Práctica 7 Laboratorio de fisica 3 Facultad de ingenieria mecanica y electrica PDF

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Universidad Autónoma de Nuevo León Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica

Práctica No._7_ de Laboratorio de física 3 Nombre de la práctica:_Leyes de Kirchhoff__ Fecha:__28/04/2021__

Brigada:__302__

Semestre __Febrero - Junio___ de 2021 Instructor:_Manuel Alejandro Elizoldo de la Garza__

MATRICULA 2077308 2035522 2077529 1992156 1992052 1992249 2077314

ESTUDIANTE Christian Adrián Nava Mercado Luis Josue Garcia Pecero Suemy Sarahí De la cruz Ostoa Angel Ivan Luna Castillo Andrea Nicole Limón Rivera Nora Itzel Adriano Ulloa Yazmín Sarahí De La Cruz Torres

CARRERA IAE ITS IMTC ITS IMA IEA IMTC

Objetivo de la práctica Para esta práctica se espera que los estudiantes realicen una investigación sobre el tema en cuestión y apliquen los conocimientos adquiridos en su investigación en ejercicios prácticos con un simulador de circuitos. Se espera que se calculen las intensidades de corriente y las diferencias de potencial utilizando las leyes de Kirchhoff y se comparen los resultados con los valores experimentales.

Hipótesis Para un circuito con más de una fuente de energía es más adecuado utilizar las leyes de Kirchhoff, para calcular resistencias y tensiones en cualquier parte del circuito eléctrico baja los parámetros circunstanciales de una corriente directa.

Marco teórico Las leyes de Kirchhoff son dos igualdades que se basan en la conservación de la energía y la carga en los circuitos eléctricos . Fueron descritas por primera vez en 1846 por Gustav Kirchhoff. Son ampliamente usadas en ingeniería eléctrica e ingeniería electrónica. Ambas leyes de circuitos pueden derivarse directamente de las ecuaciones de Maxwell, pero Kirchhoff precedió a Maxwell y gracias a Georg Ohm su trabajo fue generalizado. Estas leyes son utilizadas para hallar corrientes y tensiones en cualquier punto de un circuito eléctrico.

Ley de corrientes de Kirchhoff Esta ley también es llamada ley de nodos o primera ley de Kirchhoff y es común que se use la sigla LCK para referirse a esta ley. La ley de corrientes de Kirchhoff nos dice que: En cualquier nodo, la suma de las corrientes que entran en ese nodo es igual a la suma de las corrientes que salen. De forma equivalente, la suma de todas las corrientes que pasan por el nodo es igual a cero.

La ley se basa en el principio de la conservación de la carga donde la carga en coulombios es el producto de la corriente en amperios y el tiempo en segundos. Por definición, un nodo es un punto de una red eléctrica en el cual convergen tres o más conductores. Esta primera ley confirma el principio de la conservación de las cargas eléctricas.

Densidad de carga variante La LCK sólo es válida si la densidad de carga se mantiene constante en el punto en el que se aplica. Considere la corriente entrando en una lámina de un condensador. Si uno se imagina una superficie cerrada alrededor de esa lámina, la corriente entra a través del dispositivo, pero no sale, violando la LCK. Además, la corriente a través de una superficie cerrada alrededor de todo el capacitor cumplirá la LCK entrante por una lámina sea balanceada por la

corriente que sale de la otra lámina, que es lo que se hace en análisis de circuitos, aunque cabe resaltar que hay un problema al considerar una sola lámina. Esta tasa de cambio del flujo.

Cuando la corriente de desplazamiento se incluye, la ley de Kirchhoff se cumple de nuevo. Las corrientes de desplazamiento no son corrientes reales debido a que no constan de cargas en movimiento, deberían verse más como un factor de corrección para hacer que la LCK se cumpla. En el caso de la lámina del capacitor, la corriente entrante de la lámina es cancelada por una corriente de desplazamiento que sale de la lámina y entra por la otra lámina. Esto también puede expresarse en términos del vector campo al tomar la Ley de Ampere de la divergencia con la corrección de Maxwell y combinando la ley de Gauss, obteniendo:

Esto es simplemente la ecuación de la conservación de la carga en forma integral, dice que la corriente que fluye a través de una superficie cerrada es igual a la tasa de pérdida de carga del volumen encerrado (Teorema de Divergencia). La ley de Kirchhoff es equivalente a decir que la divergencia de la corriente es cero, para un tiempo invariante p, o siempre verdad si la corriente de desplazamiento está incluida en J.

Ley de tensiones de Kirchhoff Esta ley es llamada también segunda ley de Kirchhoff, se la conoce como la ley de las tensiones. En un circuito cerrado, la suma de todas las caídas de tensión es igual a la tensión total suministrada. De forma equivalente, la suma algebraica de las diferencias de potencial eléctrico en un circuito es igual a cero.

En resumen, la ley de tensión de Kirchhoff no tiene nada que ver con la ganancia o pérdida de energía de los componentes

electrónicos (Resistores, capacitores, etc.). Es una ley que está relacionada con el campo potencial generado por fuentes de tensión. En este campo potencial, sin importar qué componentes electrónicos estén presentes, la ganancia o pérdida de la energía dada por el campo potencial debe ser cero cuando una carga completa un lazo.

Campo eléctrico y potencial eléctrico La ley de tensión de Kirchhoff puede verse como una consecuencia del principio de la conservación de la energía. Considerando ese potencial eléctrico se define como una integral de línea, sobre un campo eléctrico, la ley de tensión de Kirchhoff puede expresarse como:

Que dice que la integral de línea del campo eléctrico alrededor de un lazo cerrado es cero. Para regresar a una forma más especial, esta integral puede "partirse" para conseguir la tensión de un componente en específico.

Procedimiento 1.- Abriremos el simulador de circuitos en línea. 2.-Se colocarán los cables, 5 resistencias y 2 baterías en orden para realizar el primer circuito con “Nodos”.

3.- Se modifican los valores de las resistencias. 4.- Se calcularon los datos del circuito con las fórmulas necesarias y obtendremos: Voltaje y las Intensidades, las cuales documentamos y agregaremos a la práctica. 5.- Se modifica el orden para crear el segundo circuito con “Nodos”. 6.- Se repiten los pasos numero 3 y 4. 7.- Se modifica la organización del circuito para volverlo un circuito con “Mallas”. 8.- Se repiten los pasos numero 3 y 4. 9.- Se agregaran otras 2 resistencia y 2 baterías para crear el segundo circuito. 10.- Se repiten los pasos numero 3 y 4

Análisis y cálculos: Planteamiento de los problemas de “NODOS" 1.- Problema 1 utilizando ley de Ohm en corrientes de entrada y salida en el nodo A.

Datos: ● V1: ● V2: ● R1: ● R2: ● R3: ● R4: ● R5:

20 15 10 20 30 40 25

V V Ω Ω Ω Ω Ω

2.- Problema 2 solucionada con matriz 5X5.

Datos: ● VA: 24 V ● VB: 30 V ● R1: 20 Ω ● R2: 12 Ω ● R3: 18 Ω ● R4: 16 Ω ● R5: 24 Ω

Solución de los problemas de “NODOS” 1.- Problema 1

2.- Problema 2

Planteamiento de los problemas de “MALLAS" 3.- Problema 3

Datos: ● VA: 12 V ● VB: 10 V ● R1: 4 Ω ● R2: 6 Ω ● R3: 2 Ω

● 4.- Problema 4

Datos: ● VA: 2 V ● VB : 4 V ● VC: 2 V ● VD : 4 V ● R1: 2 Ω ● R2: 4 Ω ● R3: 2 Ω ● R4: 2 Ω ● R5: 1 Ω

Solución de los problemas de “MALLAS” 3.- Problema 3

4.- Problema 4

Preguntas del instructivo Se cumplieron las hipótesis formuladas acerca de los valores de las intensidades de corriente? Si, teníamos en mente que los valores en cuestión no estarían tan alejados de los valores experimentales. ¿Se cumplieron para los valores de las diferencias de potencial? Si, de la misma manera se esperaba que los resultados fueran similares a los experimentales. ¿Cuáles estuvieron más cerca? Se podría decir que los de intensidad de corriente. ¿Cree usted que las Leyes de Kirchhoff son adecuadas para el cálculo de los parámetros de corriente directa? Puede que haya maneras más sencillas o prácticas de calcular estos parámetros, pero puede llegar a ser necesario saber cómo calcularlos con las Leyes de Kirchhoff ¿Qué importancia práctica le otorga usted a las Leyes de Kirchhoff? En ciertos casos el saber esta ley puede tomar relevancia y podría ser necesario para calcular las corrientes y tensiones dentro de cualquier circuito, incluso esto podría aplicarse en algún área laboral.

Conclusión Podemos decir que la ley de Kirchhoff nos enseña que cuando en un circuito intervienen dos o más fuentes de corriente, además de ramificaciones estamos en presencia de una red eléctrica. Para que resolvamos una red eléctrica es necesario realizar un proceso en el cual calculamos las intensidades de corrientes que circulan por cada rama, conocidas las características de todos los elementos ubicados en la red.

Bibliografía ● Kit de Construcción de Circuitos: CD. (s. f.). PhET. https://phet.colorado.edu/sims/html/circuit-construction-kitdc/latest/circuit-construction-kit-dc_es.html ● IngE Darwin. (2019, 26 junio). LEY DE KIRCHHOFF (NODOS) / https://www.youtube.com/watch? EJERCICIO 1. YouTube. v=KiKMwEG-l3I&t=236s&ab_channel=IngEDarwin ● Profesor Sergio Llanos. (2015, 14 agosto). Leyes de Kirchhoff. Solución de un Circuito. YouTube. https://www.youtube.com/watch? v=Ni37_i656RI&t=553s&ab_channel=ProfesorSergioLlanos ● Camilo Mecatronica. (2017, 18 febrero). ¿COMO RESOLVER UNA MALLA? | METODO FACIL DE ENTENDER | EJERCICIO #1. YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=K2aHGI6oog&ab_channel=CamiloMecatronica ● IngE Darwin. (2019a, abril 15). LEY DE KIRCHHOFF (MALLAS) / EJERCICIO 1. YouTube. https://www.youtube.com/watch? v=1NC9kGDn7Bg&ab_channel=IngEDarwin ● (19 de diciembre de 2012). Obtenido de leyes de kirchhoff corriente y voltaje : https://www.mecatronicalatam.com/es/tutoriales/teoria/leyes-de-kirchhoff/ ● (4 de agosto de 2013). Obtenido de leyes de kirchhoff: https://es.khanacademy.org/science/physics/circuits-topic/circuitsresistance/a/ee-kirchhoffs-laws ● (15 de febrero de 2016). Obtenido de leyes de kirchhoff: https://es.wikipedia.org/wiki/Leyes_de_Kirchho...