Experiencia P54: Diodos- Rectificador & Fuente de alimentación Sensor de voltaje, salida de potencia

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1 Experiencia P54: Diodos- Rectificador & Fuente de alimentación Sensor de voltaje, salida de potencia Tema DataStudio ScienceWorkshop (Mac) ScienceWorkshop (Win) Semiconductores P54 Rectifier.DS (Vea el final de la experiencia) (Vea el final de la experiencia) Equipo necesario Cant Del AC/DC Electronics Lab* Qty Sensor de voltaje (CI-6503) 2 Condensador 100 microfaradios 1 Cables de conexión (SE-9750) 2 Diodo, 1N Diodo emisor de luz (LED), rojo 1 Resistencia, 1 kilohm (k ) 1 Resistencia, 330 ohm 1 Resistencia, 10 ohm 1 Cable, 13 cm 1 Cable, 26 cm 1 IDEAS PREVIAS En esta experiencia explorará algunas de las aplicaciones básicas de los diodos. Cuando concluya la experiencia, entenderá mejor a importancia del filtrado y rectificado de una corriente alterna. Cuál es un ejemplo de un dispositivo que utilice el diodo? Anote su respuesta en la sección Informe de Laboratorio. FUNDAMENTO TEÓRICO Un diodo (o un rectificador de unión p-n ) es un dispositivo electrónico que solamente permite que circule intensidad en sentido directo cuando se aplica Salida de una tensión de polarización directa a través de él. Si la alimentation tensión es demasiado baja no circula corriente a través del diodo. Si la tensión es inversa, no circula corriente a través del diodo (excepto una intensidad inversa muy pequeña) Un diodo se puede utilizar para proporcionar una corriente CC a partir de una fuente de CA. En otras palabras, el diodo rectifica la corriente CA. Cuando los condensadores filtran la corriente rectificada, el diodo forma parte de una fuente de alimentación Overview Diodo R L Sensor voltaje P PASCO scientific p. 189

2 RECUERDE Siga las instrucciones de seguridad. Hay cuatro Unidades en el laboratorio de diodos. Ha completado las dos primeras Unidades en la experiencia anterior. Completará la Unidad tercera y la unidad cuarta en esta En la tercera unidad rectificará una señal senoidal generada por la " salida" del interfaz. En la última unidad construirá la circuitería básica de una fuente de alimentación. Utilice DataStudio o ScienceWorkshop para registrar y analizar los datos. PROCEDIMIENTO UNIDAD TRES RECTIFICACIÓN DE UNA ONDA SENOIDAL PARTE IA: CONFIGURACIÓN DEL ORDENADOR 1. Conecte el interfaz al ordenador, encienda el interfaz y el ordenador. 2. Conecte un sensor de voltaje al Canal analógico A Conecte el segundo sensor de voltaje al Canal analógico B. 3. Conecte los cables a los terminales de SALIDA del interfaz 4. Abra el archivo titulado: DataStudio ScienceWorkshop (Mac) ScienceWorkshop (Win) P54 Rectifier.DS ((Vea el final de la ((Vea el final de la experiencia) experiencia) El archivo DataStudio también contiene el Workbook. Lea las instrucciones en el Workbook. El archivo contiene un osciloscopio que muestra " Tensión Canal A" y " Tensión canal B" y la ventana del generador de señales que controla la " salida". Mire las páginas del final de esta experiencia para obtener información de cómo modificar el archivo de ScienceWorkshop El generador de señales para la unidad tres está configurado para una salida senoidal de 3 Voltios a 2 Hz. La salida está configurada para arrancar y parar automáticamente cuando se inicia y para la recogida de datos. P PASCO scientific p. 190

3 PARTE IIA: CALIBRADO DEL SENSOR Y MONTAJE DEL EQUIPO No se necesita calibrar el Sensor de voltaje 1. Conecte el diodo 1N-4007 (negro con una raya gris en un extremo) entre un muelle portacomponentes próximo a terminal tipo banana superior y el muelle porta-componentes al lado izquierdo del terminal banana. Coloque el diodo manera que la raya gris esté en el extremo izquierdo. 2. Conecte la resistencia de 1 K (marrón, negro, rojo) entre el muelle porta-componentes próximo al terminal banana inferior y el muelle porta-componentes a la izquierda del terminal banana inferior. 3. Conecte un cable de 13 cm entre el muelle porta-componentes a la izquierda del diodo y el muelle porta-componentes a la izquierda de la resistencia de 1 k. 4. Ponga las pinzas cocodrilo en las terminales banana de ambos sensores de voltaje. Conecte las pinzas cocodrilo del sensor de voltaje del canal A al cable a ambos extremos del diodo. 5. Conecte las pinzas cocodrilo del sensor de voltaje del canal B al cable a ambos extremos de la resistencia de 1 k. 6. Conecte los cables tipo banana desde los terminales tipo banana del borde de la tarjeta a AC/DC Electronics Lab al terminal de " SALIDA" del interfaz ScienceWorkshop. P PASCO scientific p. 191

4 PARTE IIIA: RECOGIDA DE DATOS-RECTIFICACIÓN DE UNA ONDA SENOIDAL CON UN DIODO 1. Inicie la medida de datos. (Pulse Start en DataStudio o GRAB en ScienceWorkshop.) La traza del canal A del osciloscopio muestra la tensión a través el diodo. La traza del canal B es la tensión a través de la resistencia. 2. Cuando ambas trazas estén completas en el osciloscopio, pare la medida de datos. La siguiente información describe como transferir datos desde el osciloscopio. 3. Transfiera los datos del osciloscopio de forma que puedan ser analizados. En DataStudio, pulse en el icono de entrada Voltage, Ch A y después pulse el botón Transfer Data ( ). Los datos del canal A del osciloscopio se transfieren a la lista Data. Renombre Data como tensión del diodo. Repita el proceso para la tensión canal B, Ch B. Asegúrese pulsar en el icono de Voltage, Ch B para que se haga activo antes de pulsar el botón Transfer Data. Renombre Data como Tensión Resistencia. En ScienceWorkshop, pulse botón superior Datos instantáneos ( ) en la esquina superior derecha del osciloscopio. Esto abrirá la ventana Ingresar la información de los datos Introduzca la información para el Nombre Largo (p.e. Tensión Diodo), Nombre Corto (Diodo V), y Unidades (V), después pulse ACEPTAR. Grabe los datos para la otra traza del osciloscopio. Pulse el botón del medio Datos instantáneos. Introduzca la información necesaria en la ventana Ingresar la información de los datos y después pulse ACEPTAR. Los nombres cortos de los datos aparecerán en la lista de datos en la ventana de preparación. P PASCO scientific p. 192

5 ANÁLISIS DE DATOS- RECTIFICACIÓN DE UNA ONDA SENOIDAL CON UN DIODO 1. Vea los datos el la ventana de gráficas En DataStudio, arrastre Voltage, Ch A Data de "Data list" al icono Graph localizado en la lista "Displays". Arrastre el Voltage, Ch B Data de "Data list" a la misma gráfica que el Voltage Ch A. En ScienceWorkshop, seleccione Gráfico en el menú Mostar Cambie la entrada del eje vertical del nuevo gráfico. Pulse el botón " Menú de entrada" del eje vertical Seleccione " Datos de reserva, Tensión diodo" en el menú de entrada. Pulse el botón Menú añadir gráfica ( ) en la esquina izquierda inferior. Seleccione " datos de reserva, Tensión resistencia" en el menú añadir gráfico. Escale los ejes de ambas gráficas para que tengas aproximadamente la misma escala para el eje vertical. Opcional: si dispone de una impresora, seleccione imprimir ventana activa en el menú archivo P PASCO scientific p. 193

6 PARTE IIIB: RECOGIDA DE DATOS-RECTIFICACIÓN DE UNA ONDA SENOIDAL CON UN LED 1. Quite el diodo del muelle porta-componentes: con cuidado coloque el LED rojo en el muelle porta-componentes.. 2. Repita el procedimiento de recogida de datos como en la Parte IIIA. ANÁLISIS DE DATOS- RECTIFICACIÓN DE UNA ONDA SENOIDAL CON UN LED 1. Repita el procedimiento de análisis de datos que siguió en la Parte IIIA. Opcional: si dispone de una impresora, seleccione imprimir ventana activa... en el menú archivo PARTE IC: CONFIGURACIÓN DEL ORDENADOR-- FUENTE DE ALIMENTACIÓN DIODO ÚNICO 1. Elimine el sensor del voltaje del canal A del interfaz. 2. Elimine el icono de sensor de voltaje de la ventana de preparación En DataStudio, pulse en el icono del sensor de voltaje debajo del canal A para resaltarlo. Pulse la tecla <supr> (<delete>) en el teclado. Pulse OK en la ventana de alerta que se abre. En ScienceWorkshop, amplíe al tamaño completo la ventana de preparación. Pulse en el icono del sensor de voltaje debajo del canal A para resaltarlo. Pulse la tecla <supr> (<delete>) en el teclado. Pulse ACAPTAR en la ventana de alerta que se abre 3. Modifique el generador de señales. En DataStudio, pulse dos veces Output Voltage en la lista Data. En ScienceWorkshop seleccione Generador de señales en el menú experimento Pulse Frecuencia para resaltarlo. Escriba 60 como la frecuencia nueva, y pulse <enter> o <return> en el teclado. 4. Modifique el osciloscopio. En DataStudio, arrastre Output Voltage desde la lista Data a Scope display. En ScienceWorkshop, pulse el menú de entrada para A. Seleccione voltaje de salida en el menú. P PASCO scientific p. 194

7 PARTE IIC: CALIBRADO DEL SENSOR Y MONTAJE DEL EQUIPO- FUENTE DE ALIMENTACIÓN DIODO ÚNICO 1. Sustituya el LED rojo con el diodo 1N-4007 en los muelles porta-componentes superiores Salida de alimentation Diodo 2. Sustituya la resistencia de 1 k con una resistencia de 330 en los muelles porta-componentes próximos a al terminal banana inferior. La resistencia de 330 será la resistencia de carga. 2. Consiga los siguientes elementos que necesitará más tarde en esta experiencia: condensador 100 microfaradios (µf) resistencia, 10, tres diodos 1N-4007 adicionales. R L Sensor voltaje PARTE IIIC: RECOGIDA DE DATOS- FUENTE DE ALIMENTACIÓN DIODO ÚNICO 1. Inicie la medida de datos. (Pulse Start en DataStudio o GRAB en ScienceWorkshop.) La traza senoidal en el osciloscopio es la Tensión de salida del interfaz. La otra traza es la tensión a través de la resistencia. (Nota: La trazas del Tensión de salida y Tensión, Canal B Han sido compensadas para que ambas trazas puedan verse) 2. Pare la medida de datos. 3. Transfiera los datos del osciloscopio como se resumió en la Parte IIIA para el análisis posterior. En DataStudio, pulse el icono de entrada y después pulse botón Transfer Data. Renombre los Datos como Tensión rectificada. En ScienceWorkshop, pulse el botón " datos instantáneos" para el canal. Introduzca la información de los "datos de reserva" para el Nombre largo (p.e. tensión rectificada), Nombre corto (rectificador V), y Unidades (V) como se requiere para grabar los datos para análisis P PASCO scientific p. 195

8 PARTE IIID: RECOGIDA DE DATOS- FUENTE DE ALIMENTACIÓN: DIODO Y CONDENSADOR ( TENSIÓN FITLRADA) 1. Añada el condensador de 100 µf en paralelo con la resistencia de 330. Con cuidado doble los terminales del condensador para que se puedan ajustar al mismo muelle portacomponentes que la resistencia. El condensador actúa como un "filtro" 2. Comience la medida de datos para el condensador en paralelo con la resistencia de 330 ohm. La traza senoidal en el osciloscopio es la Tensión de salida del interfaz. La otra traza es la tensión a través de la resistencia. 3. Pare la recogida de datos. 4. Transfiera los datos del osciloscopio como se resumió en la Parte IIIA para el análisis posterior. En DataStudio, pulse el icono de entrada y después pulse botón Transfer Data. Renombre los Datos como Tensión filtrada. En ScienceWorkshop, pulse el botón " datos instantáneos" para el canal. Introduzca la información de los "datos de reserva" para el Nombre largo (p.e. tensión filtrada), Nombre corto (Filtro V), y Unidades (V) como se requiere para grabar los datos para análisis P PASCO scientific p. 196

9 PARTE IIIE: RECOGIDA DE DATOS FUENTE DE ALIMENTACIÓN: DIODO, CONDENSADOR Y CARGA 1. Añada la resistencia de 10 en paralelo con la resistencia de 330 y el condensador de 100 µf. La resistencia de 10 simula un motor o una bombilla pequeña. 2. Inicie la medida de datos. La traza senoidal en el osciloscopio es la Tensión de salida del interfaz. La otra traza es la tensión a través de la resistencia. 3. Después de un momento o dos, pare la medida de datos. 4. Transfiera los datos del osciloscopio como se resumió en la Parte IIIA para el análisis posterior En DataStudio, pulse el icono de entrada y después pulse botón Transfer Data. Renombre los Datos como Resistencia de carga. En ScienceWorkshop, pulse el botón " datos instantáneos" para el canal. Introduzca la información de los "datos de reserva" para el Nombre largo (p.e. tensión resistencia de carga), Nombre corto (Carga V), y Unidades (V) como se requiere para grabar los datos para análisis. P PASCO scientific p. 197

10 ANÁLISIS DE DATOS-FUENTE DE ALIMENTACIÓN DIODO ÚNICO, PARTES C,D Y E Opcional: Seleccione Save As (guardar como... ) en el menú archivo para grabar los datos. 1. Vea los datos en la ventana de gráfica. En DataStudio, arrastre Voltage, Ch B Data para la Tensión rectificada de la lista Data al icono Graph localizado en la lista Displays. Cambie el Layout del gráfico para permitir que los datos capturados aparezcan en ejes " Y " separados pero en la misma gráfica. Pulse dos veces en el gráfico, seleccione Layout, y después seleccione Do Not Group. Arrastre el Voltage, Ch B Data para Tensión filtrada y después para Tensión en la carga de la lista Data a la gráfica. Nota: Cuando arrastre cada uno de los Voltage, Ch B Data de la listadata a la gráfica asegúrese que el rectangulo indicador abarca el gráfico entero y no solo el eje Y. En ScienceWorkshop, seleccione Gráfico en el menú Mostrar. Cambie la entrada del eje vertical. Pulse el botón Menú entrada. Seleccione Datos de reserva, Tensión Rectificada en el menú de entrada Pulse el botón Menú añadir gráfica en la esquina inferior izquierda de la gráfica. Seleccione Datos de reserva, Tensión filtrada en el menú añadir gráfica. Pulse el botón Menú añadir gráfica en la esquina inferior izquierda de la gráfica. Seleccione Datos de reserva, tensión resistencia de carga en el menú añadir gráfica. Opcional: Si dispone de una impresora, seleccione Imprimir ventana activa... en el menú archivo. P PASCO scientific p. 198

11 PARTE IF: CONFIGURACIÓN DEL ORDENADOR-FUENTE DE ALIMENTACIÓN, CUATRO DIODOS No necesita cambiar la configuración del ordenador. PARTE IIF: CALIBRADO DEL SENSOR Y MONTAJE DEL EQUIPO- FUENTE DE ALIMENTACIÓN, CUATRO DIODOS 1. Quite los componentes (resistencias, diodo, condensador) del tablero AC/DC Electronics Lab circuit board. Deje los cables tipo banana conectados a los terminales del tablero. 2. Ponga un diodo entre los muelles porta-componentes segundo y tercero a la izquierda del terminal tipo banana superior. Coloque el diodo de forma que el extremo de raya gris (cátodo) esté a la derecha (hacia el terminal) 3. Coloque un segundo diodo paralelo al primero entre los muelles portacomponentes segundo y tercero a la izquierda del terminal banana inferior. Coloque el diodo de forma que el extremo de raya gris (cátodo) esté a la derecha (hacia el terminal). 4. Coloque el tercer diodo entre el muelle porta-componentes a la derecha del diodo superior, y el muelle porta-componentes a la derecha del diodo inferior. Coloque el diodo de manera que la raya gris (cátodo) está hacia abajo. 5. Coloque el tercer diodo entre el muelle porta-componentes a la izquierda del diodo superior, y el muelle porta-componentes a la izquierda del diodo inferior. Coloque el diodo de manera que la raya gris (cátodo) está hacia abajo. R L Esta configuración forma un cuadrado. 6. Ponga diagonalmente la resistencia de 330 entre la esquina superior izquierda y la esquina inferior derecha del cuadrado de diodos. 7. Utilice un cable de 13 cm para conectar el muelle porta-componentes próximo al terminal superior y el muelle porta-componentes del terminal derecho del primer diodo. 8. Utilice otro cable para conectar un muelle porta-componentes próximo al terminal banana inferior y el muelle porta-componentes del terminal derecho del terminal izquierdo del diodo inferior 9. Conecte las pinzas cocodrilo del cable negro del sensor de voltaje al muelle portacomponentes de la esquina superior izquierda del cuadrado de diodos (llamado "puente"), P PASCO scientific p. 199

12 Conecte la pinza cocodrilo del cable rojo del sensor de voltaje al muelle porta.componentes de la esquina inferior izquierdas del puente de diodos. negro Al interfaz rojo P PASCO scientific p. 200

13 PARTE IIIF: RECOGIDA DE DATOS-FUENTE ALIMNETACIÓN, CUATROO DIODOS 1. Inicie la medida de datos. La traza senoidal en el osciloscopio es la Tensión de salida del interfaz. La otra traza es la tensión a través de la resistencia. (Nota: Las trazas han sido compensadas para que ambas trazas puedan verse) 2. Pare la medida de datos. 3. Transfiera los datos del osciloscopio como se resumió en la Parte IIIA para el análisis posterior. En DataStudio, pulse el icono de entrada y después pulse botón Transfer Data Renombre los Datos como Rectificación puente. En ScienceWorkshop, pulse el botón " datos instantáneos" para el canal. Introduzca la información de los "datos de reserva" para el Nombre largo (p.e. tensión rectificada puente), Nombre corto (Puente V), y Unidades (V) como se requiere para grabar los datos para análisis. PARTE IIIG: RECOGIDA DE DATOS-FUENTE DE ALIMENTACIÓN, CUATRO DIODOS MÁS CONDENSADOR 1. Ponga el condensador de 100 µf en paralelo con la resistencia de Pare la medida de datos. La traza senoidal en el osciloscopio es la Tensión de salida del interfaz. La otra traza es la tensión a través de la resistencia. (Nota: Las trazas han sido compensadas para que ambas trazas puedan verse) 3. Después de un momento o dos. Pare la medida datos. P PASCO scientific p. 201

14 4. Transfiera los datos del osciloscopio como se resumió en la Parte IIIA para el análisis posterior En DataStudio, pulse el icono de entrada y después pulse botón Transfer Data. Renombre los Datos como Rectificada completa filtrada En ScienceWorkshop, pulse el botón " datos instantáneos" para el canal. Introduzca la información de los "datos de reserva" para el Nombre largo (p.e. tensión rectificada completa filtrada), Nombre corto (Filtrada V), y Unidades (V) como se requiere para grabar los datos para análisis. PARTE IIIG: RECOGIDA DE DATOS-FUENTE DE ALIMENTACIÓN, CUATRO DIODOS, CONDENSADOR Y CARGA 1. Ponga la resistencia de 10 en paralelo con el condensador de 100 µf y la resistencia de Inicie la medida de datos La traza senoidal en el osciloscopio es la Tensión de salida del interfaz. La otra traza es la tensión a través de la resistencia. 3. Después de un momento o dos. Pare la medida datos. 4. Transfiera los datos del osciloscopio como se resumió en la Parte IIIA para el análisis posterior. En DataStudio, pulse el icono de entrada y después pulse botón Transfer Data. Renombre los Datos como Resistencia de carga. En ScienceWorkshop, pulse el botón " datos instantáneos" para el canal. Introduzca la información de los "datos de reserva" para el Nombre largo (p.e. tensión resistencia de carga), Nombre corto (Carga V), y Unidades (V) como se requiere para grabar los datos para análisis. P PASCO scientific p. 202

15 ANÁLISIS DE DATOS-FUENTE DE ALIMENTACIÓN, CUATRO DIODOS Opcional: Seleccione Save As (guardar como... ) en el menú archivo para grabar los datos. 1. Vea los datos en la ventana de gráfica. En DataStudio, arrastre Voltage, Ch B Data para la Tensión rectificada completa de la lista Data al icono Graph localizado en la lista Displays. Cambie el Layout del gráfico para permitir que los datos capturados aparezcan en ejes " Y " separados pero en la misma gráfica. Pulse dos veces en el gráfico, seleccione Layout, y después seleccione Do Not Group. Arrastre el Voltage, Ch B Data para Rectificada completa filtrada y después para Tensión en la carga de la lista Data a la gráfica. Nota: Cuando arrastre cada uno de los Voltage, Ch B Data de la listadata a la gráfica asegúrese que el rectángulo indicador abarca el gráfico entero y no solo el eje Y. En ScienceWorkshop, seleccione Gráfico en el menú Mostrar. Cambie la entrada del eje vertical. Pulse el botón Menú entrada. Seleccione Datos de reserva, Tensión Rectificada completa en el menú de entrada Pulse el botón Menú añadir gráfica en la esquina inferior izquierda de la gráfica. Seleccione Datos de reserva, rectificada completa filtrada en el menú añadir gráfica. Pulse el botón Menú añadir gráfica en la esquina inferior izquierda de la gráfica. Seleccione Datos de reserva, tensión resistencia de carga en el menú añadir gráfica. Opcional: Si dispone de una impresora, seleccione Imprimir ventana activa... en el menú archivo. P PASCO scientific p. 203

16 Informe de Laboratorio IDEAS PREVIAS En esta experiencia explorará algunas de las aplicaciones básicas de los diodos. Cuando concluya la experiencia, entenderá mejor la importancia del filtrado y rectificado de una corriente alterna. Cuál es un ejemplo de un dispositivo que utilice el diodo? CONCLUSIONES Y APLICACIONES 1. En la Unidad tres, Cómo compara la gráfica de la tensión a través del diodo y la tensión a través de la resistencia con la onda senoidal completa? 3. Basándose en sus investigaciones de diodos, Por qué las gráficas de la tensión a través del diodo y la tensión a través de la resistencia de la primera parte de la unidad tres tienen la forma y tamaño que aquellas? 4. En la n Unidad tres, Cómo cambiaron las gráficas de la tensión a través del diodo y la tensión a través de la resistencia cuando cambió el diodo por el LED? Expliquelo.. 4. En la primera parte d la unidad cuatro, qué le sucede a la traza de la tensión a través del diodo cuando se pone el condensador en paralelo con la resistencia? Por qué se considera al condensador como un filtro? 5. En la primera parte de la Unidad cuatro, qué le sucede a la traza de la tensión a través del diodo cuando la resistencia de 10 se añade en paralelo al condensador y a la resistencia? P PASCO scientific p. 204

17 6. En la segundo parte de la Unidad cuatro. Cómo compara la traza de la tensión a través de la resistencia en el puente de cuatro diodos con la traza de la tensión a través de un simple diodo de la primera parte de la Unidad cuatro? 7. Qué le sucede a la traza de la tensión a través del puente de diodos cuando se coloca u condensador en paralelo con la resistencia?. Cómo compara la forma de esta traza con la similar " traza filtrada" de la primera parte de la unidad cuatro? 9. Qué le sucede a la traza de la tensión a través del puente rectificador cuando se coloca una resistencia de 10 en paralelo? Cómo compara la forma de esta traza con la similar " tensión resistencia de carga" en la primera parte de la unidad cuatro? 9. Compare el rendimiento para proporcionar una corriente continua constante y uniforme del circuito con un único diodo con el del puente de diodos, cuando se conecta una resistencia de carga baja. P PASCO scientific p. 205

18 APENDICE. MODIFICACIÓN DEL ARCHIVO ScienceWorkshop Modificación del archivo existente de ScienceWorkshop. Abra el archivo ScienceWorkshop Abra el archivo titulado: ScienceWorkshop (Mac) P47 Diodes Lab 2 ScienceWorkshop (Win) P47_DIO2.SWS Esta experiencia utiliza la característica " salida" (Output) del interfaz ScienceWorkshop 750 para proporcionar un voltaje de salida Elimine el amplificador de potencia en la ventana de preparación de experiencia. Elimine el icono del amplificador de potencia Em la ventana de preparación, pulse en el icono amplificador de potencia y pulse <supr> (delete) en el teclado. Resultado: Una ventana de " peligro" (warning) se abre. Pulse " Aceptar" para volver a la ventana de preparación. Compruebe el osciloscopio El osciloscopio debería mostrar la tensión del canal A y B. Si no fuese asía, utilice en menú entrada para seleccionar canal A para la curva superior. P PASCO scientific p. 206

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