Informe de Fisica lab PDF

Preview

Summary

Download Informe de Fisica lab PDF

Description

Formación para la Investigación Escuela de Física, Facultad de Ciencias Universidad Industrial de Santander Construimos Futuro

ESTUDIO DEL COMPORTAMIENTO DE LA RESISTENCIA, CORRIENTE Y VOLTAJE EN CIRCUITOS MIXTOS Karol Vannessa Porras Gutiérrez. Estudiante - Ingenieria Quimica. Anamaria Blanco Beltran. Estudiante - Ingenieria Quimica. Si buscas resultados distintos, no hagas siempre lo mismo. Albert Einstein

Resumen El informe de laboratorio titulado ESTUDIO DEL COMPORTAMIENTO DE LA RESISTENCIA, CORRIENTE Y VOLTAJE EN CIRCUITOS MIXTOS, amplía el concepto de circuitos mixtos por medio de la experimentación haciendo uso de una metodología cuantitativa apoyada de relaciones teóricoprácticas, en donde se hizo toma de datos de determinadas variables de un montaje para el cual se utilizaron resistencias con resistencia distinta, los cuales funcionaron como circuitos , detalle que permitió además, determinar la resistencia experimental; una fuente de voltaje que proporcionó el voltaje de los circuitos, y un amperímetro, para medir carga delas resistencias en los diferentes circuitos. El presente informe pretende mostrar la determinación de la resistencia, voltaje y corriente eléctrica por medio de circuitos mixtos, de manera que tras el procedimiento de la metodología y la toma de datos, se procedió al estudio y análisis de dicha información concluyéndose así, el comportamiento de estos.

INTRODUCCIÓN En el siguiente informe, se muestra la apreciación de conceptos básicos de circuitos eléctricos, haciendo hincapié en la apreciación experimental realizada a partir de la definición de resistencia, voltaje y corriente eléctrica como el comportamiento de electrones; donde se profundiza su concepto y se extiende a la definición importante como su relación a través de la ley de Ohm, la cual se aplica a todos los circuitos: paralelo, serie y mixto.

MARCO TEORICO Un circuito eléctrico es una interconexión de elementos eléctricos, su cantidad básica es la carga eléctrica y el cambio de esta respecto al tiempo es la corriente eléctrica, para el movimiento de una carga es requerida una energía que se conoce como voltaje.

1

Formación para la Investigación Escuela de Física, Facultad de Ciencias Universidad Industrial de Santander Construimos Futuro La capacidad o propiedad física de oponerse al flujo de corriente eléctrica se conoce como resistencia (R) y el elemento que se usa para modelar su comportamiento es el resistor. Cuando la resistencia es constante sobre un rango de voltaje, se aplica la Ley de Ohm, que establece que el voltaje (V) a lo largo de un resistor es directamente proporcional a la corriente (I) que fluye a través del resistor

Ya que la resistencia es una propiedad material que puede cambiar si se alteran las condiciones internas o externas del elemento. Se convierte en: [1] De le ecuación 1, obtenemos: [2] Esta ecuación será utilizada posteriormente en el Tratamiento y Análisis de Datos para el cálculo teórico de la corriente eléctrica. Resistencia en serie:

Figura 1. Representación resistencias en serie. Tomado de: electrontools.com

Dos o más resistores están en serie cuando en ambos fluye la misma corriente I y se comportan como un resistor único, cuya resistencia equivalente es igual a la suma de las resistencias de los resistores individuales. [3] Esta ecuación será utilizada posteriormente en el Tratamiento y Análisis de Datos para el cálculo teórico y experimental de la resistencia equivalente. Resistencia en paralelo: 2

Formación para la Investigación Escuela de Física, Facultad de Ciencias Universidad Industrial de Santander Construimos Futuro

Figura 2. Representación resistencias en paralelo. Tomado de: electrontools.com

Cuando dos o más resistores están conectados en paralelo tienen el mismo voltaje y sus extremos de entrada y salida de las resistencias están conectados entre sí. Su resistencia equivalente es igual al producto de sus resistencias dividido entre su suma.

La inversa de la resistencia equivalente es igual a la suma de las inversas de cada una de las resistencias. [4] Resistencia en circuito mixto:

Figura 3. Representación resistencias en mixto. Tomado de: eurisfaquino.blogspot.com

3

Formación para la Investigación Escuela de Física, Facultad de Ciencias Universidad Industrial de Santander Construimos Futuro En estos existen conexiones serie y paralelo en el mismo circuito. Su resistencia equivalente se determina simplificando las resistencias serie y paralelo parciales, hasta que se llegue a un circuito simple en el cual se determina su resistencia equivalente.

METODOLOGÍA Para la ejecución del laboratorio fueron necesarios los siguientes materiales: 

Multímetro:

Fuente: Autores



Fuente DC:

Fuente: Autores



Resistencias:

4

Formación para la Investigación Escuela de Física, Facultad de Ciencias Universidad Industrial de Santander Construimos Futuro

Fuente: Autores



Protoboard:

Fuente: Autores



Amperimetro:

Fuente: pce-instruments.com



Cables de conexión: 5

Formación para la Investigación Escuela de Física, Facultad de Ciencias Universidad Industrial de Santander Construimos Futuro

Fuente: Autores

Fase 1: En esta primera fase se determinara la resistencia equivalente de un circuito en serie

Fuente: Autores

6

Formación para la Investigación Escuela de Física, Facultad de Ciencias Universidad Industrial de Santander Construimos Futuro Para ello se empezara midiendo la resistencia experimental de cada una de las resistencias con el multímetro, en la parte superior de cada una de ellas aparece la resistencia teórica.

Fuente: Autores

Después se mide la resistencia equivalente teórica sumando las resistencias teóricas y la resistencia experimental midiendo con el multímetro de extremo a extremo del circuito. Posteriormente se calculara el voltaje experimental de cada una de las resistencias, con la fuente dc en 6 a 8 voltios conectada el multímetro y se mide el voltaje experimental de extremo a extremo del circuito.

Fuente: Autores

7

Formación para la Investigación Escuela de Física, Facultad de Ciencias Universidad Industrial de Santander Construimos Futuro Para finalizar la fase uno, con el amperímetro se evalúa la corriente de cada una de las resistencias, para verificar que todas sean iguales. Fase 2: En esta fase se determinara la resistencia equivalente de un circuito mixto

Fuente: Autores

Se repite el proceso anterior calculando la resistencia experimental, resistencia teórica y el voltaje. Fase 3: Se procede al tratamiento y análisis de los datos registrados.

TRATAMIENTO Y ANÁLISIS DE DATOS. Los valores de incertidumbre correspondientes para cada dato registrado en forma directa en el laboratorio fueron: 𝛿 = ±0,001 𝑣 𝛿 = ±0,0001 𝐴

𝛿 = ±0,001 𝑣 Las medidas correspondientes a la incertidumbre expresan una aproximación de la variación de la medida tomada, con respecto a cada una, buscando una aproximación ideal, en la cual no exista margen de error alguno. 8

Formación para la Investigación Escuela de Física, Facultad de Ciencias Universidad Industrial de Santander Construimos Futuro

En primer lugar, se trabajó un circuito en serie, compuesto de cuatro resistencias, sobre las cuales se realizó la toma de datos. Se recopilaron experimentalmente datos de Resistencia, Voltaje e Intensidad de corriente individualmente para cada una de ellas; y, posteriormente se determinó el valor de la resistencia equivalente para el circuito. Finalmente se realizó la determinación teórica de los valores correspondientes. Estos datos se encuentran recopilados en la siguiente tabla: Para calcular el valor de la Resistencia Equivalente tanto experimental como teóricamente, se llevó a cabo la sumatoria de cada una de las resistencias, lo cual es característico de un circuito en serie: (

∑ ∑

) (

)

Para realizar el cálculo del Voltaje experimental, se tomó este valor para cada una de las resistencias, y se sumaron dichos valores para obtener el voltaje experimental total, así: ∑

(

)𝑣 𝑣

Para el valor correspondiente al voltaje teórico, se realizó la medición en forma directa en el laboratorio con ayuda de un Multímetro. Como se evidencia en el resultado de la sumatoria, en este caso los valores teórico y experimental coinciden, lo cual se debe a una buena implementación del material de trabajo, así como de una gran precisión a la hora de la recolección de datos.

Para el cálculo de la intensidad de la corriente eléctrica, en la fase experimental se tomaron los valores correspondientes a las cuatro resistencias que componían el circuito; para posteriormente hallar la media de estos valores y determinar experimentalmente el valor de la corriente que pasa por el circuito: (

)𝐴

𝐴

Sin embargo, para la fase teórica, se tomaron los valores teóricos calculados previamente de tensión de corriente y resistencia equivalente, y se aplicó la Ley de Ohm, así: 𝑣

𝐴

9

Formación para la Investigación Escuela de Física, Facultad de Ciencias Universidad Industrial de Santander Construimos Futuro

Tabla 1. Recopilación de datos Circuito en Serie.

No. R1 R2 R3 R4

R exp [Ω] 46,4 99,2 149 326,7 621,3

R teo [Ω] Voltaje [v] 47 0,5 100 1,1 150 1,7 330 3,7 627 7

Corriente [I] Voltaje teo [v] 0,006 7 0,005 Corriente teo [I] 0,009 0,011164274 0,009 0,00725

Fuente: Autores.

Resistencia [%] 0,91

Voltaje [%] 0

Corriente R exp [%] [Ω] 35,06 621,3

ERROR [%] R teo Voltaje Voltaje teo Corriente Corriente teo [I] [I] [Ω] [v] [v] 627 7 7 0,00725 0,011164274

Tabla 2. Porcentajes de Error Circuito en Serie. Fuente: Autores.

En la anterior tabla se mostraron los porcentajes de error correspondientes a la primera fase de la práctica, como se puede evidenciar, estos fueron relativamente bajos. Por último, se realizaron las mismas mediciones en un circuito mixto, el cual involucraba a las mismas cuatro resistencias, inicialmente implementadas. Para la determinación de la resistencia equivalente teórica entre A y B, en donde las resistencias se encuentran en paralelo, se utilizó la fórmula correspondiente a este tipo de circuito, para finalmente determinar la resistencia equivalente total, al realizar la sumatoria entre el valor obtenido de esta operación y la resistencia R4. Para realizar el cálculo de la resistencia equivalente entre (R1, R2) y R3, se realizó el siguiente cálculo: ( Esta parte hace referencia a la determinación de la resistencia equivalente dentro de un circuito en paralelo. Que es el producto de las resistencias sobre la suma de las mismas.

)( ) (

)

10

Formación para la Investigación Escuela de Física, Facultad de Ciencias Universidad Industrial de Santander Construimos Futuro

Finalmente, para calcular el valor de la resistencia equivalente entre el punto A y el punto B, se realizó una sumatoria entre el valor obtenido anteriormente, y la resistencia R4. Este proceso se realiza cuando se tiene un circuito en serie. Así: (𝐴 ) Ahora, tanto la corriente eléctrica como la resistencia equivalente experimental se midieron haciendo uso del multímetro, el cual se encontraba configurado en Amperios y Ohmios, respectivamente. El voltaje teórico, de igual manera fue medido con este implemento, el cual para este momento se encontraba configurado en voltios, y arrojó, para la práctica un valor de 7v. Para determinar la tensión de corriente experimental, se tomaron los valores del voltaje en cada una de las resistencias para al final, realizar una sumatoria de los correspondientes a las resistencias tres y cuatro (R3 y R4). Es importante resaltar que el valor del voltaje en la tercera resistencia (R3), es la suma de los voltajes correspondientes a las resistencias uno y dos (R1 y R2). Todo esto se realizó con ayuda del multímetro. Finalmente, para hallar el valor que corresponde a la intensidad de corriente eléctrica teórica, se utilizó la Ley de Ohm: 𝑣 𝐴

Todos los datos anteriormente mencionados para el circuito mixto, se encuentran recopilados en la siguiente tabla:

Tabla 3. Circuito Mixto.

No. R1 R2 R3 R4

R teo [Ω] Voltaje exp [v] R exp [Ω] Voltaje teo [v] 330 3,8 156,7 7 100 1,1 Corriente exp [I] Corriente teo [I] 150 4,9 0,04 0,044 47 2 158,2 6,9 Fuente: Autores.

11

Formación para la Investigación Escuela de Física, Facultad de Ciencias Universidad Industrial de Santander Construimos Futuro Los valores correspondientes al porcentaje de error para esta práctica se encuentran recopilados en la siguiente tabla: Tabla 4. Porcentaje de Error Circuito Mixto.

Resistencia [%]

Voltaje [%]

Corriente [%]

R teo [Ω]

0,95

1,43

9,60

158,2

ERROR [%] R exp Voltaje exp Voltaje teo [Ω] [v] [v] 156,7

6,9

7

Corriente exp [I]

Corriente teo [I]

0,04 0,044247788

Fuente: Autores.

Como se puede evidenciar, los valores en los porcentajes de error en esta fase de la practica fueron significativamente menores en comparación con la anterior fase, ya que, en ninguno de los tres valores, este porcentaje supera el 10%.

CONCLUSIONES Al finalizar la práctica se pudo concluir respecto a la similitud de los valores experimentales con los valores teóricos en cada una de las fases, que estos son muy similares. Todo esto se puede ver reflejado en los porcentajes de error relacionados a ambas prácticas. En la realización de las dos fases metodológicas se tuvo una mayor dificultad al realizar la primera de ellas pues no se llevó a cabo una correcta manipulación de los implementos en el principio, por lo cual los datos experimentales en comparación con los teóricos diferían en mayor medida comparado con los datos involucrados en la segunda fase metodológica; en la cual, se tuvo mayor precisión y una mejor maniobrabilidad del material de trabajo. De igual forma, se obtuvieron datos precisos y fiables en ambas prácticas

REFERENCIAS Matthew. Sadiku, Charles. Alexander. (2006). Fundamentos de Circuitos Eléctricos. 3 Ed. McGRAWHILL/INTERAMERICANA EDITORES, S.A. DE C.V. México DF.

12...