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LAB9_CIRCUITOS ELÉCTRICOS Nombre: Sofia Monroy

Matrícula: A01732974

Etapa 1 Modelo de un circuito eléctrico Instrucciones: A continuación, se te presenta una serie de instrucciones que deberás seguir paso a paso para generar los resultados solicitados. Sé cuidadoso en cada uno y en caso de tener dudas consulta a tu profesor. 1.- Descarga de la siguiente dirección el laboratorio de circuitos eléctricos: http://phet.colorado.edu/en/simulation/circuit-construction-kit-dc

2.- Un circuito eléctrico es un arreglo de conductores, fuentes (baterías) y resistencias que permiten el paso de una corriente eléctrica. Construye un circuito simple que conste de una fuente de 9V con una resistencia interna de 0.5 Ω, una resistencia de un foco de 5 Ω y sus respectivos conductores eléctricos.

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3.- Utiliza el amperímetro para determinar la corriente que recorre el circuito. Nota: Recuerda que un amperímetro debe conectarse en serie para realizar la lectura. Anota el resultado de la corriente: I =1.64 amperes. Se midió la corriente del circuito con ayuda del amperímetro virtual y se obtuvo que la corriente es de 1.64 amperes.

Fig. 1. Valor de la corriente que recorre el circuito 1.

4.- Utiliza el voltímetro y mide el voltaje en la resistencia: V= 0.82 Volts Se midió el voltaje del circuito con ayuda del voltímetro virtual y se obtuvo que el voltaje es de 0.82 volts.

Fig. 2. Valor del voltaje, medido con ayuda del voltímetro, que recorre el circuito 1.

5.- Determina el valor de la corriente utilizando la ley de Ohm: V= R I Página 2 de 10

Cálculos: V I= R I=

0.82 =1.64 Ampers 0.5

Con ayuda de la ley de ohm, que establece que “la diferencia de potencial que se aplica en los extremos de un conductor es proporcional a la intensidad de la corriente que circula por dicho conductor, donde el factor de proporcionalidad es la resistencia eléctrica” (FisicaLab, 2020), se determinó el valor teórico de la corriente del circuito 1. I=

V R

I=

0.82 =1.64 Ampers 0.5

Se obtuvieron 1.64 amperes como valor teórico, el cual coincide con el valor experimental medido en la simulación. Corriente calculada I= 1.64 amperes

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Etapa 2 Circuitos eléctricos resistivos Un circuito eléctrico de resistencias es un arreglo de fuentes y resistencias que suministran densidades de corriente a diferentes elementos eléctricos. Secuencia 1.- De cada uno de los circuitos presentados a continuación, modela en el simulador de circuitos cada uno de los casos presentados. Determina para cada uno las corrientes y voltajes de las resistencias utilizando el voltímetro y amperímetro. Anota tus resultados. 2.- Para cada secuencia, utiliza las leyes de Kirchhoff para la determinación de las corrientes de cada malla y determina con estos resultados los voltajes de cada resistor.

Caso 1

1.- Construye en el simulador el circuito y determina del mismo los valores de: Resistencia equivalente del circuito….Req= 6 Ohms Voltajes: Voltaje en Resistencia de 4 Ohms: V4= -12 volts Voltaje en Resistencia de 3 Ohms: V3= -6 volts Voltaje en Resistencia de 6 Ohms: V6= -6 volts Corrientes Corriente en resistencia de 4 Ohms: I4= 3.00 A Corriente en resistencia de 3 Ohms: I4= 2.00 A Corriente en resistencia de 6 Ohms: I4= 1.00 A

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Fig. 3. Valores de voltaje y resistencia del circuito 2.

Fig. 4. Cálculos teóricos de los valores de voltaje y corriente del circuito 2.

Para obtener los valores teóricos de los voltajes y amperajes en cada resistencia, se utilizó la ley de Kirchhoff, que establece que “la suma de todas las corrientes que fluyen hacia un nodo es igual a la suma de las corrientes que salen del nodo” (KhanAcademy, 2020). El procedimiento seguido para resolverlo se muestra en la figura 4. Se obtuvieron los mismos valores, para corriente y amperaje de todas las resistencias, de manera teórica y de manera experimental utilizando el simulador del circuito 2.

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Desarrollo analítico: 1.- Genera un sistema equivalente de dos resistencias agrupando las resistencias en paralelo de 3, 6 y 4 Ohms. 2.-Dibuja el nuevo circuito con la resistencia equivalente:

Fig. 5. Simulación del circuito 3.

Se realizó un nuevo circuito utilizando, por medio de la técnica de reducción de circuitos mostrado en (Scalahed, 2020), una resistencia equivalente para las resistencias de 6 Ω y 3 Ω del circuito pasado (Circuito 2) sin modificar los demás componentes que formaban el circuito original, obteniendo como resultado que se debía sustituir por una resistencia equivalente de 2 ohms. Los resultados se muestran en la figura 5.

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3.- Empleando la ley de Ohm, determina el valor de la resistencia sobre el circuito equivalente, así como la corriente sobre este circuito equivalente. Resistencia equivalente: 6 Ohms Corriente en circuito equivalente: 3 Ampers

Fig. 6. Cálculos realizados para obtener la corriente y resistencia equivalente del circuito 3.

Se obtuvo el valor de la resistencia equivalente (conformada por las resistencias de 2 Ω y 4 Ω) y posteriormente se utilizó la ley de ohm para obtener el valor de la corriente equivalente. Se obtuvo como resultado que la corriente que circula por el circuito 3 es de 3 amperes, con lo que se pudo comprobar que el circuito fue reducido de manera correcta, ya que se mantuvo el valor original de la corriente para el circuito 2 y para el circuito 3. Se obtuvieron los mismos valores para los cálculos teóricos y para las mediciones experimentales dentro de la simulación, para los circuitos 2, 3 y el circuito equivalente.

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Caso 2: Arreglo de 2 mallas Determina las corrientes en la siguiente malla y los respectivos voltajes en cada resistor utilizando el simulador

Considera para este caso 1= 36 V y 2= 54 V. 1.- Construye con el simulador el arreglo y determina para cada resistencia el voltaje y corriente.

Fig. 7. Algunos valores de voltaje y corriente para el circuito 4.

Se obtuvieron los siguientes valores para corriente y voltaje de cada resistencia con ayuda del voltímetro y el amperímetro virtual: Corrientes Corriente en resistencia de 6 Ohms: Corriente en resistencia de 4 Ohms: Corriente en resistencia de 2 Ohms: Voltajes: Voltaje en Resistencia de 6 Ohms:

I6= 3.07 A I4= 1.10 A I2= 4.17 A

V6= 18.42 volts

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Voltaje en Resistencia de 4 Ohms: Voltaje en Resistencia de 2 Ohms:

V4= 4.39 volts V2= 8.34 volts

2.- Utiliza las leyes de Kirchhoff para generar el análisis de malla y determina la corriente y el potencial en cada resistor.

Fig. 8. Cálculos realizados para obtener los valores de voltaje y corriente de cada resistencia del circuito 4.

Utilizando las leyes de Kirchhoff, se obtuvieron los valores teóricos de corriente y voltaje para las resistencias de 4 Ω, 2 Ω y 6 Ω que conforman el circuito 4. Los cálculos teóricos y resultados se muestran en la figura 8. Se puede observar que algunos resultados varían un poco, pero todos los valores se encuentran en un rango de error de ±0.5%, lo cual no es una cantidad significativa para los cálculos realizados.

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Reflexión: Este tipo de prácticas virtuales son de mucha ayuda para lograr poder comprender los conceptos en clase de una manera más clara, ya que muchas veces con solo utilizar cálculos y ver números es un poco más complicado comprenderlo, mientras que en la simulación podíamos poner el valor de resistencias y voltajes que quisiéramos, medir el voltaje y la corriente en cualquier posición en cuestión de segundos y comparar cómo afecta cada resistencia a los electrones que pasan por ella, así como la forma en que los electrones se distribuyen al llegar a un arreglo paralelo de resistencias. También nos ayuda a comprender mejor las leyes y teorías que se ven en clase, así como poder comprobarlas; por ejemplo, al reducir las resistencias a una sola y ver cómo el voltaje sigue siendo el mismo. En el caso de las leyes de Kirchhoff pudimos comprobar que no importa el sentido que se le da a cada malla, al final los voltajes y corriente serán los mismos. Personalmente pude comprender mejor lo que es el campo eléctrico y como funciona, así como diferenciarlo del potencial eléctrico que a veces llegaba a confundir o no podía interpretarlo de una manera tangible. Referencias: 1. FisicaLab, (2020). Ley de ohm. Recuperado el 21 de julio de 2020 de https://www.fisicalab.com/apartado/ley-de-ohm 2. KhanAcademy, (2020). Las leyes de Kirchhoff. Recuperado el 21 de julio de 2020 de https://es.khanacademy.org/science/physics/circuitstopic/circuits-resistance/a/ee-kirchhoffs-laws 3. Scalahed, (2020). Reduccion de circuitos y ley de ohm.

Recuperado el 22 de julio de 2020 de http://gc.scalahed.com/buscador/recurso/mostrar/1498

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