informe 4 de laboratorio circuitos electricos

8/12/2019 Informe 4 de Laboratorio Circuitos Electricos

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ResumenEsta prctica permite estudiar el comportamiento

de las corrientes y tensiones, en diferentes configuraciones de

circuitos (serie, paralelo y mixtos) al comparar el anlisis de los

datos tericos con los obtenidos en el laboratorio al observar los

cambios de brillo en los diferentes montajes.

I. INTRODUCCINSTA prctica va enfocada a analizar las relacionesque se presentan al interior de los circuitos elctricos

y como stas se reflejan en diversos comportamientosvisibles en los elementos del circuito, en este caso

pequeas bombillas. El factor principal que permiterealizar la prediccin en cada montaje es laconfiguracin del circuito, la cual define la relacin delpotencial y carga en cada elemento del mismo.

II. MARCO TERICOPara el desarrollo de esta prctica es necesario conocerlos siguientes conceptos:

A. Corriente elctrica:Hace referencia al movimiento ordenado de las cargas

a travs de un material.

B. Circuito elctrico o red elctrica:Es una interconexin de elementos elctricos unidos

entre s en una va cerrada, de modo que una corrienteelctrica pueda fluir constantemente[1].

C. Tensin:Trabajo realizado a travs de un elemento, para mover

una unidad de carga positiva.

D. Resistencia:Propiedad fsica de un elemento o dispositivo de

impedir el flujo de corriente, es representada por el

smboloR.E. Ley de corrientes de Kirchhoff:

La suma algebraica de corrientes que entran a un nodo, esnula[2].

F. Ley de tensiones de Kirchhoff:La suma algebraica de las tensiones alrededor de cualquier

trayectoria cerrada en un circuito es nula.

III. DESCRIPCIN DEL TRABAJOLos instrumentos utilizados en la prctica fueron: Fuente DC de 12v. Conectores de diferentes combinaciones. Bombillas.

Esta prctica se dividi en tres grandes partes donde laforma como se conectaban los circuitos aumentaba encomplejidad, para las cuales se hizo uso de los siguientesmontajes:

a) Circuitos simples:

Circuito 1 Bombillo en serie con una fuente de tensin

Elementos de un circuito(Septiembre 2012)

Acero A. Oscar E. (Ing. De sistemas), Ospina Q. Cindy M. (Ing. Elctrica), Lizarazo G. Laura V.(Ing. Elctrica), Montaez L. Claudia P. (Ing. Elctrica).

E


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2

Circuito 2 Bombillos en serie con una fuente de tensin

Circuito 3 Bombillos en paralelo con una fuente de tensin

b) Medianamente complejos:

Circuito 4 Bombillo en serie con una fuente de tensin

Circuito 5 Circuito mixto, de un bombillo en paralelo (D) con dos

en serie (B y C) y una fuente de tensin.

Circuito 6 Circuito misto entre una fuente de tensin en serie con

un bombillo que a su vez est en serie con dos bombillas en

paralelo (F yG).

Circuito 7 Tres bombillas en serie con una Fuentes de tensin.

B

1

FUENTE

C

2

3

FUENTE

1

C

B

2

3

D

FUENTE

1

G

E

2

3

F4

FUENTE

1

H

2

3

J

K


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3

Circuito 8 , Circuito con tres bombillas conectadas en paralelo

con una fuente de tensin.

c) Complejos:

Circuito 9 Circuito mixto, donde Ay B estn conectadas enparalelo entres s, pero a su vez en serie con otra combinacin

paralelo. En la segunda conexin paralelaC y D estn en serie

entre s y esta serie est en paralelo con E.

IV. RESULTADOS OBTENIDOSA continuacin se presentan las imgenes obtenidas, alrealizar la prctica, por medio de las cuales se observ laintensidad con la que brillaba cada bombilla:

Imagen 1 Fuente empleada en la prctica.

a) Prueba:A continuacin se presentan las imgenes que prueban, quelos bombillos empleados en la prctica, funcionaban y

brillaban con la misma intensidad (aproximadamente)1.

Imagen 2:Brillo de la bombilla 1, utilizada en la prctica.

Imagen 3 Brillo de la bombilla 2, utilizada en la prctica.

1A simple vista es muy difcil decir con certeza, que todas lasbombillas brillaban con la misma intensidad, debido a que estoest sujeto a una apreciacin sensorial, algo muy subjetivo

para la ocasin.

L

1

FUENTE M

2 3

N

4

FUENTE

1

A

2 3

B

C

5 6

D

E

4


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4




b) Circuitos simples:

Imagen 7 Representacin prctica del circuito 2.


c) Circuitos medianamente complejos:



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5




d) Complejos:

Imagen 13 Representacin grfica del circuito 9.

e) Corto-circuitos:Para los circuitos 1, 2 y 3, se peda hacer un corto-

circuito2en puntos indicados, observando el comportamientodel circuito.

Imagen 14 Circuito 1, con un corto-circuito entre 1 y 2,

representado con el cable grueso.

2Pasar un cable entre dos puntos, el cual no presenta mayorresistencia al paso de la corriente, por lo tanto esta circula ensu totalidad por este puente


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6

Imagen 15 circuito 2, con un corto-circuito entre 3 y 4,

representado con el cable grueso.

Imagen 16 Circuito 3, con corto-circuito entre 5 y 6 representado

por el cable grueso.

V. ANLISIS DE RESULTADOSDe los datos y grficas obtenidas, al estudiar el

comportamiento de ciertos elementos en los circuitos,podemos deducir:

a) Circuitos simples:En el Circuito nmero 1 se puede observar que elbombillo tiene un brillo bastante intenso, se observa quelos cinco bombillos probados brillan casi igual, esto se

debe a que sus resistencias internas sonaproximadamente las mismas.Para el caso del Circuito nmero 2 se observa que losbombillos tienen el mismo brillo, pero si se compara conel brillo del Circuito 1 se observa que la intensidad esms baja en el segundo caso. Tericamente se debe a quelos dos bombillos conectados en serie, es decir quetienen la misma corriente, tienen una diferencia depotencial menor sobre sus bornes; para el caso delCircuito 1 el potencial elctrico sobre los terminales delbombillo es el voltaje de la batera, en el segundocircuito el potencial elctrico en los terminales de cadabombillo es la mitad del voltaje de la fuente, por estemotivo se observa que su brillo es menor comparado conel Circuito nmero 1.En el tercer circuito observamos que una vez ms quelos bombillos tienen el mismo brillo; comparado con el

circuito nmero 2 el brillo del tercer montaje es mayor;y, comparado con el primer montaje, el brillo esaproximadamente igual. Esto se debe a que la conexinparalela que se observa en este circuito mantieneconstante el voltaje en los terminales de ambosbombillos, igualndolo al de la batera; cambia lacorriente que circula por cada bombillo.

b) Circuitos medianamente complejos:En el circuito nmero 5 tenemos una configuracin dedos bombillos en serie (B y C), esta combinacin serie a

su vez est conectada en paralelo con otro bombillo (D).Por las configuraciones sencillas analizadasanteriormente se espera que el brillo de los bombillos Cy B sean iguales,pero, el brillo de cada uno de stos va aser menor que el brillo de D, porque la diferencia depotencial en los terminales de B y de C es menor a ladiferencia que tiene el bombillo D; en efecto observamosesto en la prctica.Para el circuito nmero 6 tenemos dos bombillos enparalelo (F y G) y esta combinacin a su vez est enserie con otro bombillo (E). Se observa que el brillo de Ees considerablemente mayor que el de F y G, a su vez seobserva que el brillo de estos dos ltimos es igual, dadoa la conexin paralela. El bombillo E brilla muchsimoms dado que la conexin paralela tiene menosdiferencia de potencial en sus terminales, es decir, casi lamayora del voltaje proporcionado por la batera estsiendo consumido por el bombillo E, por consiguiente supotencia es mayor y disipar ms, en este caso la


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potencia se disipa en forma de luz, por esta razn seobserva mayor brillo en E.

En el circuito nmero 7 se tienen tres bombillos en serie(H, J y K), los tres bombillos brillan con igualintensidad, si se compara con el circuito nmero 1 elbrillo de H, J y K ser aproximadamente un tercio delbrillo del bombillo que se encuentra en el primermontaje. Esto se debe a que la diferencia de potencial enH, J y K es igual respectivamente, es decir un tercio delvoltaje proporcionado por la fuente; como la corriente atravs del todo el circuito es la misma, la potencia va aser exactamente igual en los tres bombillos.

Observamos que en el circuito nmero 8 se tienen tresbombillos en paralelo (L, M y N) cuyos brillos sonexactamente iguales, esto se obtiene gracias a lapotencia, la corriente que fluye por cada bombillo esexactamente igual y la diferencia de potencial en los

extremos de cada uno es el mismo voltaje suministradopor la fuente, de modo que al hallar la potencia de cadauno es exactamente igual. La potencia en este caso sedisipa en forma de luz, dando as mayor o menor brillo.

El circuito nmero 9 es un poco ms complejo deanalizar dado que tiene varios tipos de conexiones en l.Est compuesto por cinco bombillos A, B, C, D y E y lasconexiones entre ellos son las siguientes, A y B estnconectados en serie, se tiene otro paralelo donde losbombillos C y D estn en serie, el resultado de esta

conexin es la que se encuentra en paralelo con elbombillo E. En este circuito tericamente el brillo de Ay B debe ser igual, luego un poco menor debe ser elbrillo de E y por ltimo pero iguales entre s debe ser elbrillo de C y D, se observ luego de realizada la prcticaque esto se obtiene.

Por ltimo, los cortocircuitos son resistencias muy bajas,es decir, un cable. Se tiene que mayor corriente fluye pordonde la resistencia es ms pequea, por esto se observaen los tres montajes donde se agregaron cortocircuitosque los bombillos no brillaban, o brillaba uno y el otrono.

VI. PREGUNTASa) Circuitos simples:

1) Cmo se aplica la conservacin de la carga laconservacin de la energa y en un circuito?Para un circuito elctrico la ley de laconservacin de la carga y la energa, seaplicanpor medio de las leyes de Kirchhoff,utilizando la ley de corriente y de voltajes deKirchhoff, respectivamente.

2)

Segn la ley de Ohm, si se establece la mismadiferencia de potencial a travs de dosresistencias iguales Cmo son las corrientes enlas dos resistencias?Utilizando la ley de Ohm, se determin quecuando se tiene el mismo diferencial depotencial en resistencias iguales, la corriente encada una de las resistencias es:

3) Si la misma corriente atraviesa resistencias

iguales Cmo son las diferencias de potencial atravs de las resistencias?Utilizando la ley de Ohm, se determin quecuando se tiene la misma corriente enresistencias iguales, la diferencia de potencial encada una de las resistencias es:

4) Una pila suministra una diferencia de potencial

constante o una corriente constante?Un fuente idealde fem mantiene una diferenciade potencial constante entre sus terminales,independiente de la corriente que pasa a travsde ella. La fuerza electromotriz se definecuantitativamente como la magnitud de estadiferencia de potencial [4].

5) El brillo de una bombilla est relacionado conla potencia A qu es igual la potencia?La potencia elctrica est definida como:

Si se conoce el valor de la corriente queatraviesa una resistencia, la potencia disipada enla resistencia es:

Si se conoce el diferencial de potencial de unaresistencia, la potencia disipada en la resistenciaes:

()


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6) Cmo puede saber cules disipan ms energa?,sabiendo que todas tienen la misma resistencia.Primero hay que identificar qu tipo de circuitoes, es decir, en serie, paralelo o mixto. Luego sedetermina tanto el voltaje como la corriente en elcircuito. Y aquella resistencia en la cual hayauna mayor diferencia de potencial as como

corriente, va a ser la que mayor energa disipar.b) Circuitos medianamente complejos:

1) Si se establece la misma diferencia de potenciala travs de resistencias diferentes, cmo son lascorrientes a travs de cada resistencia?Utilizando la ley de Ohm, se determin quecuando se tiene el mismo diferencial depotencial en resistencias diferentes, la corrienteen cada una de las resistencias es:

Siendo Ri, el valor de cada resistenciaindividualmente.

2) Si a travs de resistencias diferentes pasa lamisma corriente, cmo son las cadas depotencial a travs de cada resistencia?Utilizando la ley de Ohm, se determin quecuando se tiene la misma corriente enresistencias diferentes, la diferencia de potencialen cada una de las resistencias es:

Siendo Ri, el valor de cada resistenciaindividualmente.

c) Circuitos complejos:

1) Corriente del circuito:

Imagen 17 Corriente en cada resistencia del

circuito 9.2) Utilizando la Ley de conservacin de la carga o

ley de corrientes de Kirchhoff, se realiz lasiguiente relacin entre las corrientes delcircuito:

Concluyendo as que la corriente en el punto 1 y 4 es

igual, y que la suma de corrientes en el punto 2 y 3es igual a la suma de corrientes en el punto 5 y 6.Porlo tanto se puede afirmar que:

( )3) Utilizando la Ley de conservacin de la energa

o ley de tensiones de Kirchhoff, se realiz lasiguiente relacin entre las diferencias depotencial a travs de los elementos del circuito:

El diferencial de potencial en el elemento A es el

mismo que en el elemento B, ya que seencuentran en paralelo y se debe a queelementos en paralelo tienen el mismodiferencial de potencial en sus bornes.Asimismo, el diferencial de potencial en elelemento E es igual a la suma de diferencias depotencial en los elementos C y D, ya que enelementos en serie no tienen el mismodiferencial de potencial en sus bornes.

4) Cules elementos estn conectados en serie?Los elementos C y D, ya que estos elementos seencuentran conectados consecutivamente, esdecir, uno siguiente al otro.

5) Cules elementos estn conectados en paralelo?Los elementos A con B y el equivalente de C yD con el elemento E, ya que las terminales deestos dos elementos coinciden.

6) Ordene las corrientes en los puntos 1 y 6 demenor a mayor:


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Los puntos que tienen de menor a mayorcorriente son el punto 5,2=3=6,1=4, es decir,que en el punto 5 hay menor corriente, ya que elvalor de laresistencia equivalente en ese punto esmayor que el valor de la resistencia en el punto6, por lo tanto hay mayor corriente en el punto 6.Asimismo, en los puntos 2 y 3 la corriente sedistribuye equitativamente, ya que son igualeslos valores de las resistencias, lo que hace queen el punto 2, 3 y 6, las corrientes sean iguales ymayores al punto 5.Finalmente las corrientes en los puntos 1 y 4 soniguales y mayores a las dems corrientes delcircuito, debido a que en estos puntos lacorriente se toma el circuito como si estuvieraen serie.

d) Corto circuito:1) Cuando se conectan dos resistencias en paralelo,Cmo es el valor de la resistencia equivalente

respecto a los valores de las resistenciasinvolucradas?Para dos resistores en paralelo, el recproco de laresistencia equivalente es igual a la suma de losrecprocos de las dos resistencias individuales:

2) Cuando dos resistencias diferentes se conectanen paralelo Por cul de ellas circula la corriente

ms grande?La corriente ms grande circula cuando laresistencia es muy pequea, es decir, casidespreciable.

3) Mencione algunas formas en que una resistenciapuede disipar energa:Una resistencia idealdisipa energa en forma decalor.

VII. CONCLUSIONESA. Medidas:

Acerca de la intensidad del brillo de los bombillos,aunque no se medi con exactitud, se pudo deducir sucomportamiento basndonos en la configuracin delcircuito.

Las herramientas tericas fundamentales quepermitieron interpretar las observaciones fueron lasleyes de conservacin de carga y energa en uncircuito elctrico.

B. Resultadosa)Circuitos simples

La configuracin de estos tres circuitos bsicos permitiverificar:

Para un solo bombillo la energa potencial de ste, es lamisma que en la fuente.

Para una conexin en serie el brillo de los bombillos vadisminuyendo siendo el de mayor brillo el ms cercano ala fuente de voltaje.

Para la conexin en paralelo en condiciones normales elbrillo de ambos bombillos es el mismo y el voltajepresente en cada uno es el mismo que el de la fuente.

b) Circuitos mixtosEn general se observ el mismo principio decomportamiento presente en los circuitos simples,

pero detallando la configuracin encontramosconexiones mixtas (series y paralelas) donde:

La corriente que entra en una malla se divide y sumagnitud en el punto de salida (de la malla) es lamisma que en el punto de entrada. Incluyendo una

malla como parte de un circuito en serie la corrienteall y en los dems puntos se mantiene constante. La energa potencial disminuye a su paso por cada

bombilla conectada en serie y cuando llega a unamalla, sta se puede tomar como parte de laconfiguracin en serie teniendo en cuenta que all(en la malla) el voltaje ser el mismo para cada

bombillo.

REFERENCIAS

[1] Circuitos elctricos. Richard C. Dorf. Quintaedicin. Alfaomega junio 2011.

[2] Anlisis de circuitos en ingeniera. William H. Hayt,Jr. Jack E. Kemerly, Steven M. Durbin.Sptimaedicin. McGraw Hill.

[3] Gua N5 Circuitos elctricos- fundamentos deelectricidad y magnetismo.

[4] Fsica Universitaria con fsica moderna volumen 2.Pag.857. Young, Hugh D. Decimosegundaedicin.Mexico.2009.

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