZEMANSKY, YOUNG, FREEDMAN
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