Laboratorio de Técnicas Experimentales II - 2º Física Laboratorio L1 - "Osciloscopio"

Transcripción

1 Laboatoio de Técnicas Expeimentales II - º Física Laboatoio L - "Osciloscopio" Páctica L- - Estudio de un cicuito : estado de caga de un condensado y filtos de fecuencia - Inducción electomagnética Objetivo Apendizaje del uso del osciloscopio y del voltímeto aplicado a:. Estudio del estado de caga de un condensado. onstucción y estudio de un filto pasa-baja. 3. Estudio de la ley de ducción de Faaday. Mateial Osciloscopio, geneado de funciones, voltímeto digital, solenoides, caja de esistencias, caja de condensadoes, cables.. Estado de caga de un condensado. Intoducción: out Figua : Esquema de cicuito paa el estudio del estado de caga de un condensado. onsideemos el cicuito mostado en la figua. La ecuación que descibe el compotamiento de este cicuito cuando se aplica un voltaje dc es: + +. Hemos usado las elaciones: La ecuación difeencial anteio tiene po solución detemada po las condiciones iciales. d dq I, I, Q. t / + Ae, donde la constante A viene t / Si en t y, entonces A-, y ( e ) alcanzaá el valo cuando decaeá hacia ese nuevo valo con una exponencial tiempo del cicuito.. t >>. Si entonces cambiamos a algún oto valo, digamos, t e /. El poducto se llama constante de Expeimento: on el mateial necesaio monta un cicuito equivalente al mostado en la figua. Utiliza el geneado de funciones paa sumista la señal de entada. Usaemos una señal cuadada paa poduci el efecto de cambio del estado de caga del condensado. ealiza las conexiones necesaias paa obseva en el osciloscopio tanto la señal de entada (anal ) como la de salida (anal ). La señal de salida se coesponde con la difeencia de potencial ente los extemos del condensado. Elegi los valoes de,, y fecuencia de la señal cuadada de entada de foma que se obseven claamente en el osciloscopio los pocesos de caga y descaga del condensado (Usa > kω ). Dibuja en papel milimetado un peíodo completo de la señal de entada y el peíodo coespondiente de la señal de salida. Obsévese el compotamiento de la señal de salida cuando se aumenta la esistencia.

2 Da una explicación de la señal de salida obsevada. Detema expeimentalmente la constante de tiempo del sistema y compaa con el valo espeado. Qué ocue cuando se aumenta mucho la esistencia? Po qué? En las disttas situaciones estudiadas, utiliza el voltímeto digital paa medi la difeencia de potencial de las señales de entada y salida. ompaa, en cada caso, estas medidas con las obtenidas utilizando el osciloscopio. ecoda : ω ad / s, ν ω / π s Hz. Filto pasa-baja. Intoducción: onsideemos el cicuito mostado en la figua. Se aplica una señal altena, y deseamos conoce cómo es out en función de, y. Usando notación compleja paa las señales altenas, la tensidad total que cicula po el cicuito es: I. Z La impedancia del cicuito es Z La difeencia de potencial en el condensado es IZ + j ω ω j ω j, po lo que esulta ω ω ω j ω j I + ω. ω on lo que podemos obtene la elación ente las amplitudes de las señales de entada y salida del cicuito: out out ( + ω ) / ( + ω ) / Este es el llamado filto pasa-baja. La señal de salida, es deci, la difeencia de potencial en el condensado, es apoximadamente igual a la señal de entada paa fecuencias bajas, y su amplitud decae hacia ceo cuando aumenta la fecuencia. Nomalmente, la elación ente las dos señales se expesa en decibelios, donde Se defe la fecuencia de cote, equivalente a deci que ω c /. c db log out. ω, como aquella fecuencia paa la cual / out /. Esto es Expeimento: on el mateial necesaio monta un cicuito equivalente al mostado en la figua. Utiliza el geneado de funciones paa sumista la señal de entada. ealiza las conexiones necesaias paa obseva en el osciloscopio tanto la señal de entada (anal ) como la de salida (anal ). La señal de salida se coesponde con la difeencia de potencial ente los extemos del condensado. Selecciona los valoes de y de foma que la fecuencia de cote esulte en el ango de - Hz.

3 Paa una señal de entada susoidal de amplitud fija, sen( ω t), estudia cómo vaía el cociente ente las amplitudes de las señales de salida y entada del cicuito en función de la fecuencia. A pati de la epesentación gáfica de decibelios fente al logaitmo de la fecuencia, detema expeimentalmente la fecuencia de cote del cicuito. ompaa este esultado con el valo espeado. En las disttas situaciones estudiadas, utiliza el voltímeto digital paa medi la difeencia de potencial de las señales de entada y salida. ompaa, en cada caso, estas medidas con las obtenidas utilizando el osciloscopio. ecoda : En geneal: ω ad / s, ν ω / π s out out sen( ωt + δ ) sen( ωt + δ out ) Hz 3. Estudio de la ley de ducción de Faaday. Intoducción La ley de ducción de Faaday establece que la fueza electomotiz ε ducida en un cicuito es igual al valo negativo de la apidez con la cual está cambiando el flujo magnético, Φ, que ataviesa el cicuito: ε dφ Si la ecuación anteio se aplica a una boba de vueltas y adio, en cada vuelta apaece una fueza electomotiz ducida, de foma que la fueza electomotiz ducida total es dφ d( Bπ ε ) π db En este expeimento el campo magnético vaiable en el tiempo está ceado po una boba exteio, concéntica con la pimea, de n vueltas po unidad de longitud y po la que cicula una coiente I vaiable en el tiempo. Esta coiente se obtiene tas aplica una voltaje vaiable en el tiempo al cicuito fomado po la mencionada boba exteio y una esistencia en seie ( kω). Po tanto, de acuedo con la ley de ducción de Faaday, se tiene que µ n dext ( t) ε ( t) π Donde hemos usado las expesiones B ( t) µ n I( t) Expeimento y I ( t) ext ( t) /. on el mateial necesaio monta un cicuito equivalente al mostado en la figua. Utiliza el geneado de funciones paa sumista la señal de la boba extena ext. ealiza las conexiones necesaias paa obseva en el osciloscopio tanto la señal aplicada a la boba extena (anal ) como la coespondiente a la fueza electomotiz ducida en la boba tena, ε (anal ). Figua : Esquema del cicuito de medida de la ducción electomagnética

4 Selecciona una onda tiangula en el geneado de funciones. Paa una fecuencia fija, estudia cómo vaía la amplitud de la fueza electomotiz ducida, ε, en función de la amplitud de la señal aplicada a la boba extena, ext. Obtene la expesión teóica paa ε / ext. ompoba el cumplimiento de la ley de ducción de Faaday mediante la epesentación de ε fente a ext. Ajusta a una ecta los datos obtenidos, y a pati de la pendiente de la ecta calcula µ. ompaa con el valo eal. Hace lo mismo con una onda susoidal. En las disttas situaciones estudiadas, utiliza el voltímeto digital paa medi la difeencia de potencial de las señales de entada y salida. ompaa, en cada caso, estas medidas con las obtenidas utilizando el osciloscopio.

5 Alumno: Gupo: Tuto: Fecha: Infome pevio : Páctica L- - Estudio de un cicuito : estado de caga de un condensado y filtos de fecuencia - Inducción electomagnética Se ha seleccionado en un geneado de funciones una señal susoidal de 4 voltios de amplitud y fecuencia igual a 5 Hz. Dibuja dos peiodos completos de esta señal. Indica en el gáfico las escalas vetical (voltaje/división) y hoizontal (tiempo/división), así como el nivel. Si escibimos sen ( ω ), cuánto valen y ω? t Escala vetical : Escala hoizontal : Fecuencia : ω ad/s Peiodo: T La señal anteio se aplica a la entada,, del cicuito siguiente. Las esistencias tienen los valoes kω y 3 kω uál es el valo máximo del voltaje medido en la esistencia? out uál es la amplitud de la señal de salida out? cicuito? uál es la expesión paa la coiente que cicula po el uál es el valo máximo de la coiente?

6 Alumno: Gupo: Tuto: Fecha: Infome de Laboatoio : Páctica L- - Estudio de un cicuito : estado de caga de un condensado y filtos de fecuencia - Inducción electomagnética. Estado de caga de un condensado aloes de y usados: onstante de tiempo espeada: onstante de tiempo obtenida: Dibujo de un peíodo completo de la señal de entada y el peíodo coespondiente de la señal de salida. Indica la constante de tiempo. Escala vetical : Escala hoizontal : Fecuencia : ω ad/s Peiodo: T.Filto pasa-baja. aloes de y usados: Fecuencia de cote espeada: Gáfica de decibelios fente al logaitmo de la fecuencia. Indica la fecuencia de cote.

7 3. Estudio de la ley de ducción de Faaday. ε fente a ext. Gáfica de Fecuencia usada: Pendiente estimada: alo estimado de µ :