Unidad 3. Análisis de circuitos en corriente continua Actividades 1. Explica cómo conectarías un polímetro, en el esquema de la Figura 3.6, para medir la tensión en R 2 y cómo medirías la intensidad que circula por R 3. Para medir la tensión de la resistencia R2 con el polímetro hay que conectar las puntas en paralelo en los dos extremos, y poner el polímetro en modo voltímetro. Para medir la intensidad de la R3 hay que conectar el polímetro en serie con el circuito y poner el polímetro en modo amperímetro. (tensión, intensidad, etc.) y el valor de escala. Ranuras de inserción de condensadores, en las que se debe insertar el condensador cuya capacidad se va a medir. Orificio para la Hfe de los transistores: permite insertar el transistor cuya ganancia se va a medir. Entradas en las que se conectan las puntas de medida. Habitualmente, los polímetros analógicos poseen cuatro bornes (aunque también existen de dos): uno, que es el común, y los demás para medir tensiones y resistencias, intensidades e intensidades no mayores de 20 A. 2. Busca en Internet cómo funciona un polímetro analógico. Realiza un dibujo del mismo e investiga cómo se toman las medidas con este aparato. Explica, además, cómo se manejan las escalas para poder tomar las lecturas. Un polímetro analógico, genérico o estándar, suele tener los siguientes componentes: Conmutador alterna-continua (AC/DC): permite seleccionar una u otra opción, dependiendo de la tensión (continua o alterna). Interruptor rotativo: permite seleccionar funciones y escalas. Girando este componente se consigue seleccionar la magnitud 3. Localiza, en el manual de un polímetro, los símbolos que hacen alusión a los errores que este aparato de medida puede cometer en sus lecturas e investiga por qué suceden. El error que cometen se debe a la resistencia interna. Existen el error de lectura y error
total. Los símbolos son: y I. 4. Señala cuántos nudos tiene el circuito de la Figura 3.16. a) Cuánto vale la tensión que podemos medir en cada una de las resistencias? b) Qué intensidad circula por cada una de ellas? a) Al estar las resistencias en paralelo la tensión es de 15. b) La intensidad que circula por cada una de ellas es: I = R = 15 1,5 A. 10 R1 10 Ω El circuito tiene cinco nudos. 5. Indica cuántas ramas y mallas tendrá el mismo circuito y explica por qué. El circuito tiene ocho ramas. En un circuito eléctrico se denomina rama a la porción de circuito que queda entre dos nudos del mismo. Si contamos en nuestro circuito vemos que hay ocho ramas y cuatro mallas. 1 15 R2 10 Ω 9. Dibuja, sobre el circuito de la Figura 3.30, cómo irá la corriente y dónde está el positivo de las tensiones en cada una de las resistencias. 6. Cuál será el valor de la intensidad que circula por una resistencia de 20 Ω, que está conectada a una pila de 40? La intensidad será: I = = 40 = 2 A. R 20 7. Dos resistencias de 10 Ω se conectan en paralelo a una pila de 15. Calcula el valor de la intensidad que proporciona la pila. La intensidad de la pila es: 1 1 + = 0,2 Ω; I = = 15 = 3 A. 10 10 R 5 8. Dibuja el esquema del circuito del apartado anterior y contesta a las siguientes preguntas: La flecha negra indica el sentido de la intensidad que circula por el circuito. Las puntas de las flechas rojas indican dónde están los positivos en cada una de las tensiones de las resistencias. 10. Consulta el libro de características de un teléfono móvil y localiza qué consumo de potencia tiene el aparato. Con el voltaje que tiene su batería, calcula la intensidad de corriente que tiene que proporcionar al aparato para que funcione correctamente. Para ello,
utiliza las fórmulas que hemos visto para el cálculo de la potencia en corriente continua. El teléfono UMTS/3G tiene una potencia de 500 mw. El voltaje de la batería es de 3,7 y la intensidad es: I = P = 0,13 A. 11. Qué tensión tiene la batería de un reproductor de MP3, si sabemos que necesita una potencia de 100 mw y que por él circula una intensidad de 10 ma? La tensión de la batería del reproductor es: P = I; = P = 0,1 = 10. I 0,01 a) La intensidad que circula por el circuito es: IT = RT = 20 = 0,5 A. 40 b) La potencia consumida es: P = I = 20 0,5 = 10 W. c) El rendimiento del generador es: η = P util 100 = 8,75 100 = 58,33% P total 15 14. En el circuito de la Figura 3.37 todas las resistencias son iguales y de valor R = 10 Ω. Calcula el rendimiento del generador si sabemos que E 1 = 30. 12. Cita cuatro ejemplos de generadores de continua que estén funcionando como receptores. Todas las baterías recargables, como las que usan los teléfonos móviles, las cámaras de vídeo, los flashes para fotografía (suelen usar pilas AAA recargables), las cámaras de foto, etc., se comportan como receptores cuando están siendo recargadas. 13. En el circuito de la Figura 3.36, E 1 y R 4 forman un generador real de tensión: η = P util 100 = 20 100 = 33,3% P total 60 30 I = = = 2 A R T 15 La potencia útil se calcula con los valores de R2 y R3 en paralelo. 15. Calcula la potencia entregada por el generador E 1 en el siguiente circuito: Calcula: a) Intensidad total que circula por el circuito. b) Potencia consumida en el circuito. c) Rendimiento del generador. 20-142
2 La potencia es: P = = 36 Si realizamos la simulación del circuito = 12W. R 3 obtenemos los siguientes valores: oltímetro 16. Calcula la potencia disipada en R 4 en este circuito: Las ecuaciones de las mallas y del nudo son: a) I1 = I2 + I3 b) 10 = 20 I1 + 2 I2 c) 8 = - 2 I2 + 6 I3 Por R4 circula la intensidad de I1. Para calcular la potencia disipada en esta resistencia hay que hacer los siguientes cálculos: P = I1 2 R4 Sumamos las ecuaciones b) y c): 2 = 20 I1 + 6 I3; I 3 = la a) 2 20I 1 6 I 1= 2 20I 1 6 ; I 2 = 10 20I 1 2 + 10 20I 1 ; 2 I 1= 0,6-3,33 I 1+ 5-10 I 1 sustituimos en 14,33 I1 = -9,4; I1 = - 0,65 A. El valor es negativo porque el sentido de I1 debe ser al contrario de cómo lo hemos dibujado. 2 La potencia es: P = I1 R4; P = 0,4225 10 = 4,2 W. Amperímetros 18. Explica, sobre la imagen del polímetro, cómo configurarías el aparato para medir una intensidad en un circuito cuyo valor calculado es de 250 ma. Debes explicar: a) Escala que vas a utilizar y posición en la que debe estar colocado el selector. b) Dónde colocarías las puntas de prueba y por qué. c) Cómo tendría que conectarse en el punto del circuito donde vas a medir la intensidad. a) El cuadro rojo indica la escala de amperios en continua. Debemos colocarlo en el punto de 10 A, puesto que el anterior es para medir 200 ma y no sería suficiente. b) La punta negra debemos colocarla en el terminal Com. La roja la colocaremos en la posición de 10 A, puesto que la escala anterior mide sólo hasta 200 ma. c) Tendría que conectarse en serie. 17. Rellena los valores que deben marcar los aparatos de medida que están conectados en el circuito de la Figura 3.41 e indica de qué tipo es cada uno de ellos. 21-142
R3: P = R I 2 = 4 0,31 2 = 0,38 W R4: P = R I 2 = 8 0,33 2 = 0,87 W Si sumamos todas las potencias absorbidas, incluida la del generador 2: 1,02 + 1,089 + 1,44 + 0,38 + 0,87 = 4,7 W; sale más debido al error de los aparatos. Punta roja Punta negra 19. En el circuito de la Figura 3.46, realiza un balance de potencia e indica si los generadores están entregando o absorbiendo potencia. 20. Explica el proceso que debe seguirse para medir la tensión en una resistencia de un circuito si sabemos que su valor óhmico es de 1 k2 y circula por ella una intensidad de 10 ma. Poner el polímetro en modo voltímetro. Para medir la resistencia las puntas están en paralelo a la resistencia y hay que saber la escala. Para ello calculamos la tensión: = I R = 0,01 1 200 = 12 La medida es 12 ; por tanto, tenemos que poner la escala del voltímetro en el polímetro en DC en 20. Test de repaso 1. a) 2. d) 3. c) 4. b) 5. c) 6. d) Potencia en los generadores: 1: P = I = 12 0,33 = 3,96 W (entregada). 2: P = I = 6 0,17 = 1,02 W (absorbida, porque la intensidad va en sentido contrario). R1: P = R I 2 = 10 0,33 2 = 1,089 W R2: P = R I 2 = 15 0,31 2 = 1,44 W 7. a) 8. b) 9. c) 10. a) 11. b) 22-142
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