Practicas Electricidad y Magnetismo Fes Aragon

practicas electricidad y magnetismo fes aragon por EsaMayaa | buenastareas.com PRÁCTICA 1 INDUCCIÓN DE ELECTROMAGNÉTICA. 1. Defina carga eléctrica: Propiedad física de algunas partículas subatómicas que crean fuerzas de atracción y repulsión entre ellas. La materia cargada eléctricamente es influida por los campos electromagnéticos, siendo a su vez, generadora de ellos. La interacción electromagnética entre carga y campo eléctrico es una de las cuatro interacciones fundamentales de la física. Es una medida de la capacidad que posee una partícula para intercambiar fotones. Su unidad es el coulomb (C). 2. Enuncie la ley de Coulomb y escriba su expresión matemática: La magnitud de la fuerza eléctrica entre dos cargas puntuales es directamente proporcional al producto de las cargas, e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa. Ecuación matemática: 3. Defina electrostática: Es el estudio de las cargas eléctricas en reposo y los efectos que se producen entre los cuerpos como consecuencia de su carga eléctrica. 4. Una pequeña esfera cargada cuelga de una cuerda. ¿Cómo se puede saber si la esfera está cargada positiva o negativamente: Con un electroscopio, si sabemos con qué carga esta polarizado, entonces podemos saber que carga tiene si se aplica la teoría de las cargas eléctricas. 5. Dé una clasificación general de los materiales de acuerdo con su conductividad: .6. La carga de un protón tiene una magnitud igual a: 1.60217 X 10-19 C . Explique la diferencia de este valor con el de un electrón: La diferencia es que el protón tiene carga positiva y el electrón tiene carga negativa . 7. Defina átomo, dibuje su representación identificando todas sus partes: Átomo, es la unidad más pequeña posible de un elemento químico, que conserva sus propiedades. 8. Diga cuál es la unidad de carga en el sistema internacional (S.I). ¿Cuál es su valor?: El Coulomb. 9. Enuncie la convención de Franklin y explique su utilidad: Benjamín Franklin estableció que la varilla de plástico y la seda tienen carga negativa en tanto que la varilla de vidrio y la piel tienen carga positiva. Y sirve para reconocer la polaridad de una carga. 10. Exprese la llamada "Ley de las cargas eléctricas": las cargas eléctricas iguales se repelen, y las de diferente signo se atraen. 11. Defina y de un ejemplo de: A. Triboelectricidad: Es la electrificación de un material causada por el contacto o frotamiento con otro material. B. Electroquímica: Rama de la química que estudia la transformación de energía eléctrica a energía química y viceversa. C. Piezoelectricidad: Fenómeno de determinados cristales que al someterse a tensiones mecánicas, polarizan eléctricamente su masa, apareciendo una diferencia de potencial y cargas eléctricas en su superficie. D. Termoelectricidad: Rama de la física que estudia la propiedad que tienen algunos cuerpos de emitir electricidad cuando secalientan. E. Fotoelectricidad: Fenómeno físico donde se produce una emisión de electrones por un material cuando se hace incidir sobre él radiación electromagnética o todo la gama de luz. F. Electromagnetismo es una rama de la física que estudia y unifica los fenómenos eléctricos y magnéticos en una sola teoría, cuyos fundamentos fueron sentados por Michael Faraday y formulados por primera vez de modo completo por James Clerk Maxwell. La formulación consiste en cuatro ecuaciones diferenciales vectoriales que relacionan el campo eléctrico, el campo magnético y sus respectivas fuentes materiales (corriente eléctrica, polarización eléctrica y polarización magnética), conocidas como ecuaciones de Maxwell. PRACTICA No. 1 ELECTROSTATICA CUESTIONARIO FINAL. 1.- Explique en qué consiste la descarga por ionización experimentalmente. La flama del cerillo consume la carga 2.- Explique por qué con un mismo excitador, algunas barras adquieren diferente polaridad. Por el material con el que se frota 3.- De acuerdo con la polaridad de cada una de las barras de la tabla 1, explique cómo se comporta la carga en los excitadores correspondientes. 4.- ¿En qué principio se basa el generador de Van De Graaff? De frotamiento con materiales aislantes 5.- Haga un esquema del generador de Van de Graaff indicando sus componentes. 6.- Diga si en los experimentos de esta práctica se creó carga eléctrica. Explique. Si, porque la tira de polietileno se carga al ser frotada porla franela y reaccionaba al acercar las barras de los distintos materiales 7.- Explique el proceso de carga por frotamiento. La materia contiene dos tipos de cargas eléctricas denominadas positivas y negativas. Los objetos no cargados poseen cantidades iguales de cada tipo de carga. Cuando un cuerpo se frota, la carga se transfiere de un cuerpo al otro, uno de los cuerpos adquiere un exceso de carga positiva y el otro, un exceso de carga negativa. En cualquier proceso que ocurra en un sistema aislado, la carga total o neta no cambia. 8.- Explique la descarga por conducción. al tener contacto con un material conductor, este absorbe o conduce la carga homegenizándola o drenándola a tierra 9.- Explique la descarga por ionización (teórica). Es el efecto de obtener carga de un material aislante al tener contacto con un material cargado adquiriendo la misma carga 10.- Según lo desarrollado en la práctica, ¿Qué entiende por carga eléctrica? Propiedad física de algunas partículas subatómicas que crean fuerzas de atracción y repulsión entre ellas. 11.- Investigue alguna aplicación de la electrostática. Almacenamiento de energía, como acelerador de partículas, impresión laser. 12.- ¿Cuál es el objetivo de cargar eléctricamente los cuerpos? Para comprobar las leyes de la electrostática y como parte de las aplicaciones. CONCLUSIONES. A mi parecer el estudio de la electrostática, es una de las disciplinas iniciadoras de la tecnología actual y con ella adelantos importantes que inclusive ocupamos a diario, como las fotocopiadoras o loscapacitores que se encuentran en casi cualquier aparato electrónico, además que para mi todavía faltan descubrir otras aplicaciones de la electrostática. PRACTICA No. 2 CIRCUITO ELEMENTAL CUESTIONARIO PRELIMINAR. 1.- ¿Qué es medir? Medir es comparar una magnitud con otra perfectamente definida que se utiliza como patrón. 2.- Defina multímetro y explique su función como voltímetro. Un multímetro, es un instrumento eléctrico portátil para medir directamente magnitudes eléctricas activas como corrientes y potenciales (tensiones) o pasivas como resistencias, capacidades y otras. Las medidas pueden realizarse para corriente continua o alterna. Su función como voltímetro es medir de manera muy específica el voltaje de un circuito. 3.- Explique qué es una fuente de voltaje y su función dentro de un circuito eléctrico. Es todo dispositivo que crea una diferencia de potencial. Para que cualquier circuito eléctrico funcione, debe haber una fuente de energía. Una fuente de energía es una fuente de voltaje (tensión) o bien una fuente de corriente. Su función es la de alimentar los distintos circuitos del aparato electrónico al que se conecta (ordenador, televisor, impresora, router, etc.). 4.- Diga que es un interruptor. Es en su acepción más básica un dispositivo que permite desviar o interrumpir el curso de una corriente eléctrica. Puede ser desde un simple interruptor que apaga o enciende una bombilla, hasta un complicado selector de transferencia automático de múltiples capas, controlado por computadora. Su expresión más sencillaconsiste en dos contactos de metal inoxidable y el actuante. 5.- Mencione algunos tipos de interruptores. El Interruptor magnetotérmico o Interruptor automático: se caracteriza por poseer dos tipos de protección incorporados, actuando en caso de cortocircuito o en caso de sobrecarga de corriente Interruptor diferencial: es un tipo de protección eléctrica destinada a proteger a las personas de las derivaciones o fugas de corriente causadas por faltas de aislamiento. Se caracterizan por poseer una alta sensibilidad (detectan diferencias de corriente orden de los mA) y una rápida operación. Reed switch: es un interruptor encapsulado en un tubo de vidrio al vacío que se activa al encontrar un campo magnético. Interruptor centrífugo se activa o desactiva a determinada fuerza centrífuga. Es usado en los motores como protección. Interruptores de transferencia: trasladan la carga de un circuito a otro en caso de falla de energía. Utilizados tanto en subestaciones eléctricas como en industrias. Interruptor DIP: viene del inglés ’’’dual in-line package’’’ en electrónica y se refiere a una línea doble de contactos. Consiste en una serie de múltiples micro interruptores unidos entre sí. Hall-effect switch: también usado en electrónica, es un contador que permite leer la cantidad de vueltas por minuto que está dando un imán permanente y entregar pulsos. 6.- Defina voltaje. ¿Cuáles son sus unidades? Es la magnitud física que, en un circuito eléctrico, impulsa a los electrones a lo largo de un conductor. Es decir, conduce la energía eléctrica con mayor omenor potencia. En otras palabras, el voltaje es el trabajo por unidad de carga ejercido por el campo eléctrico sobre una partícula para que ésta se mueva de un lugar a otro. En el Sistema Internacional de Unidades, dicha diferencia de potencial se mide en voltios (V), y esto determina la categorización en “bajo” o “alto voltaje”. Un voltio es la unidad de potencial eléctrico, fuerza electromotriz y voltaje. 7.- Mediante un diagrama, indique como se conectan “N” baterías en serie. 8.- Mediante un diagrama, indique como se conectan “N” baterías en paralelo. 9.- Defina circuito abierto (OFF). Es un circuito en el cual no circula la corriente eléctrica por estar éste interrumpido o no comunicado por medio de un conductor eléctrico. El circuito al no estar cerrado no puede tener un flujo de energía que permita a una carga o receptor de energía aprovechar el paso de la corriente eléctrica y poder cumplir un determinado trabajo. El circuito abierto puede ser representado por una resistencia eléctrica o impedancia infinitamente grande. 10.- ¿Cuál es el objetivo de conectar baterías en serie? Con este tipo de conexión, incrementamos el voltaje total. 11.- Defina circuito mixto. ¿Qué otros nombres recibe? Es una combinación de elementos tanto en serie como en paralelos. Para la solución de estos problemas se trata de resolver primero todos los elementos que se encuentran en serie y en paralelo para finalmente reducir a la un circuito puro, bien sea en serie o en paralelo. Estos circuitos sepueden reducir resolviendo primero los elementos que se encuentran en serie y luego los que se encuentren en paralelo, para luego calcular y reducir un circuito único y puro. 12.- Defina corriente alterna. Se denomina corriente alterna (abreviada CA en español y AC en inglés) a la corriente eléctrica en la que la magnitud y el sentido varían cíclicamente. La forma de oscilación de la corriente alterna más comúnmente utilizada es la de una oscilación senoidal, puesto que se consigue una transmisión más eficiente de la energía. 13.- Liste los tipos de corriente eléctrica que existen. Los dos tipos de corrientes eléctricas más comunes son: corriente directa (CD) o continua y corriente alterna (CA). La corriente directa circula siempre en un solo sentido, es decir, del polo negativo al positivo de la fuente de fuerza electromotriz (FEM) que la suministra. Esa corriente mantiene siempre fija su polaridad, como es el caso de las pilas, baterías y dinamos. 14.- Especifique las características físicas de un circuito: a) Serie b) Paralelo a) En un cirtuito de resistencias en serie podemos considerar las siguientes propiedades o características: La intensidad de corriente que recorre el circuito es la misma en todos los componentes. La suma de las caídas de tensión es igual a la tensión aplicada. (Esta es una de las leyes de Kirchoff) Donde VS es la tensión aplicada y Vi son las distintas caídas de tensión. Cada una de las caídas de tensión, la calculamos con la Ley de Ohm. Donde Vi es la caída de tensión, I es la intensidad y Ri esla resistencia considerada. La resistencia equivalente del circuito es la suma de las resistencias que lo componen. Donde RS es la resistencia equivalente del circuito serie y Ri sos las distintas resistencias. La resistencia equivalente es mayor que la mayor de las resistencias del circuito. La intensidad total del circuito la calculamos con la Ley de Ohm. Donde I es la intensidad, VS es la tensión aplicada y RS es la resistencia equivalente del circuito serie. Dadas estas características, decir que este circuito también recibe el nombre de divisor de tensión. PARALELO En un circuito en paralelo la corriente se distribuye en los componentes pero la tensión en ellos es la misma. al igual que los circuitos en serie cada componente se comporta de una forma distinta cuando están en paralelo resistencias: las resistencias en paralelo se ven como una resistencia con valor (R1*R2)/ (R1+R2). Capacitores: en los capacitores en paralelo la tensión en cada capacitor es la misma. Diodos: la corriente se distribuye uniformemente y V gama es 0.7 PRACTICA No. 2 CIRCUITO ELEMENTAL OBJETIVOS: Comprender la conexión de un circuito básico. Aprender el nombre y uso de una fuente de voltaje. Aprender el nombre y uso de los mandos y controles de un multímetro (como vóltmetro). Realizar mediciones de tensión eléctrica. Observar la diferencia entre un circuito abierto y un circuito cerrado. CONCEPTOS NECESARIOS. a) Voltaje (unidades). b) Circuito abierto. c) Circuito cerrado. d) FEM EQUIPO: 1 Multímetro 1 Transformadorde 127712 volts 3 focos de 12 volts 1 Tablero de conexiones Caimanes y puntas de prueba 2 Interruptores de 1 cuchilla. 2 Interruptores de 3 vías. 2 Fuentes de poder de C.D. INTRODUCCION CIRCUITO ELECTRICO Es una combinación de componentes conectados entre sí de manera que proporcionan una o más trayectorias cerradas que permitan la circulación de la corriente y el aprovechamiento de ésta para la realización de un trabajo útil. ESTRUCTURA BASICA DE UN CIRCUITO Un circuito eléctrico está constituido básicamente por: fuente, carga y conductores. FUERZA ELECTROMOTRIZ Y RESISTENCIA INTERNA Toda batería es un generador de corriente continua (C.C.). Todas las fuentes de alimentación tienen una resistencia interna (ri). Esta se considera conectada en serie al circuito, como se muestra en la figura: Como una corriente debe pasar por esta resistencia, si la fuente no está entregando corriente, la caída de voltaje en ri es cero, de manera que el voltaje completo VV se aplica a las terminales de salida. Este es el voltaje a circuito abierto, voltaje sin carga o voltaje sin carga o voltaje en vacío. Si se conecta una resistencia de carga RL a la fuente, RL debe estar en serie con ri, como se muestra en la figura: Cuando la corriente IL circula por el circuito, la caída de voltaje interna IL ri, disminuye el voltaje VL entre las terminales a y b de la fuente, de manera que VL = VV - (IL ri). Siendo éste el voltaje de carga. MEDICION DEVOLTAJE El Multímetro, en función de voltímetro, se conecta en paralelo con respecto al elemento que se desea conocer. Sus unidades son los volts (V). DESARROLLO Para comenzar con la práctica el profesor nos dio una completa introducción sobre el uso y finalidad de la fuente de poder y del Multímetro, que es el suplente del voltímetro. 1) Explicación por parte del instructor sobre el uso y manejo de la fuente de poder y el Multímetro (en función de Multímetro). 2) Arme el siguiente arreglo: 3) Abra y cierre el interruptor varias veces. Anote sus observaciones: Lo que pudimos observar fue que el foco prendía y apagaba dependiendo del estado en el que se encontraba el interruptor (abierto o cerrado), el interruptor servía, como su nombre lo indica, como un interruptor de corriente de modo que “corta” la energía que está siendo suministrada al foco para que éste encienda. 4) Mida el voltaje en el foco cuando el interruptor está abierto: 5) Mida el voltaje en el foco cuando el interruptor está cerrado: 6) Sustituya el transformador por una fuente de C.D. de 15 volts. El resultado obtenido cuando estaba abierto el circuito: 7) Alambre el siguiente arreglo: 8) Abra y cierre los interruptores alternativamente. Anote sus observaciones: Lo que pudimos observar fue: como la apertura y cierre de los interruptores se realizaba alternativamente de modo que cuando uno estaba abierto el otro estaba cerrado, observamos que elfoco se mantenía apagado; fuera cual fuera el interruptor abierto o cerrado, siempre y cuando no estuvieran los dos cerrados simultáneamente el resultado fue el mismo y el foco permaneció apagado. 9) Mida el voltaje en el foco y llene la siguiente tabla: INTERRUPTOR 1 INTERRUPTOR 2 VOLTAJE CA VOLTAJE CD Abierto Abierto 0 0 Abierto Cerrado 0 0 Cerrado Abierto 0 0 Cerrado Cerrado 11.6 14.01 10) Anote sus observaciones: Para este experimento debía estar cerrado el circuito, el interruptor, aparte de lo que se pudo o no observar durante el experimento, antes de realizar el experimento dedujimos de alguna manera los resultados que podíamos obtener y cuando realizamos el experimento pudimos constatar si estábamos o no en lo correcto. 11) Sustituya el transformador por una fuente de C.D. de 15 volts. Repita el procedimiento y anote sus resultados. De alguna manera los resultados fueron los mismos y lo podemos ver claramente en la tabla de anterior donde los resultados fueron parecidos. Cabe destacar que cuando los interruptores están cerrados existe un flujo de voltaje que no es igual pero de alguna son parecido. 12) Alambre el siguiente arreglo: 13) Abra y cierre los interruptores alternativamente. Anote sus observaciones. Cuando el interruptor 1 estaba cerrado y el otro abierto el foco encendía y cuando el interruptor 2 se cerraba y se abría el 1 el resultado era el mismo. 14) Mida el voltaje en el foco y llene la siguiente tabla: INTERRUPTOR 1 INTERRUPTOR 2 VOLTAJE CA VOLTAJE CDAbierto Abierto 0 0 Abierto Cerrado 11.9 14.02 Cerrado Abierto 11.9 14.5 Cerrado Cerrado 12 14.77 15) Anote sus observaciones: La corriente logra pasar aunque alguno de los interruptores se encuentra abierto mientras alguno este cerrado, pero si los dos están cerrados prende sin problema alguno. Solo cuando los dos interruptores se encuentran abiertos, la corriente no logra llegar al foco. 16) Sustituya el transformador por una fuente de C.D. de 15 volts. Repita el procedimiento. Anote sus observaciones. El procedimiento y los resultados, fueron algo parecidos, en la tabla con la corriente alterna, que la directa, aunque la corriente directa era mayor que la alterna. Pero los resultados que se aprecian con respecto a la primera tabla, no varían mucho. 17) Agregue un foco a cada interruptor, como lo muestra la figura: 18) Realice nuevamente las mediciones en el foco 1. INTERRUPTOR 1 INTERRUPTOR 2 VOLTAJE CA Abierto Abierto 0 Abierto Cerrado 5.67 Cerrado Abierto 5.4 Cerrado Cerrado 9.08 19) Sustituya el transformador por una fuente de C.D. de 15 volts. Repita el procedimiento. Foco 1 11.5 La energía eléctrica aumento, por tanto la corriente que tenía el foco 1 ahora era mayor. Foco 1 11.5 V 20) Alambre el arreglo: 21) Coloque el interruptor 1 en la posición 1. No 22) Coloque el interruptor 2 en la posición 1. Si 23) Coloque el interruptor 1 en la posición 2. No 24) Coloque el interruptor 2 en la posición 2. Si 25) Anote sus observaciones en cada paso. Elfoco prende ya que la corriente pasa a través del circuito, porque el interruptor 1 está conectado con la posición 1, mientras los interruptores estén conectados con sus conexiones respectivas, el foco prendera, por ejemplo en la imagen del arreglo, el 2 con el 2, prenderán, ya que están unidos, pero si se uno con dos, entonces no habrá una unión para poder pasar la corriente. RESULTADOS OBTENIDOS CON EL ÚLTIMO ARREGLO Interruptor 1 en la posición 1 Encendido Interruptor 2 en la posición 1 Apagado Interruptor 1 en la posición 2 Encendido Interruptor 2 en la posición 2 Apagado 26) Mida 10 volts en vacío en la fuente 1, y 5 volts en la fuente 2. La medida fue de 15 volts. 27) Arme el siguiente circuito: 28) Mida el voltaje entre los puntos a y b. Anote sus observaciones. La medida final fue de 15 volts, ya que las corrientes se suman. En una es 10 volts más la otra que es 5 volts dan como resultado 15 volts. CUESTIONARIO FINAL. 1.- Diga qué es un circuito eléctrico. Es la unión de una fuente y una carga por medio de un cable, dónde siempre existe un voltaje determinado. 2.- ¿Existe diferencia entre el voltaje medido en vacío con respecto al medido con carga? Si. 3.- Explique su respuesta a la pregunta anterior. Al medir la tensión en “vacío”, es decir, sin carga y luego repetir la medición con carga. La diferencia de tensión se debe a la caída de tensión sobre la impedancia interna de la fuente. Si se conoce el valor de la carga de prueba, por un simple cálculo con la ley de Ohm, se puede calcular la impedanciainterna de la fuente. Para el caso de la tensión de línea no debería suceder esta variación de tensión dado que la fuente de tensión sería la del generador de la empresa proveedora de energía eléctrica, que para todos los efectos prácticos se considera que la impedancia interna es “cero”. 4.- ¿Cómo se conecta un multímetro para medir voltaje? En paralelo con la carga. 5.- Diga qué es un circuito abierto Es un circuito en el cual no circula la corriente eléctrica por estar éste interrumpido o no comunicado por medio de un conductor eléctrico. El circuito al no estar cerrado no puede tener un flujo de energía que permita a una carga o receptor de energía aprovechar el paso de la corriente eléctrica y poder cumplir un determinado trabajo. 6.- Diga qué es un circuito cerrado. Cuando el recorrido es continuo y el interruptor está conectado, cediendo el paso de la corriente. 7.- Investiga las características físicas de un circuito conectado en: a) Serie. Cuando las cargas sobre una misma línea y la entrada de una se conecta con la salida de la otra. La intensidad de corriente que recorre el circuito es la misma en todos los componentes. La suma de las caídas de tensión es igual a la tensión aplicada. La resistencia equivalente es mayor que la mayor de las resistencias del circuito. La intensidad total del circuito la calculamos con la Ley de Ohm. b) Paralelo. Cuando las cargas se conectan todas en un nodo y donde la entrada de las cargas se conectan en un solo nodo y las salidas también. La corriente se distribuye en los componentes perola tensión en ellos es la misma. al igual que los circuitos en serie cada componente se comporta de una forma distinta cuando están en paralelo 8.- En el punto 17, ¿Varía el voltaje en el foco 1 al cambiar la posición de los interruptores? Explique. Varia, porque al estar los dos interruptores cerrados la resistencia disminuye porque están en paralelo, por lo tanto le darán mayor voltaje al foco 1. 9.- Mencione alguna aplicación de un interruptor de tres vías. La luz en una escalera. 10.- ¿Qué ventaja se obtiene al conectar fuentes en serie? Que se aumenta el voltaje. 11.- ¿Cuál es el propósito de conectar fuentes en paralelo? Aumentar el amperaje. CONCLUSIONES. El conocimiento de cómo funciona la corriente eléctrica tanto alterna como directa, es muy importante en el diseño, reparación y función de circuitos eléctricos. Está práctica me ayudo a comprender mejor los conocimientos que ya tenía acerca de los circuitos eléctricos y la medición de voltaje de corriente alterna y corriente directa, pues al medir físicamente es mucho más claro que leer la misma información en un libro. CONCLUSIONES En esta práctica pudimos observar el comportamiento de los circuitos dependiendo del arreglo al cual estén sometidos. En el caso de los circuitos que estaban en serie podemos concluir que cuando abríamos el interruptor la corriente se veía afectada y por tanto el foco no prendía hasta que cambiáramos el interruptor a cerrado. Para los circuitos en paralelo podemos decir que es un más diverso y de alguna manera hace más independiente a cadauna de las componentes que completan al sistema. De este modo si interrumpíamos la corriente en uno de los interruptores en paralelo, en alguno de los interruptores restantes el flujo continuaría. Algo que debemos destacar es que en el circuito en serie el voltaje no se vio afectado, algo que no sucedió con el arreglo en paralelo. PRACTICA No. 3 INSTRUMENTACIÓN PRIMERA PARTE (MEDICIONES DE VOLTAJE Y CORRIENTE EN C.A Y C.D). CUESTIONARIO PRELIMINAR. 1.- ¿Qué es un rango, en una medición? Es la menor medida que puede medir hasta la máxima que puede medir. 2.- ¿Qué es una escala, en una medición? Es una clasificación acordada con el fin de describir la naturaleza de la información contenida dentro de los números asignados a los objetos y, por lo tanto, dentro de una variable. Según la teoría de las escalas de medida, varias operaciones matemáticas diferentes son posibles dependiendo del nivel en el cual la variable se mide. 3.- ¿Cuál es el nombre técnico del "medidor de luz" de su casa? Kilowattometro, existen monofásicos, bifásicos y trifásicos. 4.- ¿De cuántas fases en el "medidor de luz" de su casa? Bifásica, es decir 2 fases. 5.- ¿En qué unidades registra la lectura el "medidor de luz" de su casa? Kw/hr 6.- ¿Cuáles son los valores de voltaje y frecuencia de la red de alimentación de su casa? 120 volts con 60 hz de frecuencia 7.- ¿Qué tipo de corriente circula por la red de alimentación de su casa? Alterna. 8.- Diga cómo están conectados los interruptores (apagadores) de su casa. En serie.9.- Diga cómo están conectados los contactos de su casa. Explique la razón. En paralelo, porque todos tienen 127 volts y de otra manera se reduciría en voltaje en cada uno de ellos progresivamente. 10.- ¿Qué es un transformador eléctrico? Se denomina transformador a un dispositivo electromagnético (eléctrico y magnético) que permite aumentar o disminuir el voltaje y la intensidad de una corriente alterna de forma tal que su producto permanezca constante (ya que la potencia que se entrega a la entrada de un transformador ideal, esto es, sin pérdidas, tiene que ser igual a la que se obtiene a la salida). Los transformadores eléctricos convierten la energía eléctrica alterna de un nivel tensión a otro. La conversión de tensiones se hace por medio de interacción electromagnética. 11.- ¿Cómo se define la relación de transformación en un transformador? Permite aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la frecuencia. La potencia que ingresa al equipo, en el caso de un transformador ideal (esto es, sin pérdidas), es igual a la que se obtiene a la salida. Las máquinas reales presentan un pequeño porcentaje de pérdidas, dependiendo de su diseño, tamaño, etc. 12.- Menciones las principales formas de generar energía eléctrica para su uso industrial. La hidroeléctrica procedente del agua y la eólica que procede del viento. 13.- Enuncie la Ley de Watt. Diga cuáles son sus unidades. “La potencia eléctrica suministrada por un receptor es directamente proporcional a la tensión de laalimentación (v) del circuito y a la intensidad ( I ) que circule por él” El vatio o watt es la unidad de potencia del Sistema Internacional de Unidades. Su símbolo es W. Es el equivalente a 1 julio por segundo (1 J/s) y es una de las unidades derivadas. 14.- Defina potencia eléctrica. Potencia es la velocidad a la que se consume la energía. Es 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. La unidad en el Sistema Internacional de Unidades es el vatio (watt). Si la unidad de potencia (P) es el watt (W), en honor de Santiago Watt, la energía (E) se expresa en julios (J) y el tiempo (t) lo expresamos en segundos, tenemos que: 15.- Defina corriente ¿Qué otros nombres recibe? La corriente o intensidad eléctrica es el flujo de carga por unidad de tiempo que recorre un material. Se debe al movimiento de los electrones en el interior del material. En el Sistema Internacional de Unidades se expresa en C/s (culombios sobre segundo), unidad que se denomina amperio. Una corriente eléctrica, puesto que se trata de un movimiento de cargas, produce un campo magnético, un fenómeno que puede aprovecharse en el electroimán. En síntesis es una corriente de electrones que atraviesa un material. PRÁCTICA 3 INSTRUENTACIÓN PRIMERA PARTE (MEDICIONES DE VOLTAJE Y CORRIENTE EN C.A Y C.D). OBJETIVOS: Aprender el nombre y uso de los mandos y controles del Multímetro y fuente de poder. Realizar mediciones de tensión y de intensidad decorriente en C.D. y en C.A. CONCEPTOS NECESARIOS. a) Voltaje b) Corriente c) Frecuencia d) Ley de Watt e) Unidades de las magnitudes anteriores f) Características eléctricas de los circuitos conectados en serie y en paralelo. EQUIPO 1 Multímetro 1 Fuente de poder 1 Transformador reductor 127-12 V, 1ª 3 focos de 12-16 Volts 1Tablero de Conexiones. Caimanes 2 Nodos “T”. 1 Tablero con foco de 127 Volts. INTRODUCCIÓN. Medir significa comparar una magnitud de valor desconocido con una determinada unidad de medida previamente establecida; esta operación se efectúa mediante un experimento físico. En términos generales podemos considerar a un instrumento de medición como un dispositivo que proporciona al experimentador información sobre una o más variables físicas con mayor exactitud que los sentidos humanos. Ahora el problema de medir tensiones y corrientes alternas (C.A) y continuas (C.D) no resulta tan sencillo como aparece dada la amplia gama de frecuencias con las que comúnmente se trabaja y lo variado del instrumental que se utiliza. Para medir tensiones y corrientes nosotros utilizaremos un instrumento llamado “Multímetro”, de los que existen digitales y analógicos. MEDICIÓN DE VOLTAJE. Cabe mencionar que para usar el multímetro, como voltímetro este se conecta en “Paralelo” con respecto al elemento del circuito en cuestión como se muestra en la siguiente figura. MEDICIÓN DE CORRIENTE. Recuerde que para poder utilizar el Multímetro como amperímetro este seconecta en “Serie” con respecto al punto que se desea medir. LEY DE WATT La ley de Watt dice que “la potencia que consume un circuito, es directamente proporcional al producto de la intensidad de corriente por la tensión del circuito”. P= V * I Watt = volt * ampere DESARROLLO. 1.- Explicación por parte del instructor sobre la forma de empleo, precauciones y aplicaciones del Multímetro. 2.- Arme el circuito mostrado en la figura. 3.- Mida la tensión en los extremos de cada foco. Anote sus lecturas en la siguiente tabla. VFTE Vf1 Vf2 Vf3 Vf1+ Vf2+ Vf3 C.D. 12 4.15 3.60 4.16 11.91 4.- Mida el valor de la corriente que circula por los puntos a, b, c y d del circuito de la figura. Anote sus lecturas en la siguiente tabla. 5.- Cambie la fuente de alimentación de C.D. por el transformador, como se muestra en la siguiente figura. 6.- Mida el voltaje entre los puntos a y d, así como también en cada uno de los focos. Anote sus resultados. VFTE Vf1 Vf2 Vf3 Vf1+ Vf2+ Vf3 C.D. 12.48 4.32 3.59 4.37 12.28 7.- Mida la corriente que circula por los puntos a, b, c y d. 8. Arme el circuito mostrado. 9.- Mida el voltaje en los extremos de cada foco. VFTE Vf1 Vf2 Vf3 C.D. 12 11.87 11.34 11.51 10.- Mida la corriente que circula por los puntos a, b, c, d, e y f del circuito de la figura. Ia Ib Ic Id Ie Ib + Ic + Id C.D. 0.35 0.23 0.24 0.11 0.35 0.58 11.- Cambie la fuente dealimentación de C.D. por el transformador, como se muestra en la siguiente figura: 12.- Mida el voltaje entre los puntos a y e, y el de los extremos de cada foco. VFTE Vf1 Vf2 Vf3 C.D. 11.93 11.76 11.56 11.44 13.- Mida la corriente que circula por los puntos a, b, c, d y e Ia Ib Ic Id Ie Ib + Ic + Id C.D. 0.35 0.23 0.23 0.1 0.35 0.56 14.- Arme el circuito mostrado en la siguiente figura. 15.- Mida el voltaje en los extremos del foco. VFTE Vf1 Vf2 Vf3 C.D. 12.00 11.93 5.37 6.47 16.- Mida la corriente en los puntos a, b, c y d 17.- Cambie la fuente de alimentación de C.D. por el transformador y realice nuevamente las mediciones. VFTE Vf1 Vf2 Vf3 C.D. 12.12 12.14 5.37 6.55 18.- Conecte el foco de 127 V a la línea de alimentación como se muestra en la figura. 19.- Mida el voltaje e intensidad de corriente en los bornes correspondientes. Llene la tabla siguiente y calcule la potencia PF. VF IF PF 120V 0.32Amp 38.4 Watt CUESTIONARIO FINAL. 1.- ¿Qué precauciones se deben tener para hacer mediciones en C.A. y C.D. con el Multímetro? Seleccionar bien la escala en el Multímetro tanto de rango como de función, porque si no el equipo se podría dañar y tratar de no tener contacto con alguna parte del cuerpo porque si no el usuario podría tener una descarga eléctrica. 2.- Describa el procedimiento a seguir para realizar una medición de: a) Voltaje. Una vez encendido el Multímetro yseleccionado la escala y el rango y también verificando que las puntas estén conectadas en la ranura correspondiente se conecta en paralelo con la carga que podemos medir. b) Corriente. Una vez encendido el Multímetro y seleccionado la escala y el rango y también verificando que las puntas estén conectadas en la ranura correspondiente se conecta en serie con la carga que podemos medir. 3.- Indique como se debe conectar el Multímetro para medir. a) Voltaje. Poner las puntas del Multímetro en paralelo con la carga que queremos medir. b) Corriente. Poner las puntas del Multímetro en serie con la carga que queremos medir. 4.- ¿Con qué otros nombres se le conoce al voltaje? ¿Cuáles son sus unidades? Diferencia de potencial y sus unidades son los volts. 5.- ¿Con qué otros nombres se le conoce a la corriente? ¿Cuáles son sus unidades? Intensidad y sus unidades es el ampere. 6.- ¿Qué características físicas posee un circuito? a)Serie Las cargas pueden ser un foco, resistencia, bobina, capacitor, etc. Y que la fuente de poder se conecta del positivo de una al negativo de la otra por medio de cables. b)Paralelo Las cargas pueden ser un foco, resistencia, bobina, capacitor, etc. Y que la fuente de poder se conecta los positivos a un nodo y los negativos a otro nodo. 7.- ¿Qué características eléctricas posee un circuito? a)Serie Que tiene una fuente de poder y que las cargas se conectan la terminal positiva con la negativa del otro. b)Paralelo Que tiene una fuente de poder y que las cargas se conectan las terminalespositivas a un solo nodo y las negativas a un solo nodo. 8.- ¿Las características anteriores se modifican por estar alimentados los circuitos con C.A. ó C.D.?Explique No se modifican porque los circuitos en serie y en paralelo es una característica de conexión entre cargas. 9.- ¿Qué ocurre si un foco de un circuito serie se funde? Explique Todos los focos se apagan o ningún foco funciona, porque la corriente va sobre un mismo camino de conexión, por lo que el foco fundido lo interrumpe. 10.- ¿Qué ocurre si un foco de un circuito paralelo se funde? Explique Nada, los demás focos siguen funcionando sin ningún problema. 11.- ¿Cómo se comporta la corriente en el circuito mixto visto en la práctica? Aumenta cuando se desconecta un foco en paralelo. APLICACIONES. El uso de multímetros y fuentes de poder es fundamental en talleres, laboratorios eléctricos y en la industria para determinar fallas y diseñar los sistemas eléctricos en general. CONCLUSIONES. Esta fue una práctica muy interesante porque en las demás prácticas hasta ahora realizadas el comportamiento de los experimentos se podían deducir por la lógica aplicada, pero en esta el comportamiento fue muy diferente de cómo podríamos haberlo predicho, dando así una fuerte retroalimentación con respecto a la teoría la cual se vuelve mucho más clara y comprensible y así poder hacer, medir o diseñar circuitos y conexiones adecuadamente. PRÁCTICA 4 INSTRUENTACIÓN SEGUNDA PARTE (MANEJO DEL OSCILOSCOPIO Y GENERADOR DE FUNCIONES). CUESTIONARIO PRELIMINAR.1.- ¿Qué es un osciloscopio? ¿Para qué sirve? Instrumento electrónico que registra los cambios de tensión producidos en circuitos eléctricos y electrónicos y los muestra en forma gráfica en la pantalla de un tubo de rayos catódicos. Sirve para: Determinar directamente el periodo y el voltaje de una señal. Determinar indirectamente la frecuencia de una señal. Determinar que parte de la señal es DC y cual AC. Localizar averías en un circuito. Medir la fase entre dos señales. Determinar que parte de la señal es ruido y como varia este en el tiempo. 2.- ¿Qué es un generador de funciones? ¿Qué utilidad tiene? Es un dispositivo que puede crear distintos tipos de onda, como las ondas : de sierra, triangular, senoidales, discretas, etc y su utilidad es para calibrar equipos, probar equipos especialmente de sonidos y para el estudio de ondas 3.- En la siguiente figura, indique que representa cada literal (a, b, c) a) Amplitud ó Vmáx b) Valor pico a pico ó Vpp c) Longitud de onda. 4.- ¿Qué mediciones directas se pueden realizar con el osciloscopio? Usualmente: Medir el voltaje de una señal. Medir la frecuencia de una señal. Medir el periodo de una señal. Medir los voltajes picos de una señal. Medir la forma de onda de una señal. Aparte: Medir suma y resta de señales Medir componente DC de una señal Medir componente AC de una señal 5.- Dé la definición de período y frecuencia y explique la relación que guardan entre sí. Que el periodo es el tiempo que tarda en suceder unaonda, y la frecuencia es el número de ondas que suceden en un segundo. 6.- ¿cómo se calcula la frecuencia de una señal? La frecuencia tiene una relación inversa con el concepto de longitud de onda (ver gráfico), a mayor frecuencia menor longitud de onda y viceversa. La frecuencia f es igual a la velocidad v de la onda, dividido por la longitud de onda λ (lambda): Sus unidades son los Hertz. f = 1/T ó 7.- Investigue que es el valor eficaz ó rms y su relación con el Vp y Vpp Un valor en RMS de una corriente es el valor, que produce la misma disipación de calor que una corriente continua de la misma magnitud. En otras palabras: El valor RMS es el valor del voltaje o corriente en C.A. que produce el mismo efecto de disipación de calor que su equivalente de voltaje o corriente directa. 1 amperio (ampere) de corriente alterna (c.a.) produce el mismo efecto térmico que un amperio (ampere) de corriente directa (c.d.) Por esta razón se utiliza el termino “efectivo” El valor efectivo de una onda alterna se obtiene multiplicando su valor máximo por 0.707. Entonces VRMS = VPICO x 0.707 El valor promedio de un ciclo completo de voltaje o corriente es cero (0). Si se toma en cuenta solo un semiciclo (supongamos el positivo) el valor promedio es: VPR = VPICO x 0.636 La relación que existe entre los valores RMS y promedio es: VRMS = VPR x 1.11 VPR = VRMS x 0.9 Notas: - El valor pico-pico es 2 x Valor pico - Valor RMS = Valor eficaz = Valor efectivo 8.- Investigue como es la forma de onda de una señal de corriente directa. Es unaseñal constante lo que podría semejarse a: y = cte como ecuación. Corriente directa = Corriente continua 9.- Investigue como es la forma de onda de una señal de corriente continua. Corriente directa = Corriente continua 10.- Investigue como es la forma de onda de una señal de corriente alterna. Tiene forma de onda senoidal. 11.- ¿Qué formas de onda puede entregar un generador de funciones? Un Generador de Funciones o, para que se entienda mejor, un Generador de Ondas es un circuito oscilador que es capaz de entregar señales de ondas de varios tipos a frecuencia variable y a amplitud variable. Genera ondas de varios tipos, Senoidal, Triangular y Cuadrada en este caso, aunque otros tipos de Generadores de Funciones comerciales más elaborados son capaces de producir otros tipos de ondas más complejos como Diente de Sierra, Pulsos, Ruidos Rosa/Blanco, en Rampa, etc. Estas ondas deben ser variables en amplitud (volumen, para que nos entedamos) y en frecuencia. 12.- Mencione algunas aplicaciones prácticas de un osciloscopio. se utilizan en la industria y en los laboratorios para comprobar y ajustar el equipamiento electrónico y para seguir las rápidas variaciones de las señales eléctricas, ya que son capaces de detectar variaciones de millonésimas de segundo. Unos conversores especiales conectados al osciloscopio pueden transformar vibraciones mecánicas, ondas sonoras y otras formas de movimiento oscilatorio en impulsos eléctricos observables en la pantalla del tubo de rayos catódicos. 13.- Defina oscilograma. Es un tipo derepresentación gráfica donde se representa el tiempo en el eje horizontal y la amplitud en el eje vertical. El Oscilograma representa la variación de la Amplitud con el tiempo. PRÁCTICA 4 INSTRUMENTACIÓN SEGUNDA PARTE (MANEJO DEL OSCILOSCOPIO Y GENERADOR DE FUNCIONES). OBJETIVOS: - Aprender el nombre y el uso de los mandos y controles del Osciloscopio y del Generador de Funciones. - Apreciar los conceptos adquiridos en la teoría, del principio de operación de los instrumentos de medición manejado estas e interpretando los resultados obtenidos. CONCEPTOS NECESARIOS: a) Forma de onda de voltaje C. A., C. D. y C. C. b) Amplitud. c) Frecuencia. d) Periodo. e) Valor eficaz. f) Valor pico. g) Valor pico a pico. h) El principio de operación de una fuente de poder. EQUIPO: 1 Osciloscopio. 1 Generador de funciones. 1 Fuente de poder. 1 Bocina. 1 Trasformador reductor 127/12 V, 1 Amp. 1 Diodo rectificador. INTRODUCCIÓN. OSCILOSCOPIO. El osciloscopio es un instrumento de medición rápido y versátil que hasta su funcionamiento en el tubo de rayos catódicos (TRC), con el podemos realizar directamente mediciones de voltaje y periodos de tiempo. A diferencia del multímetro que solo nos permite cuantificar la magnitud la longitud de la señal que estemos manejando (cuadrada, triangular, etc…). TUBO DE RAYOS CATÓDICOS. 1. FILAMENTO DE CALDEO. 2. REJILLA DE CONTROL. 3. REJILLA ACELERADORA. 4. HAZ ELECTRÓNICO. 5. CAPA FOSFORESCENTE INTERIOR. 6. PLACAS DEFLECTORAS VERTICALES.7. PLACAS DEFLECTORAS HORIZONTALES. 8. REJILLA DE ENFOQUE. 9. CATODO. De hecho el osciloscopio es un graficador que en aparatos modernos maneja los ejes x, y, z con la ventaja que no contiene partes móviles ya que el elemento trazador es un haz de electrones que incide sobre una pantalla fosforescente al cual retiene por algún tiempo la imagen. Todos los circuitos del osciloscopio están dispuestos alrededor de un tubo de rayos catódicos (TRC). MANDOS Y CONTROLES DE UN OSCILOSCOPIO. 1. BOTÓN DE ENCENDIDO/APAGADO. 2. CONTROL DE BRILLO. 3. ENFOQUE. 4. PANTALLA GRADUADA 5. SELECTOR DE C. A., C. D. Ó CERO. 6. ENTRADA DE LA SAÑEL. 7. BARRIDO DE AMPLITUD. 8. BARRIDO DE TIEMPO. 9. CAMBIO DE POLARIDAD. 10. POSICIÓN DE “X”. 11. POSICIÓN DE “Y”. 1) Encendido. 2) Control de brillo del haz. 3) Control del ancho del haz. 4) Nos permite contar el número de divisiones que abarca nuestra señal para que de esta manera podamos dimensionarla. 5) Permite seleccionar C. A., C. D. y nivel de referencia a cero. 6) Lugar donde se alimenta la señal a medir. 7) Varía el rango de amplitud de la señal. 8) Varía el rango del periodo de la señal visualizada. 9) Cambia el cuadrante inicial de una señal de C. A. 10) Mueve la señal visualizada de izquierda a derecha. 11) Mueve la señal de arriba a abajo. GENERADOR DE FUNCIONES: El generador de funciones basa su funcionamiento de operación en componentes electrónicos llamados “Osciladores”. Un oscilador se compone principalmente de circuitos analógicoslineales (OpAmps), resistores, capacitadores e inductores. Este tipo de osciladores pueden entregar señales del tipo cuadrado y senoidal, que se pueden variar tanto en amplitud como en frecuencia. El pasar señal cuadrada a un componente electrónico llamado integrador (Que se compone de manera similar a un oscilador), la señal se convierte en una de tipo triangular, que también varia tanto en amplitud como en frecuencia. La función de este aparato será entregarnos señales de tipo triangulares, cuadradas, senoidales, etc., a diferentes frecuencias y amplitudes. MANDOS Y CONTROLES DE UN GENERADOR DE FUNCIONES. Botón de encendido/apagado. Ajuste de tolerancia en frecuencia. Rangos de frecuencias. Atenuadores. Selector de señal deseada. Caratula de voltaje de salida. Ajuste de amplitud (Valor pico a pico de la señal). Componentes de C. D. Dial multiplicador para rango de frecuencia. Salida se la señal hasta 20 Vpp y Zo= 600Ω. Salida de la señal hasta 4 Vpp y Zo= 50Ω. DESARROLLO. 1. Explicación por parte del instructor, sobre la forma de empleo, precauciones y aplicaciones del osciloscopio y generador de funciones. MEDICIÓN DE UNA SEÑAL AL DE C. A. 2. Arme el circuito mostrado en la figura siguiente. 3. Seleccione en el generador de funciones una señal triangular de 10 Vpp. Con una frecuencia de 5 KHz. Haga los ajustes necesarios en el osciloscopio para observar esta señal. a) Grafique la forma de onda que observa. b) Mida el Vp de esta señal Vp= 2.6 (2V) c) Mida el periodo:T= 2 ( 0.1ms) d) Calcule la frecuencia: f = 5000Hz e) Varié la frecuencia del generador del generador y observe lo que ocurre. Se hace grande o se hace chica la señal, pero no varía su tamaño o amplitud, según se varía el valor de la frecuencia girando la perilla. f) Anote sus observaciones. Pues que el osciloscopio nos da una buena idea de como varía la frecuencia, pues lo podemos ver de manera gráfica. 4. Con el mismo arreglo, seleccione en el generador de funciones una señal cuadrada de 5 Vpp con una frecuencia de 20 KHz. Haga el mismo ajuste necesario en el osciloscopio para observar esta señal. a) Grafique la forma de onda que observa. b) Mida el periodo: T= 2.3 (10µs) c) Calcule la frecuencia; f= 43478.26Hz d) Varié la frecuencia del generador y observe lo que ocurre. Se hace grande o se hace chica la señal, pero no varía su tamaño o amplitud, según se varía el valor de la frecuencia girando la perilla. e) Anote sus observaciones. Pues que el osciloscopio nos da una buena idea de cómo varía la frecuencia, pues lo podemos ver de manera gráfica, o también se podría decir que varia la distancia del tiempo. 5. Arme el circuito de la figura siguiente. a) Diga que forma de onda observa: senoidal Grafíquela. b) Mida el voltaje de pico de esta señal: Vp = 2 (9V) c) Mida el periodo de esta señal: T= (3.3)(5ms) d) Calcule la frecuencia: f= 60.6Hz NOTA: No olvidar unidades. MEDICIÓN DE UNA SEÑAL DE C. C. 6. Conecte un diodo rectificador altrasformador, como se muestra en la figura siguiente. 7. Haga los ajustes necesarios en el osciloscopio, para observar la señal. Grafique la señal obtenida. Anote sus observaciones. La señal solo muestra los valores positivos del voltaje ya que con el diodo conectado(el cual no permite que conduzca la señal en sentido contrario o negativa), este omite la señal negativa mostrando solamente el valor de 0 durante el tiempo que dura la señal negativa. MEDICIÓN DE UNA SEÑAL DE C. D. 8. Arme el circuito de la siguiente figura. 9. Observe la forma de onda de la diferencia de potencial de C. D. a) Grafique la forma de la señal observada. b) Gire la perilla de voltaje de la fuente de poder y observe la variación en el osciloscopio. Sube o baja la señal. c) Invierta la polaridad de la fuente de poder y grafique la señal observada. d) Gira la perilla de voltaje. e) Anote sus observaciones. Sube o baja con respecto a Y pero en los valores negativos. DIFERENCIA DE POTENCIAL GENERADA A PARTIR DEL SONIDO 10. Conecte las terminales de la bocina a las entradas del osciloscopio. Seleccione en este un rango de 10 mV/div y un tiempo de 5 ms/Div. 11. Produzca sonidos cerca del cono de la bocina y observe en el osciloscopio las formas de onda que se generan, las cuales varían en proporción da la frecuencia e intensidad del sonido producido. Grafique las señales observadas. Anote sus observaciones. Al hablar fuerte variaba la intensidad de frecuencia.CUESTIONARIO FINAL 1. Eléctricamente. ¿En qué forma se conecta el osciloscopio el circuito en estudio para efectuar mediciones? El osciloscopio solo mide la forma de onda de tensiones alternas o continuas sea cual sea la forma de la señal, entonces como solo mide tensión tienes que conectarla en paralelo al elemento el cual deseas ver su señal de tensión con respecto al tiempo 2. ¿Qué nombre reciben los conectores empleados en el osciloscopio y generador de funciones? CHAN 1: para conectar la punta del osciloscopio del canal 1 CHAN 2: para conectar la punta del osciloscopio del canal 2 ETAPA DE ENTRADA: para habilitar y deshabilitar RESET: para resetear el osciloscopio ON/OF: para encender y prender el osciloscopio 9V DC: para conectar la fuente al osciloscopio 3. ¿Qué precauciones y cuidados debemos tener al utilizar el osciloscopio? De no pasarnos de voltaje si no generara una fuerte descarga eléctrica, y encenderlo cuando ya éste conectado el circuito. 4. Describa el procedimiento para realizar mediciones con el osciloscopio de: a)Conectamos las puntas del osciloscopio al circuito al cual queremos medir la señal de voltaje, ajustamos la frecuencia y la amplitud en una forma estimada la valor que estimamos y ya que estamos viendo la señal la ajustamos de acuerdo a la amplitud y frecuencia de nuevo, según la cuadrícula del osciloscopio. b) Amplitud: Contando el número de divisiones verticales, desde su máximo hasta su mínimo y multiplicando por la escala que se indique, obtendremos el voltaje de pico apico (Vpp). c) Periodo: Para el cálculo del período, contaremos el número de divisiones horizontales correspondientes a una longitud de onda de la señal y multiplicaremos por la escala que se indique. 5. Describa el procedimiento para obtener del generador de funciones una señal de 10 Vp, 1.5 KHz de forma: Primero se selecciona el tipo de señal de acuerdo con el inciso a), b) ó c) con el selector de señal. Con el rango de frecuencia se coloca en 1KHz y después con el dial multiplicativo para rangos de frecuencia se ajusta en 1.5, después se elige la señal hasta 20Vpp y con ajuste de amplitud (valor pico a pico de la señal) se pone a la mitad a) Senoidal b) Triangular c) Cuadrada 6. ¿Qué tipo de señal nos entrega un generador de funciones, Directa o Alterna? Explique. Un generador de funciones nos entrega señales alternas tipo triangulares, senoidales y cuadráticas, las cuales les puedes modificar su amplitud y frecuencia a tu gusto, también en los nuevos generadores de función puedes sumarle una función continua a estas funciones alternas para que se vean desplazadas sobre el eje de las ordenadas (vertical), este tipo de funciones son usadas en casos especiales. 7. ¿Cómo se obtiene una señal negativa en C. D.? La corriente directa o continua tiene polaridad, así que si conectas el positivo a la tierra de un circuito, tienes una tensión negativa en el circuito. Las señales se pueden superponer a la corriente continua y varían de positivo a negativo. 8. ¿se puede obtener la misma señal (con sus parámetros), con ungenerador de funciones que la obtenida en el circuito del punto 5? Explique. Si, porque el transformador nos da una señal senoidal que viene de la cometida de la red eléctrica del laboratorio, que tiene una señal de 120 volts C.A a 60Hz y se convierte a 12 volts C.A. con 60 Hz. 9. Obtenga el valor eficaz (rms) de la señal obtenida en el punto 5. VRMS = VPICO x 0.707 VRMS = 18 x 0.707 = 12.72v 10. Grafique la forma de onda de una señal de corriente directa de: a) 5 Volts b) -10 Volts c) -15 Volts 11. ¿Cuál es el periodo de una señal de 60 Hz? La formula de frecuencia para obtener el periodo es f=1/T Por lo tanto al despejar la f, de frecuencia nos queda T= 1/f T=1/60 T=0.016666 segundos 12. ¿Cómo se genera el voltaje en las terminales de la bocina, al producir el sonido cerca de la misma? Explique. Al producir el sonido cerca de la bocina este empuja la copa de la bocina y así mueve a la bobina que está adentro y esta a su vez hace que se produzca un flujo de corriente pues corta el campo magnético producido por el imán permanente de la bocina creando así un voltaje que varía de negativo a positivo según se mueva la bobina de la bocina. APLICACIONES. El osciloscopio ha aumentado en popularidad y utilidad, de manera que ahora puede considerarse como instrumento básico en talleres de servicio, en la industria, así como en laboratorios de investigación y desarrollo. Este instrumento permite al ingeniero o técnico observar lo que sucede en un circuito eléctrico. Da unapresentación visual de la amplitud, periodo y forma de onda de una señal, entre dos puntos dados del circuito, a lo que se le conoce como osciloscopio. CONCLUSIONES. La práctica fue didáctica y nos dio experiencia tanto visual y de manejo con el osciloscopio y como se comporta tanto triangular, cuadrática y senoidalmente, debido a los cambios de toma eléctrica. PRÁCTICA No. 5 “RESISTENCIA ELECTRICA Y LEY DE OHM” Cuestionario preliminar 1.-¿Qué es resistencia eléctrica? Es una característica de los conductores y en general de todos los cuerpos, y se define como la propiedad que tienen los cuerpos de oponerse en cierta medida al paso de la corriente eléctrica. Es la diferencia de potencial entre 2 puntos dividida por la corriente que circula entre ellos. 2.-¿Qué es un resistor? ¿Cuál es su símbolo eléctrico? Se denomina resistor al componente electrónico diseñado para introducir una resistencia eléctrica determinada entre dos puntos de un circuito. 3.-¿Cómo se comporta la resistencia al aumentar la sección transversal de un conductor? La resistencia disminuye debido a que se tendrá mayor espacio por donde los electrones puedan circular los electrones sin que estos choquen con los átomos. Si el área de un conductor aumenta el doble, disminuye a la mitad la resistencia, y viceversa. 4.-¿Cómo se comporta la resistencia al aumentar la longitud de un conductor? La resistencia aumenta debido a que, será más la oposición que experimente un electrón libre al desplazarse por un determinado tramo de un conductor, porquetendrá mayores choques con los átomos del conductor. Es decir, la resistencia es directamente proporcional a la longitud del conductor. 5.- Escriba el código de colores para la lectura de los resistores. 6.-¿para qué sirve el código de colores? Para identificar el valor de una resistencia o resistor sin necesidad de medirla de manera exacta con el multimetro. 7.-Diga el valor de los resistores cuyos colores son: a) Amarillo, café, verde, oro 4100000 Ω al 5% b) Naranja, rojo, azul, plata 32000000 Ω al 10% c) Gris, rojo, oro 82 Ω al 5% 8.-¿qué colores corresponde a un resistor de: 2300Ω al 5% rojo, naranja, rojo, oro. 3500KΩ al 10% Naranja, verde, verde, plata. 26000Ω al 20% rojo, azul, naranja, negro. 9.-¿Cómo se clasifican los resistores? Clasificación de los resistores: Bobinados: Están fabricados con hilos metálicos bobinados sobre núcleos cerámicos. Como regla general, se suelen utilizar aleaciones del Níquel. Podemos distinguir dos subgrupos: 1. Resistores bobinados de potencia: Son robustos y se utilizan en circuitos de alimentación, como divisores de tensión. Están formados por un soporte de porcelana o aluminio aglomerado, sobre el que se devana el hilo resistivo. Las tolerancias son inferiores al 10 % y su tensión de ruido es prácticamente despreciable. Para garantizar su fiabilidad es conveniente que el diámetro no sea excesivo y que no se utilicen a más del 50 % de su potencia nominal. 2. Resistores bobinados de precisión: La precisión del valor óhmico de estos componentes es superior a + 1%. Suestabilidad es muy elevada y presentan una despreciable tensión de ruido. Son estabilizados mediante un tratamiento térmico y se obtienen tolerancias del + 0,25 %, + 0,1 % y + 0,05 %. No bobinados: En estas resistencias el material resistivo se integra en el cuerpo del componente. Están previstos para disipar potencias de hasta 2 vatios. Son más pequeños y económicos que los bobinados, y el material resistivo suele ser carbón o película metálica. Resistencias aglomeradas o de precisión: son pequeños, económicos y de calidad media. Los valores de tensión de ruido y coeficientes de temperatura y tensión son apreciables. Bien utilizados, tienen buena estabilidad. Se fabrican con una mezcla de carbón, aislante y aglomerante. Dependiendo de la cantidad de carbón, variará el valor óhmico de la resistencia. Son sensibles a la humedad y tienen una tolerancia entre el 5 y el 20 %. Se deben usar en circuitos que no necesiten mucha precisión y no usar más del 50 % de su potencia nominal. Resistencias de capa de carbón por depósitos: están fabricados en un soporte vidrio sobre el que se deposita una capa de carbón y resina líquida. El valor óhmico lo determina el porcentaje de carbón de la mezcla. El soporte se divide en partes, que componen las resistencias. Después se metalizan los extremos, para soldar los terminales, se moldea con una resina termoendurecible, se comprueba el valor del componente y se litografían los valores. Resistores pirolíticos: Sobre un núcleo de material cerámico se deposita carbón por pirólisis. Se tiende a espesores másgruesos y a espiralados de mayor longitud para incrementar la estabilidad del componente. Se aísla la superficie mediante sucesivas capas de pintura y se inscribe la codificación de sus valores característicos. Resistencias de capa metálica: Están fabricados con una capa muy fina de metal (oro, plata, níquel, cromo u óxidos metálicos) depositados sobre un soporte aislante (de vidrio, mica, etc.). Estas resistencias tienen un valor óhmico muy bajo y una estabilidad muy alta. Resistencias de película fotograbada: Puede ser por depósito de metal sobre una placa de vidrio o por fotograbado de hojas metálicas. Este tipo de resistencias tiene un elevado valor de precisión y estabilidad. Resistencias de película gruesa Vermet: El soporte es una placa cerámica de reducido espesor, sobre la que se deposita por serigrafía un esmalte pastoso conductor. El esmalte recubre los hilos de salida que ya se encontraban fijados sobre la placa soporte. 10.-Enuncie la ley de Joule. El calor total desarrollado en un conductor es directamente proporcional a la resistencia, al cuadrado de la corriente y al tiempo que dure el flujo de esta última. H=I²Rt (joules). Las cargas eléctricas que atraviesan una resistencia entran con una energía qV1 mayor que con la que salen qV2. La diferencia de energía es: ∆U=q∆V=qV2-V1=qIR La rapidez con la que las cargas pierden la energía es la potencia disipada en la resistencia: P=dUdt=dqdtIR=I2R Este resultado se conoce como Ley de Joule y expresa la pérdida de energía que las cargas experimentan en lascolisiones atómicas que se producen en la resistencia. La energía se disipa en forma de calor (efecto Joule). 11.- Defina la ley de medida de la resistencia eléctrica, y ¿Como se denomina al aparato especifico para medirla? El ohmio es la unidad del SI para la resistencia eléctrica. Se representa con la letra griega Ω. Un ohmio es la resistencia eléctrica que presenta una columna de mercurio de 106,3 cm de altura y 1 mm2de sección transversal, a una temperatura de 0 °C. El óhmetro es el que mide la resistencia. 12.- Escriba la expresión matemática para calcular la resistencia equivalente de una conexión de “N“ resistores en: Serie RT=R1+R2+R3+…+Rn Paralelo 1/Req=1/R1+1/R2+1/R3+…+Rn 13.-Mencione algunos usos comunes de los resistores. Encontramos resistores variables o potenciómetros; el nombre de potenciómetros se debe a que se usan como controles de volumen y son los encargados de dejar pasar mayor o menor cantidad de señales de audio eléctricas al amplificador de potencia. En general los resistores fijos o variables, tiene la función de limitar el paso de corriente hacia determinado componente, por ejemplo, la polarización positiva y negativa de la base de un transistor. También existen los resistores de alambre, tanto fijos como variables, en el caso de los fijos vienen en presentaciones parecidas a las bobinas; los variables son potenciómetros que, a diferencia de los descritos en el párrafo anterior, además del valor de la resistencia tienen un valor en vatios, se utilizan en circuitos de potencia. Otros tipos deresistores son las fotorresistencias (LDR – Light Dependent Resistance), también llamadas foto celdas, estas tienen la capacidad de variar su resistencia, con respecto a la cantidad de luz que las ilumine; a menor cantidad de luz, mayor resistencia. Regular un circuito eléctrico y se usa comúnmente para calentar líquidos y/o alimentos, a través de estufas y calentadores sin necesidad de gas. 14.-Diga que es el efecto joule en los resistores y como se calcula. Es el calentamiento que sufre un material al ser recorrido por un flujo de corriente eléctrica y se calcula por medio de la sig. Expresión: P= R * I o bien P= V²/R donde: P: es la potencia disipada en Joules R: es la resistencia en Ohms. V: es el voltaje en Volts I: es la intensidad de corriente en amperes. 15.-¿Cuáles son los elementos básicos de un resistor variable? Ilústrelo. Partes de un resistor variable CURSOR TERMINALES FIJOS ELEMENTO RESISTIVO ENCAPSULADO Los resistores variables tienen tres contactos, dos de ellos están conectados en los extremos de la superficie resistiva y el otro está conectado a un cursor que se puede mover a lo largo de la superficie resistiva. 16.-Enuncie la ley de Ohm. “La intensidad de la corriente eléctrica que pasa por un conductor en un circuito es directamente proporcional a la diferencia de potencial aplicado a sus extremos e inversamente proporcional a la resistencia del conductor.” I=V/R Donde, I es la corriente que pasa a través del objeto en amperios, V es la diferencia depotencial de las terminales del objeto en voltios y R es la resistencia en ohmios (Ω). Específicamente, la ley de Ohm dice que la R en esta relación es constante, independientemente de la corriente. PRÁCTICA No. 5 “RESISTENCIA ELECTRICA Y LEY DE OHM” OBJETIVOS: Aprender el uso del código de colores para los resistores. Aprender el uso del óhmetro. Calcular la resistencia equivalente de los agrupamientos de resistores. Calcular el porciento de error al medir con el óhmetro. Relacionar la longitud con la resistencia y la corriente que circula por un conductor. CONCEPTOS NECESARIOS: Resistividad. Ley de Ohm. Ley de Joule. EQUIPO: 1 Tablero de conductores nicromel. 1 fuente de poder. 1 multimetro. Juego de caimanes. Puntas de prueba. 2 resistores de 1KΩ. 2 resistores de 100Ω. 1 resistor de 330Ω. 1 resistor de 56 KΩ. 1 resistor de 150Ω. 1 resistor de 120Ω. INTRODUCCIÓN: Todos los materiales ofrecen una oposición al flujo de la corriente eléctrica a la cual se le llama resistencia eléctrica. El elemento que introduce resistencia eléctrica a un circuito, recibe el nombre de resistor. El símbolo de la resistencia eléctrica es: , la letra que la representa es R o r, y la unidad de medida es el Ohm (Ω). Los materiales se clasifican en conductores, semiconductores y aisladores, de acuerdo a la resistencia que presentan. Todos los materiales en menor o mayor grado son buenos conductores de electricidad, por ejemplo: el oro, la plata, el cobre, el plomo, etc. Como aisladores tenemos el vidrio, laporcelana, el caucho, los plásticos, etc.… Los semiconductores son materiales que no tienen ni muy mala ni muy buena resistencia. Cabe mencionar que no existe una línea divisoria entre los conductores y los aisladores, ya que todos los cuerpos conducen en mayor o menor grado la corriente eléctrica, tomando en cuenta la diferencia de potencial eléctrico que se aplique en sus extremos. Ósea que no existen conductores o aislantes perfectos. Los resistores se emplean comúnmente para producir caídas de voltaje , variar la intensidad de corriente, disparar calor, etc.; entre ellos se encuentran: fijos, variables y de potencia. Los resistores variables se usan para cambiar o variar la cantidad de resistencia aplicada en un circuito, y reciben el nombre de potenciómetros o reóstatos. Los potenciómetros consisten, por lo general, de elementos de composición de carbono para disipar baja potencia; mientras que el elemento resistivo de un reóstato esta hecho generalmente de alambre para tener la posibilidad de disipar mayor potencia. Agrupamiento de resistores en serie: La resistencia equivalente se obtiene sumando los valores de las resistencias en serie. En este agrupamiento, hay un solo camino para la corriente: Agrupamiento de resistores en paralelo: En este agrupamiento la resistencia equivalente es menor que la menor de ellas, debido a que como hay varios caminos que puede seguir la corriente, hay menos oposición. la resistencia equivalente se calcula por la formula: Agrupamiento mixto: Es una combinación delos 2 anteriores, donde hay resistores conectados en serie y paralelo. Para encontrar a resistencia equivalente se combinan los 2 métodos anteriores de manera que se vaya reduciendo el agrupamiento hasta obtener una sola resistencia. Ley de Ohm: la ley de Ohm establece la relación entre la corriente, la resistencia y el voltaje. V= (R) (I) Donde: V= diferencia de potencial en Volts. R= resistencia en Ohms. I= intensidad de la corriente en Amperes. Por ciento de error: Es él porcentaje de error que se presenta al realizar una medición y se calcula por la formula: Ley de Joule: Todos los materiales, al ser recorridos por una corriente eléctrica, se calientan (en mayor o menor medida). Esto se conoce como efecto Joule, y puede calcularse por medio de la expresión: P = R (I)² o bien P = V² / R Donde: P= potencia disipada en joules. R=resistencia en Ohms. V=voltaje en volts. I= corriente en amperes. La potencia disipada referida al tiempo dará: J/s= watts disipados. DESARROLLO: 1. Explicación sobre las cuestiones de resistores, obtención de la resistencia equivalente, los errores en las mediciones, tipos de resistores, fijos y variables; y el efecto joule. Las resistencias tienen como función distribuir adecuadamente las tensiones y corrientes que circulan por el circuito. Su funcionamiento se basa en la dificultad que ofrecen al paso de la corriente eléctrica algunos materiales, generalmente con valores de resistividad altos. Para definir el valor de una resistencia se utilizacomo unidad el Ohm, que se representa por la letra griega omega (Ω). La ley de Ohm establece que la intensidad de la corriente eléctrica que circula por un resistor es directamente proporcional a la diferencia de potencial aplicada e inversamente proporcional a la resistencia del mismo, tal como lo expresa la fórmula siguiente: I = V / R. En la que, si estamos empleando unidades del Sistema internacional, I representa la intensidad de la corriente medida en amperios (A), V la diferencia de potencial expresada en voltios (V), y R es el valor de nuestro resistor en ohmios (Ω). Si bien técnicamente sería posible construir un resistor de cualquier valor que deseemos, por una cuestión practica solo se las construye de una serie de valores perfectamente normalizados, y que combinados como veremos más adelante, permiten lograr cualquier valor de resistencia que necesitemos para nuestro proyecto. Los resistores tienen una “tolerancia” nos referimos al error máximo que puede presentar en su valor. Por ejemplo, una resistencia de un valor teórico de 1000 ohms con un 10% de tolerancia tendrá un valor real de entre 900 y 1100 ohms. Para no tener necesidad de escribir grandes cantidades de ceros al expresar valores de resistencias elevadas, se utilizan la letra “K” y “M”, que designan factores multiplicativos de 1,000 y 1,000,000. Símbolos utilizados para representar a los resistores. Existen básicamente dos tipos de códigos, uno utiliza cuatro bandas y el otro cinco. En el código de cuatro bandas, los dos primeros anillos representan losdígitos que forman el valor base de la resistencia, el tercero el numero de ceros que es necesario añadir, y el cuarto el valor de la tolerancia. Si tomamos un resistor que tiene una banda marrón, una roja, una naranja y una dorada, su valor será 12000 ohms, con el 5% de tolerancia, dado que según la tabla de colores el marrón representa el “1”, el rojo un “2” y el naranja significa que se agregan tres ceros. Los resistores con cinco bandas de colores se leen de la misma manera, pero teniendo en cuenta que las tres primeras son los dígitos que forman el valor base, la cuarta banda la cantidad de ceros a agregar y la quinta la tolerancia. La agrupación en serie consiste en unir los resistores una a continuación de la otra, como se ve en el esquema de la figura. De esta manera, la corriente I que circula por ambas es la misma, mientras que, cada resistor presenta una diferencia de potencial distinta entre sus extremos, que dependerá, según la ley de Ohm, de los valores de cada resistor. La resistencia total de la agrupación de resistores en serie es igual a la suma de las resistencias individuales: R = R1 + R2 + R3 +……+ Rn En caso de necesitar un valor de resistencia más pequeño que el de los resistores disponibles, podemos agruparlas en paralelo. En este caso, la conexión se efectúa en la que las terminales se unen en dos puntos comunes llamados nodos. En este caso, por cada rama, compuesta por un resistor, circula una corriente diferente, pero la tensión aplicada a todas es la misma. La resistencia equivalente de una asociación deresistores en paralelo es igual a la inversa de la suma de las inversas de cada una de los resistores. En paralelo: 1 / R = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + ….. + 1/Rn Para la resistencia total en la tercera fig. se calcularía sumando en primer lugar las agrupaciones en serie R1 y R2 por un lado, y R3 y R4 por otro, con lo que el circuito quedaría como una agrupación en paralelo de cuatro resistores: R1+R2, R3+R4, R5 y R6. Utilizando la formula vista más arriba, podemos calcular el valor de la resistencia equivalente del circuito. Resistores en serie. Resistores en paralelo. Agrupación mixta de resistores. Los llamados “potenciómetros” o “presets”, consisten en una pista de material resistivo por la que se desliza un cursor capaz de recorrerla de un extremo al otro al ser accionado por un mando externo. La resistencia del dispositivo se toma entre uno de los extremos y el cursor, por lo que su valor varía de acuerdo a la posición de este. En el caso de los potenciómetros, están construidos para que su valor se varíe con frecuencia, y se utilizan por ejemplo para controlar el volumen de un amplificador o la luminosidad de una lámpara. También existen resistores para usos especiales que varían su valor con la temperatura. Se fabrican de dos tipos, dependiendo si su resistencia aumenta o disminuye con la temperatura. Las LDR (Light Dependent Resistor, o Resistor Dependiente de la Luz) son, como su nombre lo indica, resistores cuyo valor varía de acuerdo al nivel de luz al que están expuestas. Los valores extremos que adopta una LDR cuando está entotal oscuridad o expuesta a plena luz varían de un modelo a otro, y se sitúan en el rango de los 50Ω a 1000 Ω (1K) cuando están iluminadas con luz solar y valores comprendidos entre 50.000 Ω (50K) y varios megohmios (millones de ohms) cuando está a oscuras. Al momento de seleccionar uno u otro resistor para su uso en proyectos debemos considerar la potencia máxima para la que fue construida. En efecto, la caída de tensión que se produce cuando la corriente atraviesa la resistencia se transforma en calor, y el componente elegido debe ser capaz de soportarlo sin destruirse. Para potencias pequeñas, de 1/8 de Watt a 1 Watt suelen ser fabricados a partir de una barra de carbón, pero los que son capaces de disipar potencias mayores se construyen arrollando un hilo resistivo sobre un cilindro metálico, todo cubierto por un esmalte vitrificado. Este tipo de resistor puede llegar a disipar hasta 100 Watts, y a menudo es necesario algún tipo de mecanismo para proveer la ventilación adecuada. 2. Determine el valor en cada resistor utilizando el código de colores y luego por medio del óhmetro. Anótalo en la tabla siguiente: RESISTOR BANDA 1 BANDA 2 BANDA 3 %TOL. VALOR CÓDIGO VALOR MEDIDO 1 VERDE AZUL NARANJA +/- 10 56000 55400 2 CAFE ROJO PLATA +/- 3 .12 .12 3 CAFE VERDE CAFE +/- 20 150 140 4 CAFE NEGRO ROJO +/- 5 1000 990 5 NARANJA NARANJA CAFE +/- 5 330 320 3. Arme los siguientes circuitos, calculando su valor, efectuando la medición con el óhmetro entre los puntos a y b. Obtenga el % de error en cadacaso 4. Arme el circuito de la figura: 5. Mida la corriente que circula a través de cada conductor de nicromel, aplicando un voltaje constante de 8 volts. Notara un ligero calentamiento en estos. 6. Mida la resistencia en cada unió de los conductores. Concentre sus resultados en la tabla sig: CALIBRE I (A) R MEDIDA (Ω) 18 .84 9.52 22 .57 14.03 26 .27 26.62 30 .11 72.72 34 .0023 3478.26 7. ARME EL CIRCUITO DE LA FIG. 2 8. Mida la corriente en el circuito. 9. Varíe el voltaje de la fuente en cinco Volts cada vez. Vacíe sus resultados en la siguiente tabla. VOLTAJE(V) CORRIENTE 0 0 mA 5 .4mA 10 .8mA 15 1.3mA 20 1.7mA CUESTIONARIO FINAL 1. Exprese la ecuación para calcular la resistencia equivalente para 2 resistores en paralelo. 1 / R = 1/R1 + 1/R2. 2. Exprese la ecuación para “n” resistores de igual valor, conectados en paralelo. 1/ Rn = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + ….. + 1/Rn. 3.Calcule él % de error para cada resistor en el punto 2. .35% 0% 6.66% 1% 3.03% 4. Con las mediciones del circuito del punto 4. a)Calcule el valor del voltaje. V=8v. b)Compare este valor con el proporcionado por la fuente ¿difieren? No. c)Explique. A pesar de que las mediciones de la corriente no son exactas, el voltaje es igual a la (I) (R). 5. Con los valores obtenidos en el circuito de la figura del punto 7, calcule el valor de la resistencia. Compare sus resultados con los obtenidos en el desarrollo de la práctica. ¿Difieren?. Explique. 0Ω 12.5Ω 12.5Ω 11.5Ω 11.7Ω Sidifieren pero eso es obviamente a que las mediciones no son exactas. 6. Obtenga el valor de la resistencia equivalente entre los puntos A y B del siguiente circuito: R= 2.00182839 MΩ. 7. Calcule por ley de ohm los parámetros faltantes en el siguiente circuito: IT=2A. I1=2A I2=2A I3=2A VT=120v V1=30v V2=200v V3=10v RT=120Ω R1=15Ω R2=100Ω R3=5Ω PT=120J P1=60J P2=400J P3=20J APLICACIONES: Algunos de los usos frecuentes de los resistores son establecer el valor adecuado de voltaje en un circuito, limitar la corriente y proporcionar una carga. En ocasiones se utilizan para proporcionar calor a un dispositivo; por ejemplo: plancha, tostador, sartén electrónico, entre otros. CONCLUSIONES: Gracias a esta práctica pudimos ver como se calcula la resistencia en los resistores sin necesidad de medirla, mediante el código de colores; y comprobar con el multimetro para comprobarlo. Además se reafirmaron los conocimientos de teoría vistos en clase sobre la ley de Ohm, para hacer los cálculos en los circuitos en serie, paralelos y mixtos. De igual manera se aprendió a calcular, la potencia disipada en Joules, que como se pudo observar depende mucho de la resistencia del material que forma al conductor; ya que de esto dependerá, el grado de calor que se obtenga cuando la corriente eléctrica circule por él. PRACTICA No. 6 "RIGIDEZ DIELÉCTRICA" Cuestionario Preliminar 1. Defina aislante, ¿Qué otros nombres recibe? Un aislanteeléctrico es un material con escasa capacidad de conducción de la electricidad, utilizado para separar conductores eléctricos evitando un cortocircuito y para mantener alejadas del usuario determinadas partes de los sistemas eléctricos que de tocarse accidentalmente cuando se encuentran en tensión pueden producir una descarga. Mal conductor, escaza conductividad, etc. 2. Mencione cinco ejemplos de materiales dieléctricos y algunas aplicaciones. Vidrio, cerámica, madera, porcelana y la baquelita. Se utilizan en la fabricación de algunos circuitos eléctricos ya que debido a sus propiedades son una medida de seguridad para evitar accidentes. 3. ¿Qué se entiende por rigidez dieléctrica? El valor límite de la intensidad del campo eléctrico en el cual un material pierde su propiedad aisladora y pasa a ser conductor. Se mide en voltios por metro V/m (en el SI). También podemos definirla como la máxima tensión que puede soportar un aislante sin perforarse. A esta tensión se la denomina tensión de rotura de un dieléctrico. 4. ¿Cómo se define el campo eléctrico E? Es un campo físico que es representado mediante un modelo que describe la interacción entre cuerpos y sistemas con propiedades de naturaleza eléctrica. 5. ¿Qué diferencia existe entre un dieléctrico y un resistor? Es que el dieléctrico no es conductor y el resistor si lo es, los dieléctricos pueden aislar hasta cierta cantidad de electrones a través de él, y el resistor deja pasar un mínimo de electrones a través de él, hasta que se vence la capacidad dieléctrica yentonces explota en una reacción en cadena hasta que se destruye en su mayoría o la mayor parte de se estructura. 6. Mencione algunas aplicaciones prácticas del transformador. Con los transformadores, podemos cambiar la amplitud del voltaje, aumentándola para ser más económica la transmisión y luego disminuyéndola para una operación más segura en los equipos, existes de muchos tipos dependiendo de la necesidad que se requiera. 7. ¿Cómo se define el coeficiente dieléctrico K0 de un material? Cada material tiene un valor que determina el grado en que serán más efectivos como dieléctricos (aislantes). Este valor recibe el nombre de constante dieléctrica de ese material. 8. De los siguientes materiales diga cuales son aislantes, conductores y semiconductores: a) Vidrio - aislante b) Aceite - aislante c) Cobre - conductor d) Germanio - semiconductor e) Fierro - conductor f) Silicio - semiconductor g) Madera - aislante h) Nicromel – conductor OBJETIVOS: Observar la ruptura de la rigidez dieléctrica del aire y de algunos sólidos y líquidos. Cuantificar el valor del campo eléctrico para el cual ocurre la ruptura en algunos materiales. CONCEPTOS NECESARIOS. a) Campo eléctrico entre placas planas y paralelas. b) Potencial eléctrico. c) Diferencia de potencial. d) Cargas inducidas. e) Susceptibilidad, coeficiente dieléctrico y permitividad. EQUIPO: 1 Probador de ruptura y sus accesorios. 1 Autotransformador variable de 0 a 120 Volts. 1 Multímetro 1 Regla graduada 1 Juego de muestras desólidos. 1 Juego de muestras de líquidos. 1 Tablero de conexiones. Juego de caimanes Puntas de prueba. INTRODUCCIÓN Clasificación general de los materiales. La clasificación general de los materiales es: conductores (tienen de una a tres electrones en su última capa orbital); semiconductores (tienen cuatro electrones en su última capa orbital); y aislantes (tienen entre cinco y ocho electrones en su capa de valencia); éstos últimos también conocidos como dieléctricos; la propiedad principal que representan es la de no permitir el flujo de electrones a través de su estructura. Constante dieléctrica Cada material tiene un valor que determina el grado en que serán más efectivos como dieléctricos (aislantes). Este valor recibe el nombre de constante dieléctrica de ese material. Ejemplos: MATERIAL CONSTANTE DIELÉCTRICA (K) adimencional Aire Resina Hule duro Papel seco Vidrio Baquelita Mica Porcelana Mycalex Compuestos de dióxido de Titanio 1 2.5 2.8 3.5 4.2 4.5 a 7.5 5a9 5.5 8 90 a 170 Afectaciones al dieléctrico Existen características físicas y químicas que pueden modificar las propiedades dieléctricas de un aislador, tales como: espesor, forma, humedad, salinidad, etc. La diferencia entre los buenos y los malos dieléctricos se puede explicar según el grado de facilidad con que las fuerzas electrostáticas afectan en las moléculas del dieléctrico. Rigidez dieléctrica Todo aislante tiene una propiedad llamada rigidez dieléctrica, que indica la máxima tensión que puede ser aplicada en los extremosde un dieléctrico de manera segura; si se excede esta tensión, las moléculas del material dieléctrico se romperán y se producirá un arco eléctrico entre las placas a través del dieléctrico. De esta manera, se puede definir a la rigidez dieléctrica como la máxima tensión permisible para un espesor específico de un material antes de que se convierta en conductor. Ejemplo: MATERIAL RESISTENCIA DIELÉCTRICA (V/0.01cm) Aire Fibra Vidrio Aceite de ricino Baquelita Porcelana Papel parafinado Papel encerado Mica 80 50 200 370 500 750 1200 1800 2000 Campo eléctrico Se establece que el campo eléctrico aplicado es directamente proporcional al voltaje de ruptura (dado en KV), e inversamente proporcional a la distancia entre las placas (dada en mm). Es decir: donde es el voltaje de ruptura. d es la distancia entre electrodos (espesor del material). DESARROLLO. 1.Conecte el voltímetro a la salida del autotransformador variable (Variac) como se indica en la figura siguiente; y observe que sucede al variar el control del variac. Asegúrese de que el Multímetro está siendo empleado en la forma correcta. MEDICION DE LA RIGIDEZ DILÉCTRICA EN GASES (AIRE) 2. Conecte el primario del transformador a la salida del Variac como se indica en la figura. 3. Fije una separación entre electrodos de 1 cm., encienda el Variac y lentamente incremente el voltaje hasta observar la ruptura de la rigidez dieléctrica del aire. En este momento abra lapuerta del probador de ruptura -Con lo cual se interrumpe el alto voltaje-. 4. Tome nota de la diferencia de potencial en el voltímetro en el momento en el que ocurre la ruptura. Voltaje de ruptura del aire = 86.3 Volts. NOTA: en el instante en que ocurre la ruptura de la rigidez dieléctrica los dos focos indicadores se encenderán intensamente, este efecto será útil para detectar la ruptura en el resto de los dieléctricos. 5.-Realice pruebas con los elementos separados a 0.3, 1.0 y 1.6 cm., usando el aire como dieléctrico. Distancia entre electrodos (mm) Se logro ruptura (si/no) Voltaje marcado en el multímetro 3mm Si 23.7V 10mm Si 119.6V 18mm si 135.5V MEDICIÓN DE RIGIDEZ DIELÉCTRICA EN MATERIALES SÓLIDOS. 6.- Sujete entre los electrodos una muestra de dieléctrico sólido, y repita la prueba para cada una de las muestras, concentrando sus resultados en el cuadro siguiente. DIELÉCTRICO SE LOGRO RUPTURA (SI/NO) VOLTAJE MARCADOEN EL MULTIMETRO (V) DISTANCIA ENTRE ELECTRODOS (mm) Voltaje de ruptura Madera Si 118.5 3 11177.95 Acrílico No 149.5 3 Sin ruptura Vidrio No 151.1 3 Sin ruptura Hule No 149 3 Sin ruptura MEDICIÓN DE RIGIDEZ DIELÉCTRICA EN LÍQUIDOS: 7.- Para realizar la prueba con dieléctricos líquidos, introduzca completamente los electrodos en cada una de las muestras a experimentar. Realice la prueba con los electrodos separados 0.3 cm para cada una de las muestras. Anote sus mediciones. DIELÉCTRICO SE LOGRO RUPTURA (SI/NO) VOLTAJE MARCADOEN EL MULTIMETRO (V) DISTANCIA ENTREELECTRODOS (mm) Voltaje de ruptura Gasolina blanca Si 65.5 3 6188.97 Aceite Si 81.7 3 7719.68 Thinner Si 119.5 3 11291.33 Alcohol Si 117.7 3 11121.25 CUESTIONARIO FINAL: 1.- ¿Cuál es el campo eléctrico de ruptura del aire en KV/mm para una distancia entre electrodos de 1 cm? R= *Ruptura de la rigidez dieléctrica del aire: 86.3 Volts. = 86300 KV. *Distancia entre electrodos = 1 cm. = 10 mm. Formula: E= VR / d (KV/mm) E = = 8630 2.- A partir del resultado obtenido en la pregunta anterior calcule la separación necesaria entre electrodos para que No se logre romper la rigidez dieléctrica del aire, al alcanzar el voltaje máximo (12,000 V). Formula: E= VR / d (KV/mm) Despejamos: d= VR / E (mm) d = = 8630 mm. = 863 cm. = 8.63 m. 3.- Concentre los resultados de los experimentos en los siguientes cuadros. DIELECTRICOS EN LOS CUALES SE LOGRO RUPTURA DIELECTRICO DISTANCIA ENTRE PLACAS (mm) VOLTAJE DE RUPTURA (KV) CAMPO ELECTRICO DE RUPTURA KV/mm) *MADERA *GASOLINA BLANCA *ACEITE *THINNER *ALCOHOL INDUSTRIAL. 3 mm. 3mm. 3mm. 3mm. 3mm. 11177.95 6188.97 7719.68 11291.33 11121.25 39433.33 21833.33 27233.33 39833.33 39233.33 PARA EL CÁLCULO DEL CAMPO ELECTRICO DE RUPTURA: Madera: *Voltaje marcado en el multímetro= 118.3 V. = 118300 KV. *Distancia = 3mm. E = = 39433.33 Gasolina Blanca: *Voltaje marcado en el multímetro= 65.5 V. = 65500 KV. *Distancia = 3mm. E = = 21833.33 Aceite: *Voltaje marcado en elmultímetro= 81.7 V. = 81700 KV. *Distancia = 3mm. E = = 27233.33 Thinner: *Voltaje marcado en el multímetro= 119.5 V. = 119500 KV. *Distancia = 3mm. E = = 39833.33 Alcohol industrial: *Voltaje marcado en el multímetro= 117.7 V. = 117700 KV. *Distancia = 3mm. E = = 39233.33 PARA EL CÁLCULO DEL VOLTAJE DE RUPTURA. VROS= Madera: *Voltaje del multímetro: 118.3 V. *Voltaje del transformador: 12000 KV. *Voltaje de línea: 127 V. VROS= = 11177.95 KV Gasolina blanca: *Voltaje del multímetro: 65.5 V. *Voltaje del transformador: 12000 KV. *Voltaje de línea: 127 V. VROS= = 6188.97 KV Aceite: *Voltaje del multímetro: 81.7 V. *Voltaje del transformador: 12000 KV. *Voltaje de línea: 127 V. VROS= = 7719.68 KV Thinner: *Voltaje del multímetro: 119.5 V. *Voltaje del transformador: 12000 KV. *Voltaje de línea: 127 V. VROS= = 11291.33 KV Alcohol industrial: *Voltaje del multímetro: 117.7 V. *Voltaje del transformador: 12000 KV. *Voltaje de línea: 127 V. VROS= = 11121.25 KV IELECTRICOS EN LOS CUALES NO SE LOGRO LA RUPTURA DIELECTRICOS DISTANCIA ENTRE PLACAS (mm) CAMPO ELECTRICO SOPORTADO (KV/mm) *HULE *VIDRIO *ACRILICO 3mm 3mm 3mm 49700 50366.66 49966.66 Hule: *Voltaje marcado en el multímetro= 149.1 V. = 149100 KV. *Distancia = 3mm. E = = 49700 Vidrio: *Voltaje marcado en el multímetro= 151.1 V. = 151100 KV. *Distancia = 3mm. E = = 50366.66 Acrílico: *Voltaje marcado en el multímetro= 149.9 V. = 149900 KV. *Distancia =3mm. E = = 49966.66 4.- Explique usted el fenómeno de ruptura de la rigidez dieléctrica en función del campo eléctrico y las cargas inducidas. R= Los dieléctricos son los materiales que no conducen la electricidad. Normalmente un dieléctrico se vuelve conductor cuando se sobrepasa el campo de ruptura del dieléctrico. Esta tensión máxima se denomina rigidez dieléctrica. Es decir, si aumentamos mucho el campo eléctrico que pasa por el dieléctrico convertiremos dicho material en un conductor. Cuando un cuerpo es descargado se coloca dentro de un campo eléctrico existe una redistribución de cargas del cuerpo. Si el cuerpo es un conductor, los electrones libres que se encuentran dentro del cuerpo se mueven haciendo que en el interior del cuerpo el campo eléctrico se anule. Si el cuerpo no es conductor los electrones y núcleos positivos de cada molécula se desplazarán por la acción del cuerpo, haciendo que en el interior del cuerpo el campo eléctrico se anule; en amboscasos el campo eléctrico es nulo, pero algunas regiones adquieren un exceso de cargas ya sean positivas o negativas, siendo estas cargas las cargas inducidas. 5.- Diga usted porque algunos materiales no rompen su rigidez dieléctrica en presencia de un campo eléctrico. R= Porque algunos materiales se resisten casi totalmente al paso de corriente eléctrica y con esto no sobre pasa la capacidad del campo eléctrico. En realidad no existen materiales totalmente aislantes o conductores, son mejores o peores conductores eléctricos. 6.- ¿Qué factores físicos afectanla ruptura de la rigidez dieléctrica? R= La forma del material y su espesor. 7.- ¿Qué factores químicos afectan la ruptura de la rigidez dieléctrica? R= La humedad del material. 8.- ¿Cómo afecta la humedad a los aislantes? R= La molécula del agua (H2O) modifica la composición del dieléctrico. 9.- Si se requiere el uso de un buen dieléctrico sólido. ¿Cuál de los utilizados en los experimentos utilizaría y explique porque? R= El vidrio porque nunca se logró la ruptura de este buen dieléctrico. 10.- Si tuviera la necesidad de emplear un buen dieléctrico liquido en la práctica, ¿Cuál escogería y diga la razón? R= Ninguno porque se logra una ruptura y esto indica que son conductores. APLICACIONES: El aceite empleado en los transformadores eléctricos (de mas de 50KVA) es periódicamente sujeto a revisión, para comprobar sus características como: Grado de humedad Rigidez dieléctrica Color Y otras Si han existido modificaciones en las propiedades del aceite, este deberá sustituirse. Otra aplicación importante de los dieléctricos se da, en los capacitores, los cuales se estudiaran en prácticas posteriores. CONCLUSIONES: En esta presente práctica logre aprender los conceptos básicos que se refieren a la rigidez dieléctrica que sin duda alguna me ayudaran para mi formación como estudiante y posteriormente para mi ingeniería. Logre apreciar las diferencias que existen entre un material dieléctrico y un material que simplemente permite el paso del voltaje y sus principales aplicaciones en los diferentes aparatos queutilizamos en nuestra vida cotidiana. Además aprendí a utilizar el autotransformador variable y sus aplicaciones en los diferentes materiales sólidos y líquidos presentes en nuestra práctica experimental, en este experimento logramos cumplir los principales objetivos establecidos al principio de este archivo en el cual logramos observar la ruptura de la rigidez dieléctrica del aire y de algunos materiales, también cuantificamos el valor del campo eléctrico para el cual ocurrió la ruptura de los sólidos y líquidos. Sin duda estos conocimientos podemos aplicarlos a nuestra vida real y creo que todos alguna vez hemos aislado algún material por ejemplo los cables de bocina de nuestro automóvil, los cables de corriente de algunos focos o incluso si tenemos algún equipo de sonido aislar los polos de la fuente, esta práctica es la que me ha parecido demasiado interesante y muy padre porque la ruptura es algo que no había podido observar. Lo que no me gusto fue que la practica la realizamos en 15 minutos y no logramos apreciar un poco más lo que ocurría con cada uno de los materiales, todo fue demasiado rápido y con presión del tiempo debido a que nuestro profesor de aplicaciones de las propiedades de la materia es demasiado estricto y comienza la clase exactamente a las 11:30, no importándole que solo este una persona en el salón de clase. PRÁCTICA 7 "CAPACITORES" Cuestionario preliminar. 1.- ¿Qué es un condensador? Un dispositivo pasivo, utilizado en electricidad y electrónica, capaz de almacenar energía sustentando un campo eléctrico.Está formado por un par de superficies conductoras, generalmente en forma de láminas o placas, en situación de influencia total (esto es, que todas las líneas de campo eléctrico que parten de una van a parar a la otra) separadas por un material dieléctrico o por el vacío. 2.- ¿Con qué otros nombres se les conoce a los condensadores? Capacitor. 3.- ¿Cómo está constituido básicamente un condensador? En su forma más sencilla, un condensador está formado por dos placas metálicas (armaduras) separadas por una lámina no conductora o dieléctrico. Al conectar una de las placas a un generador, ésta se carga e induce una carga de signo opuesto en la otra placa. Por varias capas de material aislante y conductor alternadas y enrolladas. 4.- Dibuje diferentes símbolos de capacitores. 5.- Mencione algunas clasificaciones de los capacitores. o o o o PLÁSTICO. MICA. ELECTROLÍTICOS. DE DOBLE CAPA ELÉCTRICA 6.- Exprese la ecuación para obtener la carga, en función del voltaje. Q=C*V 7.- Escriba la expresión matemática para calcular la capacidad equivalente de "N" capacitores: a) En serie b) En paralelo Ceq= C1+C2+C3+ .... +CN 8.- Diga cómo es la carga entre sí, de 2 o más condensadores conectados: a) En serie La carga es igual b) En paralelo La suma de las cargas es igual a la carga total. 9.- Mediante un esquema conecte 3 capacitores electrolíticos: a) En serie b) En paralelo Con una fuente de 10 Volts en C.D.10.- Defina la constante de tiempo (Ƭ) de un circuito R-C. Ƭ = R x C donde: - T: es la constante de tiempo en segundos - R: es la resistencia en ohmios - C: es la capacitancia en faradios 11.- ¿De qué depende el tiempo de carga y descarga de un capacitor en un circuito R.C? De la resistencia y de la cantidad de carga que acepten los capacitores. 12.- ¿Cómo se descarga un condensador? Toca un dispositivo a los cables del condensador por varios segundos. Hacer eso le dará otro camino para que la electricidad fluya y así descargar el condensador. Puedes usar un voltímetro, o una bombilla regular. * Usando un medidor o la bombilla iras viendo el progreso de la descarga, ya sea en el pantalla digital o en como la bombilla se va atenuando progresivamente. 13.- Mencione algunas aplicaciones de los condensadores. Suelen usarse para: Baterías, por su cualidad de almacenar energía. Memorias, por la misma cualidad. Filtros. . Adaptación de impedancias, haciéndolas resonar a una frecuencia dada con otros componentes. Demodular AM, junto con un diodo. Osciladores de todos los tipos. El flash de las cámaras fotográficas. Tubos fluorescentes. Compensación del factor de potencia. Arranque de motores monofásicos de fase partida. Mantener corriente en el circuito y evitar caídas de tensión 14.- Del circuito mostrado en la figura, calcule: a) La carga en cada capacitor. b) La carga total del circuito. c) La capacitancia equivalente. OBJETIVOS: El alumno aprenderá el principio básico de operación delos capacitores. Clasificación y usos principales de los capacitores. Conexión de capacitores en serie, paralelo y combinado. Determinación de la constante de tiempo de carga para un circuito R-C. CONCEPTOS NECESARIOS. a) Capacitancia y sus unidades b) Qué son los dieléctricos. c) Conexiones de capacitores. d) Qué es la constante de tiempo Ƭ e) Circuito R-C EQUIPO. 1 Fuente de poder. 1 Multímetro 2 Nodos T. 1 Capacitor de 1000µf, 16 Volts 1 Capacitor de 47 µf, 16 Volts 1 Capacitor de 4700 pf, 600 Volts 1 Capacitor de 22 µf, 16 Volts 1 Generador de funciones. 1 Osciloscopio. 1 Resistencia de 28 KΩ 1 Tablero con cables y conectores BNC. INTRODUCCIÓN. CONDENSADOR. Consiste básicamente de dos placas paralelas metálicas, separadas por un material aislante denominado dieléctrico, que puede ser: aire, mica, papel, cerámica, etc. Su función principal es la de almacenar carga eléctrica, en base a la siguiente expresión: CAPACIDAD (también conocida como capacitancia).Es la posibilidad de acumulación de carga eléctrica de un condensador cuando se aplica una tensión determinada y está dada por: C = Capacitancia en (Farads) C= Q / V donde: Q = Carga eléctrica (Coulombs) V = Tensión }8Volts) La capacidad de un condensador es de 1 Faradio, si para una diferencia de potencial entre las placas de 1 Volt, la carga transmitida de una a otra de 1 Coulombio. 1 F = 1 C/1 V. PRECAUCIONES.- Tener cuidado con la polaridad (en su caso). - No exceder el voltaje máximo de operación marcado porel fabricante. - Elegir el tipo más adecuado y económico. Nota: Para descargar un capacitor, se deben cortocircuitar sus terminales o aterrizarlo. CONSTANTE CAPACITIVA DE TIEMPO.Cuando se conecta un capacitor a una fuente de tensión de c-c, se carga muy rápidamente. Si no hubiese resistencia en el circuito de carga, el capacitor se cargaría totalmente en forma casi instantánea. La resistencia tiene el defecto de ocasionar un retardo de tiempo necesario para la carga. La expresión para calcular la constante de tiempo en un circuito R-C es: Ƭ = R x C Donde Ƭ es la "constante capacitiva de tiempo", que representa el tiempo necesario para que el capacitor se cargue a un 63.2% de tensión de carga total. Cada vez que transcurre un lapso igual a la constante de tiempo, la tensión en el capacitor aumenta 63.2% de lo que le falta para alcanzar la tensión máxima; así, después de transcurrir dos de estos intervalos de tiempo (2Ƭ) el capacitor se ha cargado al 86.4% de su tensión máxima; después de (3Ƭ) a 94.9% después de (4Ƭ) a 98.1% y después (5Ƭ) a más de 99%. Se considera que el capacitor esta totalmente cargado después de un período igual a cinco veces la constante de tiempo. En forma similar, "la constante capacitiva de tiempo" indica también el tiempo necesario para que la tensión en un capacitor que se descarga se reduzca a varios porcentajes de su valor máximo, como se indica en la gráfica siguiente. DESARROLLO. 1. Breve explicación por parte del instructor, de los tipos de capacitores y sus características.CAPACITANCIA EN SERIE 2. Arme el circuito mostrado en la figura siguiente 3. Cargue los condensadores durante unos segundos, desconecte la fuente y anote los valores de voltaje máximo de los capacitores: VC1= 10.1V VC2= 2.9V Descargue los capacitores. CAPACITANCIA EN PARALELO 4. Implemente el circuito de la figura. 5. Cargue los condensadores durante unos segundos. Desconecte la fuente de alimentación, anote el voltaje máximo entre las terminales de cada capacitor. VC1= 11.99 v VC2= 11.99 v Descargue los capacitores. CAPACITANCIA EN CIRCUITO MIXTO 6. Arme el circuito de la figura. 7. Cargue los condensadores durante unos segundos. Desconecte la fuente de alimentación. Anote el voltaje máximo entre las terminales de cada capacitor. VC1 = 3.97 V VC2 = 10.99 V VC3 = 10.98 V Descargue los capacitores. DETERMINACIÓN DE LA CONSTANTE CAPACITIVA DE TIEMPO (Ƭ) 8. Arme el siguiente circuito 9. Seleccione en el generador de funciones una señal cuadrada de 10 VPP A 1 Khz y aplíquela al circuito. 10. Mida en el osciloscopio la constante de tiempo (Ƭ). (En la curva de carga se tomara el 63 % del valor máximo de voltaje o en la curva de descarga se tomara 37% del valor máximo de voltaje). Anote el valor obtenido de Ƭ. = 4.4ms 11.Desconecte la resistencia del circuito, mida su valor y anótelo. 28 kΩ CUESTIONARIO FINAL. 1. ¿Qué valores debe especificar el fabricante de un capacitor? Valor en micro Faradios Voltaje máximo permitido Volts,corriente de fug, factor de disipación, rango de temperatura en ° Celsius, tolerancia y dimensiones en mm. 2. Para el circuito del punto 2, con los valores obtenidos calcule: a) QC1 = 2.2X10-4C (Experimental) b) Con los valores nominales calcule nuevamente la carga del capacitor número 1 del circuito del punto 2. QC1= 2.16 X 10-4C (Teórico) c) Compare los resultados obtenidos. ¿Difieren? Explique. Difieren solo un poco, se puede confirmar que el valor experimental es correcto.. 3. Con los valores obtenidos en el circuito del punto 4, calcule la carga de cada capacitor. Q1= 12X10-3C Q2 = 5.64 X 10-4C 4. ¿Cuál es la capacitancia equivalente del circuito del punto anterior? Ceq= 1.047 X 10-3f 5. ¿Cuál es la carga equivalente del circuito anterior? Qeq= 12.564X 10-3C 6. ¿Qué precauciones se deben tomar al conectar capacitores? 1. Que tengan polaridad correcta. 2. Que no se exceda el voltaje máximo permitido 3. Que no se exceda la corriente máxima permitida. 4. Verificar que el circuito no este en corto circuito. 7. Del circuito del punto 6 conteste: a) Calcule la capacitancia con el valor de Ƭ medido. b) ¿Corresponde este valor con el anotado en el capacitor proporcionado? Explique. 8. ¿Qué tipo de conexiones se utilizaron en esta práctica? Serie, paralelo y mixto. 9. ¿Qué ocurre si excedemos el voltaje de operación de un capacitor? Explique lo anterior en función de la rigidez dieléctrica. Alsobrepasar el voltaje máximo se produce una ruptura dieléctrica entre el material del capacitor, quemando parte de este y disminuyendo así la capacidad de carga del condensador o su eficiencia. 10. Diga como descargó los capacitores en la práctica realizada. Creando un corto circuito entre sus terminales. APLICACIONES. Algunas de las aplicaciones principales de los capacitores son: - Para confeccionar mecanismos de tiempo y de computadoras. - En radiofrecuencia, para el mecanismo de sintonía. - Como filtros en circuitos y rectificadores. - Para corregir el factor de potencia. - Como arrancadores, amortiguadores de voltaje, acopladores y desacopladores eléctricos en general. CONCLUSIONES. Esta práctica nos enseña que los valores prácticos son muy similares a los valores teóricos, por lo que nos ayuda a tener confianza en los cálculos teóricos lo cual puede tener gran importancia en el ámbito del diseño de circuitos para todas las aplicaciones que pueda tener el uso de capacitores. Además nos muestra todos los aspectos técnicos y prácticos que se pueden observar en el tema de condensadores. BIBLIOGRAFIA. http://es.wikipedia.org/wiki/Condensador_el%C3%A9ctrico http://html.rincondelvago.com/carga-y-descarga-de-un-condensador.html http://condensadoresvd.blogspot.mx/ http://es.wikihow.com/descargar-un-condensador-el%C3%A9ctrico-(capacitor) PRACTICA No. 8 "ECUACIÓN DE UN CIRCUITO Y LEYES DE KIRCHHOFF" CUESTIONARIO PRELIMINAR 1. ¿Qué elementos componen un circuitoeléctrico básico? res que producen la corriente eléctrica o generadores, como, por ejemplo, una pila o un conjunto Operadores que conducen la corriente eléctrica. Básicamente son los cables. Las resistencias que transforman la corriente eléctrica. Producen calor, luz (bombilla), movimiento, etc. Operadores que controlan el paso de la corriente eléctrica. Permiten o impiden el paso de la corriente eléctrica por el circuito, como, por ejemplo, los interruptores. Operadores que protegen a los receptores. Los fusibles son elementos que protegen a los aparatos cuando hay subidas inesperadas de tensión. 2. ¿Cómo están relacionados el voltaje, la resistencia y la corriente? Mediante la ley de Ohm, R=V/I 3. Mediante un diagrama conecte una fuente de poder de 20 volts de C.D. en serie con otra de 5 volts de C.D. ¿Cuál será la tensión resultante? El voltaje resultante será de 25v, debido a que la fórmula para calcular el voltaje en serie es: VT=V1+V2. 4. ¿Cuál es la expresión matemática para calcular la resistencia interna de una fuente de poder? Ri=resistencia interna. VNL=voltaje sin carga IC=corriente en la carga 5. ¿Qué es una malla? Es un circuito cerrado. 6.¿Qué es un nodo? Es el punto donde se juntan 2 o más elementos de un circuito. 7. ¿Qué es una rama? Es la unión de varios elementos entre 2 nodos. 8. Enuncie la ley de Kirchhoff para voltajes (L.K.V.), ¿Qué otros nombres recibe? También llamada como segunda ley de Kirchhoff, regla de bucle o malla de Kirchhoff. Dice que: “La sumatoria de losvoltajes en caída más la sumatoria de los voltajes en caída es igual a 0.” ∑V sub=∑Vca 9.Enuncie la ley de Kirchhoff para corrientes (L.K.I.), ¿Qué otros nombres recibe? Ley de nodos o primera ley de Kirchhoff. Dice que “la suma de las corrientes que entran y la suma de las corrientes que salen de un área en estudio del circuito, sistema o nodo; debe ser igual a 0.” ∑Ient=∑Isal 10. ¿Qué es potencia eléctrica? Potencia es la velocidad a la que se consume la energía. La potencia se mide en joule por segundo (J/seg) y se representa con la letra “P”. Un J/seg equivale a 1 watt (W), por tanto, cuando se consume 1 joule de potencia en un segundo, estamos gastando o consumiendo 1 watt de energía eléctrica. La unidad de medida de la potencia eléctrica “P” es el “watt”, y se representa con la letra “W”. 11. Para el siguiente circuito calcule la corriente. V=240v, R=38KΩ, I=V/R= 240v/38KΩ I=6.31mA. PRACTICA No. 8 "ECUACIÓN DE UN CIRCUITO Y LEYES DE KIRCHHOFF" OBJETIVOS - Demostrar cómo están relacionados voltaje, corriente y resistencia. - Comprobación experimental de la ecuación de circuito. - Determinación de la resistencia interna. - Comprobación experimental de las leyes de Kirchhoff. CONCEPTOS NECESARIOS A)Ley de Ohm. B)Ecuación de circuito. C)Circuitos d corriente directa. D)Leyes de Kirchhoff (teoría). EQUIPO 2 fuentes de poder. 1 multimetro. 1 resistor de 100 Ω. 1 resistor de 120 Ω. 1 resistor de 150 Ω. 1 resistor de 330 Ω. 1 resistor de 1 KΩ. 2 nodos “T”. Juegos decaimanes. Puntas de prueba. INTRODUCCION Como sabemos, los circuitos eléctricos simples pueden analizarse utilizando la ley de Ohm y las reglas para la reducción de un circuito de resistores. De manera general, esta ecuación quedaría de la forma: nn ∑_Ei + ∑_Ri I = 0 i=1 i=1 Cabe mencionar que las resistencias de las fuentes de poder, así como la resistencia interna del amperímetro, modifican el valor de la medición con respecto al valor teórico o calculado. Dicha resistencia interna de la fuente se calculara mediante la fórmula: i=(V0-V12)/Ic Donde V0 es el voltaje sin carga V12 es el voltaje con carga Ic es la corriente medida La resistencia del amperímetro se calcula despejando esta de la ecuación obtenida del circuito. r1 = (V0 - Vab)/ Ic r1 = (V0 - Vcd)/ Ic Sin embargo existen circuitos eléctricos más complejos que no pueden ser analizados de esta forma; este procedimiento se simplifica mediante el uso de dos sencillas reglas conocidas como leyes de Kirchhoff, estas son: La suma de las corrientes que entran a cualquier unión debe ser igual a la suma de las corrientes que salen de esa unión. Este es un enunciado de la conservación de la carga. Toda la corriente que entra a un punto dado en un circuito debe salir de ese punto, debido a que este no puede acumularse (LKI).∑Ientran+∑Isalen=0 La suma algebraica de los cambios de potencial a través de los elementos alrededor de cualquier lazo del circuito cerrado debe ser cero. Esta ley surge de la conservación de la energía. Una carga se mueve por cualquier lazo cerrado debe ganar tanta energía como la pierde si se define un potencial para cada punto en el circuito (LKV). n ∑_Ei = 0 i=1 DESARROLLO 1. Breve explicación por parte del instruct sobre los conceptos teóricos necesarios. COMPROBACION EXPERIMENTAL DE LA ECUACION DEL CIRCUITO Y DETERMINACION DE LA RESISTENCIA INTERNA. 2. Mida el circuito abierto, los valores de las fuentes E1 y E2 que se emplean en el circuito de la figura del punto 3. Note sus mediciones. E1 = 6.33V E2 = 18.16V 3. Arme el circuito mostrado en la figura 4. Mida nuevamente los valores del voltaje en las fuentes E1 y E2 con carga, es decir: Vab= 6V Vcd= 18V 5. Mida la corriente que circula por los puntos a, b y c del circuito. No olvidar unidades. Ia Ib Ic 19.44mA 19.45mA 19.45mA Comprobación experimental de las leyes de Kirchhoff. 6. Arme el circuito de la figura siguiente 7. Mida los voltajes de las fuentes en circuito abierto. E1= 20V E2= 15V 8. Mida los voltajes de las fuentes en circuito cerrado. V1= 19.95 V V2= 15 V 9. Mida los voltajesen cada resistor. Marcando la polaridad en cada uno de ellos. VR1 VR2 VR3 VR4 VR5 10.57 9.34 4.25 1.38 ------ 10. Mida las corrientes que circulan por el este circuito. I1 I2 I3 4mA 3.95mA 2.92mA CUESTIONARIO FINAL 1. Calcule la corriente Ic que circula por el circuito del punto 3. Use los valores nominales indicados en la misma. Compare estos valores con la Ic medida. I = V/R =12v/500Ω = 24mA 2. Explique porque existe diferencia entre la corriente Ic calculada y la corriente Ic medida en el circuito del punto 3. Porque las mediciones no fueron exactas y además no se tomo en cuenta las resistencias internas de las fuentes. 3. Determinar el valor de las resistencias internas (r1 y r2) de las fuentes empleadas en el circuito del punto 3. Utilice las mediciones efectuadas. Iab=(6.33v-6v)/(.01944A)=16.9Ω Icd=(18.16v-18v)/(.01944A)=8.22Ω 4. Determine el valor de la resistencia interna del amperímetro (rA) mediante la ecuación del circuito. Tome en cuenta las resistencias (incluyendo r1y r2). R=(.33+.16)v/.02A=24.5Ω 5. Con los valores de las fuentes de poder E1y E2 en circuito abierto y considerando todas las resistencias del circuito y las resistencias r1, r2 y rA, calcule nuevamente la corriente Ic del circuito de la figura del punto 3. I=12v/600Ω=.02A 6.Compare el resultado anterior con el valor calculado teóricamente. ¿existe diferencia? Explique. Para el circuito del punto 6 a) Demuestre la ley de Kirchhoff para voltajes en las mallas I y II. I=15v-5v=10v , II=5v b)Demuestrela ley de Kirchhoff para corrientes en el nodo “a”. 7.6mA+(-3.3mA-3.6mA)=.7mA c)Calcule la potencia disipada en cada resistor de este circuito. P=RI²; P1=3500Ω(3.3mA)²=.038watts, P2=470Ω(3.6mA)²=.006watts, P3=470Ω(7.6mA)²=.027watts d)Calcule la potencia consumida por el circuito. P=VI; Req1=(470Ω)²/(470Ω)2=235Ω; Rtot=235Ω+3500Ω=3735Ω Vtot=(.0076A)(3735Ω)=28.386v P=(28.386v)(.0076A)=.215watts APLICACIONES Los conceptos vistos en esta práctica, frecuentemente se utilizan para el análisis de redes, ya sea (como en este caso), elementos lineales; es decir, resistores cuyas relaciones de voltaje-corriente cumplen con la ley de Ohm, o en circuitos más complejos. CONCLUSIONES Fue algo confuso interpretar la ecuación del circuito para obtener las resistencias internas de las fuentes y la del amperímetro, debido a que la formula no es del todo explícita, y además si se toman en cuenta los valores que medimos, estos tienen variaciones con respecto a los cálculos. Esto impidió que los cálculos se pudieran desarrollar del todo bien. Sabemos que la resistencia interna del amperímetro está por debajo de 1Ω, para que con esto no se alteren las mediciones de forma sustancial; sin embargo ya no se realizo la demostración teórica debido a la situación antes expuesta. Al realizar la práctica nos dimos cuenta que es necesario verificar que los cables que usamos tengan continuidad, con el Multímetro; así como también verificar el buen funcionamiento de las fuentes de voltaje para poder realizar el experimento como se marca. En cuanto a lasleyes de Kirchhoff es relativamente fácil demostrarlas, además de que son de gran utilidad en el estudio de los circuitos eléctricos, y gracias a esta se puede ver la dirección que toma la corriente en ciertas ramas del circuito. Básicamente para entender estas leyes es necesario que se observe un buen diagrama del circuito, y que este contenga los suficientes detalles para dar por sentado que se aplican las leyes de la conservación de la carga y la conservación de la energía. BIBLIOGRAFÍA. Resnick D. Halliday and Krane. Física vol. II, CECSA MEXICO 2002. Raymand A. Serway física tomo II Mc Graw Hill Interamericana, México 2001. Serrano García Gutiérrez. Electricidad y magnetismo. Prentice hall, México 2001. http://electronicacompleta.com/lecciones/leyes-de-kirchhoff/ PRÁCTICA 9 "CAPACITORES" Cuestionario preliminar. 1. ¿Qué es un diodo? Componente electrónico que permite el paso de la corriente en un solo sentido. Es el dispositivo semiconductor más sencillo y se puede encontrar prácticamente en cualquier circuito electrónico. 2. ¿Cuál es su función principal? Dibuje su símbolo. Su principal función ha sido “rectificar” corrientes alternas para convertirlas en directa (C.D.) y “detectar” corrientes de alta frecuencia (A.F.) o radiofrecuencia (R.F.) para reconvertirlas en audibles.La flecha de la representación simbólica muestra la dirección en la que fluye la corriente. 3. Dibuje la forma de onda de una señal: A) Directa B) Continua C)Alterna 4.-Describa el proceso de “Rectificación”. Cuando un diodo se usa en el proceso de rectificación, es común que se le llame rectificador. Sus valores nominales de potencia y corriente son normalmente mucho más altos que los diodos que se usan en otras aplicaciones, como en computadores o sistemas de comunicación. 5. ¿Cuántos tipos de rectificación se conocen? Grafíquelas. Al proceso de eliminación de la mitad de la señal de entrada para establecer un nivel dc se le llama rectificación de media onda. La red más simple que se examinará con una señal variable en el tiempo aparece en la figura No. 1. Por el momento se utilizará el modelo ideal para asegurar que el sistema no se dificulte por la complejidad matemática adicional. Figura 1. Rectificador de Media Onda Figura 2. Región de conducción (0-T/2) Vdc = 0.318 Vm Media onda (1.0) Figura 3. Región de no conducción (T/2 – T). Figura 4. Señal rectificada de media onda. El nivel de dc que se obtiene a partir de una entrada senoidal puede mejorar al 100% si se utiliza un proceso que se llama rectificación de onda completa, La red más familiar para llevar a cabo la función aparece en la figura 6 con sus cuatro diodos en una configuración en forma de puente. Figura 6. Puente rectificador de onda completa Figura 7. Red de la figura 6 para el periodo 0 – T/2 del voltaje de entrada Vi figura 8. Trayectoria de conducción para la región positiva de Vi. Figura 9. Trayectoria de conducción para la región negativa de Vi. Figura 10 Formas deonda de entrada y salida para rectificador de onda completa 6. ¿Con qué objeto se rectifica una señal? Un rectificador es el elemento o circuito que permite convertir la corriente alterna en corriente continua.[1] Esto se realiza utilizando diodos rectificadores, ya sean semiconductores de estado sólido, válvulas al vacío o válvulas gaseosas como las de vapor de mercurio (actualmente en desuso). Dependiendo de las características de la alimentación en corriente alterna que emplean, se les clasifica en monofásicos, cuando están alimentados por una fase de la red eléctrica, o trifásicos cuando se alimentan por tres fases. Atendiendo al tipo de rectificación, pueden ser de media onda, cuando sólo se utiliza uno de los semiciclos de la corriente, o de onda completa, donde ambos semiciclos son aprovechados. El tipo más básico de rectificador es el rectificador monofásico de media onda, constituido por un único diodo entre la fuente de alimentación alterna y la carga. 7. ¿A qué se le conoce como “Rizo”? Cuando rectificas lo que haces es "Dar vuelta" uno de los semiciclos, suponte el inferior lo inviertes a superior, lo que te da una forma de honda parecida a un montón de señoritas "Pulposas" asoleándose en la arena todas muy juntitas y todas con el ombligo hacia arriba, bueno esa forma de honda pulsante tiene puntos de máxima tensión instantánea y puntos mínimos = 0, para lograr continua aplicas esta a un capacitor. El capacitor lo que hace es tomar corriente de los semiciclos y devolverla a la carga cuando la tensión pasa por valor cero o seaintegra la forma de honda y te devuelve una continua, como el capacitor no es mágico trabaja hasta cierto valor de consumo, a partir de allí permite que mas componente de la alterna rectificada valla a la carga. 8. ¿Cómo se puede eliminar el rizo, de una señal? Se soluciona con un regulador de tensión que evite que pase esa componente de alterna 9. ¿Cuál es la diferencia entre una señal de C.C y de C.D.? La corriente continua (CC en español, en inglés DC, de Direct Current) se refiere al flujo continuo de carga electrica a través de un conductor entre dos puntos de distinto potencial, que no cambia de sentido con el tiempo. A diferencia de la corriente alterna (CA en español, AC en inglés, de Alternating Current), en la corriente continua las cargas eléctricas circulan siempre en la misma dirección. Aunque comúnmente se identifica la corriente continua con una corriente constante, es continua toda corriente que mantenga siempre la misma polaridad, así disminuya su intensidad conforme se va consumiendo la carga (por ejemplo cuando se descarga una batería eléctrica). 10. Liste el material necesario para obtener una señal rectificada de onda completa. Diodos. 11. Dé algunos ejemplos comunes donde se utilicen los rectificadores. Para hacer filtros, filtros de señal. http://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_directa http://www.dte.uvigo.es/recursos/potencia/ac-dc/archivos/diodo.htm http://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_continua http://www.forosdeelectronica.com/f27/ripple-rizado-10031/ http://es.wikipedia.org/wiki/Rectificadorhttp://fisicaelectronica.galeon.com/rectificador.htm PRÁCTICA 9 "CAPACITORES" OBJETIVOS: El alumno conocerá los diferentes tipos de circuitos rectificadores más comunes. Realizará la conversión de una señal de C.A. a una señal de C.D. mediante el uso de los circuitos rectificadores. Visualizará las señales de C.A., C.C. y C.D. CONCEPTOS NECESARIOS. a) El diodo como rectificador. b) Formas de onda de voltaje en C.A., C.C. y C.D. c) El principio de operación de una fuente de poder de C.D. EQUIPO 1 Osciloscopio. 6 Diodos rectificadores. 1 Capacitor 1000f, 16 V. 1 Resistor de 1 KΩ. 1 Pila. 1 Transformador reductor (127/12 V, 1 Amp con tap central) Conectores BNC Caimanes. INTRODUCCIÓN. FUNCIOAMIENTO BÁSICO DEL DIODO RECTIFICADOR. El diodo es un semiconductor que funciona en 2 regiones de operación, la región Activa Directa y la región Activa Inversa. Funciona tanto en corriente directa como en corriente alterna y para ambos casos, se debe añadir al cálculo, el valor de la resistencia dinámica interna del diodo. CIRCUITOS RECTIFICADORES. Los circuitos rectificadores más comunes son: El rectificador de media onda, el de onda completa y el puente rectificador. La mayoría de los circuitos rectificadores cuentan con un filtro capacitivo para “suavizar” la onda de la señal rectificada, esto es, minimizar el Factor de Rizo. DESARROLLO. 1.-Explicación por parte del instructor, sobre los diferentes tipos de circuitos rectificadores que se utilizarán en lapresente práctica. DIFERENCIA DE POTENCIAL DE C.A. 2.- Arme el circuito de la figura siguiente. RECTIFICACIÓN DE MEDIA ONDA 3.- Arme el circuito de la figura. a) Grafique la señal obtenida. b) Mida su amplitud 20 Vp 40Vpp c) Mida su período 3.4 div 5 ms RECTIFICACIÓN DE ONDA COMPLETA. 4. Alambre el circuito de la siguiente figura a) Grafique la señal obtenida. b) Mida su amplitud 20 Vp 40Vpp c) Mida su período 1.6 div x 5 ms FILTRADO DE LA SEÑAL 5. Arme el circuito de la figura siguiente. Precaución.- Tenga cuidado con la polaridad del capacitor. a) Grafique la señal obtenida b) Mida su amplitud 1.8 x 10 V ≈ 20 V c) Mida su período ------d) Invierta la polaridad a la entrada del osciloscopio y grafique nuevamente la señal obtenida. RECTIFICACIÓN DE ONDA COMPLETA CON DOS DIODOS. 6. Arme el circuito de la figura siguiente. a) Gráfique la señal obtenida b)Mida su amplitud 10 Vp c) Mida su período 1.6 x 5 ms d) Invierta la polaridad a la entrada del osciloscopio. e) Grafique la señal obtenida en el inciso anterior. Nota.- Este segundo rectificador de onda completa, con solo dos diodos, requiere de un transformador con derivación central (C.T), para obtener de ésta el polo negativo. DIFERENCIA DE POTENCIAL DE C.D. 7. Conecte la pila proporcionada a las terminales delosciloscopio, como se muestra en la figura. a) Gráfique la señal obtenida b)Mida su amplitud 0.8 x 10 = 8 Vp c) Invierta la polaridad de la pila y grafique nuevamente la señal. d) Mida la amplitud de esta señal. CUESTIONARIO FINAL 1.- a) ¿Qué nombre recibe la señal obtenida en el circuito del punto 2? Senoidal b) Calcule su frecuencia.58.8 Hz ≈60 Hz 2.- a) ¿Qué nombre recibe la señal obtenida en el circuito del punto 3? RECTIFICACIÓN DE MEDIA ONDA b) Calcule su frecuencia. 58.8 Hz ≈60 Hz c) ¿Tiene componente alterna? Explique. No porque a sido suprimida por el diodo que se encuentra en el circuito. 3.- a) ¿Qué nombre recibe la señal obtenida en el circuito del punto 4? RECTIFICACIÓN DE ONDA COMPLETA. b) Calcule la frecuencia de esta señal. 125 Hz ≈ 120 Hz 4.- a) ¿Qué nombre recibe la señal obtenida en el circuito del punto 5? CORRIENTE DIRECTA b) ¿Cuánto vale su frecuencia? Explique. No tiene frecuencia, porque no hay un periodo ya que es constante. 5.- ¿Qué característica debe tener el transformador utilizado en el circuito del punto número 6? Que tenga una salida, que inicie en medio del devanado de la bobina secundaria. 6.- Compare las señales obtenidas en los circuitos de los puntos 4 y 5, con la obtenida en el punto 7. comente su respuesta. Hay más de una forma de rectificar una señal de corriente alterna. 7.- ¿Es importante la polaridad de un diodo? Explique. Si dado que se conecta de manera inversa no deja pasar la corriente a menosque supere el umbral resistivo del diodo. 8.- Compare las señales obtenidas en los puntos 5 y 7, ¿Qué observa? Explique. Que las dos son de corriente directa pero que en la segunda se puede configurar en corriente inversa o negativa. 9.- Compare las señales obtenidas en los puntos 4 y 6, ¿Qué observa? Explique. Que en las dos dan señales de onda completa rectificada 10.- ¿De qué depende la obtención de una señal de media onda ó de onda completa? Del arreglo de diodos al que se conecte. APLICACIONES. El diodo, utilizando como rectificador, convierte la energía de una fuente de C.A. en la energía de C.D. que se requiere para la operación de los circuitos electrónicos. Un rectificador es un dispositivo que hace unidireccional la corriente o el voltaje de una fuente de C.A. Los rectificadores se utilizan para el armado de fuentes de poder de C.D., principalmente. CONCLUSIONES. En esta práctica aprendimos más a fondo lo aprendido en prácticas anteriores, pues aunque ya se había observado la señal senoidal y también su rectificación, en esta práctica se vio más a detalle las distintas formas de rectificación de onda senoidal lo cual nos muestra las distintas formas de hacerlo, enseñando otra vez que la práctica confirma lo aprendido en la teoría. BIBLIOGRAFIA. http://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_directa http://www.dte.uvigo.es/recursos/potencia/ac-dc/archivos/diodo.htm http://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_continua http://www.forosdeelectronica.com/f27/ripple-rizado10031/http://es.wikipedia.org/wiki/Rectificador http://fisicaelectronica.galeon.com/rectificador.htm PRÁCTICA 10 "INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA" CUESTIONARIO PRELIMINAR. 1.- Explique que es el electromagnetismo. Es la parte de la física que estudia las propiedades eléctricas y magnéticas de la materia, particularmente las relaciones entre esas propiedades. 2.-Investigue la manera de identificar los polos de una barra de imán. Se pueden identificar fácilmente acercándolos a los polos de una aguja de las brújulas, las cuales ya tienen marcado sus polos; y ya se observara si se atraen o se repelen. 3.- Cuando un imán se suspende en el aire, oscila para luego quedar en reposo. ¿A qué se debe este comportamiento? Se debe a las líneas de fuerza del campo magnético. 4.- Defina líneas magnéticas de fuerza. Es la representación esquemática del campo magnético. 5.- Investigue algunas aplicaciones de la inducción electromagnética en la industria y el hogar. En la actualidad casi toda la energía que se consume en nuestros hogares y en la industria se obtiene gracias al fenómeno de inducción electromagnética. Por todo el mundo existen generadores movidos por agua, vapor, petróleo o energía atómica, en los cuales enormes bobinas giran entre los polos de potentes imanes y generan grandes cantidades de energía eléctrica. 6.- Explique porque un campo magnético estacionario no induce un flujo de electrones en un conductor. Quedo demostrado por los experimentos de Faraday que cuando el campo magnético generado por la bobina izquierda esestacionario no aparecía corriente inducida en la bobina derecha. Sin embargo aparecía una corriente momentánea en el instante en que se cerraba el interruptor de la bobina izquierda, cuando se abría de nuevo volvía a observarse una corriente inducida momentáneamente en la bobina derecha y esta tenía sentido contrario a la primera. Por lo tanto únicamente existía corriente inducida cuando el campo magnético producido por la bobina estaba cambiado. 7.- Haga un dibujo rotulado de un transformador simple. 8.- Nombre de tres grupos en que se dividen las sustancias respecto a sus propiedades magnéticas. De un ejemplo de cada una de ellas. Ferromagnéticas: son las que tienen propiedades magnéticas parecidas al hierro, como el cobalto y el níquel. Para magnéticas: exhiben un ligero grado de magnetismo que no es suficiente para ser consideradas útiles, como el aluminio y el sodio. Diamagnéticas: sustancias que son repelidas por los imanes, como las uvas y el p-dicloro benceno. 9.- ¿Cómo se puede proteger a un instrumento totalmente contra la fuerza magnética? Las líneas magnéticas tienden a seguir la trayectoria por donde encuentran menos oposición, esto es a través de los materiales ferromagnéticos, aún cuando su trayectoria resulta más larga. Debido a ésta característica, los materiales ferromagnéticos, son útiles como blindaje para proteger ciertos aparatos u objetos del efecto de líneas magnéticas, encerrándolos en dichos materiales para desviar la trayectoria de las líneas magnéticas. 10.- Mencione el nombredel científico que descubrió el electromagnetismo y el lugar del descubrimiento. Hans Christian Oersted, lo descubrió en su salón donde impartía clases. 11.- ¿Qué es un electroimán? Un electroimán, es un imán, que funciona como tal en la medida que pase corriente por su bobina. Dejan de magnetizar, al momento en que se corta la corriente. Un electroimán, es compuesto en su interior, por un núcleo de hierro. Núcleo al cual, se le ha incorporado un hilo conductor, recubierto de material aislante, tal como la seda o el barniz. Hilo que tiene que ir enrollado en el núcleo, para que el electroimán funcione. 12.- Explique la relación que existe entre la fuerza magnética ejercida por una bobina y A) El numero de vueltas de alambre de la bobina B) La rapidez del flujo de corriente a través de la bobina. C) El tipo de material usado en su núcleo. La bobina por su forma (espiras de alambre arrollados) almacena energía en forma de campo magnético. Todo cable por el que circula una corriente tiene a su alrededor un campo magnético generado por la mencionada corriente, siendo el sentido de flujo del campo magnético el que establece la ley de la mano derecha. Al estar la bobina hecha de espiras de cable, el campo magnético circula por el centro de la bobina y cierra su camino por su parte exterior. Una característica interesante de las bobinas es que se oponen a los cambios bruscos de la corriente que circula por ellas. 13.- Mencione los tres tipos principales de imanes. IMANES NATURALES: se refiere a minerales naturales, loscuales tienen la propiedad de atraer elementos como el hierro, el níquel, etc. La magnetita es un imán de este tipo, compuesto por óxido ferroso férrico, cuya particularidad principal consiste en atraer fragmentos de hierro natural. IMANES ARTIFICIALES: esta denominación recae sobre aquellos cuerpos magnéticos que, tras friccionarlos con magnetita se transforman de manera artificial en imanes. PRÁCTICA 10 "INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA" OBJETIVOS El alumno probara la existencia de campos magnéticos Observar los fenómenos de inducción de voltaje y corriente provocados por campos magnéticos. Observar el comportamiento de algunos materiales en presencia del campo magnético. CONCEPTOS NECESARIOS a) Electromagnetismo. b) Ley de Faraday c) Fuerza electromotriz inducida. d) Principio de operación de un transformador. EQUIPO -Osciloscopio. -Autotransformador variable (variac). -Bobina de inducción. -Bobina con foco. -Bobina de 15 vueltas. -Solenoide de 850 vueltas. -Multímetro analógico. -Imán permanente. -Discos de aluminio. -Anillo de aluminio. -Cables y conectores BNC. INTRODUCCIÓN CAMPO MAGNÉTICO El campo de fuerza magnética es toda región alrededor de un imán donde la fuerza magnética se detecta. El campo está formado por líneas de fuerza que parecen salir del imán por el polo norte, recorren el aire que rodea al imán por el polo sur para formar una trayectoria o circuito cerrado de fuerza. Cuanto más fuerte sea el imán, mayor será el número de líneas de fuerzay el área cubierta por el campo. La energía eléctrica, siempre corriente alterna. Se introduce por la bobina de entrada o primaria, en un transformador, en donde se convierte en energía magnética. La energía magnética fluye por el núcleo laminado de hierro a la salida o bobina secundaria. En ella se convierte nuevamente la energía magnética en eléctrica por inducción electromagnética. DESARROLLO 1.- Explicación por parte del instructor, con respecto a los conceptos necesarios para el desarrollo de la práctica. OBTENCIÓN DE UNA SEÑAL DE CORRIENTE ALTERNA 2.-Arme el circuito de la figura siguiente. 3.- Mueva el imán en el eje de la bobina como se muestra en la figura. Haga los ajustes necesarios en el osciloscopio para observar la señal. 4.-Dibuje la señal obtenida. DETECCION DEL CAMPO MAGNÉTICO 5.-Arme el circuito de la figura. 6.- Eleve el voltaje del variac al 50%. 7.- Con el imán permanente empuñado, recorra el espacio cercano a la bobina de inducción. Anote sus observaciones. El imán vibra al pasarlo cerca de la bobina de inducción. 8.-Introduzca la bobina del foco alrededor del núcleo. a) Sin el foco y con el voltaje al máximo, mida el voltaje inducido en la bobina. V=9.17volts b) Conecte el foco a la bobina. Desplace el cursor del variac desde cero hasta el máximo, anote sus observaciones. A partir de los 20volts, el foco prende. c)Estando el variac al máximo, suba y baje la bobina con foco sobre el núcleo de la bobina de inducción. Anote sus observaciones.Cuando el foco se baja sobre el núcleo, se prende y cuando se sube el foco se apaga. d)Coloque el anillo de aluminio alrededor del núcleo y reposando sobre la bobina de inducción. Varié el voltaje aplicado desde cero hasta el máximo. Anote sus observaciones. El anillo se calienta y sale expulsado dependiendo de qué tan elevado este el voltaje. INTENSIDAD DEL CAMPO MAGNÉTICO 9.-Alambre el circuito de la siguiente figura. a) Con el variac al máximo haga contacto con ambos extremos de la bobina deslizando éstos. Anote sus observaciones. Los extremos de la bobina hacen corto circuito y sacan un chispazo al entrar en contacto. b)Mida la tención en las terminales de la bobina. 1.47volts. PAR MAGNÉTICO 10.-Arme el circuito de la figura. 11.-Con el variac al máximo, coloque la placa circular de aluminio con pivote, lo más cerca posible sobre el extremo del núcleo como se muestra en la figura; después, con la placa sin pivote encontrar la posición en que la placa con pivote comienza a girar. Anote sus observaciones. El disco de aluminio con pivote gira. INDUCCIÓN DE VOLTAJE 12.-Disponga el arreglo de la figura siguiente. 13.-Eleve el voltaje del variac a 15volts. a) Grafique la señal obtenida. Se muestra una señal senoidal de forma puntiaguda. b) Mida la diferencia de potencial con un voltímetro. 7.8volts. c) Mida el voltaje con el osciloscopio. 11.030865579volts. d) Mida el periodo. 15milisegundos. CUESTIONARIO FINAL 1.-¿Qué tipo de señal se obtuvo en el circuito del punto 2? Senoidal. 2.- En el circuito del punto 2. ¿A qué atribuye que se genere la señal anterior? A que es una señal de corriente alterna y su polaridad cambia. 3.- Del circuito del punto 5, describa los efectos detectados; ¿a que se deben? El imán vibra debido a que se ve alterado por las líneas de campo magnético alrededor de la bobina de inducción. 4.- En el inciso 8 a), ¿el voltaje es el mismo que el de la bobina de inducción? Si, es el mismo voltaje. 5.- En el inciso 8 c), explique el fenómeno y las causas que lo producen. Se produce porque el campo magnético es más fuerte entre más se acerca el núcleo a la bobina de inducción. 6.- ¿Cómo es el voltaje de la bobina de 15 vueltas?; al respecto, ¿A qué atribuye el arco que se forma? A que sucede un corto circuito entre las terminales de la bobina. 7.- ¿A qué atribuye el no sentir efecto alguno al manipular la bobina de la pregunta anterior? A que el voltaje es no es lo suficientemente elevado como para sufrir una descarga eléctrica. 8.-En el circuito del punto 9, ¿Qué maquina trabaja bajo este principio? Los transformadores, generadores y motores eléctricos. 9.- En el circuito del punto 10, explique a que se debe el movimiento de rotación de la placa con pivote. ¿Qué principio representa este experimento? Se debe a que las líneas de campo magnético, del núcleo influyen en las placas porque están demasiado cerca. 10.- Del circuito del punto 12, ¿con que frecuencia se está trabajando? 15 milisegundos. 11.-Del punto 13 c), transforma el voltaje obtenido en el osciloscopio a valor rms. Vrms=11.0308/√2=7.799v 12.-Compare este resultado con el medido con el voltímetro, ¿difieren? Explique. Si hay diferencia aunque no es tan significativa, debido a que la medición con las puntas del multímetro no es del todo exacta. 13.-¿Qué tipo de corriente se utilizo en la práctica? Explique. Corriente alterna y por ello da como resultado una gráfica senoidal. 14.- Los experimento realizados en la práctica, ¿qué relación guardan con el funcionamiento de un transformador? El funcionamiento del transformador se basa en el campo magnético. 15.-¿Qué condición se debe cumplir para que exista generación de energía eléctrica a través de campos magnéticos? Las bobinas de alambre en los generadores eléctricos son electroimanes y, en este caso, los campos magnéticos se auxilian para producir una corriente eléctrica. Se debe tener un campo magnético variable. 16.- ¿De qué forma se cumpliría la condición anterior en el caso de un transformador? Un campo magnético puede generar un voltaje eléctrico, que a su vez producirá una corriente eléctrica. 17.-¿Este fenómeno se cumplo dentro de la práctica? Explique. Si, debido a que se uso el variac para proporcionar el voltaje a la bobina. APLICACIONES Algunas aplicaciones del electromagnetismo: Existen muchos dispositivos que utilizan la inducción electromagnética como principio de operación. Entre ellos podemos mencionar los siguientes: Soldadora eléctrica. Watthorímetro Timbre. Transformadoreléctrico. Motores de inducción. Generadores. Teléfono Telégrafo. CONCLUSIONES Con frecuencia el campo magnético es confundido con el campo eléctrico debido a sus similitudes de atracción y repulsión, de cargas y polos. Sin embargo se debe de observar que en el caso del electromagnetismo solo pueden existir los polos en pares, a diferencia de las cargas eléctricas. Se debe de tomar en cuenta, además que el campo magnético se produce debido al spin de los electrones, los cuales pueden ser en el sentido del reloj o de forma contraria siendo más dispares en los elementos metálicos. Para el caso de los elementos no metálicos el número de electrones que giran en un sentido es anulado por los electrones que giran en sentido contrario. Las líneas del campo magnético también resultaron útiles para conocer la dirección del campo magnético, así como la regla de la mano derecha, que se basa en la dirección de la corriente. El electromagnetismo es sumamente importante en la industria así como lo menciona la práctica tiene múltiples aplicaciones debido a la relación que guarda con la electricidad, lo cual se estuvo observando en el desarrollo de la práctica. BIBLIOGRAFÍA. Resnick D. Halliday and Krane. Física vol. II, CECSA MEXICO 2002. Raymand A. Serway física tomo II Mc Graw Hill Interamericana, México 2001. Serrano García Gutiérrez. Electricidad y magnetismo. Prentice hall, México 2001. http://electronicacompleta.com/lecciones/leyes-de-kirchhoff/