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Resistencia de una pila UTP...

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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PEREIRA FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS

RESISTENCIA INTERNA DE UINA PILA

KAREN SOFIA CASANOVA CASTILLO 1.193.039.873 MARIA VICTORIA QUESADA PEÑA 1.112.768.760 LAURA TASCON ROSERO 1.010.096.880

LABORATORIO DE FÍSICA II GRUPO 3 GRUPO INTERNO 6 HORARIO MIERCOLES 12 – 2

LUIS GUILLERMO HENAO MELO FECHA DE ENTREGA SEPTEMBRE 18 DEL 2019

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RESUMEN

Por medio de la construcción de un circuito eléctrico con una pila, observar los cambios que ocurren en el voltaje y la resistencia al tener una corriente determina. Realizar mediciones ascendentes y descendentes que permiten establecer la relación entre el voltaje y la resistencia externa, determinando así la resistencia de la pila.

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INTRODUCCION

Se realiza el montaje eléctrico con una pila con voltaje de 6,22 v; el cual tendrá conectado un amperímetro Leybold y un multímetro de Fluke que permite tomar las medidas de voltaje, resistencia y corriente. Al realizar las diez mediciones de corriente de manera ascendente y descendente realizar gráficas de relación y calcular la resistencia interna de la pila.

OBJETIVOS  Estudiar la influencia que ejerce la resistencia interna de una pila sobre la diferencia de potencial existente entre sus bornes y medir dicha resistencia interna.  Calcular la resistencia interna de la pila.

MARCO TEORICO

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RESISTENCIA INTERNA DE UNA PILA La resistencia interna de una batería consiste en dos componentes: la resistencia eléctrica u óhmica y la resistencia iónica. La resistencia eléctrica es una medida de la oposición al flujo de corriente en un circuito eléctrico, mientras que la resistencia iónica es una medida de la oposición al flujo de corriente debido a factores internos como el área de la superficie de los electrodos y la conductividad electrolítica. Los valores óhmicos internos (resistencia de CA) pueden ser útiles como herramienta de tendencias y pueden ayudar a indicar el estado general de una batería que se está midiendo. Esta resistencia de CA se puede medir mediante un "método de inyección" donde una pequeña cantidad de corriente, por ejemplo 1000 Hz de CA, se inyecta en la batería. Entonces, cualquier variación se calcula usando la Ley de Ohm. En general, una resistencia interna más baja indica una capacidad superior; por lo tanto, un aumento de la resistencia interna a través del tiempo puede indicar una disminución de la capacidad de la batería o la degradación. La medición de la tendencia a través del tiempo indicará las celdas más débiles o anormales. Sin embargo, es importante señalar que la resistencia interna varía entre las diferentes baterías y sus fabricantes.

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DESCRIPCIÓN DE MATERIALES Y EQUIPO

Reóstatos de 100 Ω o de 300Ω

Multímetro de Fluke

Amperímetro análogo Pasco o similar

Pila comercial de 6 volt, en buen estado

Fuente de poder o Pila de 10 v

Voltímetro

PROCEDIMIENTOS

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Medición de la resistencia interna de una pila: 1. Instale el circuito de la imagen 1. En la imagen 1, E es la fem de una pila comercial de 6 volt, r es su resistencia interna, S es un interruptor, V y A son los medidores de voltaje y corriente respectivamente, R es un reóstato e I es la corriente que circula por el circuito. 2. Con el interruptor S abierto (I=0 A), el voltímetro Fluke mida la fem E de la pila, si se coloca entre los terminales a y b de la rama superior del circuito representado en la imagen 1; escriba éste valor de E en el renglón ubicado sobre la tabla 1.

Imagen 1 3. Energice el circuito (cerrando el interruptor), ajuste el reóstato R hasta que el amperímetro marque aproximadamente la primera magnitud de la intensidad de corriente indicada en la columna de la izquierda, tabla 1, con el óhmetro determine el valor de la resistencia R y además mida la tensión V a−b en los bornes de dicha resistencia cuyos valores se llevaran a la columna respectiva de la misma tabla. 4. Repita la instrucción anterior para todos los valores de la intensidad de corriente anotados en la tabla 1, primero en orden creciente (columnas de la izquierda) y después en orden decreciente (columnas de la derecha). 5. Complete las columna V1 de la tabla 1, allí escriba en cada casilla correspondiente el valor de la diferencia E−V a−b

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TABLA 1.

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DATOS OBTENIDOS

Datos iniciales I (mA) 0 100 150 200 250 300 350 400 450 500

Datos iniciales I (mA) 500 450 400 350 300 250 200 150 100 0

ASCENDENTE E: 6,22 V Ef: 6,17 V V (a-b) V1 (V) RΩ 6,06 0,16 333,8 5,85 0,37 56,1 5,68 0,54 37,5 5,47 0,75 26,8 5,27 0,95 21,1 4,62 1,60 15,1 4,50 1,72 12,4 4,42 1,80 10,9 4,35 1,87 9,6 4,30 1,92 8,7

DESCENDENTE E: 6,22 V Ef: 6,17 V V (a-b) V1 (V) RΩ 4,31 1,91 8,5 4,41 1,81 9,8 4,49 1,73 11,1 4,55 1,67 12,6 4,64 1,58 15,1 4,73 1,49 18,4 4,78 1,44 22,7 4,88 1,34 31 4,98 1,24 44,2 6,06 0,16 333

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ANALISIS Y DISCUSION DE RESULTADOS ANALISIS Y GRAFICOS

1. Representar gráficamente y por separado en sendas hojas de papel milimetrado, V1 en función I y V a−b en función de I.

V (a-b) EN FUNCION DE I ASCENDENTE 7.00 6.00

f(x) = − 0 x + 6.17

V(a-b)

5.00 4.00 3.00 2.00 1.00 0.00

0

100

200

300

400

500

600

CORRIENTE (I)

V1 EN FUNCION DE I ASCENDENTE 2.50 2.00

f(x) = 0 x + 0.05

V1

1.50 1.00 0.50 0.00

0

100

200

300

CORRIENTE (I)

400

500

600

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V(a-b) EN FUNCION DE I DESCENDENTE 7.00 6.00 f(x) = − 0 x + 5.51

V (a-b)

5.00 4.00 3.00 2.00 1.00 0.00

0

100

200

300

400

500

600

400

500

600

CORRIENTE (I)

V1 EN FUNCION DE I DESCENDENTE 2.50 2.00

f(x) = 0 x + 0.71

V (a-b)

1.50 1.00 0.50 0.00

0

100

200

300

CORRIENTE (I)

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2. Determinar la pendiente para cada gráfica construida. V(a-b) en función de I ASCENDENTE PENDIENTE -0,0041 V1 en función de I ASCENDENTE PENDIENTE 0,0041 V(a-b) en función de I DESCENDENTE PENDIENTE -0,0027 V1 en función de I DESCENDENTE PENDIENTE 0,0027

3. Deduzca las ecuaciones que relacionan las variables gráficas. V(a-b) en función de I ASCENDENTE ECUACION y=-0,0041X + 6,1687 V1 en función de I ASCENDENTE ECUACION y= 0,0041X + 0,0513 V(a-b) en función de I DESCENDENTE ECUACION y= -0,0027X + 5,5142 V1 en función de I DESCENDENTE ECUACION y= 0,0027X + 0,7058

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PREGUNTAS 1. Demuestre que si E y r son la fem y la resistencia interna de la pila y Rv la resistencia interna del voltímetro, la tensión que mide dicho voltímetro entre los bornes del generador (pila) está dada por la siguiente ecuación. RESPUESTA FORMULA PARA CALCULAR EL VOLTAJE V(a-b) E V a −b = r 1+ Rv

V a−b=

6,22 0,0041 1+ 333,8

Rv se reemplaza sucesivamente con los datos de la resistencia obtenidos en clase, dando como resultado el voltaje inicial de la pila; como se demuestra en las tablas 2 y 3

Datos iniciales I (mA) 0 100 150 200 250 300 350 400 450 500

TABLA No 2

ASCENDENTE E: 6,22 V Ef: 6,17 V V (a-b) V1 (V) RΩ 6,06 0,16 333,8 5,85 0,37 56,1 5,68 0,54 37,5 5,47 0,75 26,8 5,27 0,95 21,1 4,62 1,60 15,1 4,50 1,72 12,4 4,42 1,80 10,9 4,35 1,87 9,6 4,30 1,92 8,7

VOLTAJE

6,22 6,22 6,22 6,22 6,22 6,22 6,22 6,22 6,22 6,22

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Datos iniciales I (mA) 500 450 400 350 300 250 200 150 100 0

DESCENDENTE E: 6,22 V Ef: 6,17 V V (a-b) V1 (V) RΩ 4,31 1,91 8,5 4,41 1,81 9,8 4,49 1,73 11,1 4,55 1,67 12,6 4,64 1,58 15,1 4,73 1,49 18,4 4,78 1,44 22,7 4,88 1,34 31 4,98 1,24 44,2 6,06 0,16 333

VOLTAJE

6,22 6,22 6,22 6,22 6,22 6,22 6,22 6,22 6,22 6,22

TABLA No 3

2. De acuerdo con la expresión anterior ¿Podemos medir en forma exacta la fem de una pila utilizando un voltímetro? Justifique su respuesta. RESPUESTA No se puede medir la fem de una pila con un voltímetro porque la pila se va descargando 3. ¿Podemos medir la resistencia interna de una pila utilizando un puente de Wheatstone o un óhmetro profesional? Explique su respuesta. RESPUESTA: No se puede utilizar ninguna de los instrumentos porque el puente de Wheatstone sirve para medir pasivos sin propiedad y el óhmetro profesional o de Fluke puede alterar la resistencia. 4. A partir de las gráficas V1 y V a−b en función de I, determine la resistencia interna r de la pila y discuta su resultado.

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RESPUESTA: V(a-b) en función de I ASCENDENTE PENDIENTE -0,0041 V1 en función de I ASCENDENTE PENDIENTE 0,0041 V(a-b) en función de I DESCENDENTE PENDIENTE -0,0027 V1 en función de I DESCENDENTE PENDIENTE 0,0027

La pendiente da como resultado la resistencia interna de la pila y al ser un valor absoluto es resultado es el mismo y se obtiene la medida requerida, en una da negativa porque las medidas fueron tomadas de manera ascendentes y en la otra da positiva por ser tomada descendentemente.

5. A partir de las gráficas de V1 y V a−b en función de I, determine la intensidad de corriente de corto circuito de la pila. ¿Qué representa dicha corriente? ¿Es posible mantenerla de un modo permanente? RESPUESTA: Para hallar la corriente de corto circuito se emplea la ecuación: E I cc = r

Para las gráficas ascendentes, se reemplaza en la formula siguientes: E: 6,22 r: 0,0041 6,22 I cc = 0,0041

I cc=1517,07

por los

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Para las gráficas ascendentes, se reemplaza en la formula siguientes: E: 6,22 r: 0,0041 I cc =

por los

6,22 0,0027

I cc =2303,70 No es posible mantener la misma corriente cuando es de muchos amperes. 6. Consultar de que factores depende la vida útil de una pila o batería. RESPUESTA: En el papel, las baterías tienen una vida útil de 2 años, 8 años, 10 años, etc. Estas se debilitan, o fallan antes de la vida nominal. FACTORES DE LOS CUALES DEPENDE LA VIDA UTIL DE UNA PILA O BATERIA Las principales cosas que afectan la vida útil de la batería son: 1. DISEÑO: • Exactitud del voltaje • Frecuencia de descargas • Número de descargas • Velocidad máxima de descarga • Magnitud de la descarga • Límite de tensión final • Temperatura de operación • La cantidad de corriente de ondulación y el voltaje permitido, durante la carga, así como la descarga. Este es un régimen muy estricto que tiene que ser seguido con mucha precisión con el fin de lograr la vida de diseño. No muchas instalaciones pueden mantener ese nivel de control 2. TEMPERATURA: • Esta especificación es para la temperatura interna de la batería, y no para la temperatura ambiente de la habitación.

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• Tenga presente que si las baterías se instalan dentro de un gabinete, la temperatura interna de la batería es generalmente 2 grados más caliente que el aire ambiente, y la temperatura en la tapa del gabinete puede ser de 10 F. • PRECAUCIÓN: la vida de la batería se reduce a la mitad por cada 10 ° c por encima de 25 ° c. 3. CICLO DE TRABAJO: Esta es la frecuencia con la que la batería carga y descarga. 4. AMBIENTE: La batería de VRLA se diseña específicamente para ser instalada en los espacios ocupados, es decir, los lugares donde la gente normalmente trabaja. • Los ambientes corrosivos no son lugares donde la gente normalmente trabaja. Se debe tener cuidado para garantizar que el medio ambiente no sea corrosivo. • Voltaje de la carga/del flotador • Corriente máxima de la carga • Ondulación de AC • Mantenimiento de los niveles de fluidos, par de terminales. 7. Consultar sobre pilas recargables, del tipo que usan los celulares y las cámaras de video. RESPUESTA: ¿QUE SON PILAS RECARGABLES? Una pila convencional es descartada cuando su carga se acaba o se queda en un nivel insuficiente de energía (débil). Con una pila recargable, basta utilizar un dispositivo adecuado para que la carga de energía sea restablecida. Con eso , la pila puede ser utilizada nuevamente, numerosas veces Es importante recordar que una pila (o batería) convencional no puede ser recargada. Aunque haya artefactos para eso, la composición química de este tipo de pila no está preparada para recargas. Como consecuencia, pueden ocurrir fugas (e intoxicaciones), un mal funcionamiento del dispositivo, y hasta explosiones

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Las pilas recargables son capaces de recibir recarga, aunque tampoco infinitas veces. La validez patrón de esas pilas depende de su tipo y de su uso adecuado. TIPOS DE PILA RECARGABLE: PILAS NICD (NICKEL CADMIUM) También llamadas de Níquel Cadmio, éste es el tipo de pila recargable que surgió primero. Normalmente, las pilas NiCd son más baratas. Sin embargo, tienen menor tiempo de vida útil, además de tener menor capacidad de carga. Las pilas de Níquel Cadmio pueden sufrir de un problema llamado «efecto memoria». Cuando eso ocurre, la pila deja de ser cargada totalmente por su composición química y da señal de que la carga está completa. Para entender mejor, imagina que una pila tiene un efecto memoria que alcanza un 10% de su capacidad. Eso indica que su carga será del 90%, pues la pila indicará que los un 10% restantes ya están cargados El efecto memoria acontece cuando residuos de carga en la pila inducen la formación de pequeños bloques de cadmio. La mejor manera de evitar este problema es no hacer recargas cuando la batería está parcialmente descargada. Es mejor esperar que la pila se agote y ya no se pueda utilizarla en ningún equipo. Las pilas NiCd están cada vez más en desuso, pues además del efecto memoria, de su menor capacidad y del menor tiempo de vida útil, este tipo de batería es muy contaminante, ya que el cadmio es un elemento químico altamente tóxico y perjudicial para el medio ambiente. PILAS NIMH (NÍQUEL-METAL HYDRIDE) También denominadas de Níquel Metal Hidreto, las pilas NiMH son el tipo más utilizado actualmente, pues ofrecen mayor capacidad, mayor tiempo de vida y soportan más recargas si se las compara al NiCd (dependiendo del fabricante, eso puede no ser verdadero). Además, son menos contaminantes, ya que no utilizan materiales pesados, como el cadmio. Otra ventaja de ese tipo es la no existencia del efecto memoria PILAS LI-ION (ION DE LITIO) Las baterías de ion de litio (Li-ion) son más livianas, tienen una elevada capacidad energética y una alta resistencia a la descarga. No tienen el problema del efecto memoria y soportan un gran número de ciclos de cargas

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Sus problemas principales residen en su rápida degradación y su sensibilidad a las elevadas temperaturas, que pueden resultar en su destrucción por inflamación o incluso explosión. Por el momento son más costosas que las de Níquel. CAPACIDADES DE LAS PILAS RECARGABLES La capacidad de energía de las pilas es medida en mili amperes por hora, cuya sigla es mAh. Así, es necesario conocer el consumo de cada equipo para medir el tiempo de duración de uso de la pila en el dispositivo. Como ejemplo, imagina que tienes un MP3-Player que utiliza una pila del tipo AAA y consume 200 mA. Si la pila tuviera capacidad de 1000 mAh, su duración será de: 1000 / 200 = 5 horas Es claro que ese cálculo no es preciso, ya que otros factores y características del equipo pueden aumentar el consumo. Cuidado con las pilas recargables falsas Con el uso creciente de pilas recargables, la industria pirata no se limitó a falsificar pilas convencionales. Dependiendo del lugar, es mucho más fácil hallar baterías falsas que verdaderas. El motivo de tamaña distribución es la oferta. Las pilas falsificadas -sean convencionales o recargables- pueden traer problemas. Este tipo de pila debe ser evitado, entre otros, por los siguientes motivos:  Frecuentemente posee menos capacidad de la que informa el embalaje.  No utiliza la tecnología especificada, por ejemplo, NiCd en vez de NiMH.  Puede tener calidad inferior y vaciarse más fácilmente;  Puede poseer tiempo de vida útil más corto que el normal. Los falsificadores de pilas se muestran muy habilidosos en este «arte». Aun así, es posible saber cuándo una pila es falsa observando una serie de características. Por ejemplo, es común que los piratas que anuncien que una pila AA tiene 3600 mAh cuando, en verdad, el máximo conseguido hasta ahora (al menos hasta el cierre de este artículo) es de 2600 mAh

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CONCLUSIONES

Al insertar en el núcleo de las bobinas un yugo de hierro la corriente producida aumenta más que si solo hubiera aire entre los núcleos de las bobinas, de igual manera al cerrar el sistema con dicho yugo la corriente es aún mayor, esto debido a que el material de hierro hace que disminuya el flujo disperso al atraer las líneas de campo y darles una ruta directa. Cuando el número de espiras de ambas bobinas es igual la relación entre los voltajes es de alrededor de 1 pero cuando el número de espiras difiere la relación entre los voltajes dependerá de que bobina tiene mayor número de espiras.

El aumento del voltaje de la B2 es proporcional a la relación que se aprecia entre las bobinas, aplicación de la formula Ns/Np.

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BIBLIOGRAFIA

FACTORES DE LOS CUALES DEPENDE LA VIDA UTIL DE UNA PILA O BATERIA (En línea) (21 de Octubre del 2019) https://www.guard1.com/es/Equipos/Vida-dela-bater%C3%ADa.aspx

RESISTENCIA INTERNA DE UNA PILA (En línea) (21 de Octubre del 2019). https://www.fluke.com/es-co/informacion/mejores-practicas/aspectos-basicos-delas-mediciones/pilas-estacionarias/que-es-la-impedancia-de-la-bateria

UNIVERISDAD TECNOLOGICA DE PEREIRA, LABORATORIO DE FISICA 2.9 (En linea) (21 de Octubre del 2019) Disponible en http://media.utp.edu.co/facultadciencias-basicas/archivos/contenidos-departamento-de-fisica/exp-26.pdf...