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PRÁCTICA 4: CIRCUITO SERIE, PARALELO Y SERIEPARALELO OBJETIVO: El alumno comprobará el funcionamiento de resistencias variables en aplicaciones de control de voltaje y corriente; inferirá las características de un circuito a partir de las mediciones de corriente y voltaje y la aplicación de la Ley de Ohm; y por último analizará un Circuito Serie - Paralelo aplicando sus conocimientos prácticos y teóricos sobre estos circuitos. MATERIAL Y EQUIPO: Resistencias: 2 de 1 k ohm ½ w 1 de 4.7 k ohms ½ w 1 de 2.2 k ohms ½ w 1 de1.5 k ohms a ½ w 3 de 100 ohms, ½ w 2 de 220 ohms, ½ w 1 de 330 ohms, ½ w 1 Multímetro digital 1 fuente de energía de C.D. variable 1 tablero para armado del circuito ( El protoboard) Conectores necesarios (caimanes y caimán-banana) INTRODUCCIÓN: En un circuito eléctrico se puede encontrar a los elementos de la carga conectados en serie o paralelo, o la combinación de ambos. Es importante conocer las características de corriente y voltaje que tienen estos circuitos ya que este comportamiento se puede reflejar a circuitos con transistores, con circuitos integrados, etc. Un circuito en serie es aquél cuyos elementos están conectados siguiendo sólo una trayectoria que va de la terminal positiva de la fuente a la terminal negativa. El circuito paralelo es otra forma de conectar a los elementos de la carga. Las características de corriente y voltaje de este tipo de circuitos difieren de las características de los circuitos tipo serie. Sin embargo, tanto los circuitos serie y paralelo se encuentran en una infinidad de aplicaciones, y junto con su combinación (serie - paralelo), forman una totalidad de las posibilidades de conectar a los dispositivos en un circuito.

En un circuito paralelo los elementos se conectan directamente en las terminales de la fuente de tal forma que se tendrán varias trayectorias que van de la terminal positiva a la negativa. Un circuito Serie-Paralelo, como su nombre lo indica, es la combinación de ambos circuitos; por lo tanto, las características de cada uno de ellos se cumplirán en las partes correspondientes. No existe una metodología específica para resolver este tipo de circuitos se procede simplemente a hacer un análisis del circuito para reacomodarlo en una forma en que se puedan distinguir con claridad las partes del circuito que están en paralelo y las que están en serie; se procede a aplicar la Ley de Ohm y las propiedades de cada circuito para encontrar las diferentes variables.

DESARROLLO LEA EL DESARROLLO DE LA PRÁCTICA Y RECONOZCA EL MATERIAL QUE VA A UTILIZAR LUEGO REALICE CADA UNO DE LOS PUNTOS Y CONTESTE. EN CASO DE DUDA CONSULTE A SU PROFESOR. I. CIRCUITOS SERIE 1. Del circuito de la Figura 1 : a) Calcule la resistencia total: RT = 9.4 Kohms b) Calcule la corriente total: IT = 1600 mA. 2. Construya el circuito. Ajuste la fuente hasta obtener una lectura de 15 v en el voltímetro, colocado éste entre los puntos AF. 3. Mida el voltaje en cada resistencia: a) VR1 = 1.62 V b) VR2 = 7.46 V c) VR3 = 3.52 V d) VR4 = 2.41 V 4. Mida la corriente de los puntos A, B, C, D y E, indicados en el circuito. (No olvide que para medir corriente debe intercalar el Amperímetro al circuito. Observe la polaridad correcta.) a) IA = 1.60 mA b) IB = 1.60 mA c) IC = 1.60 mA d) ID = 1.60 mA e) IE = 1.60 mA

Regrese su fuente de Energía a 0 Volts Figura 1

1. ¿Cómo es la corriente para cualquier punto del circuito con respecto a la corriente total? R=igual 2. ¿Cómo es el voltaje en cada una de las resistencias con respecto al voltaje total? R=diferente, la suma de los voltajes en cada una de las resistencias suma el voltaje total que se alimenta al circuito, en este caso siendo de 15 volts. 3. Sume el voltaje en cada una de las resistencias y compárelo con el voltaje total medido en el punto a) ¿Son iguales? R= Si b)Explique: Porque en un circuito en serie el voltaje total es la suma de los voltajes en cada una de las resistencias. 4. Agregue una resistencia (R 5) de 1 K ohm al circuito, como se muestra en la Figura 2; realice los siguientes cálculos: a) La resistencia total del circuito RT =10.23 k ohm b) La corriente total del circuito: IT = 1.457 mA Figura 2

6. Ajuste la fuente de energía nuevamente a 15 volts; mida el voltaje en cada resistencia como lo hizo en el punto 3. 4. Mida la corriente en los puntos A, B, C, D, E y F del circuito como lo hizo en el punto 4. a) IA = 1.257 mA b) IB = 1.257 mA c) IC = 1.257 mA d) ID = 1.257 mA e) IE = 1.257 mA f) IF = 1.257 mA Regrese su fuente de energía a 0 volts. Desarme el circuito. 8. Responda las siguientes preguntas: a) ¿Cómo es la corriente para cualquier punto del circuito con respecto a la corriente total? Es igual b) ¿Cómo es el voltaje en cada una de las resistencias con respecto al voltaje total? varia c) Sume el voltaje en cada una de las resistencias, y compárelo con el voltaje total medido en el punto 6. ¿Son iguales? No Explique. Porque el voltaje es el mismo al total en cada una de las resistencias d) El comportamiento de la corriente y el voltaje para ambos circuitos ¿fue el mismo? Escriba la regla general de estos comportamientos: - Para la Corriente: en un circuito en serie la corriente es igual en todas las resistencias; en cambio para un circuito en paralelo las intensidades son diferentes pero estas tienen que sumar la intensidad total. -

Para el Voltaje: Para los circuitos en serie el voltaje es diferente y la suma de cada uno de estos es igual al total y en un circuito paralelo el voltaje es el mismo para cada una de las resistencias.

e) Exprese estas características en forma matemática: V I= I: A v: volts R: ohm - Para la Corriente: R - Para Voltaje: V =I∗R f) Comparando los resultados de ambos circuitos enuncie qué ocurrió con: - La Resistencia Total: Es diferente en ambos circuitos - La Corriente Total Medida: es la misma - El Voltaje en cada Resistencia: en circuitos serie y en paralelo son distintos. Efectivamente, al aumentar la resistencia total del circuito la corriente disminuyo ya que el voltaje de alimentación se mantuvo constante; lo que implica que para circuitos en serie también se cumple la Ley de Ohm. g) ¿Qué ocurre en el circuito serie cuando una de las resistencias se cortocircuita? Todo el circuito se apaga, es decir no fluye corriente por el circuito. h) ¿Qué ocurre en el circuito serie cuando una de las resistencias se abre? Se interrumpe totalmente la circulación de la corriente (se abre el circuito) i) Aplicaciones de circuitos serie y justifique su uso. Series navideñas j) ¿Qué es polaridad? Propiedad de las terminales (polos), que pueden ser negativos y positivos. k) ¿Para qué sirve conocer la polaridad de una resistencia? Las resistencias no tienen polaridad, por esa razón no afecta de que manera se utilicen para hacer mediciones.

l) ¿Qué es la tierra? Se le llama tierra el punto más negativo del circuito. II. CIRCUITO PARALELO 1. Del circuito de la Figura 1: a) Calcule la resistencia total : RT = 2.329kohms b) Calcule la corriente total: IT = 27.3 mA 1. Mida el voltaje en cada resistencia: + a) VR1 =14.06 V. b) VR2 = 14.05 V. c) VR3 = 14.06 V. d) VR4 =14. 06V. 4. Mida la corriente en los puntos B, C, D y E indicados en el circuito. Observe que el punto A es diferente del punto B. La Figura 2ª muestra la forma de conectar el amperímetro. Figura 2

IT

+

B A

R1 = 1K

IB

R1 = 1K

IB

Regrese su fuente de energía a 0V a) IA = 27.31 mA. b) IB = 14.469 mA. c) IC = 11.73 mA. d) ID = 5.86 mA. e) IE = mA. f) ¿Cómo es el voltaje en cada una de las resistencias con respecto al voltaje total, medido éste entre los puntos A y F? es igual en cada una de las resistencias. g) ¿Cómo es la corriente para cualquier trayectoria del circuito con respecto a la corriente total medida (IA)? es diferente. h) Sume la corriente en cada una de las trayectorias (resistencias) del circuito y compárelas con la corriente total en el punto A. ¿Son iguales? Si ¿Por qué? Ya que en un circuito en paralelo la suma de las corrientes en cada una de las resistencias es igual a la total. 5. Con el amperímetro en el punto A y el voltímetro entre A y F ajuste la fuente de energía a 15V.

1. Agregue la resistencia de 1 K ohm en paralelo al circuito. a) ¿Qué ocurre con la corriente? va disminuyendo b) ¿Qué ocurre con el voltaje? Es el mismo 7. Desconecte del circuito, una a una, la resistencia del K ohm que conectó en el punto anterior, R4, R3 y R2. En esta ocasión, ¿qué ocurrió con la corriente? aumento a) ¿Qué ocurrió con el voltaje? Este vario por la diferencia de potencial Regrese la fuente de energía a 0 volts. Desarme el circuito. 8. Responda las siguientes preguntas: a) En un circuito paralelo en general, ¿cómo es la corriente? es diferente en cada una de las resistencias, pero la suma de estas debe ser igual a la total. b) Y, ¿cómo es el voltaje? Para los circuitos es paralelo el voltaje es el mismo en cada una de las resistencias. c) Exprese estas características en forma matemática: - Para la corriente: I t =I 1+ I 2 + I 3+ I 4 … … . . - Para el voltaje: V t =V 1=V 2=V 3 =V 4 … … . . d) Conforme se quitaban resistencias, en el punto 7 resultaba: e) - La resistencia total: Iba aumentando f) - La corriente total medida: disminuye g) - El voltaje en cada resistencia: permanecía constante Efectivamente, al quitar una a una las resistencias, la resistencia total va en aumento, la corriente disminuye, el voltaje de alimentación y las caídas del voltaje se mantienen constantes; lo que implica que para los circuitos en paralelo también se cumple la Ley de Ohm. h) ¿Qué ocurre al circuito cuando una de las resistencias se cortocircuita? No ocurre nada, únicamente se quemarías esa resistencia. i) ¿Qué ocurre con el circuito cuando la resistencia se abre? No ocurre nada j) Enumere 3 aplicaciones de circuitos en paralelo, y justifique su uso. Las instalaciones de luz que tenemos cada uno de nosotros en nuestra casas, así como los circuitos de los refrigeradores, y las estufas III. CIRCUITO SERIE - PARALELO 1. Vuelva a dibujar el circuito de la Figura 1, de tal forma que se localicen fácilmente las resistencias que estén conectadas en paralelo. Figura 1 R1=100 R2=220

R5=100

E = 20 V R3=330

R4=220

R6=100

2. Calcule las resistencias en paralelo y anote sus resultados: RT1 =56.88 ohm RT2 = 1.33 ohm. 3. Construya el circuito y compruebe que los cálculos realizados en los puntos 2 y 3 son correctos. IT = 16.28 mA. 4. Calcule el voltaje en cada resistencia. Considere a las resistencias en paralelo como su equivalente (RT1 y RT2) y compruebe sus cálculos realizando las mediciones convenientes. Valores calculados:

Valores medidos:

VRT1 =0.9 V

VRT1 =1.2 V

VRT2 =0.9 V

VRT2 =1.2 V

VR6 =0.9 V

VR6 =17.6 V

5. Compruebe los cálculos de corriente midiéndolos en el circuito. I1 = 0.017 A I4 = 0.004 A I2 = 0.007 A

I5 = 0.017 A

I3 = 0.002 A

I6 = 0.017 A

6. Escriba la ecuación de la corriente total en relación a las 6 corrientes medidas y compruebe que sus mediciones son correctas: v tot I tot = Rtot 7. Escriba la ecuación del voltaje total en relación a los 6 voltajes y compruebe que sus valores medidos son correctos: Estos se realizan de acurdo a Ley de ohm dado así el v =I ∗R 8. ¿Qué consideraciones de potencia deben hacerse en un circuito Serie-Paralelo? Tener en cuenta que en este tipo de circuitos se tiene que calcular la potencia con los valores (de voltaje e intensidad) de acurdo a donde la soliciten.

Conclusiones Benteño García Juan Luis Los conocimientos de la Ley de Ohm fueron llevados a la práctica y se ha observado cómo la Ley se cumple perfectamente siempre que las conexiones y mediciones son hechas correctamente. Así mismo aprendí a hacer mediciones de voltajes, resistencias y corrientes eléctricas y a establecer relaciones entre estos valores en base al tipo de conexión con la que se esté trabajando, que puede ser en serie, paralelo y serie- paralelo. En un circuito en serie la intensidad tiene valores constantes, así como para en un circuito en paralelo los voltajes son constantes, en este mismo la suma de la medición del voltaje de cada resistencia el igual al voltaje total, cabe mencionar que si no se toman las medidas necesarias, estas condiciones podrían no cumplirse. En los circuitos en serie, los voltajes no se dividen, la corriente siempre se mantiene constante, es por eso que si un foco está fallando toda la serie se afecta. Mientras que las resistencias y las potencias individuales se acumulan. Además de que mientras más

resistencia

haya;

mayor

será

la

caída

del

voltaje.

A menor el voltaje menor la resistencia, y a mayor voltaje mayor resistencia. En los circuitos en paralelo, los voltajes se dividen, la corriente siempre se mantiene constante, solo que en este circuito en paralelo si un foco está fallando la serie no se afecta.

Ruiz García Laura Marlene Con la realización de esta práctica, se determinó las características de un circuito a partir de realizar diversas mediciones de corriente y voltaje y mediante la aplicación de la Ley de Ohm; las cuales son de suma importancia pues, su comportamiento se puede ver reflejado en otros circuitos como pueden ser circuitos con transistores, circuitos integrados, etc. Se observó que en un circuito eléctrico podemos encontrar los elementos de la carga conectados de diferente manera, ya sea en serie, paralelo o una combinación de ambos. Diferenciamos los diferentes tipos de circuitos, pues en un circuito en serie, sus elementos se encuentran conectados en una sola trayectoria que va de la terminal positiva de la fuente a la negativa; por el contrario, en los circuitos en paralelo, sus elementos no están conectados dentro de una misma trayectoria por lo cual, sus características de corriente y voltaje difieren de los circuitos en serie. Por último, en un circuito serie – paralelo, las características de cada uno de ellos se cumplirán donde corresponda. También se comprobó el funcionamiento de resistencias variables en aplicaciones de control de voltaje y corriente y aplicamos nuestros conocimientos teóricos para compararlos con la experimentación en la solución de un circuito serie – paralelo. Concluyendo de esta manera que, tanto los circuitos en serie como los circuitos en paralelo son de gran importancia pues, tienen una infinidad de aplicaciones y forman una gran variedad de posibilidades de conectar los dispositivos en un circuito.

BIBLIOGRAFíA 

CHESTER L. DAWES Tratado de Electricidad Tomo I y II

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS INGENIERÍA QUÍMICA INDUSTRIAL

LABORATORIO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA

BITÁCORA DE LABORATORIO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA PRACTICA No. 4

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