PRÁCTICAS DE ELECTRICIDAD

Transcripción

1 PRÁCTICAS DE ELECTRICIDAD 1

2 PRACTICA No. 1 CARGA ELECTRICA OBJETIVO. Comprobar las manifestaciones macroscópicas de la carga eléctrica. INTRODUCCIÓN. La carga eléctrica es una propiedad intrínseca de la materia tal como su masa y su volumen y está presente en todo el conjunto de objetos que forman el universo. La sustancia fundamental que da existencia a los cuerpos presentes en la Naturaleza es la materia y ésta a su vez está compuesta por tres partículas elementales que son el protón, el neutrón y el electrón. El protón y el neutrón tienen masa prácticamente iguales, en cambio, el electrón tiene una masa menor que cualquiera de ellos en una relación aproximada de Otra característica de estas partículas es que el protón tiene una carga eléctrica de x C y el electrón tiene carga eléctrica de x C, además el neutrón es una partícula que externamente y en condiciones normales manifiesta no tener carga eléctrica alguna. Los átomos son conglomerados de estos tres tipos de partículas en los cuales los protones y neutrones se encuentran localizados en su núcleo y por lo tanto tienen una carga eléctrica positiva. Los electrones en cambio, se encuentran girando fuera del núcleo en órbitas propias de tal manera que la relación existente entre el diámetro del núcleo y el diámetro de las órbitas de los electrones es de aproximadamente 10 5, lo cual implica que el espacio existente entre el núcleo y las capas de electrones está prácticamente vacío. Los objetos macroscópicos formados por átomos de distintos elementos permanecen eléctricamente neutros, sin embargo, es posible romper este equilibrio mediante un proceso que permita aumentar o disminuir la cantidad de carga. Una forma para cargar eléctricamente un objeto sólido es mediante frotamiento, acción en la cual existe un arrastre de transportadores de carga, lo cual propicia que un cuerpo aislado se cargue eléctricamente. Otra forma de cargar objetos es por inducción la cual consiste en acercar al objeto a cargar, un elemento que previamente haya sido cargado. Estos dos métodos para cargar cuerpos serán aplicados en la presente práctica. MATERIAL Y EQUIPO. Para el desarrollo correcto de la presente práctica, es necesario contar con el siguiente material y equipo. 2

3 1. Un soporte universal 2. Dos barras de plástico 3. Dos barras de vidrio 4. Ropa de lana 5. Un electroscopio 6. Hilo o cáñamo MONTAJE. Coloque el soporte universal como se muestra en la figura 1 y suspenda de éste una de las barras de plástico y una de las de vidrio. Figura 1. Montaje del material de la práctica 1. PROCEDIMIENTO. Con la tela de lana o con su cabello frote la barra de plástico libre para cargarla y acérquela hasta tocar la barra de plástico que se encuentra suspendida. Haga lo mismo con las barras de vidrio. Durante el proceso de frotamiento, es recomendable que el deslizamiento de la barra sobre la tela o el pelo de la persona que realiza la práctica, sea siempre en la misma dirección y sentido. Observe cuidadosamente el comportamiento de las barras. 3

4 Frote nuevamente la barra libre de plástico y acérquela a la barra suspendida sin que se toquen. Haga lo mismo con las barras de vidrio. Acerque ahora la barra libre de vidrio a la suspendida de plástico y posteriormente la barra libre de plástico a la suspendida de vidrio. Para cargar el electroscopio frote cualquiera de las barras y acérquela al disco superior sin tocarlo, posteriormente retire la barra y repita el caso con la otra barra. Descargue el electroscopio tocándolo con la mano. Nuevamente acerque una barra cargada hasta tocar el disco superior del electroscopio, después retire la barra. Posteriormente acerque y retire ambas barras al disco sin tocarlo. Con las observaciones realizadas conteste el siguiente cuestionario. CUESTIONARIO. En una hoja anexa, conteste y comente las siguientes preguntas. Construya los esquemas necesarios para respaldar sus respuestas. 1. Eléctricamente qué sucede al frotar las barras? 2. Qué sucede al tocar las barras suspendidas con las barras que han sido frotadas? 3. Explique qué sucede cuando la barra libre es acercada sin tocar a la barra suspendida si ambas son del mismo material. 4. Explique lo que sucede cuando la barra libre es acercada a la barra suspendida si ambas son de distinto material. 5. Explique en que consiste el término carga por inducción. 6. Explique la causa del desplazamiento de la aguja en el electroscopio cuando la barra es acercada a él. 7. Explique lo que sucede cuando la barra toca al disco en el electroscopio. 8. Cuál es la razón del movimiento de la aguja cuando se acerca la segunda barra al disco sin tocarlo? 9. Explique por qué el electroscopio se descarga al ser tocado con la mano. 10. En base a las observaciones realizadas Cuántos tipos de carga deduce que existen? 11. Cómo se puede definir si dos cargas son del mismo tipo o de diferente clase? 4

5 PRACTICA No. 2 FUERZA ELECTRICA Y LEY DE COULOMB OBJETIVO. Comprobar la Ley de Coulomb cuando dos partículas están eléctricamente cargadas y determinar la magnitud de la fuerza de repulsión. INTRODUCCIÓN. La acción de alterar el equilibrio eléctrico de un cuerpo repercute físicamente en su comportamiento externo en relación al medio que lo rodea. Tal repercusión puede ser detectada y cuantificada si para ello se cuenta con condiciones favorables y se conocen sus características propias. La Ley de Coulomb establece que la magnitud de la fuerza eléctrica de repulsión o atracción entre dos cargas es directamente proporcional al producto de ellas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia de separación entre ellas. Lo anterior indica que si para un caso específico se conocen la masa y la fuerza eléctrica puede determinarse la carga de las partículas en cuestión y a la inversa. Por tal motivo, en la presente práctica se procederá a determinar la fuerza eléctrica y la magnitud de la carga. MATERIAL Y EQUIPO. Para el desarrollo correcto de la presente práctica, es necesario contar con el siguiente material y equipo. 1. Dos péndulos eléctricos 2. Un soporte universal 3. Una barra de plástico (PVC) 4. Una regla o escuadra 5. Ropa de lana MONTAJE. Suspenda los péndulos eléctricos del soporte universal como se muestra en la figura 2. Ambas esferas deben sujetarse desde un punto común. De preferencia evite que la longitud del hilo exceda de 15 cm. PROCEDIMIENTO. Determine la longitud del hilo para cada esfera desde el punto común hasta el centro de la misma; considere la masa de cada esfera igual a 1.8 gramos. Cargue por frotamiento la barra de PVC y acérquela a ambas esferas sin tocarlas, retirándola posteriormente. Repita este paso hasta que las esferas se separen. 5

6 Determine la distancia de separación de centro a centro entre las esferas. En caso de ser necesario volver a cargar las esferas, primero deberán descargarse tocándolas ligeramente con la mano limpia y seca (sin grasa), repitiendo el proceso de carga de la barra por frotamiento. Con las observaciones y mediciones realizadas conteste el siguiente cuestionario. Figura 2. Montaje del material de la práctica 2. CUESTIONARIO. En una hoja anexa, conteste y comente las siguientes preguntas. Construya los diagramas necesarios para respaldar sus respuestas. 1. Eléctricamente Qué sucede con las esferas al ser tocadas con las barras? Por qué? 2. Puede asegurarse que ambas esferas tienen la misma cantidad de carga? Por qué? 3. Construya los diagramas de cuerpo libre para cada una de las esferas indicando las fuerzas que se considera están presentes. 4. Deduzca una expresión algebraica para determinar la magnitud de la fuerza eléctrica en función de los datos conocidos como la masa, el ángulo de separación y la longitud del hilo. 5. Determine la magnitud de la fuerza eléctrica. 6. Determine la cantidad de carga en cada esfera. 7. Considerando que al cargar la barra de PVC por frotamiento se carga negativamente, Cuál es el tipo de carga contenido en las esferas? Por qué? 8. Por qué se descargan las esferas al ser tocadas con la mano? 6

7 PRACTICA No. 3 POTENCIAL ELÉCTRICO OBJETIVO. Determinar las líneas equipotenciales sobre la superficie de un elemento dieléctrico producidas por la presencia de electrodos cargados eléctricamente. INTRODUCCIÓN. El potencial eléctrico se define como la relación existente entre el trabajo necesario para mover una carga en un campo eléctrico y el valor de ésta. Determinar de manera directa al campo eléctrico donde se mueva una carga es prácticamente imposible, sin embargo, éste puede ser determinado a partir del concepto del potencial eléctrico (voltaje) dado que existe una relación entre la geometría de las manifestaciones de cada uno de ellos. Considerando que las líneas de campo eléctrico se definen como las trayectorias hipotéticas que seguirán las cargas libre inmersas en él, entonces se tendría un conjunto denso de probables trayectorias formadas por los puntos que conforman el espacio geométrico. Asimismo, existen conjuntos específicos de puntos los cuales tienen la característica fundamental de que están bajo la acción del mismo potencial eléctrico. Todos estos puntos constituyen las llamadas superficies equipotenciales las cuales tienen a su vez la característica geométrica de ser ortogonales a las líneas de fuerza. Razón por la cual, al conocer los puntos de una superficie o línea equipotencial, puede determinarse la dirección de las líneas de campo eléctrico. MATERIAL Y EQUIPO. Para el desarrollo correcto de la presente práctica es necesario contar con el siguiente material y equipo. 1. Una fuente de poder 2. Un recipiente transparente 3. Un medidor de tensión (voltímetro) 4. Una hoja de papel milimétrico 5. Cinco electrodos (dos de placa, dos de punto y uno de circunferencia) 6. Dos soportes universales 7. Dos o más cables para conexión 8. Agua MONTAJE. Coloque la hoja de papel milimétrico debajo del recipiente transparente. A los lados de este último ponga los soportes universales para apoyar en éstos los electrodos. Conecte uno de los extremos de los cables de conexión a la fuente de poder y el otro a los electrodos, según sea el caso, de modo que se cierre el circuito, como se muestra en las figuras 3a, 3b y 3c. Finalmente vierta un poco de agua en el recipiente transparente. 7

8 Voltímetro - + Fuente de poder - + Electrodo de placa Recipiente con agua Electrodo de placa Figura 3a. Montaje del caso placa-placa. Voltímetro - + Fuente de poder + - Electrodo de punto Recipiente con agua Electrodo circular Figura 3b. Montaje del caso punto-circunferencia. Voltímetro Fuente de poder - + Electrodo de punto - + Recipiente con agua Electrodo de punto Figura 3c. Montaje del caso punto-punto. 8

9 PROCEDIMIENTO. Después de construido el dispositivo, solicite al profesor o al coordinador del laboratorio que revise las conexiones de los cables. No ponga en funcionamiento la fuente sin antes estar autorizado por el instructor. Para el primer caso, coloque los electrodos de placa dentro del recipiente. Una vez colocados adecuadamente encienda la fuente y ajuste el voltaje de la fuente a un valor fijo de 10 volts. Establezca un sistema de referencia utilizando la hoja de papel milimétrico que se encuentra debajo del recipiente y con el voltímetro obtenga el voltaje existente en diferentes coordenadas. Anote sus resultados en la tabla anexa. Para cada caso, obtenga tres valores diferentes de voltaje, y a su vez, para cada uno de estos determine cuatro puntos (x,y) donde éste permanezca constante y anote sus coordenadas en las columnas correspondientes para cada uno de los casos indicados en la tabla anexa. Para el segundo caso, cambie los electrodos de placa a los de punto y repita el proceso anterior. Finalmente cambie los electrodos a los de punto y circunferencia y haga lo mismo. CUESTIONARIO. En hojas anexas, conteste y comente las siguientes preguntas. Construya las gráficas necesarias para respaldar sus respuestas. 1. Para cada uno de los casos construya las gráficas para las curvas equipotenciales correspondientes a los voltaje indicados (considere intervalos regulares). 2. Determine las expresiones algebraicas de las curvas obtenidas anteriormente. 3. Considere que las líneas equipotenciales son perpendiculares a las líneas de campo eléctrico. Trace estas trayectorias. 4. Determine una expresión para el campo eléctrico en función del potencial en cada uno de los casos considerando variaciones regulares. 5. Determine una expresión para calcular el trabajo requerido para llevar una carga eléctrica q o de una placa a otra. 6. Existe alguna relación entre el caso Punto-Punto y un dipolo eléctrico? Cuál es? 9

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11 PRACTICA No. 4 MANEJO DEL MULTIMETRO OBJETIVO. Aprender a utilizar adecuadamente el multímetro para emplearlo como herramienta de gran utilidad en el análisis de circuitos eléctricos y electrónicos fundamentales. INTRODUCCIÓN. Conocer el comportamiento de la corriente y el voltaje que se presenta en dos puntos cualesquiera de un circuito electrónico es fundamental para determinar su funcionamiento o las fallas que en él existan. Así pues, solamente se podrá llegar a éste mediante el uso adecuado del multímetro. El multímetro es un equipo-herramienta, empleado principalmente para medir resistencias (Ω), voltajes en corriente alterna (CA) y corriente directa (CD), amperaje en CA y CD. Algunos pueden medir niveles de ruido electrónico en decibeles (db) o emplearse para probar baterías, transistores y condensadores. ADVERTENCIA. No conecte los cables del multímetro sin antes tener la autorización del profesor o del asesor de laboratorio. MATERIAL Y EQUIPO. Para el desarrollo correcto de la presente práctica es necesario contar con el siguiente material y equipo. 1. Un multímetro 2. Tres resistencias 3. Una pila de 9 volts 4. Un foco con cables de conexión PROCEDIMIENTO. Antes de hacer alguna medición es necesario identificar las escalas presentes en la carátula del multímetro, como se muestra en las figuras 4a y 4b. En la práctica real, las escalas están numeradas y/o en colores para su rápida identificación. Las principales escalas son: OHMS para resistencias, DC para corriente directa, AC para corriente alterna y db para decibeles. La escala para medir resistencias empieza en 200 y termina en 20 M, el rango de medición aumenta de acuerdo a la expresión 2x10 n, donde n varía de 2 a 6. Los valores obtenidos en la pantalla no deben ser afectados por ningún factor, son valores directos. 11

12 La perilla de selección se ubica en la parte central del tablero y puede girarse en cualquier dirección a elección del operador. Para el símbolo de resistencia (Ω, ohms), la perilla puede indicar hacia valores de x 200, x 2 k, x 20 k, x 2 M, etc. Para la corriente directa, la perilla puede variar desde 200 µa hasta 2 A con fusible y hasta 10 A sin fusible. Figura 4a. Carátula de un multímetro digital. Figura 4b. Carátula de un multímetro analógico. SUGERENCIA. Cuando no se conoce el nivel de voltaje a medir, se debe utilizar la escala más alta y reducir si es necesario. Para el voltaje, se tienen posiciones desde 200 mv hasta 1000 volts en CD y de 200 mv hasta 700 volts en VCA. Los cables que se utilizan son dos, generalmente uno es de color negro y el otro de color rojo. La entrada COM (común) es la relativa al negativo o tierra y ahí se conecta el cable negro. Dependiendo de lo que se quiera medir (voltaje, amperaje o resistencia), el cable rojo se conecta en la entrada indicada con V, A u Ω. Cuando se pretende medir corrientes mayores a 10 ACA existen otras entradas y otras posiciones de la perilla. 12

13 PROTECCIÓN DEL EQUIPO. Antes de realizar mediciones es necesario verificar que la perilla esté en la escala respectiva a la medición y además que indique el máximo valor posible. Verifique que el signo de la polaridad sea el correcto ( + para el positivo). MEDICION DE RESISTENCIA. Antes que nada, desconecte o retire las fuentes de energía del circuito si los elementos están integrados a él. Para medir resistencias se utiliza la escala de OHMS, coloque la perilla en el máximo factor, conecte los cables en las entradas correspondientes (COM y Ω), toque las puntas de los cables entre sí, y con los caimanes de los cables toque los extremos de las resistencias. Si al disminuir la escala, la pantalla muestra el valor de 1.0 al medir la resistencia, separe los caimanes de la resistencia, pase la perilla a la escala superior inmediata y lleve a cabo la medición. Utilice la escala adecuada de tal manera que se facilite la lectura del valor de la resistencia. MEDICION DE CORRIENTE DIRECTA. Para medir corriente directa con valores menores a 2 A, coloque la perilla indicando este valor, conecte el cable (+) a la fuente y el negro al elemento por donde pasará la corriente. Posteriormente complete el circuito uniendo al elemento con el negativo de la fuente a través de otro cable. Tome los valores en la escala DC. Si al disminuir la escala, la pantalla muestra el valor de 1.0 al medir la resistencia, separe los caimanes de la resistencia, pase la perilla a la escala superior inmediata y lleve a cabo la medición. Para valores menores de 10 A, coloque la perilla en la posición indicada. MEDICIONES DE VOLTAJE EN CD. Coloque la perilla en el máximo factor de VDC, coloque los cables en los extremos del elemento del cual se necesita conocer su caída de voltaje (es decir, en paralelo). Tome los valores del voltaje en la escala DC. Si al disminuir la escala, la pantalla muestra el valor de 1.0 al medir la resistencia, separe los caimanes de la resistencia, pase la perilla a la escala superior inmediata y lleve a cabo la medición. 13

14 MEDICION DE CORRIENTE ALTERNA. Verifique que la perilla esté en ACA, utilice las escalas correspondientes a AC en su máximo valor permisible, coloque el amperímetro en serie con el equipo al cual se le desea medir la corriente, tome la lectura en la escala AC. MEDICIONES DE VOLTAJE EN CA. Coloque la perilla en el máximo factor de ACV (selector de AC). Coloque el multímetro en paralelo con el equipo o elemento al cual se le desea determinar su caída de voltaje, tome la lectura en la escala AC (vrms). NOTA. Los multímetros pueden ser digitales o analógicos con distintos factores y/o escalas, el procedimiento para su manejo es similar en ambos. CUESTIONARIO: En una hoja anexa, conteste y comente las siguientes preguntas. Construya los esquemas necesarios para respaldar sus respuestas. 1. Cómo se mide con el multímetro la resistencia de un elemento longitudinal cualquiera? 2. Cuáles son las unidades para medir resistencias, corrientes y voltajes respectivamente? 3. Investigue a que se refiere el término voltaje eficaz. 4. Construya el esquema representativo para la medición de resistencias. 5. Construya el circuito representativo para la medición de la corriente que circula por el elemento. 6. Construya el circuito representativo para la medición de la caída de voltaje en un elemento. 7. Investigue cual es la diferencia entre corriente alterna y corriente directa. 14

15 PRACTICA No. 5 CAPACITORES EN SERIE Y PARALELO OBJETIVO. Determinar los valores de los parámetros eléctricos de un circuito de capacitores cuando sus componentes forman arreglos en serie o en paralelo. INTRODUCCIÓN. En general, los capacitares son dispositivos que almacenan carga, se usan comúnmente en gran variedad de circuitos eléctricos, por ejemplo, para sintonizar la frecuencia de los receptores de radio, como filtros en las fuentes de poder, como dispositivos de almacenamiento de energía en la unidades electrónicas de destello, etc. Básicamente, un capacitor consta de dos conductores que poseen cargas iguales pero de signo opuesto. La propiedad que tiene un conductor para almacenar carga se mide por una cantidad llamada capacitancia, ésta depende de su geometría y del material que separe los conductores cargados. La capacitancia C de un capacitor se define como la razón de la magnitud de la carga en cualquiera de los dos conductores a la magnitud de la diferencia de potencial entre ellos: Q C V Por definición, la capacitancia siempre es una cantidad positiva, y como se puede observar, puesto que la diferencia de potencial aumenta al incrementarse la carga almacenada, la razón Q/V es constante para un capacitor dado, por lo tanto, la capacitancia de un dispositivo es una medida de su capacidad para almacenar carga y energía potencial eléctrica. Dos o más capacitores están en serie cuando al conectarse todos ellos extremo con extremo, la corriente sigue una misma trayectoria entre dos puntos tal que no existe derivación o rama alguna entre los extremos del arreglo. En este caso, la carga q es la misma en cada capacitor. Dos o más capacitores están en paralelo cuando las terminales positivas se conectan a un conductor común y las negativas a otro conductor común. En este caso, la diferencia de potencial V es la misma en cada capacitor. MATERIAL Y EQUIPO. Para el desarrollo correcto de la presente práctica, es necesario contar con el siguiente material y equipo. 1. Una fuente de poder 2. Cuatro capacitores 3. Un multímetro 15

16 4. Una plantilla protoboard 5. Dos o más cables para conexión MONTAJE. Conecte los cables de conexión a la fuente de poder y construya un arreglo de cuatro capacitores en serie sobre la plantilla protoboard. Realice lo indicado en la parte de Procedimiento. Posteriormente forme otro arreglo en paralelo con los capacitores restantes sobre la plantilla (véase figura 5 y anexo 1 de estas prácticas). + E - C1 C C3 C E - C1 - C2 - C3 - C4 - Figura 5. Diagrama de conexión de los capacitores en serie y en paralelo. PROCEDIMIENTO. Establezca en la fuente un voltaje constante de 15 volts. Utilice primero el arreglo en serie. Mida con el multímetro, para cada elemento, la diferencia de potencial. Para conocer las caídas de voltaje asociadas con un capacitor, el multímetro deberá colocarse en forma paralela al elemento y la lectura deberá tomarse en la escala correspondiente. Nota importante: Antes de comenzar a medir las diferencias de potencial, asegúrese que el circuito está conectado correctamente para evitar accidentes. Si tiene dudas al respecto solicite el apoyo del encargado del laboratorio. Posteriormente utilice el arreglo en paralelo. Con el multímetro mida la diferencia de potencial existente en cada elemento. Con las lecturas tomadas complete las tablas correspondientes a cada caso. Resuelva analíticamente los circuitos obtenidos y escriba los resultados en la tabla correspondiente. Obtenga los porcentajes de diferencia entre los resultados obtenidos teóricamente y en el laboratorio. CUESTIONARIO. En hojas anexas, conteste y comente las siguientes preguntas. Construya los esquemas necesarios para respaldar sus respuestas. 16

17 1. Dibuje el diagrama representativo del circuito para el caso en que los elementos estén en serie incluyendo la colocación del multímetro para medir la caída de tensión en los elementos. 2. Dibuje el diagrama representativo del circuito para el caso en que los elementos estén en paralelo incluyendo la colocación del multímetro para medir la caída de tensión correspondiente en los elementos. 3. Para el arreglo en serie, Cuál es la suma total de las caídas de voltaje en los capacitores? 4. Para el arreglo en paralelo Cuál es la suma total de las cargas de los elementos? 5. Cuáles son las posibles causas de las diferencias entre los resultados experimentales y analíticos? 6. Con base en los porcentajes de diferencias existentes entre los resultados, Podría decirse que hay confiabilidad en los resultados prácticos? Por qué? 7. Investigue cuales son los materiales que constituyen los capacitores comerciales (como los utilizados en la presente práctica). 8. Investigue a qué se refieren los términos dieléctrico y resistencia dieléctrica. 17

18 Tabla de resultados Práctica No. 5 Circuito en serie Elemento Capacitancia Carga (analítica) Voltaje (analítico) Voltaje (experimental) %Diferencia Circuito en paralelo Elemento Capacitancia Carga (analítica) Voltaje (analítico) 1 Voltaje (experimental) %Diferencia

19 PRACTICA No. 6 RESISTENCIAS Y CODIGO DE COLORES OBJETIVO. Interpretar la representación del código de colores para resistencias cuando éstas se encuentran marcadas con bandas de diversos colores sobre el cuerpo. INTRODUCCIÓN. Todo lenguaje en la actualidad es un conjunto claramente tipificado de símbolos, cada uno de los cuales tiene un significado específico y los cuales al ser combinados entre sí, proporcionan información sobre la idea a que es referida. En este caso, el lenguaje que nos interesa es el establecido para elementos conductores resistivos los cuales presentan como característica fundamental que son empleados como reguladores de corriente y disipadores de energía en los equipos electrónicos. Tales elementos reciben el nombre de Resistores o Resistencias y consisten en un pequeño alambre conductor resistivo cubierto por una envolvente de cerámica, las cuales sobre su superficie muestran un conjunto de cuatro líneas (o bandas) de colores que indican el valor óhmico de la resistencia del elemento. MATERIAL Y EQUIPO. Para el desarrollo correcto de esta práctica, es necesario contar con el siguiente material y equipo. 1. Un multímetro 2. Diez resistencias de diversos colores 3. Dos cables con punta caimán MONTAJE. Prepare el multímetro como se muestra en la figura 6 para obtener el valor de las resistencias en Ω. PROCEDIMIENTO. Con el multímetro obtenga el valor real de cada una de las resistencias y anótelo en la columna denominada Resistencia real en la tabla anexa. Asimismo, obtenga el valor nominal de la resistencia utilizando su código de colores, haciendo las siguientes consideraciones: Las dos primeras bandas representan los primeros dos dígitos del valor de la resistencia, la tercera el factor, en potencia de diez por la cual debe ser multiplicada la cifra anterior de 19

20 dos dígitos y la cuarta es la tolerancia del fabricante dentro de la cual puede variar el valor del elemento. Figura 6. Montaje del material de la práctica 6. Como las bandas son de color, cada uno de ellos deberá interpretarse según la siguiente tabla. Tabla 1. Código de colores para resistencias Color Número Multiplicador Tolerancia Negro Café Rojo Naranja Amarillo Verde Azul Violeta Gris Blanco Dorado % Plateado % Sin color % 20

21 La representación de las bandas sobre la resistencia es la siguiente: Primer dígito Segundo dígito Multiplicador Tolerancia Para leer una resistencia, inicie por la banda que está más cercana al extremo, tal como se muestra en el siguiente ejemplo donde se cuenta con una resistencia cuyos colores en las bandas con: rojo, verde, naranja y plateado. Rojo Verde Naranja Plateado A cada color le corresponde un valor según la tabla del código de colores: Color Valor correspondiente Posición Rojo 2 Primer dígito Verde 5 Segundo dígito Naranja 10 3 Multiplicador Plateado 10 % Tolerancia Por lo tanto, el valor de la resistencia es: 25 x 10 3 ± 10% Ω. Lo cual indica que el valor de la resistencia es de 25,000 Ω con una tolerancia de 10%, esto indica que el valor real de la resistencia fluctúa entre 22,500 Ω y 27,500 Ω. Para una resistencia con estos colores compruebe su valor real. Para cada una de las resistencias del conjunto identifique sus colores, asígneles su valor según el código, escríbalo en la tabla anexa y posteriormente con el multímetro determine su valor real anotando en la tabla respectiva la resistencia medida. 21

22 CUESTIONARIO. En una hoja anexa, conteste y comente las siguientes preguntas. Construya los esquemas necesarios para respaldar sus respuestas. 1. Construya el circuito representativo para medir la resistencia de un elemento resistor. 2. Cuáles son los colores de la banda que no pueden ser localizados como primero o segundo dígitos? 3. Qué factores utilizaría para representar resistencias menores a 1 Ω? 4. Investigue a que se llama Potencial nominal de una resistencia. 5. Cuál es la relación o relaciones algebraicas que relacionan a la potencia nominal de un resistor con el voltaje aplicado, la corriente y su resistencia? 6. Investigue qué sucede con una resistencia eléctrica cuando continuamente circula por ella una corriente? 7. Cuál es la forma en que una resistencia disipa energía? 8. Cómo puede evitarse el calentamiento en un conjunto de resistencias cuando a través de ellas circulan corrientes eléctricas? 9. Para una resistencia con bandas verde, verde, verde, dorado de 0.5 W de potencia Cuáles son los límites mínimo y máximo de la corriente que puede circular por ella? 10. Qué sucede con las resistencias cuando a través de ellas circulan corrientes mayores a las permitidas? 22

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24 PRACTICA No. 7 CIRCUITOS RESISTIVOS EN SERIE Y PARALELO OBJETIVO. Determinar los valores de los parámetros eléctricos presentes en un circuito resistivo cuando sus componentes forman arreglos en serie o en paralelo. INTRODUCCIÓN. Un circuito eléctrico puramente resistivo es aquel que está formado únicamente por elementos pasivos (resistores) que disipan completamente la energía que les es transferida por una fuente. La potencia es la razón de disipación de energía en función del tiempo. La potencia que disipa un resistor depende de su resistencia propia, de la cantidad de corriente que circula por ella, del voltaje aplicado y de su interrelación con otros elementos resistivos del circuito o arreglo. Dos o más resistencias están en serie cuando al conectarse extremo con extremo, todas ellas, la corriente sigue una misma trayectoria entre dos puntos tal que no existe derivación a rama alguna entre los extremos del arreglo, esto es: M R 1 R 2 R 3 N i i i En este caso, la corriente circulante es la misma para todas las resistencias. Dos o más resistores están en paralelo cuando la corriente total que pasa entre dos puntos tiene tantas divisiones como elementos del arreglo, esto es: 1 i 1 R 2 i 2 M i tot R 3 i 3 i tot N R 4 i 4 En este caso, el voltaje aplicado para todos los elementos es el mismo y la corriente tanto en el punto M como en el punto N es igual a la suma total de las corrientes que pasan por cada elemento. 24

25 MATERIAL Y EQUIPO. Para el desarrollo material y equipo. correcto de la presente práctica, es necesario contar con el siguiente 1. Una fuente de poder 2. Ocho resistencias 3. Un multímetro 4. Una plantilla protoboard 5. Dos o más cables para conexión MONTAJE. Conecte los cables de conexión a la fuente de poder y construya un arreglo de cuatro resistencias en serie sobre la plantilla protoboard. Realice las mediciones indicadas de acuerdo a lo establecido en la parte de Procedimiento. Posteriormente forme otro arreglo en paralelo con las resistencias restantes sobre la plantilla (véase figura 7). R1 R2 + E - R3 R4 + E R1 R2 R3 R4 - Figura 7. Diagrama de conexión de las resistencias en serie y en paralelo de la práctica 7. PROCEDIMIENTO. Establezca en la fuente un voltaje constante de 10 volts. Utilice primero el arreglo en serie. Mida con el multímetro, para cada elemento, la corriente que circula así como la caída de tensión. Para determinar la cantidad de corriente que pasa por cada elemento resistivo, es necesario colocar el multímetro en serie con dicho elemento, de tal manera que la corriente que pasa en primer lugar por la resistencia, posteriormente pasará por el multímetro pudiendo ser determinada en la escala correspondiente. Para conocer las caídas de voltaje asociadas con un elemento resistivo, el multímetro deberá colocarse en forma paralela al elemento y la lectura deberá tomarse en la escala correspondiente. 25

26 Posteriormente utilice el arreglo en paralelo. Con el multímetro mida la corriente que circula por ellas así como la caída de tensión. Con las lecturas tomadas complete las tablas correspondientes a cada caso. Resuelva analíticamente los circuitos obtenidos y escriba los resultados en la tabla correspondiente. CUESTIONARIO. En hojas anexas, conteste y comente las siguientes preguntas. Construya los esquemas necesarios para respaldar sus respuestas. 1. Dibuje el diagrama representativo del circuito para el caso en que los elementos estén en serie incluyendo la colocación del multímetro para medir la corriente y el voltaje en los elementos. 2. Dibuje el diagrama representativo del circuito para el caso en que los elementos estén en paralelo incluyendo la colocación del multímetro para medir la corriente y el voltaje correspondiente en los elementos. 3. Para el arreglo en serie, Cuál es la suma total de las caídas de voltaje en las resistencias? 4. Para el arreglo en paralelo Cuál es la suma total de las corrientes de los elementos? 5. Cuáles son las posibles causas de las diferencias entre los resultados experimentales y analíticos? 6. En base a las diferencias existentes entre los resultados, Puede decirse que hay confiabilidad en ellos? Por qué? 7. Qué podría suceder si las resistencias son de diferentes potencias? 8. En qué forma se disipa la energía en las resistencias? 26

27 Tabla de resultados Práctica No. 7 Circuito en serie Elemento Resistencia codificada Resistencia medida %Diferencia Voltaje experimental Voltaje analítico %Diferencia Elemento Corriente experimental Corriente analítica %Diferencia Potencia experimental Potencia analítica %Diferencia Circuito en paralelo Elemento Resistencia codificada Resistencia medida %Diferencia Voltaje experimental Voltaje analítico %Diferencia Elemento Corriente experimental Corriente analítica %Diferencia Potencia experimental Potencia analítica %Diferencia

28 PRÁCTICAS DE MAGNETISMO 28

29 PRACTICA No. 8 CAMPO MAGNETICO Y LEY DE AMPERE OBJETIVO. Describir las trayectorias cerradas de las líneas de campo magnético producido por la corriente que circula por un conductor eléctrico. INTRODUCCIÓN. Todo elemento conductor que transporte una corriente eléctrica i, inducirá en su espacio circundante un campo magnético B cuya magnitud estará en función tanto de la intensidad de la corriente como de la distancia de separación entre el conductor y el punto donde se desea determinar el campo. El campo magnético se puede visualizar empleando la convención de líneas de campo o líneas de inducción, las cuales tienen la característica geométrica de ser trayectorias cerradas contenidas en el plano perpendicular al eje longitudinal del conductor. Con la realización de esta práctica únicamente se pretende mostrar en forma ilustrativa que cuando se tiene un medio ferromagnético, tal como la limadura de hierro, es fácilmente observable la alineación de las partículas en trayectorias concéntricas en relación al eje del conductor. MATERIAL Y EQUIPO. Para poder realizar adecuadamente esta práctica, es necesario contar con el siguiente material y equipo. 1. Una fuente de poder 2. Un cable conductor 3. Un soporte universal 4. Una placa de aluminio 5. Limadura de hierro 6. Dos o más cables de conexión MONTAJE. Con el material y equipo anterior, construya un arreglo como el mostrado en la figura 8a. PROCEDIMIENTO. Coloque sobre la placa de aluminio la limadura de hierro de tal manera que se tenga una distribución uniforme y delgada (véase figura 8b). Establezca en la fuente un voltaje constante de 10 volts. Observe el movimiento presentado por las partículas de limadura. 29

30 Incremente el voltaje a 15 volts y a 20 volts, observando en cada caso el comportamiento de la limadura. Figura 8a. Montaje del material de la práctica 8. Figura 8b. Distribución de la limadura de hierro al aplicar la corriente. CUESTIONARIO. En base a las observaciones realizadas, conteste y comente las siguientes preguntas. Construya los esquemas necesarios para respaldar sus respuestas. 1. Qué sucede con la limadura de hierro cuando el conductor es conectado a la fuente de corriente? 2. En base al ligero movimiento presentado en las limaduras, puede determinarse una corriente específica? de qué tipo es? 3. Qué sucede a la limadura cuando la corriente es incrementada? 4. Cómo puede ser determinado el vector campo magnético B en un punto cualquiera del plano? 5. Investigue a qué se refieren los términos ferromagnetismo, paramagnetismo y diamagnetismo. 6. Mencione algunos ejemplos de algunas sustancias paramagnéticas, diamagnéticas y ferromagnéticas. 7. Investigue cuáles son las principales características geométricas de las líneas de inducción. 30

31 BIBLIOGRAFÍA 1. Tesis de licenciatura UAEM. Roberto Sarabia Ortiz. Manual de Prácticas para el Laboratorio de Física de la Facultad de Ingeniería. Toluca, Halliday, Resnick y Krane. Física Vol. 2. 3a. reimp. Ed. CECSA. México, Serway, Raymond A. Física Tomo I. 4a. ed. Ed. McGraw Hill. México,