4to labofisica ii fiis uni

7/18/2019 4to Labofisica II Fiis Uni

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAFACULTAD DE INGENIERIA INDUSTRIAL Y DE SISTEMAS

LABORATORIO Nª4 DE FISICA II“FUERZA ELECTROMOTRIZ, RESISTENCIA INTERNA, EFICIENCIA Y POTENCIA DE UN

FUENTE DE CORRIENTE CONTINUA”

PROFESORES: ING. FERNANDO CHIRINOS – VICENTE PEÑA

ALUMNOS: F4 ROSALES VILLANUEVA, CAROL !""#"$%4H CESPEDES VEGA, RONALD !"$&#'$"I

SANCHEZ VELARDE !""%$!"&I

CICLO ACADEMICO !"$'!

UNI-FIIS-LABORATORIO DE FISICA II Página 1



LABORATORIO DE FISICA II CURVAS CARACTERISTICAS DE VOLTA(E Y CORRIENTE

I. OBJETIVO

1. Luego de conocidos los conceptos de fuerza electromotriz, resistenciainterna, eficiencia y potencia de una fuente de corriente continua, seobtendrá los valores de dichas características.

2. Analizar más a fondo estos conceptos y relacionarlos por medio degráficas.

3. alcular el valor de la resistencia para la cual la !potencia e"terior# es lamá"ima, la relaci$n de esta resistencia con la resistencia interna, la

potencia total %suma de las potencias disipadas e"terna e interna&' además

del valor y las condiciones para (ue la potencia total sea la má"ima.

II. EQUIPO

1. )na fuente de corriente continua %pila&2. )n voltímetro %escala má"ima tres voltios&3. )n amperímetro.*. )na resistencia variable %puente unifilar&

III. FUNDAMENTO TEORICO:

FUERZA ELECTROMOTRIZ )FEM*

La fuerza electromotriz +, en un circuito se encarga de establecer unadiferencia de potencial con lo cual se crea corriente en un circuito, su origen seencuentra a partir de un campo elctrico no conmutativo denominado campoelectromotor -or eempo en un circuito las cargas siempre van de mayor omenor potencial pero al pasar por la fuente de fuerza electromotriz o fem sonimpulsadas de un potencial menor a uno mayor. La energía para (ue produzcaeste impulso en muchos casos es (uímica %tambin pueden ser de otros tipos&. +lvalor de la fem + esto e"presado en voltios y nos indica el potencial (ue corre

positivo %/& de la batería con respecto al negativo %0&.




odas las baterías poseen un valor de resistencia interna r lo cual hace (ue el potencial de un borre %/& con respecto al otro %0& sea diferente al valor de su fem+ consideremos (ue el circuito e"terior tiene una resistencia total entonces alaplicar la ley de inchoff delas mallas.

E – ir – iR=0

Al conectar al circuito como el potencial 4 (ue pasa a travs de la resistencia seencuentra (ue V=IR entonces al despear (ueda

V=E – ir

+n donde el valor de i puede ser obtenido con un amperímetro, con lo cual se puede determinar el valor de + para i56, así mismo como la corriente de cortocircuito icc cuando 456, como +56 y no se podrán tener como dato directo estose lograra e"trapolándola recta hallada con otros datos hallados para la i y 4,

donde7 Icc = E/r

POTENCIA:

4iene ser la rapidez con (ue se entrega energía por parte de la batería al circuitodefinido en general como -584, para nuestro caso calcularemos la potenciae"terna dada al circuito sabiendo (ue tiene una definici$n de potencial 4 entrelos bordes de la batería y una resistencia total y una intensidad 8 como7

Pext=I^!R=E^!R/"R#r$^

+n donde al derivar !-# respecto a se cumple (ue la potencia má"ima se hallacuandoE"r – R$/"R#r$=0 e%t&%ce' r = R

9 de a(uí se obtiene (ue la potencia má"ima es -:A; 5 +2<*r debido a (ue la potencia total es la (ue ofrece la batería -=AL5+i' se defini$ la eficienciacomo la relaci$n entre la potencia consumido y la potencia dada por la batería

e=EI – Ir/EI entonces e=( – Ir/E

)sando las relaciones (ue acabamos de encontrar corresponde determinar los

valores de +, 8cc, r, -:A; respecto a las configuraciones distintas en uncircuito.

LEYES DE +IRCHHOFF

Las leyes de >irchhoff son una consecuencia directa de las leyes básicas del+lectromagnetismo %Leyes de :a"?ell& para circuitos de baa frecuencia.Aun(ue no tienen validez universal, forman la base de la eoría de ircuitos yde gran parte de la +lectr$nica. -ueden enunciarse en la forma siguiente7

($ )e* +e ,irc--& r 1&' %2+&' & +e 1' c&rrie%te'. La suma algebraica

de las corrientes (ue inciden en un nudo, consideradas todas ellas entrantes otodas ellas salientes, es cero %ley de conservaci$n de la carga&




+emplo7 La aplicaci$n de esta ley al nudo de la figura 1.a puede e"presarse enla forma

I(#I#I3#I4#I5=0

La consideraci$n de (ue una corriente es entrante o saliente se hace en principiode una forma totalmente arbitraria, ya (ue si una corriente 8 es entrante, se puedesustituir por una corriente 08 saliente y viceversa. +l sentido real de la corrientedependerá de cuál de los dos signos sea numricamente el correcto. +n el nudode la figura 2.b, las corrientes83 e8@ se han supuesto salientes, por lo (ue 083 y08@ serían entrantes. La ley (ue discutimos nos proporciona en este caso lasiguiente e"presi$n7

I(#I# "6I3$#I4# "6I5$=0

-or tanto, esta ley se podría enunciar en la forma e(uivalente7 +n un nudo, lasuma de las corrientes entrantes ha de ser igual a la suma de las salientes.

$ )e* +e ,irc--& r 1' 711' & +e 1' te%'i&%e' . +n un circuito cerradoo malla, la suma algebraica de las diferencias de potencial entre los e"tremos delos diferentes elementos, tomadas todas en el mismo sentido, es cero %ley deconservaci$n de la energía&.

-or eemplo la aplicaci$n de esta ley a la malla de la figura puede e"presarsematemáticamente en la forma siguiente7

V8 # V8c # Vc+# V+e # Ve =0




IV. PROCEDIMIENTO

1. Arme el circuito de la figura 2 y usando el má"imo valor de la resistenciavariable %su má"ima longitud& anote las indicaciones del amperímetro ydel amperímetro.

2. isminuya la magnitud de de modo (ue 4 disminuya en 6,1 volt. 9 anote

las indicaciones del amperímetro y del voltímetro así como la magnitud de, esta Bltima puede e"presarla en unidades de longitud por ser alambre consecci$n transversal constante.

3. Arme el circuito de la figura @ (ue es una modificaci$n de la figura 2.*. epita el paso 2, en cada caso la lectura del voltímetro será 6,1 voltios menor

(ue la lectura correspondiente al caso 2

V. CA)CU)O9 RE9U)TADO9

1. on los valores del paso1 halle la resistencia por unidad de longitud del

alambre de nicrom.

Cuestros datos71. :a"ima longitud de 7 162 cm2. orriente 3.2 A3. 4oltae7 6.D v

R

L= V

IxL=

0.7V

3.2 Ax1.02m=0.2145

Ω

m

2. on los valores del paso 2 grafi(ue 45f %i& la cual, segBn la ecuaci$n %32.2&debe ser una recta de pendiente negativa. e a(uí por e"trapolaci$n obtener el valor de la fem y de r. Ealle tambin icc.

=8+C+%8&

4=LAF+%4&

3,2 6,D

*,1 6,G@

3,H 6,G*,2 6,@




@,H 6,*@

@,2 6,*

G,D 6,3@G,3 6,3D,I 6,2

JAK8A 8.=8+C+ vs 4=LAF+

2 3 4 5 6 7 8 9

!1

!2

!3

!4

!5

!6

!7

!8

e la ecuaci$n hallada se deduce (ue71. uando la i56

fem56.HD@ 42. el valor absoluto de la pendiente

r 56.163 Ω uando el voltae es v56 entonces

icc56.H@ A3$ Deter7i%e e1 ;1&r +e R r c+ 7e+i+ t&7+

=8+C+%8& 4=LAF+%4&

L=CJ8) + %m&

+8+C8A% Ω ¿

3,2 6,D1.62 6.1IGD

*,1 6,G@ 6.DG 6.1*6G

3,H 6,G 6.GG 6.1221

*,2 6,@ 6.@2 6.6HG2

@,H 6,*@ 6.@* 6.6G2H

@,2 6,* 6.2H 6.6@3G

G,D 6,3@ 6.21 6.636I@

G,3 6,3 6.1D 6.631*@

D,I 6,2 6.6I 6.612I




*& C&% 1&' ;1&re' +e i * c&%&cie%+& 1' c&%t%te' ɛ * r <ri2e P = "i$

'i7i1r 1 +e 1 i<2r 4.

uál es la resistencia para la cual la !potencia e"terior# es la má"ima.

orriente%8&-otencia

e"terior%M&-otenciaotal%M& +ficiencia%N&

3,H 2,2H12 3,I63 G6,2**,2 2,36@ *,6H@ @G,2H@,H 2,1D3 @,D@3 3D,DD@,2 2,6DH @,6D *1,61G,D 1,I3D G,@33 2I,12G,3 1,G@@ G,1*3 2G,H*

3!5 4 4!5 5 5!5 6 6!5 7

1

2

3

4

5

6

7

C"##i$n%$ &' P"%$n(ia $)%$#i"#

P"*+n",ia* C"##i$n%$ &'

P"%$n(ia $)%$#i"#.

Lin$a# C"##i$n%$ &' P"%$n(ia

$)%$#i"#.

C"##i$n%$ &' P"%$n(ia T"%a*

La resistencia para la cual la potencia e"terior es má"ima cuando7 853.H+ntonces 5

POTENCIA V9 RE9I9TENCIA

C=A7

A =L

A4ACOA

L=P)+

:AQACA ALA 16ALJ= +K8= -AA+:8CAL=R..C=

=L48+=LJAL=




-)+A+LA

C):+=

*,@,G,9

D

+C +L8CS=; +KA+ 5&

1 2 3 4 5 6 7

!5

1

1!5

2

2!5

3

3!5

4

/). 0 - !1)2 !91) 1!63

P"%$n(ia &' #$'i'%$n(ia

@. De 1&' re'21t+&' exeri7e%t1e'> +e+2?c 2@ re1ci% exi'te e%tre 1

re'i'te%ci +e cr< R * 1 re'i'te%ci r c2%+& 1 &te%ci exteri&r +i'i+

e' 1 7xi7.

-e"t 5 iv 5 i2 5 <%/r&2

erivando respecto a 7 2%/r & 2 0 2 %r / & < % /r&2 5 6%/r& % r/ T 2 & 56 es má"imo cuando r 5

+n la ecuaci$n -e"t 5 2 < %2&2 5 2 < %*&$ C21 e' 1 &te%ci t&t1 c2%+& 1 &te%ci exteri&r e' 1 7xi7

uando la - e"t es má"ima 7 derivando respecto de i 76 5 1.*6*@ T 2 %6.D@DH& i i 5 6.H2G@D3

eemplazando en la potencia total 7 -total 5 1.*6*@i 5 1.3613D2. E% 2@ c&%+ici&%e' 1 &te%ci t&t1 ce+i+ &r 1 2e%te 'erG 7xi7 *

2@ ;1&r te%+rG +ic- &te%ci




La potencia total es má"ima cuando la intensidad de corriente alcanza sumá"imo valor, lo (ue significaría (ue haya corto circuito, en donde el valor de 4y es 6. abemos (ue en corto circuito el valor de la intensidad de corriente es7

i=i cc= E

r =

1.4045

0.7579=1.8531

∫¿+ P

ext

=iE

Ptotal= P¿

Ptotalmáx=1.8531 x1.4045=2.6026

H. Q2@ +iere%ci exi'te e%tre 1&' circ2it&' +e 1 i<2r * 1 i<2r 5 +e 1

<2G. 9er% i<21e' 1' 1ect2r' e% 1&' i%'tr27e%t&' e% 1&' +&' circ2it&' r

2% 7i'7& ;1&r +e R P&r 2@

La diferencia entre los dos circuitos es (ue el amperímetro del primer circuito%figura 2 de la guía& no lee la intensidad de corriente total (ue sale de la fuente,sino (ue lee la diferencia de esta corriente con la (ue se desvía para envoltímetro %ya (ue como es real, debe pasar una cantidad de corriente (ue puedeo no ser despreciable&. +n el segundo circuito el amperímetro lee la intensidad

de corriente de la fuente, antes de (ue sta se separe en las dos trayectorias %elvoltímetro y la resistencia variable&. Además, como consecuencia del cambio enla ubicaci$n del amperímetro, la lectura del voltímetro variará %ya (ue elamperímetro debe tener una resistencia interna, por más pe(ueUa (ue sea, yalterará el circuito levemente&, aun(ue el cambio no será significativo.ea A y i con 8A y 84, las resistencias y corrientes del amperímetro ymultímetro, 4 la lectura del voltae del 4oltímetro y + la fem de la fuente.:edici$n del valor de .ircuito 17

R=V / IR=V / IA – IV =V / IA – V / RV =V / I – V / R V

ircuito 2

R=VR / IA=V −VA / IA=V – IA RA / IA=V / I − R A

+ntonces se obtiene (ue para las 2 cone"iones si tenemos diferentes e"presiones para la medici$n del valor de , en donde tendrá el mínimo valor en amboscircuitos si y s$lo si ∆ R=0 o V / RV =0 y como V ≠0 entonces

RV =∞ , pero esto nunca ocurre pues el galvan$metro dentro de amperímetroy voltímetro nunca tiene resistencia cero, sino un valor numeral distintode infinito. +sto e"plica la diferencia entre los 2 circuitos. ebido a esto losvalores de +1 y +2 con lcc1 y lcc2 , son distintos es muy poca diferencia

pues solo deben ser iguales en el caso ideal.

VIII. CONC)U9IONE9 RECOMENDACIONE9

La ley de =hm es una apro"imaci$n de la relaci$n real entre voltae y corrienteelectrica para ciertos conductores, utilizandose solo si las temperaturas deoperaci$n son baas.

A temperaturas elevadas la ley de =hm se desnaturaliza para cual(uier conductor aun este sea ohmnico.

+s necesario tener diligencia al someter a determinados voltaes a los elementosresistivos ya (ue bien estos pueden no tener la capacidad necesaria para soportan




una relativa elevada tensi$n, con lo cual terminarían (uemándose y hasta produciendo accidentes %(uemaduras, incendios, etc.&

I. BIB)IORAFIA

Typler. Física. Editorial Reverté (1994).Sears, Semansky, o!n" y Freedman. F#S$%& '$ERS$T&R$&, ol!men *.

+earson Ed!cacin, -éico 1999.


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