Exp2 circuitos y componentes eléctricos - Departamento de Física
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UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA<br />
DEPARTAMENTO DE FÍSICA<br />
LABORATORIO DE FÍSICA 119-120<br />
OBJETIVOS :<br />
EXPERIENCIA<br />
Circuitos y <strong>componentes</strong> <strong>eléctricos</strong><br />
VERIFICAR EXPERIMENTALMENTE LA VALIDEZ DE LAS LEYES DE OHM Y DE KIRCHHOFF.<br />
FAMILIARIZAR AL ESTUDIANTE CON EL USO DE INSTRUMENTOS PARA REALIZAR MEDICIONES<br />
ELÉCTRICAS.<br />
PARTE A (En el laboratorio):<br />
1- Ley <strong>de</strong> Ohm<br />
Arme el circuito <strong>de</strong> la figura y consulte a su ayudante antes <strong>de</strong> conectar la fuente <strong>de</strong><br />
po<strong>de</strong>r entre los puntos + - . Con el programa Logger Pro genere una curva <strong>de</strong> voltaje<br />
v/s corriente para cada uno <strong>de</strong> los conductores proporcionados (resistencia, Led y mina<br />
<strong>de</strong> grafito).<br />
Procedimiento: mueva la perilla <strong>de</strong> ajuste <strong>de</strong> la fuente <strong>de</strong> po<strong>de</strong>r, <strong>de</strong>s<strong>de</strong> 6[V], sin<br />
<strong>de</strong>volverse, hasta el mínimo <strong>de</strong> 0[V]. Repita el procedimiento para cada conductor.<br />
A<br />
V<br />
Resistencia, Led ò mina <strong>de</strong> grafito<br />
‣ Para los conductores que muestren un comportamiento lineal, <strong>de</strong>termine la pendiente<br />
<strong>de</strong> la línea recta.<br />
‣ Analice los resultados <strong>de</strong> cada medición, compare los gráficos y observe las<br />
similitu<strong>de</strong>s y diferencias en el comportamiento <strong>de</strong> los conductores.<br />
‣ Compare los valores teóricos con los experimentales, cuando sea pertinente, y<br />
<strong>de</strong>termine el error en la medición.<br />
‣ Analice las posibles fuentes <strong>de</strong> discrepancia entre valores teóricos y experimentales.<br />
‣ Imprima las curvas para cada uno los conductores y adjúntelas en su informe<br />
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LABORATORIO FIS 119-120<br />
2- Leyes <strong>de</strong> Kirchhoff<br />
A) Arme el circuito <strong>de</strong> la figura y consulte a su ayudante antes <strong>de</strong> conectar la fuente <strong>de</strong><br />
po<strong>de</strong>r entre los puntos + -. Nota: Observe bien la polaridad <strong>de</strong> los led.<br />
Procedimiento: Retire el puente A y mida con el sensor <strong>de</strong> corriente la intensidad<br />
que circula por esa rama. Ubique el puente A en su lugar y retire el puente B, mida<br />
la corriente que circula por esa rama, haga lo mismo con el puente C. Finalmente,<br />
conecte el puente C, retire el puente D y mida la corriente en esa rama.<br />
‣ ¿Qué pue<strong>de</strong> <strong>de</strong>cir con respecto al valor <strong>de</strong> las corrientes<br />
‣ Compare los valores esperados con los experimentales y <strong>de</strong>termine el error en la<br />
medición<br />
‣ Analice las posibles fuentes <strong>de</strong> discrepancia entre valores teóricos y experimentales.<br />
B) Con el mismo circuito <strong>de</strong>l punto anterior, utilice el sensor <strong>de</strong> voltaje y mida la<br />
diferencia <strong>de</strong> potencial entre los extremos <strong>de</strong> los led 1,2,3. A continuación<br />
mida la diferencia <strong>de</strong> potencial entre los extremos <strong>de</strong>l led 4. Finalmente mida<br />
la diferencia <strong>de</strong> potencial entre los extremos + -<br />
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‣ ¿Qué pue<strong>de</strong> <strong>de</strong>cir con respecto al valor <strong>de</strong> los voltajes<br />
‣ Compare los valores esperados con los experimentales y <strong>de</strong>termine el error en la<br />
medición.<br />
‣ Analice las posibles fuentes <strong>de</strong> discrepancia entre valores teóricos y experimentales.<br />
‣ ¿los led en paralelo se comportan todos <strong>de</strong> la misma manera<br />
C) Con el mismo circuito, suba lentamente el voltaje hasta que los led brillen.<br />
‣ ¿A qué se <strong>de</strong>be la diferencia <strong>de</strong> brillo<br />
3- Resistencia y resistividad<br />
A) Con la hoja proporcionada, rellene cada uno <strong>de</strong> los segmentos completamente con un<br />
trazo firme <strong>de</strong> grafito. En el segmento más grueso, mida utilizando el óhmetro<br />
la <strong>de</strong>pen<strong>de</strong>ncia <strong>de</strong> la resistencia con la longitud. Tome valores cada 5 cm.<br />
Grafique la resistencia en función <strong>de</strong>l largo.<br />
‣ ¿Qué pue<strong>de</strong> concluir<br />
‣ ¿qué significado tiene la pendiente <strong>de</strong>l gráfico<br />
B) Mida la resistencia para diferentes diámetros <strong>de</strong> los segmentos,<br />
manteniendo el largo constante. Grafique la resistencia en función <strong>de</strong>l diámetro.<br />
‣ ¿Qué tipo <strong>de</strong> relación existe entre resistencia <strong>de</strong> un alambre y su diámetro<br />
‣ Incluya los gráficos y las respectivas tablas <strong>de</strong> datos en el informe.<br />
C) Utilice los datos obtenidos para la mina <strong>de</strong> grafito <strong>de</strong> la parte 1. A<strong>de</strong>más, mida su<br />
diámetro y largo y <strong>de</strong>termine la resistividad <strong>de</strong>l grafito.<br />
‣ Compare los valores esperados(literatura) con los experimentales y <strong>de</strong>termine el<br />
error en la medición.<br />
‣ Analice las posibles fuentes <strong>de</strong> discrepancia entre valores teóricos y experimentales.<br />
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PARTE B (Previo al laboratorio):<br />
<br />
<br />
<br />
Estudiar la Ley <strong>de</strong> Ohm y las Leyes <strong>de</strong> Kirchhoff <strong>de</strong> voltaje y corriente.<br />
Estudie los apéndices.<br />
Infórmese sobre las características <strong>de</strong> los <strong>componentes</strong> <strong>eléctricos</strong> que utilizará en el<br />
laboratorio (resistencia, led y mina <strong>de</strong> grafito).<br />
1.- Analice los siguientes <strong>circuitos</strong><br />
R 1 = 120[], R 2 = 56[], R 3 =1[K]<br />
‣ Observe como están conectadas las resistencias en ambos <strong>circuitos</strong>.<br />
‣ Determine los voltajes(V i ) y las corrientes(i i ) en las resistencias <strong>de</strong> ambos <strong>circuitos</strong>.<br />
‣ Dibuje sobre los gráficos la posición que ocuparían (conexión) los medidores <strong>de</strong><br />
voltaje y corriente respectivamente.<br />
APÉNDICE I<br />
Leyes <strong>de</strong> Kirchhoff :<br />
La ley <strong>de</strong> corrientes <strong>de</strong> Kirchhoff indica que en los nodos (punto<br />
común <strong>de</strong> conexión) <strong>de</strong> un circuito, la suma <strong>de</strong> las corrientes<br />
que entran es igual a la suma <strong>de</strong> las corrientes que salen<br />
(conservación <strong>de</strong> la carga eléctrica).<br />
Según lo anterior, en el nodo A <strong>de</strong> la figura adjunta se<br />
cumple que:<br />
i 1 + i 5 = i 2 + i 3 + i 4<br />
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Por otra parte, la ley <strong>de</strong> voltajes <strong>de</strong> Kirchhoff<br />
indica que en un circuito “cerrado”, la suma<br />
algebraica <strong>de</strong> las diferencias <strong>de</strong> potencial es<br />
cero (conservación <strong>de</strong> la energía).<br />
De acuerdo a lo anterior, en el circuito <strong>de</strong> la<br />
figura se cumple que:<br />
V 0 – V 1 – V 2 – V 3 – V 4 = 0<br />
Resistencia :<br />
La resistencia <strong>de</strong> un conductor es una propiedad que <strong>de</strong>pen<strong>de</strong> tanto <strong>de</strong>l<br />
material como <strong>de</strong> las dimensiones físicas <strong>de</strong>l conductor. Se la <strong>de</strong>fine como<br />
la razón V/i, don<strong>de</strong> V es la diferencia <strong>de</strong> potencial entre dos extremos, e i<br />
es la corriente que circula a través <strong>de</strong> él:<br />
R = V / i<br />
Si V está en volts e i en amperes, la resistencia estará en ohm ().<br />
1<br />
<br />
volt<br />
1 <br />
1 Ampere<br />
<br />
<br />
Ley <strong>de</strong> Ohm :<br />
Si para un elemento la relación entre voltaje aplicado y corriente<br />
que circula es una línea recta que pasa por el origen, se dice que<br />
el elemento es óhmico (cumple la ley <strong>de</strong> ohm). Si la relación no<br />
es una línea recta se dice que el elemento es no-lineal.<br />
Don<strong>de</strong> V es la diferencia <strong>de</strong> potencial entre los terminales <strong>de</strong>l<br />
elemento en Volts e i es la corriente que circula a través <strong>de</strong>l elemento en amperes.<br />
Ley <strong>de</strong> Joule :<br />
Al circular una corriente i (ampere) por una resistencia R (ohm), se produce en ésta una<br />
transformación <strong>de</strong> energía eléctrica en energía térmica, cuya potencia P (Watts) está dada<br />
por:<br />
P = i 2 R<br />
Esta transformación <strong>de</strong> energía da origen a un aumento <strong>de</strong> temperatura <strong>de</strong> la resistencia,<br />
fenómeno que se conoce como calentamiento por efecto Joule. La expresión anterior se<br />
pue<strong>de</strong> escribir alternativamente como P= I V.<br />
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