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Universidad del Valle Manejo básico de un circuito eléctrico Torres Cañón JD, Dorado Ruiz C, Toro Cifuentes IT Martes, 14 de febrero de 2017 Resumen Se determina experimentalmente y según el significado del código de colores la resistencia en un circuito generada por tres resistencias de diferentes ...

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Universidad del Valle

Manejo básico de un circuito eléctrico Torres Cañón JD, Dorado Ruiz C, Toro Cifuentes IT Martes, 14 de febrero de 2017

Resumen Se determina experimentalmente y según el significado del código de colores la resistencia en un circuito generada por tres resistencias de diferentes valores nominales y un reóstato (o resistencia variable), que están conectados individualmente, en serie y en paralelo, además se determina la resistencia de un circuito, con voltajes y corrientes diferentes, donde las resistencias esta organizadas al igual que como se mencionó anteriormente. Para medir las resistencias se utiliza un multímetro y para medir la resistencia del circuito se construye un circuito simple con una fuente de voltaje donde se varía el voltaje, cables, resistencias y 2 multímetros para medir la variación de la corriente y el voltaje.

Introducción Una resistencia es un semiconductor, es decir, que conduce la electricidad, pero no tan bien en comparación con un material conductor, cuando la electricidad pasa a través de las resistencias parte de ella se convierte en calor. Cuanto mayor sea el voltaje, mayor es la energía. Un ejemplo donde son usadas las resistencias son alguno dispositivos donde el calor producido por estas es el propósito general de los circuitos, como los son las estufas y ollas eléctricas. Para calcular la resistencia usamos la relación entre voltaje y amperaje que es descrita como [1] �=

� �

(1)

Donde R es la resistencia en ohmios (Ω), V es la diferencia de potencial en voltios (V) e I es la intensidad de la corriente en amperios (A). Para el experimento ignoramos la resistencia interna de la fuente de voltaje y la resistencia de los cables.

1

Universidad del Valle Procedimiento experimental Para la construcción de los circuitos y la respectiva medición de las variantes en los circuitos se utilizaron:     

2 Multímetros. 1 Fuente de voltaje DC. 3 Resistencias eléctricas de diferentes valores nominales. 1 Resistencia variable o reóstato. 10 Cables de conexión aproximadamente.

Para la primera parte del experimento donde se determina el valor de las diferentes resistencias se usaron dos métodos, el primero método consistía en usar el código de colores de las resistencias eléctricas, el segundo método consistía en por medio de un multímetro (En posición de Ohmímetro) conectar la resistencia en cada extremo de los terminales. En la segunda parte del experimento usamos la relación entre voltaje, corriente y resistencia descrita en la ecuación (1), de esta manera en un circuito con resistencias organizadas de forma individual, en serie y en paralelo se hizo variar crecientemente el voltaje 10 veces observando como variaba la corriente en el circuito.

Resultados y análisis Los resultados de las mediciones y análisis según están establecidas en la guía se presentan a continuación: R1 (Ω) R2 (Ω) 10.1 20.1 Código de colores ± 0.505 ± 1.005 10.2 19.9 Ohmímetro ± 0.510 ± 0.995 Tabla de datos 1: Valores de las resistencias. Método



R3 (Ω) 33.1 ± 1.655 33.2 ±1.660

RSerie (Ω) 63.3 ± 3.165 63.4 ±3.165

RParalelo (Ω) 5.587 ± 0.838 5.900 ± 0.885

Compare los valores obtenidos en la tabla de datos 1 y analice el resultado en términos de las cifras significativas y las incertidumbres. R. Analizando la tabla de datos 1 en términos de sus cifras significativas se puede observar una precisión mayor con el método de código de colores, sin embargo este método no tiene en consideración la resistencia de los cables y sus tolerancias o incertidumbres son del 5% aproximadamente, por otra parte el método de ohmímetro si tiene en cuenta la resistencia de todo el circuito, pero como se observó en la práctica los valores variaban en gran medida en este último método si se realizaba un movimiento leve en cualquier cable lo cual puede provocar una propagación de error considerable, en conclusión el método del ohmímetro es algo más preciso visto desde 2

Universidad del Valle un punto de vista práctico pues da un valor más aproximado de la resistencia real generada en el circuito, pero este método se debe realizar con condiciones lo más adecuadas posibles, de lo contrario es peor. R1 (Ω)

R2 (Ω) I (A) VRA’ (V) I (A) VRA’’ (V) ± 0.001 ± 0.01 ± 0.001 ± 0.01 0.01 0.098 0.01 0.247 0.02 0.191 0.02 0.351 0.03 0.325 0.03 0.550 0.04 0.428 0.04 0.791 0.05 0.548 0.05 1.026 0.06 0.641 0.06 1.257 0.07 0.756 0.07 1.489 0.08 0.853 0.08 1.723 0.09 0.971 0.09 1.954 0.10 1.097 0.10 2.180 M1 = 11.010909 M2 = 22.307879 ± ΔM1 = 2.224653043 ± ΔM2 = 3.133940896 Tabla de datos 2a: Medición de resistencias en el circuito.

RSerie (Ω) I (A) ± 0.001

RParalelo (Ω) VRs (V)

± 0.01

R3 (Ω) I (A) VRA’’’ (V) ± 0.001 ± 0.01 0.01 0.170 0.02 0.640 0.03 0.980 0.04 1.320 0.05 1.730 0.06 2.150 0.07 2.490 0.08 2.870 0.09 3.300 0.10 3.670 M3 = 38.822424 ± ΔM3 = 6.1659144

I (A) ± 0.001

0.01 0.51 0.01 0.02 1.10 0.02 0.03 1.80 0.03 0.04 2.60 0.04 0.05 3.43 0.05 0.06 4.09 0.06 0.07 4.85 0.07 0.08 5.58 0.08 0.09 6.34 0.09 0.10 7.02 0.10 MS = 73.684848 MP = 6.284848 ± ΔMS = 8.813285741 ± ΔMP = 1.4140908 Tabla de datos 2b: Medición de resistencias en el circuito. 

VRp (V) ± 0.01 0.08 0.15 0.18 0.26 0.30 0.38 0.44 0.52 0.58 0.64

Grafique las variables V (Voltaje) vs I (Corriente) para resistencia de la tabla de datos 2. Calcule las pendientes con sus respectivas incertidumbres.

3

Universidad del Valle R. El cálculo de las pendientes se realizó por el método de mínimos cuadrados y el de sus incertidumbres están descritos en el apéndice 1.

GRAFICA 1: V VS I VOLTAJE (V)

8 7 6 5 R1 R2

4

R3 3

R Serie R Parelelo

2 1 0 0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

CORRIENTE (A)



Analice los resultados de las gráficas. Compare las pendientes con los valores de la tabla 1 en términos de las cifras significativas y las incertidumbres obtenidas. R. Al realizar la comparación en cifras significativas y sus incertidumbres entre las pendientes obtenidas por experimentación en los circuitos y los datos obtenidos en ambos métodos usados en la tabla de datos 1, es evidente que la resistencia obtenida en las pendientes es más grande que en ambos métodos, sin embargo, las magnitudes de las pendientes son más cercanas a los valores obtenidos con el método del ohmímetro.



Establezca una conclusión con respecto al método más preciso de medir resistencias. R. El método más preciso y fiel a la realidad de las circunstancias en los datos es por medio del ohmímetro, el código de colores da una aproximación muy cerca, sin embargo, en el circuito existen diferentes eventos y elementos que pueden variar las características del circuito y esto hace que el código de colores no sea lo 4

Universidad del Valle suficientemente preciso, el ohmímetro por su parte toma en cuenta la resistencia del circuito en general. Conclusiones Se han calculado diferentes resistencias en un circuito, los principales resultados son los de la mayor precisión del ohmímetro con respecto al método de código de colores y las resistencias organizadas en un circuito de forma paralela hace que la resistencia se disminuya considerablemente por el contrario la organización en forma serie hace que la resistencia se comporte como una unidad que actúa como el total de resistencias.

Apéndice 1 En este apartado del informe se encuentran los cálculos relacionados con las incertidumbres y propagación de errores en los experimentos realizados. 

Las incertidumbres de los voltajes y la corriente en la tabla de datos 2 son consecuencia de la precisión de multímetro para calcular dichas magnitudes.  En las pendientes de cada resistencia la incertidumbre del cálculo es dado por la propagación de error del voltaje y la corriente, por lo cual la incertidumbre esta descrita por la ecuación (1), tomando R como la pendiente, así tenemos que �=

�� 1 �� � � ⇒ = ∧ =− 2 �� � �� � � �� = |

�� �� | + |�. 2 | � �

�� �� �� = | |+| | � � �

�� = � (|

�� �� | + | |) � �

Así podemos determinar la propagación de error para cada pendiente.

Bibliografía 

[1] Serway RA, Jewett JW. Física para ciencias e ingeniería con Física Moderna. Volumen 2, 7a Ed. Capítulo 27: Corriente y resistencia.

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