Lab.4 virtual Circuitos electricos-serie, paraleo y mixtos uso de simulador-JG Y GS PDF

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Con base en los resultados
obtenidos de estos ensayos necesitamos que elaboren curvas de esfuerzo-deformación para cada muestra,
que indiquen y marquen claramente en las curvas todas las propiedades mecánicas que estas curvas
suministran,...

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TECNICA DE MEDICION DE VARIABLES FISICAS

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Circuitos eléctricos: serie, paralelo y mixtos – Uso de simulador

JAIME ANDRES GÜIZA PEREZ LUIS GERMAN SILVA VALDERRAMA

ID: 787192 ID: 787194

Contenido Introducción ......................................................................................................... 3 Indicadores de Competencias………………………………………………………………………………………5 Marco

Teórico………………………………………………………………………………………………………………6

Actividad Motivadora………………………………………………………………………………..……………………7 Materiales……………………………………………………………………………………………………………….…………8 Procedimiento…………………………………………………………………………………………………….…….……..9 Aplicaciones ........................................................................................................ 19 Enlaces de Apoyo ................................................................................................. 3 Bibliografía ........................................................................................................ 228 Webgrafía ........................................................................................................... 22 Para Reflexionar………………………………………………………………23

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Introducción La aplicación de los principios de la electricidad a problemas prácticos ha requerido del uso de un gran número de circuitos eléctricos de disposición variable. Generalmente, se trata de combinaciones de unos cuantos elementos de circuitos fundamentales. Por tanto, para la comprensión de circuitos complicados será necesario familiarizarse con algunos elementos constituyentes. Se analizarán primero las ideas más importantes de los circuitos C.C. o D.C. que transportan corrientes invariables.

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Indicadores de Competencia  Determina las características de los circuitos de resistencias en serie, en paralelo y mixto.

 Colabora activamente con los compañeros de equipo, y demuestra habilidades en la construcción de circuitos eléctricos, en la toma de medidas y en el manejo de los datos.

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Marco Teórico Consulte los temas dados a continuación para la buena realización de la práctica de laboratorio.  ¿Qué es un circuito eléctrico serie, paralelo, mixtos?, ¿Características y componentes? Realice un dibujo de cada circuito. RTA: Circuito en serie: Se le llama circuito en serie a un tipo de circuito eléctrico provisto de un único camino para la corriente, que debe alcanzar a todos los bornes o terminales conectados en la red de manera sucesiva, es decir uno detrás de otro, conectando sus puntos de salida con el de entrada del siguiente. El voltaje total de los circuitos en serie es igual a la suma de los voltajes de los elementos individuales de igual manera La intensidad de la corriente es la misma en cualquier punto del circuito.

Circuito en paralelo: Se llama circuito paralelo cuando dos o más componentes están conectados al mismo nodo y ambos lados de los componentes están UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA – NEIVA – Profesor: M.Sc. Jaime Malqui Cabrera Medina - 2020

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conectados directamente a la batería o cualquier otra fuente. La corriente en un circuito eléctrico paralelo tiene dos o más caminos para fluir a través de él. Lo mejor de los circuitos paralelos es que, incluso cuando un resistor (bombilla) se quema, las otras bombillas funcionarán porque la electricidad no fluye a través de un solo camino y también el voltaje es el mismo en todos los componentes del circuito.

Circuito mixto: Un 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, en este tipo de circuito el voltaje varía dependiendo de la caída de tensión entre cada nodo, de igual manera la intensidad de la corriente varía dependiendo de la conexión. Existen dos fórmulas para calcular la resistencia total del circuito mixto.

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 Describa cada uno de los elementos de un circuito eléctrico como, por ejemplo, fuente de poder, interruptor, resistencia eléctrica. RTA: Generador: Parte del circuito donde se produce la electricidad, manteniendo una diferencia de tensión entre sus extremos. Fuente de poder: La fuente de poder o fuente de alimentación es componente electrónico que sirve para abastecer de electricidad al computador. Un nombre más adecuado sería el de transformador, porque convierte o transforma corriente alterna (AC) en corriente directa (DC) Conductor: Hilo por donde circulan los electrones impulsados por el generador. Resistencia eléctrica: Son elementos del circuito que se oponen al paso de la corriente eléctrica. Interruptor: Elemento que permite abrir o cerrar el paso de la corriente eléctrica. Si el interruptor está abierto no circulan los electrones y si está cerrado permite su paso. Diodo: Es un dispositivo semiconductor que actúa esencialmente como un interruptor unidireccional para la corriente. Permite que la corriente fluya en una dirección, pero no permite a la corriente fluir en la dirección opuesta. UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA – NEIVA – Profesor: M.Sc. Jaime Malqui Cabrera Medina - 2020

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Motor: Es un dispositivo que convierte la energía eléctrica en energía mecánica de rotación por medio de la acción de los campos magnéticos generados en sus bobinas. Son máquinas eléctricas rotatorias compuestas por un estator y un rotor.  Defina diferencia de potencial, intensidad de corriente, resistencia eléctrica, potencia eléctrica ¿Cuáles son las unidades de medida de estas cantidades en el sistema internacional de medidas (S.I.)? RTA: Diferencia de Potencial: (S.I. Voltaje) Es el trabajo externo necesario para mover una carga de una posición a otra dentro de un campo eléctrico ocurre entre dos cargas, cuando una se encuentra con un mayor Potencial Eléctrico que otra. Este concepto es análogo a la Diferencia de Temperaturas, por ejemplo. Cuando un cuerpo se encuentra con una mayor temperatura que otro, ocurre una Transferencia de Calor. En términos eléctricos, cuando se presenta una Diferencia de Potencial, se propiciará el desplazamiento de una carga; es decir, una Corriente Eléctrica. Intensidad de corriente: (S.I. Amperio) Es la carga eléctrica que pasa a través de una sección del conductor en la unidad de tiempo, La unidad de intensidad de corriente en el Sistema internacional de unidades es el amperio. Resistencia eléctrica: (Ohmio Ω) es toda oposición que encuentra la corriente a su paso por un circuito eléctrico cerrado, atenuando o frenando el libre flujo de circulación de las cargas eléctricas o electrones. Cualquier dispositivo o consumidor conectado a un circuito eléctrico representa en sí una carga, resistencia u obstáculo para la circulación de la corriente eléctrica, la unidad de medida en el sistema internacional es el ohmio. UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA – NEIVA – Profesor: M.Sc. Jaime Malqui Cabrera Medina - 2020

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Potencia eléctrica: (S.I. Vatio o watt W) Es la proporción por unidad de tiempo, o ritmo, con la cual la energía eléctrica es transferida por un circuito eléctrico, es decir, la cantidad de energía eléctrica entregada o absorbida por un elemento en un momento determinado. ¿Qué dispositivos miden el voltaje, la intensidad de corriente, la resistencia eléctrica? ¿Cómo se instalan estos medidores en el circuito?, represente gráficamente. Voltímetro: Es un instrumento de medición que se utiliza para medir la diferencia de potencial eléctrico, también conocido como voltaje.

Amperímetro y pinza amperimétrica: Miden la intensidad de corriente eléctrica.

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Óhmetro o puente de Wheatstone: Miden la resistencia eléctrica. Cuando la resistencia eléctrica es muy alta (sobre los 1 M-ohm) se utiliza un megóhmetro o medidor de aislamiento.

 Que expresan las leyes de: ¿Ohm, Watt, Joule? Ley de Ohm Es quizá, la más popular de las leyes de la electricidad. La ley de Ohm se enuncia de la siguiente manera: La corriente (I) en amperios que circula por un circuito eléctrico cerrado, es directamente proporcional a la tensión o voltaje e inversamente proporcional a la resistencia en ohmios. Esto quiere decir que la corriente aumenta, al aumentar el voltaje, pero disminuye, al aumentar la resistencia. La ley de Ohm se expresa mediante la fórmula: I = v/R

Tabla 1. Fórmulas de la ley de Ohm Fórmula 𝑰=

𝑽 𝑹

𝑽 =𝑰∗𝐑

𝑹=

𝑽 𝑰

Utilidad Permite calcular la corriente (I), dividiendo el voltaje (v), entre la resistencia (R) Sirve para calcular el voltaje (v), multiplicando la corriente (I), por la resistencia (R) Permite calcular la resistencia (R), dividiendo el voltaje (v), entre la corriente (I)

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Ley de Joule o Efecto Joule

Toda corriente eléctrica, al recorrer un conductor de cualquier clase, genera un aumento de temperatura. A este fenómeno se le conoce como efecto Joule. Entre las leyes de la electricidad, esta es muy interesante por sus múltiples aplicaciones. La cantidad de calor liberado por un circuito eléctrico, es la medida del trabajo realizado por dicho circuito. El trabajo se representa con la letra W, y se mide julios. El efecto Joule o ley de Joule, se enuncia de la siguiente manera: “El trabajo (W), realizado por un circuito es proporcional al cuadrado de la corriente (I2), a la resistencia (R) y al tiempo (t), que dura conectado el circuito”. Y se expresa mediante la fórmula: W = I2×R×t

Fórmula 𝑾 = 𝑰𝟐 ∗R*t

𝑾=

𝑽𝟐 ∗ 𝒕 𝑹

𝑾 = 𝑰 ∗ 𝑽*t

Tabla 2. Fórmulas de la ley de Joule Utilidad Permite calcular el trabajo (W), elevando la corriente (I) al cuadrado y multiplicándola por la resistencia y el tiempo (t) Sirve para calcular el trabajo (W), elevando el voltaje (v) al cuadrado, multiplicándolo por al tiempo (t)y dividiendo entre la resistencia (R) Permite calcular el trabajo (W), multiplicando la corriente (I) por al voltaje (v) y el tiempo (t).

Ley de Watt

La ley de Watt es fundamental entre las leyes de la electricidad. Permite calcular la potencia (P) de un circuito eléctrico. La potencia es el trabajo realizado en la unidad de tiempo. La fórmula de la potencia es: P = W/t. Donde W, es el trabajo y t, es el tiempo. La unidad de potencia es el watt o UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA – NEIVA – Profesor: M.Sc. Jaime Malqui Cabrera Medina - 2020

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vatio. Con base en la ley de Ohm, se obtienen las fórmulas para la potencia que se relacionan en la tabla 3.

En un aparato electrónico, la potencia indica el trabajo realizado por hora o la cantidad de energía transformada por hora. Una lámpara de 100 Watt, por ejemplo, transforma 100 julios de energía cada hora o realiza un trabajo de 100 julios cada hora. Tabla 3. Fórmulas de la ley de Watt Fórmula 𝑾

P=

𝒕

Utilidad Permite calcular la potencia (P), dividiendo el trabajo (W), entre el tiempo (t) Sirve para calcular la potencia (P), elevando la corriente (I) al cuadrado y

𝑷 = 𝑰𝟐 ∗ 𝑹 multiplicándola por la resistencia (R) 𝑽𝟐

P=

𝑹

Permite calcular la potencia (P), elevando el voltaje (v) al cuadrado y dividiendo entre la resistencia (R) Permite calcular la potencia (P), multiplicando la corriente (I) por el voltaje

𝑷 = 𝑰 ∗ 𝐕 (v)

Visite el Link para profundizar acerca de los circuitos de resistencias https://www.youtube.com/watch?v=-LqYP_v1-rA https://www.youtube.com/watch?v=Oo4FSloA8kE  Explique porque cuando en las luces de navidad se quema un bombillo los demás dejan de alumbrar, y explique porque en las instalaciones domiciliares cuando se quema un bombillo los demás siguen alumbrando.

RTA: El circuito normalmente usado en las luces navideñas sueles ser un único circuito cerrado en serie, el cual funciona correctamente mientras todos los filamentos de cada bombilla estén intactos y perfecto, dado a UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA – NEIVA – Profesor: M.Sc. Jaime Malqui Cabrera Medina - 2020

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que en cuanto uno falle, ya nada funcionará, porque el circuito quedará abierto, de modo que todo queda inservible.

RTA: En el hogar se opta por darle uso a los circuitos en paralelo debido a sus características, llegado el caso en que un bombillo llegue a fallar este no interrumpirá el funcionamiento de los demás, ya que el circuito seguirá conectado por diferentes caminos debido a que en una instalación en paralelo contamos con una red eléctrica situada en un solo circuito, donde la tensión se mantiene constante, sin la necesidad de que todos los elementos estén encendidos, lo que no es posible en un circuito en serie.

Actividad Motivadora

Link de video: https://www.youtube.com/watch?v=rkxKkTfjKBY 

Después de observar el video complete la siguiente ficha de video.

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Titulo:

Circuitos de conducción eléctrica

Objetivo:

Analizar las aplicaciones de la ley de Ohm y de conservación de la energía.

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Identificar la influencia de la resistividad de los conductores al someterse a un flujo eléctrico constante. Fecha:

28-Oct-2020

Nombre y apellido:

Jaime Andrés Güiza En el siglo antepasado y pasado las aplicaciones de la electricidad se habían visto limitadas debido a la falta de conocimiento, en muchos casos era considerada peligrosa y sus aplicaciones eran nulas, se observa los

Resumen:

avances más representativos a finales del siglo XVIII y mediados del siglo XIX, impulsada por las teorías y demostraciones de los científicos como Charles Winston, quien demostró las aplicaciones de la ley de Ohm, la cual establece que la intensidad de la corriente eléctrica que circula por un conector eléctrico es directamente proporcional a la diferencia potencial aplicada e inversamente proporcional a la resistencia del mismo. Años más tarde el científico experimental Thomas Edison fue quien le dio uso práctico a la corriente eléctrica, desarrollando la primera lámpara eléctrica. El siguiente avance representativo había surgido años atrás a manos del físico Alemán Robert Kirchhoff, quien plante las dos leyes de la conservación de la energía, la cual dice que cuando una corriente se divide en dos y viceversa, la suma de las intensidades de las corrientes

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que llegan al nodo es igual a la suma de las intensidades de las corrientes que salen de él, la otra ley nos dice, que una carga que recorre un circuito completo ni pierde ni gana energía.

Conclusiones:

Se logró identificar y contextualizar las aplicaciones de leyes de Ohm y de conservación de la energía. Se identificó el desarrollo inicial que se llevó acabo en el estudio del electromagnetismo. Interpretación del alcance estimado que podría tener el desarrollo de la electricidad, los cuales hoy se ven reflejados.

Materiales Para el estudio de la Ley de OHM se usará el simulador Kit de Construcción de Circuitos: CD, desarrollado por la universidad de Colorado EEUU en el proyecto Phet. Con el simulador podrás construir circuitos de resistencias elementales, serie, paralelo y mixtos con el propósito de analizar la dependencia entre las variables físicas que involucra la Ley de OHM (Voltaje, resistencia y corriente eléctrica). En esta práctica se trabajará con un circuito elemental.

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Simulador – Kit de construcción de circuitos – C.D. Derechos de Autor: https://phet.colorado.edu/es/simulation/circuit-construction-kit-dc Proyecto: Phet – Universidad de Colorado EEUU

Haz clic sobre la palabra simulador para acceder a él. SIMULADOR CIRCUITO DE RESISTENCIAS – LEY DE OHM

Procedimiento Circuito serie: 1. Entre al simulador por medio del link otorgado anteriormente. 2. Relaciónese con los controles y construya circuitos de resistencias en serie, mida voltaje y corriente eléctrica en cada resistencia (utilice voltímetro y amperímetro). 3. Arme el circuito que se muestra en la figura 1. (𝑉 = 60 𝑣,

𝑅1 = 10Ω,

𝑅2 = 5Ω,

𝑅3 = 8Ω).

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Figura 1. Montaje experimental – circuito serie 4. Registre la lectura del amperímetro, elimínelo del circuito y varíe su posición en el circuito para medir la intensidad de corriente que atraviesa cada resistencia (Sugerencia: para medir la corriente levante una terminal de la resistencia y con el amperímetro haga el puente entre esa resistencia y el punto donde estaba). Registre los datos en la tabla 1. 5. Registre la lectura del voltímetro, elimínelo del circuito y varíe su posición en el circuito para medir la diferencia de potencial o caída de voltaje en cada una de las resistencias que compone el circuito (Sugerencia: para medir la diferencia de potencial con las puntas del voltímetro toque los puntos donde se conectan los bombillos). Registre los datos en la tabla 1. Tabla 1. Circuito de resistencias en serie Resistencia 𝑅 (Ω)

Diferencia de potencial

Intensidad de corriente

𝑉 (𝑣)

eléctrica 𝐼 (𝐴)

10,00

20,87

2,61

8,00

13,04

2,61

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5,00

26,09

2,61

Resistencia total 𝑅 (Ω)

Voltaje total 𝑉 (𝑣)

Corriente total 𝐼 (𝐴)

23,00

60,00

2,61

Utilicé la ley de OHM para hallar la resistencia total del circuito (𝑅𝑇 =

𝑉𝑇 𝐼𝑇

).

Análisis de los Resultados 

¿Qué relación existe entre la resistenc...