Informe De Laboratorio 5 Física Iii.docx

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS (Universidad del Perú, DECANA DE AMÉRICA)

 ALUMNOS:     

Matos Castro Kevin Anghelo Moreyra Purizaga Jefferson Gamarra Oroz Junior Castagne Pereyra Paulo Blas Miranda Fernando

CURSO:

Laboratorio de Física III

PROFESOR:

Victor Quiñones

TEMA:

“Potencia Eléctrica”

GRUPO:

Sábados de 2:00 p.m. – 4:00 p.m.

2017

15130072 15130160 15130148 15130063 15130134

I. -

OBJETIVOS Mostrar la Potencia eléctrica como función del voltaje y de la corriente, calculando y midiendo la potencia disipada en una resistencia conforme aumenta el voltaje.

-

Determinar que la resistencia de un filamento de una lámpara varía con la temperatura. Verificar que la resistencia del filamento (foco) no varía linealmente con el voltaje aplicado.

-

II.

FUNDAMENTO TEÓRICO

POTENCIA ELÉCTRICA La potencia eléctrica es definida como la relación de paso de energía de un flujo por unidad de tiempo; es decir, la cantidad de energía entregada o absorbida por un elemento en un tiempo determinado, teniendo así como unidad en el SI, Vatio (Watt). 𝐸 𝐽 𝑃= ===> 𝑊 = 𝑇 𝑠 Cálculo de la potencia:

a)

De cargas activas (Resistiva).- Una de las formas más simples es; 𝑃 = 𝑉𝑥𝐼 P: Potencia eléctrica. V: Voltaje. I: Intensidad de corriente. Pero además de ello, sabemos que: 𝑉 = 𝐼𝑥𝑅 R: Resistencia. Entonces: 2

𝑃 = 𝐼 𝑥𝑅

b)

𝑉2 𝑃= 𝑅

De cargas reactivas (Inductivas).- Para calcular la potencia de algunos tipos de equipos que trabajan con corriente alterna, es necesario tener en cuenta también el valor del factor de potencia o coseno de “phi” (Cos ö) que poseen. 𝑃 = 𝑉𝑥𝐼𝑥𝐶𝑜𝑠𝜙 P: Potencia eléctrica. V: Voltaje. I: Intensidad de corriente. Cosϕ: Coseno de "fi" o factor de potencia.

CONDENSADORES:

Un condensador es un dispositivo pasivo capaz de almacenar energía en forma de campo eléctrico. Tiene una estructura formada por dos superficies conductores (placas metálicas paralelas) separadas por un material dieléctrico, o por el vacío.

Los condensadores no almacenan carga ni corriente eléctrica, sino simplemente energía mecánica latente; que al ser insertado en un circuito toma el comportamiento de un elemento capaz de almacenar energía eléctrica. Además, se puede calcular la capacidad de un condensador de la siguiente manera:

𝐶=

𝑄1 𝑄2 = 𝑉2 − 𝑉1 𝑉2 − 𝑉1

C: Capacidad del condensador. Q1, Q2: Cargas de la placa 1 y 2 respectivamente. V2 – V1: Diferencias de potencial entre la placa 2 y 1. OJO: Normalmente se usa la carga positiva. De acuerdo a las especificaciones que se conocen de los condensadores estos siempre deben estar acompañados de una resistencia, ya que si reciben toda la corriente ocasiona que el condensador genere demasiada energía y provoque que literalmente explote. Los condensadores tienen dos periodos que son de carga y descarga, cuando un condensador se carga la tensión eléctrica sube hasta llegar al voltaje como su máximo, y cuando ocurre la descarga esta curva se hará el proceso inverso, en las gráficas a continuación se ve el comportamiento de carga y descarga como se muestra en las curvas dibujadas.

BOBINAS EN CIRCUITOS DE CORRIENTE CONTINUA:

Fabricar una bobina tan solo teniendo como un dato la inductancia es imposible, pero existe una fórmula que nos permite hallar la inductividad de una bobina que se basa en las dimensiones físicas y tipo de material, el cual nos dará una bobina teórica, siendo esta inductancia un indicador de la capacidad para generar una tensión de autoinducción. 𝑁2 𝐿 = 𝜇0 × 𝜇 𝑟 × ×𝐴 𝑙 L: Inductancia de la bobina. μ0: Constante magnética de campo. μr: Permeabilidad relativa del núcleo de la bobina. N: Número de espiras. l: Longitud de la bobina. A: Sección transversal

III.

MATERIALES E INSTRUMENTOS Fuentes de voltaje:

FIJAS La aplicación mas usada en circuitos utilizando los 78XX. La tensión de salida depende del circuito integrado utilizado y la corriente máxima para cualquier C.I. de esa serie es de 1 A. El capacitor C1,

filtra la tensión del rectificador, mientras que el capacitor C3 desacopla la alimentación.

Reóstato:

Cables: Decada de resistencia: .

Sistema UNITR@IN Es el dispositivo que se usara para poder simular la construcción de distintos circuitos eléctricos, además tiene la ventaja de que es manejado a través de un software que desde la computadora nos permite ver los valores de intensidad de corriente, voltaje, resistencia y como varían de

acuerdo al circuito que decidamos armar en él. Para este laboratorio se trabajara específicamente para trabajar la potencia eléctrica y principalmente los condensadores.

IV.

Focos de 15 v:

PROCEDIMIENTO

Experimento a) :Medición de Potencia Con este experimento se verá como hallar la potencia eléctrica y como trabaja a través de una medición indirecta de esta, por medio del voltaje conocido y la resistencia que se tenga asociada. Primero tendremos que armar el siguiente circuito que se muestra a continuación

Ahora como vemos acá se tiene que armar el circuito paso a paso para no confundirnos.

  

Primero conectamos los puntos que van de la fuente de poder, uno va al punto x9 y el otro al punto X12 Segundo se colocara un amperímetro entre los puntos X10 y X11, como sabemos un amperímetro es un voltímetro más una resistencia de Shunt. Tercero se colocara un voltímetro cuyos puntos A+ y A- van en los puntos X11 y X12 respectivamente, que como se ve tenemos una resistencia de por medio.

Y con todo esto ya estaría listo nuestro circuito, ahora empezaremos a modificar el voltaje para ver el comportamiento de la potencia eléctrica, por lo cual tomaremos los datos leídos por el amperímetro y el voltímetro, además se probara para dos resistencias distintas. Como nota final cabe mencionar que todo este trabajo se realiza con corriente continua. TABLA 1 Tabla 1: Con resistencia de 10Ω Exp 1 2 3 4

Ups (V) 1 2 5 10

U1 (V) 1 2 4.9 9.9

I1 (mA) 1.3 2.3 5.3 10

P1 (mW) 1.3 4.6 26.46 99

I1 (mA) .03 4.3 10 10

P1 (mW) 2.7 8.17 49 98

TABLA 2 Tabla 2: Con resistencia de 5Ω Exp 1 2 3 4

Ups (V) 1 2 5 10

U1 (V) 0.9 2 4.9 9.9

Proceso de Carga del Condensador en un circuito de corriente continua

Ahora como se explicó anteriormente en el fundamento teórico, un condensador está constantemente sufriendo de cargas y descargas de energía, veremos este comportamiento a través del armado de este circuito.

Vemos que es un tanto complejo pero básicamente se hace lo siguiente: 

Primero conectamos la fuente de poder que es el S al punto X43 y el negativo al punto X47.



Segundo como se dijo también, un condensador tiene que estar seguido de una resistencia, y como se ve, la resistencia R12 vendrá seguida del condensador, ahora conectaremos un voltímetro A, con los puntos A+ al punto X45 y A- al punto X46, como se ve, estos harán lectura del condensador.



Tercero, también colocaremos un amperímetro que estará conectado primero a través de una resistencia R3 y luego al voltímetro, Entonces Los puntos B+ y B- serán los puntos de lectura de nuestro amperímetro que básicamente harán lectura entre los puntos X44 y X45 que son los que están justo entre la resistencia y el condensador.

Entonces ya teniendo armado el circuito se abrirán las respectivas herramientas para poder probar el circuito armado.

Ahora se trabajara con una nueva herramienta que es el osciloscopio, la cual nos mostrara las subidas y bajadas de energía del condensador.

Entonces lo que obtendremos será lo siguiente

Entonces gracias a esta grafica se puede notar lo que se dijo en la teoría, que los condensadores constantemente sufren de cargas y descargas de energía, acá como

se puede notar las líneas verdes muestran los momentos en que ocurren las cargas y las líneas amarillas son de las descargas.

La Bobina en el circuito de Corriente Continua En este experimento se analizara la desconexión de una bobina. Para eso se cargará la bobina con una tensión continua de 5V y se hará un cortocircuito por medio de un relé. Se hace el circuito tal como se ve en la figura, nótese que la bobina está conectada en paralelo con una resistencia.

Principalmente es algo parecido al circuito armado anteriormente solo que además como se sabe se pondrá una resistencia en paralelo a lo que sería la bobina, que sería la conexión a los puntos X12 y X13. Y también el uso de un relai que nos servirá como un switch para activar la bobina, y como se hizo con el circuito anterior siempre debe de haber una resistencia presente antes de cualquier tipo de condensador. El voltímetro A se coloca para poder hacer la lectura respectiva entre los puntos X50 y X51 que son los que nos interesan para poder hacer lectura del comportamiento de la bobina.

Abra el instrumento virtual Fuente de tensión continua y encienda el instrumento, que en este caso es el osciloscopio, que nos servirá para ver cómo funciona la bobina, también abrimos el panel de relés y cortocircuite el relé 1 en al panel de relés para desconectar la bobina, arrastre el oscilograma a la ventana de plano cartesiano y reconecte el relé.

Los resultados que obtenemos se notan acá, al inicio del experimento cuando se pusieron todas las especificaciones de la guía, no se mostraba ningún cambio aparente en ninguno de los dos equipos, solo cuando se puso la base de tiempo a unos 2µs/div se notó algo y es lo que se muestra a continuación

Como vemos también tiene un comportamiento parecido al de los condensadores, pero en realidad es lo contrario a los condensadores, ya que como se vio en ellos la línea verde representaba la subida de carga y estaba encima del eje de las x, pero para las bobinas esto ocurre por debajo del eje de las x, lo que nos dice que se opone un poco al comportamiento de los condensadores. Experimento b) :

Verificando la potencia eléctrica como función del voltaje y de la corriente eléctrica. Se calcula y se mide la potencia disipada en una resistencia conforme aumenta el voltaje. 

Arme el circuito de la figura las resistencias R1 y R2 (cada una de 1 W) están conectadas en paralelo, de manera que puedan disiparse 2 watts de potencia. Su resistencia en paralelo es de 50 Ω.



Observe la tabla 3 y use la ley de Ohm para calcular la intensidad que pasa a través de las resistencias varié el cursor del reóstato. Anote los datos obtenidos en la tabla 3. Calcule la potencia en para cada valor. TABLA 3

Con los resistores a 50Ω VOLTAJE(V)

CORRIENTE (A)

POTENCIA (W)

0.4

0.025

0.01

2.2

0.09

0.198

4.5

0.19

0.855

6.5

0.26

1.69

11

0.43

4.73

12

0.49

5.88

Determinación de la variación de la resistencia del filamento de una lámpara con la temperatura. 

Sabiendo que la resistencia en frio del foquito es aproximadamente 6Ω arme el circuito de la figura



ajuste la fuente de voltaje de energía sucesivamente a voltajes diferentes variando el reóstato y anote los valores que indica en la tabla. Al aumentar la corriente en el filamento aumenta la potencia disipada por este, elevando su temperatura hasta que brilla. Por tanto se disipa la potencia en forma de calor



calcule y anote la resistencia del filamento de la figura de la lámpara para cada valor de voltaje y corriente registrados en la tabla TABLA 4

V.

VOLTAJE(V)

CORRIENTE(I)

RESISTENCIA (R)

POTENCIA(W)

0.5

0.11

4.55

0.06

1.0

0.17

5.88

0.17

1.5

0.20

7.50

0.30

2.0

0.24

8.33

0.48

2.5

0.28

9.09

0.69

CUESTIONARIO 1. Examine sus resistencias registradas en la tabla 4. ¿Al aumentar el voltaje aumenta la resistencia del filamento?, ¿En qué medida fue mayor la resistencia del filamento a un voltio que cuando estaba frio?



Observamos que mientras más aumenta el voltaje también aumenta la resistencia del filamento y observamos que el foco se va prendiendo poco a poco



La resistencia del filamento fue mayor cuando nos encontrábamos en un voltaje de 3 voltios con una resistencia de 9.68Ω, por lo tanto si la resistencia de 9.09Ω, por lo tanto si la resistencia en frio era de solo 6Ω, en la resistencia hay un incremento de 3.68 Ω.

2. Grafique V=V (R) de los resultados de la tabla 4. Determine la ecuación de la curva e interprete

Voltaje por Resistencia 3 2.5 2 1.5 1 0.5

0 0

2

4

6

8

10

3. Grafique P=P (R) de los resultados de la tabla 4. Determine la ecuación de la curva y/o recta

Voltaje por Resistencia 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 0

2

4

6

8

10

4. Explique lo observado en esta experiencia. Haga una comparación con la experiencia sobre la ley de Ohm. Se observó que la resistencia del foco no es constante, ya que este aumenta su luminosidad conforme aumenta el voltaje. No cumple la ley de Ohm, pues la resistencia para cada voltaje es diferente, donde está en una posición contraria pues la resistencia debería ser constante, esto se debe a que la resistencia de la lámpara transforma la energía aumentando la temperatura, lo que produce luz.

5. ¿Cuáles de las siguientes afirmaciones son correctas? Tabla 1 y/o 2 a) b) c) d)

La resistencia pequeña absorbe escasa potencia con la misma tensión La resistencia pequeña absorbe una potencia elevada con la misma tensión Si se duplica a tensión, se duplica también la potencia absorbida Si se duplica la tensión, se reduce a la mitad la potencia absorbida.

La afirmación correcta es la B. 6. Cuáles de las siguientes afirmaciones son correctas a) b) c) d) e)

La potencia total es independiente de la tensión que se aplica La potencia total disminuye si se eleva la tensión que se aplica. La potencia total aumenta si se eleva la tensión que se aplica. La resistencia pequeña absorbe una cantidad mayor de potencia. La resistencia mayor absorbe una cantidad mayor de potencia.

Las afirmaciones correctas son la C y E VI. 



CONCLUSIÓN

En síntesis se tiene que la potencia eléctrica en un punto es el trabajo que debe realizar una fuerza eléctrica (ley de Coulomb) para mover una carga unitaria “q” desde ese punto hasta el infinito, donde el potencial es cero. Dicho de otra forma es el trabajo que debe realizar una fuerza externa para traer una carga unitaria “q” desde el infinito hasta el punto considerado en contra de la fuerza eléctrica. Como en la experiencia de la ley de Ohm no se cumplió debido a muchos factores, entre ellos resaltan que no se utilizó apropiadamente los instrumentos y los recursos; a parte debemos tener en cuenta que es muy difícil lograr que la temperatura y otra condiciones físicas de un conductor metálico permanezcan constantes, debido a esto concluimos que es muy ideal que la ley de Ohm se cumpla.