Práctica 6. Circuitos de Corriente Continua

Transcripción

1 Práctica 6. Circuitos de Corriente Continua OBJETIOS Estudiar las asociaciones básicas de elementos resistivos en corriente continua: conexiones en serie y en paralelo. Comprobar experimentalmente las leyes de Kirchhoff. MATEIAL FUNDAMENTO TEÓICO Conexión de resistencias en serie. Se dice que un conjunto de resistencias están conectadas en serie, cuando presentan un trayecto único para el paso de la corriente (figura ). La misma intensidad I de corriente eléctrica circula a través de cada una de las resistencias conectadas en serie, pero entre los extremos de cada resistencia hay una caída de potencial diferente. Si entre los puntos a y b de la figura se aplica una diferencia de potencial, las caídas de potencial en cada resistencia son proporcionales a sus resistencias respectivas: = I, 2 = I 2, 3 = I 3. Como = se debe cumplir también que = , de modo que la resistencia equivalente de varias resistencias dispuestas en serie, es igual a la suma de sus resistencias. Conexión de resistencias en paralelo. Se dice que varias resistencias están conectadas Fig.. Circuito en serie. en paralelo, cuando todas están conectadas a los mismos puntos a y b, tal como se indica en la figura 2. En este caso, existe la misma diferencia de potencial entre los extremos de cada una de las resistencias conectadas en paralelo, pero cada una estará atravesada por una corriente eléctrica diferente. Si entre los puntos a y b de la figura 2 se aplica una diferencia de potencial, la intensidad que circulará por cada resistencia será inversamente proporcional a su resistencia respectiva. Entonces, si I = I + I 2 + I 3 se debe cumplir

2 que 2 3 de modo que la suma de los valores recíprocos de cada una de las resistencias conectadas en paralelo, es igual al valor recíproco de la resistencia equivalente de la agrupación. Entonces, el valor recíproco de la resistencia es 2 3 Conexión de resistencias en serie-paralelo. La figura 3 muestra una asociación serieparalelo de resistencias. En este circuito, está en serie con 2 equivaliendo a una resistencia 2 = + 2, que a su vez está en paralelo con 3, lo que equivale a una resistencia 23. Cuyo recíproco es Fig. 2. Circuito en paralelo. Fig. 3. Circuito en serie-paralelo. Finalmente, esta resistencia equivalente está unida en serie con la resistencia 4, de modo que la resistencia equivalente de toda la asociación serie-paralelo es 234 = Leyes de Kirchhoff. Para averiguar cómo se distribuyen las corrientes en una red de conductores se recurre a las leyes de Kirchhoff. Antes de enunciarlas recordaremos lo que se entiende por nudo, rama y malla de una red. En una red, se llama nudo a todo punto donde convergen tres o más conductores. Constituyen una rama todos los elementos (resistencias, generadores, etc.) comprendidos entre dos nudos adyacentes. Constituye una malla todo circuito (cerrado) que pueda ser recorrido, volviendo al punto de partida, sin pasar dos veces por un mismo elemento. Evidentemente, la intensidad de la corriente será la misma en cada uno de los elementos que integran una rama. Para los nudos y las mallas tenemos las siguientes leyes Primera ley de Kirchhoff (ley de los nudos). Si consideramos positivas las intensidades de corriente que se dirigen hacia un nudo y negativas las que parten del mismo, se cumple que: Σ I = 0. Es decir, la suma algebraica de las intensidades de las corrientes que convergen en un nudo es cero. Esta ley expresa simplemente que, en régimen estacionario de corriente, la carga eléctrica no se acumula en ningún nudo de la red. Segunda ley de Kirchhoff (ley de las mallas). La suma algebraica de las diferencias de fem, en una malla cualquiera de una red, es igual a la suma algebraica de los productos I en la misma malla. Se cumple que: Σ = Σ I. Es decir, la suma algebraica de las diferencias de potencial en los elementos de una malla es igual a cero. MÉTODO OPEATIO. Circuitos básicos Anótese los códigos de colores de las resistencias (véase el código al final de este guión) y el valor de la resistencia según ese código, para todas las resistencias que se indiquen en cada uno de los casos siguientes. Mídase también su resistencia con el óhmetro, anotando el resultado y comentando las posibles discrepancias que haya con el valor dado por su código de color. Dichas

3 resistencias son indicativas. Pueden elegirse los valores indicados u otros de similar orden, si esas resistencias no están disponibles. a) Circuito en serie Conéctese en serie las resistencias: = 330, 2 = 500 y 3 = 3300 ; de forma similar a la indicada en la figura. Sin aplicar la fuente a este montaje, mídase y anótese la resistencia total entre los extremos a y b. Use para ello el óhmetro. Aplíquese una diferencia de potencial no superior a 2 entre los extremos a y b del montaje en serie anterior. Mídase y anótese dicha tensión, así como la tensión existente entre los extremos de cada uno de las resistencias. Para ello, utilice el voltímetro colocándolo siempre en paralelo. Mídase la intensidad de la corriente que circula por el circuito en serie, colocando el amperímetro en serie con las resistencias. Por ejemplo, riendo el circuito en el punto a e intercalando ahí el amperímetro. Qué valor de intensidad de corriente eléctrica circulará por cada resistencia? azone la Tule convenientemente todos los resultados, con indicación de su error y sus unidades. b) Circuito en paralelo Conéctese en paralelo las resistencias: = = 4700y 3 =0000; de forma similar a la indicada en la figura 2. Sin aplicar la fuente a este montaje, mídase y anótese la resistencia total entre los extremos a y b. Use para ello el óhmetro. Aplíquese una tensión no mayor de 2 entre los puntos a y b, del montaje en paralelo anterior. Mídase y anótese dicha tensión. Para ello, utilice el voltímetro colocándolo siempre en paralelo. Cuál será diferencia de potencial existente entre los extremos de cada resistencia? azone su Mídase la intensidad de la corriente eléctrica que circula por cada una de las resistencias. Para ello, utilice el amperímetro en cada una de las ramas, conectándolo siempre en serie. Anote los resultados. Tule convenientemente todos los resultados, con indicación de su error y sus unidades. c) Circuito serie-paralelo Móntese el circuito de la figura 3, utilizando las resistencias: = 470, 2 = 500, 3 = 3300 y 4 = 330. Sin aplicar la fuente a este montaje, mídase y anótese la resistencia total entre los extremos a y b. Use para ello el óhmetro. Mídase y anótese la resistencia 2 de la rama superior (hay que rir la rama inferior). Use para ello el óhmetro (sin aplicar la fuente a este montaje). Mídase y anótese la resistencia 23, es decir, la resistencia equivalente de 2 en paralelo con 3. Use para ello el óhmetro (sin aplicar la fuente a este montaje). Aplíquese una tensión no mayor de 2 entre los puntos a y b. Mídase y anótese dicha tensión, así como la existente entre los extremos de cada resistencia y agrupación de resistencias. Para ello, utilice el voltímetro colocándolo siempre en paralelo. Mídase y anótese la intensidad de corriente eléctrica que circula por cada rama del circuito, así como la intensidad total. Para ello, utilice el amperímetro en cada una de las ramas, conectándolo siempre en serie. Qué valor de intensidad de corriente eléctrica circulará por cada resistencia? azone la Tule convenientemente todos los resultados, con indicación de su error y sus unidades. 2. Leyes de Kirchhoff Móntese el circuito representado en la figura 4, utilizando las resistencias: = 330, 2 = 500 y 3 = Para simular los interruptores puede usar cualquier cle de conexión. Solicite

4 al profesor una segunda fuente de tensión. Si no hay ninguna disponible, puede compartir una fuente que este siendo ya usada, cuando sus compañeros no la estén usando. Ponga una tensión no mayor de 2 en cada fuente. Proceda a medir con el voltímetro la tensión en los bornes de cada fuente de tensión. Dichas tensiones representan, los valores de las fem. Anote los resultados. Cierre los interruptores. Abra el interruptor S y conecte el amperímetro en serie en esa posición, para medir la intensidad de la corriente eléctrica en esa primera rama. Anote el resultado (con su signo, de acuerdo con el sentido indicado en la figura 4). epita la operación anterior en cada una de las ramas (con todos los interruptores cerrados salvo el de la rama cuya intensidad se va a medir). Fig. 4. Circuito formado por dos mallas. Cierre todos los interruptores, para medir y anotar la caída de tensión en cada una de las resistencias, así como la tensión entre los puntos a y b. uelva a dibujar la figura 4 en su informe, indicando ahora los sentidos correctos de las intensidades de corriente eléctrica (que pueden ser los mismos o diferentes). Tule convenientemente todos los resultados, con indicación de su error y sus unidades. CUESTIONES. Demuestre todas las ecuaciones presentadas en el apartado fundamento teórico. Compruebe dichas ecuaciones con los resultados tulados en el apartado método operativo. 2. Compare los cálculos teóricos con los datos experimentales tulados (medida y error). Comentando el grado de acuerdo en ambos y justificando las posibles discrepancias. BIBLIOGAFÍA Serway. A. and Jewett J. W., Physics for Scientists and Engineers (6th edition). Thomson Brooks/Cole. CÓDIGO DE COLOES Las resistencias y condensadores suelen llevar un código de bandas de colores que indican su valor y su tolerancia. En el mercado hay componentes con 4, 5 o 6 bandas de colores, pero los utilizados en el loratorio tendrán solo cuatro bandas: las dos primeras indican cifras significativas, la tercera es un multiplicador y la última indica la tolerancia respecto al valor nominal. Para interpretar el código se procede con ayuda de la tla adjunta según lo siguiente: ) La lectura se hace de izquierda a derecha comenzando por el color que está más próximo a un extremo. 2) Los dos primeros colores se sustituyen por las cifras significativas.

5 3) Se añaden tantos ceros como indica el tercer color (multiplicador). 4) El valor nominal obtenido tendrá una tolerancia (porcentaje de error) indicada por el último color, según las equivalencias de la tla. En la figura 5 tenemos un ejemplo de lectura del valor de una resistencia, según su código de colores. Leyendo de izquierda a derecha tenemos: marrón, verde, marrón y dorado. Esto significa: 5 x 0 = 50 Ω, siendo su tolerancia 5% (banda dorada). Su redondeo correcto sería: 50 ± 8 Ω. Fig. 5. = 50 ± 7.5 Ω