INFORME DE PRACTICA DE LABORATORIO N° 06 FISICA III 2010

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Manual de Prácticas de Laboratorio de Física III. Circuitos Eléctricos de corriente continúa. Optaciano Vásquez G.

2010

Universidad nacional“SANTIAGO ANTUNEZ DE MAYOLO”

FACULTAD DE CIENCIAS

DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE CIENCIAS SECCIÓN DE FÍSICA

MANUAL DE PRÁCTICAS DE LABORATORIO DE FISICA III

PRACTICA N° 07 “CIRCUITOS ELÉCTRICOS DE CORRIENTE COTÍNUA”

AUTOR:M.Sc. Optaciano L. Vásquez García

HUARAZ - PERÚ2010

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UNIVERSIDAD NACIONAL FACULTAD DE CIENCIAS“SANTIAGO ANTUNEZ DE MAYOLO” DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BASICAS

AREA DE FISICA

CURSO: FISICA III

PRACTICA DE LABORATORIO Nº 07.

CIRCUITOS ELÉCTRICOS DE CORRIENTE COTÍNUA

I. OBJETIVO(S)

1.1. Realizar asociaciones de resistencias en serie y en paralelo1.2. Hacer mediciones de intensidad de corriente, de voltajes.1.3. Verificar las leyes de Kirchhoff en nodos y mallas de un circuito de corriente continua

II. MARCO TEÓRICO Y CONCEPTUAL

III. MATERIALES Y EQUIPOS.

3.1. Una fuente de corriente continua 3.2. Alambres de conexión.3.3. Un reóstato.3.4. Resistencias de carbono con código de colores.3.5. Un voltímetro3.6. Un amperímetro

IV. METODOLOGÍA.

4.1. Circuitos en serie.

a) Instale el circuito mostrado en la Fig.5, en donde las resistencias son inferiores a 1000 Ω.b) Ajuste la fuente E a un valor de 3-5 voltios.c) Cierre la llave k con el voltímetro conectado entre A y B. Léase el voltaje V y la corriente total I.

Registre sus valores en la Tabla I.d) Coloque ahora el voltímetro sucesivamente entre los puntos A y B, B y C y finalmente entre C y D,

manteniendo el amperímetro en su posición y obtenga los valores de V e I. Registre sus lecturas en la Tabla I.

APELLIDOS Y NOMBRES: HUANUCO HENOSTROZA Luis CODIGO: 082. 0904 .333 FECHA: 06/09/2010

FACULTAD: ING. CIVIL ESCUELAPROFESIONAL: ING. CIVIL GRUPO.......................

AÑO LECTIVO: 2010 SEMESTRE ACADEMICO: 2010-I NOTA.........................

DOCENTE: M. Sc. Optaciano L. Vásquez García FIRMA.....................................

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Fig. 5. Circuito para medir propiedades de un circuito en serie.

Tabla I. Datos para estudiar los circuitos en serie.

A –D A –B B –C C-DV(vol) 5.1 4.75 0.12 0.24I (mA) 2.4 2.4 2.4 2.4

4.2. Circuitos en paralelo.

a) Instale el circuito como lo muestra la Fig. 6.b) Ajuste la fuente E a un valor de 1 Va 3 V.c) Leer la tensión V y la intensidad de corriente total I que muestran los instrumentos. Registre sus

valores en la tabla IId) Manteniendo la instalación del voltímetro, instale sucesivamente el amperímetro en serie con las

resistencias R1, R2 y R3 y determine las corrientes en cada resistencia. Registre sus valores obtenidos en la Tabla II.

Fig. 6. Instalación del circuito para estudiar los circuitos en paralelos

Tabla II. Datos experimentales para estudiar los circuitos en paralelo.

R1 (Ω) R2 (Ω) R3 (Ω)V (vol) 2.82 2.82 2.82I (mA) 1.5 58.3 29.7

4.3. Leyes de kirchhoff.

a) Utilizando el ohmímetro mida el valor experimental de cada una de las resistencias proporcionadas (Rexp), y luego mediante el código de colores determine sus respectivos valores nominales (R fab). Registre sus valores obtenidos en la Tabla III.

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Tabla III. Datos obtenidos para las resistencias

Resistencia R1 R2 R3 R4 R5

Rexp (Ω) 1.976 50 99.1 993 10Rfab (Ω) 2000 50 100 1000 10

b) Con las resistencias proporcionadas instale el circuito mostrado en la Fig. 7.

Fig. 7. Circuito utilizado para verificar las leyes de Kirchhoff

c) Ajuste la fuente de voltaje entre 1 V a 6 Vd) Instalando el amperímetro en serie con cada elemento y utilizando el rango adecuado, mida las

intensidades de corriente que ingresan o salen de cada nodo. Anote los valores obtenidos con sus respectivos signos que indica el instrumento en la Tabla IV.

Tabla IV. Valores experimentales de las intensidades de corriente.

Nodo I (mA) I1 (mA) I2 (mA) I3 (mA) I4 (mA) I5 (mA) ΣI (mA)A 33.9 1.00 32.8B 1.00 30.5 29.5C 32.8 3.3 29.5D 33.9 30.5 3.3

e) Instalando el voltímetro en paralelo con cada uno de los elementos del circuito determine la diferencia de potencial en las resistencias y en la fuente según las mallas que se indican. Anote los valores obtenidos con sus respectivos signos en la Tabla V.

Tabla V. Datos experimentales de las diferencias de potencial.

Malla V (volt) V1 (volt) V2 (volt) V3 (volt) V4 (volt) V5 (volt) ΣViAbca -1.94 1.64 0.3 0Bcdb 3.05 -3.35 0.3 0abdca -1.94 1.64 -3.05 3.35 0Efabde 5 -1.94 -3.05 0.01

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V. CALCULOS Y RESULTADOS

5.1. Circuito serie y circuito paralelo.

a) Para el circuito, determine la relación entre los voltajes y la resistencia interna.

Circuito en serie: ∆V = I * R

Para la tabla I:

A –D A –B B –C C-DV(vol) 5.1 4.75 0.12 0.24I (mA) 2.4 2.4 2.4 2.4

En AB:4.75 = 2.4*10-3 * R1

R1 = 1979.16667Ω ≈ 2000 ΩEn BC:

0.12 = 2.4*10-3 * R2

R2 = 50 ΩEn CD:

0.24 = 2.4*10-3 * R3

R3 = 100 Ω

En AD:5.1 = 2.4*10-3 *(R1 + R2 + R3)

5.1 ≈5.11

Para la tabla II:

R1 (Ω) R2 (Ω) R3 (Ω)V (vol) 2.82 2.82 2.82I (mA) 1.5 58.3 29.7

Circuito en paralelo: ∆V = I * R ⟶ R = ∆V/ I

Calculo de R1R1 = 1880 Ω

Calculo de R2R2 = 48.37 Ω

Calculo de R3R3 = 94.95 Ω

b) ¿Cuál es el error porcentual cometido en el cálculo de la resistencia equivalente?

Circuito en serie:

La resistencia equivalente sobre AD por ∆V = I x R será:

∆VAD= I x Req ⟶ Req = 5.1/2.4x10-3

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Req = 2125 ΩLa Resistencia equivalente en AD por suma de resistencias será:

RAD= 4.75 + 48.37 + 94.95 = 2129.17

El error absoluto será:Eabs = 2125 - 2129.17

Eabs = -4.17El error relativo será:

Erel = -4.17/2129.17Erel =-0.00196

El error porcentual será:Erel %=0.196 %

c) Para el circuito en paralelo, determine la resistencia equivalente de la asociación y establezca la relación entre las intensidades de corriente.

La resistencia equivalente es: Req =31.51 ΩLuego la intensidad de corriente estará dada por: ∆V = I * R

I = 0.09895 A

d) El error cometido en el cálculo de la resistencia equivalente está dentro de la tolerancia admitida por el fabricante.

Como el error porcentual es de: Erel %=0.196 %, es menor que 5%, entonces la resistencia esta dentro de la tolerancia.e) ¿Cuáles son sus principales fuentes de error?

Como el amperímetro tiene una resistencia interna pequeña, esto hace que varíe un poco los cálculos.

También el voltímetro tiene una resistencia grande pero no infinita esto hace que una pequeña parte de la corriente pase a través de ella, y esto hace que haiga un pequeño error.

5.2. Leyes de Kirchhoff.

a) Con los datos de la Tabla IV, verifique la primera ley de Kirchhoff para cada uno de los nodos.

Nodo I (mA) I1 (mA) I2 (mA) I3 (mA) I4 (mA) I5 (mA) ΣI (mA)A 33.9 1.00 32.8B 1.00 30.5 29.5C 32.8 3.3 29.5D 33.9 30.5 3.3

Nodo a: Las intensidades que entran deben ser iguales a las que salen.

Entra = 33.9Sale = 1+32.8 = 33.8

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33.9 ≈ 33.8Nodo b:

Entra = 1+29.5= 30.5Sale = 30.5

30.5 = 30.5Nodo c: Entra = 32.8Sale = 29.5+3.3 = 32.8

32.8 = 32.8Nodo d:

Entra = 30.5+3.3 = 33.8Sale = 33.9

33.8 ≈ 33.9

El margen de error que se presenta en algunos casos se debe a que el amperímetro tiene una pequeña resistencia y debido a esto existe un error.

b) Con los datos obtenidos en la Tabla V, verifique la segunda ley de Kirchhoff.

Malla V (volt) V1 (volt) V2 (volt) V3 (volt) V4 (volt) V5 (volt) ΣViAbca -1.94 1.64 0.3 0Bcdb 3.05 -3.35 0.3 0abdca -1.94 1.64 -3.05 3.35 0Efabde 5 -1.94 -3.05 0.01

La sumatoria de voltajes sobre un tramo serado debe ser cero, considerando que los voltajes a través de las resistencias son negativas.

Malla abca:-1.94 + 1.64 + 0.3 = 0

0 = 0Malla bcdb:

3.05 -3.35 + 0.3 = 00 = 0

Malla abdca:-1.94 + 1.64 -3.05 + 3.35 = 0

0 = 0Malla efabde:

5 - 1.94 -3.05 = 00.01 ≈ 0

c) Utilizando los valores nominales de las resistencias y la tensión en la fuente resuelva el circuito mostrado en la Fig. 7, para hallar las corrientes y los voltajes teóricos en cada una de las resistencias.

Resistencia R1 R2 R3 R4 R5

Rexp (Ω) 1.976 50 99.1 993 10Rfab (Ω) 2000 50 100 1000 10

Nodo a: I = I1 + I2

Nodo c: I1 = I4 + I5

Nodo b: I3 = I1 + I5

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Malla abca: -2000* I1 + 10* I5 + 10* I2 = 0Malla bcdb: 10* I5 - 1000*I4 + 100* I3 = 0Malla efabde: 5 - 2000* I1 – 100* I3 = 0

Resolviendo se tiene:

I = 32.4 mAI1 = 0.9 mAI2 = 31.5 mAI3 = 29.2 mAI4 = 3.2 mAI5 = 28.2 mA

También se tiene:V = 5 V1 = 1.8V2 = 1.575V3 = 2.92V4 = 3.2V5 = 0.282

d) Compare los valores de las corrientes y los voltajes obtenidos en el paso anterior con los valores obtenidos en las Tablas IV y V, determine sus respectivos errores porcentuales. Registre sus resultados en la Tabla VI.

Los errores obtenidos son:

Elemento V(fuente) R1 R2 R3 R4 R5

e % (corriente) 4.63 11.11 4.13 4.45 3.13 4.61e % (voltaje) 0 7.778 4.127 4.452 4.688 6.383

e) Se cumple las leyes de Kirchhoff en su experiencia. ¿Explique?

Si se cumplen las leyes de Kirchhoff porque se pudo verificar experimentalmente las relaciones que tienen los nudos de un circuito con las intensidades y que la suma de voltajes en un circuito cerrado suma cero.

f) ¿Cuáles son sus posibles fuentes de error?

Que el amperímetro tiene una pequeña resistencia interna y debido a ello baria un poco los cálculos

También que el voltímetro tiene una gran resistencia pero no es infinita y debido a ello pasa corriente a través de el, en consecuencia varia también los cálculos.

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VI. CONCLUSIONES Y SUGERENCIAS

6.1. CONCLUSIONES

1. Se logro verificar la ley de Kirchhoff experimentalmente.

2. Se logro medir satisfactoriamente los voltajes y las intensidades correctamente en los distintos circuitos.

VII. BIBLIGORAFIA.

7.1. GOLDEMBERG, J. Física General y Experimental. Vol II. Edit. Interamericana. México 1972.7.2. MEINERS, H. W, EPPENSTEIN. Experimentos de Física. Edit. Limusa. México 19807.3. SERWAY, R. Física. Vol. II Edit Reverte. España 1992,7.4. TIPLER, p. Física Vol II. Edit Reverte. España 2000.7.5. SEARS, E. ZEMANSKY, M. YOUNG, H. Física, Vol II. Edit. Addison Wesley. México 1999.

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