Exp2 circuitos y componentes eléctricos - Departamento de Física

UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA
DEPARTAMENTO DE FÍSICA
LABORATORIO DE FÍSICA 119-120
OBJETIVOS :
EXPERIENCIA
Circuitos y componentes eléctricos
VERIFICAR EXPERIMENTALMENTE LA VALIDEZ DE LAS LEYES DE OHM Y DE KIRCHHOFF.
FAMILIARIZAR AL ESTUDIANTE CON EL USO DE INSTRUMENTOS PARA REALIZAR MEDICIONES
ELÉCTRICAS.
PARTE A (En el laboratorio):
1- Ley de Ohm
Arme el circuito de la figura y consulte a su ayudante antes de conectar la fuente de
poder entre los puntos + - . Con el programa Logger Pro genere una curva de voltaje
v/s corriente para cada uno de los conductores proporcionados (resistencia, Led y mina
de grafito).
Procedimiento: mueva la perilla de ajuste de la fuente de poder, desde 6[V], sin
devolverse, hasta el mínimo de 0[V]. Repita el procedimiento para cada conductor.
A
V
Resistencia, Led ò mina de grafito
‣ Para los conductores que muestren un comportamiento lineal, determine la pendiente
de la línea recta.
‣ Analice los resultados de cada medición, compare los gráficos y observe las
similitudes y diferencias en el comportamiento de los conductores.
‣ Compare los valores teóricos con los experimentales, cuando sea pertinente, y
determine el error en la medición.
‣ Analice las posibles fuentes de discrepancia entre valores teóricos y experimentales.
‣ Imprima las curvas para cada uno los conductores y adjúntelas en su informe
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2- Leyes de Kirchhoff
A) Arme el circuito de la figura y consulte a su ayudante antes de conectar la fuente de
poder entre los puntos + -. Nota: Observe bien la polaridad de los led.
Procedimiento: Retire el puente A y mida con el sensor de corriente la intensidad
que circula por esa rama. Ubique el puente A en su lugar y retire el puente B, mida
la corriente que circula por esa rama, haga lo mismo con el puente C. Finalmente,
conecte el puente C, retire el puente D y mida la corriente en esa rama.
‣ ¿Qué puede decir con respecto al valor de las corrientes
‣ Compare los valores esperados con los experimentales y determine el error en la
medición
‣ Analice las posibles fuentes de discrepancia entre valores teóricos y experimentales.
B) Con el mismo circuito del punto anterior, utilice el sensor de voltaje y mida la
diferencia de potencial entre los extremos de los led 1,2,3. A continuación
mida la diferencia de potencial entre los extremos del led 4. Finalmente mida
la diferencia de potencial entre los extremos + -
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‣ ¿Qué puede decir con respecto al valor de los voltajes
‣ Compare los valores esperados con los experimentales y determine el error en la
medición.
‣ Analice las posibles fuentes de discrepancia entre valores teóricos y experimentales.
‣ ¿los led en paralelo se comportan todos de la misma manera
C) Con el mismo circuito, suba lentamente el voltaje hasta que los led brillen.
‣ ¿A qué se debe la diferencia de brillo
3- Resistencia y resistividad
A) Con la hoja proporcionada, rellene cada uno de los segmentos completamente con un
trazo firme de grafito. En el segmento más grueso, mida utilizando el óhmetro
la dependencia de la resistencia con la longitud. Tome valores cada 5 cm.
Grafique la resistencia en función del largo.
‣ ¿Qué puede concluir
‣ ¿qué significado tiene la pendiente del gráfico
B) Mida la resistencia para diferentes diámetros de los segmentos,
manteniendo el largo constante. Grafique la resistencia en función del diámetro.
‣ ¿Qué tipo de relación existe entre resistencia de un alambre y su diámetro
‣ Incluya los gráficos y las respectivas tablas de datos en el informe.
C) Utilice los datos obtenidos para la mina de grafito de la parte 1. Además, mida su
diámetro y largo y determine la resistividad del grafito.
‣ Compare los valores esperados(literatura) con los experimentales y determine el
error en la medición.
‣ Analice las posibles fuentes de discrepancia entre valores teóricos y experimentales.
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PARTE B (Previo al laboratorio):
Estudiar la Ley de Ohm y las Leyes de Kirchhoff de voltaje y corriente.
Estudie los apéndices.
Infórmese sobre las características de los componentes eléctricos que utilizará en el
laboratorio (resistencia, led y mina de grafito).
1.- Analice los siguientes circuitos
R 1 = 120[], R 2 = 56[], R 3 =1[K]
‣ Observe como están conectadas las resistencias en ambos circuitos.
‣ Determine los voltajes(V i ) y las corrientes(i i ) en las resistencias de ambos circuitos.
‣ Dibuje sobre los gráficos la posición que ocuparían (conexión) los medidores de
voltaje y corriente respectivamente.
APÉNDICE I
Leyes de Kirchhoff :
La ley de corrientes de Kirchhoff indica que en los nodos (punto
común de conexión) de un circuito, la suma de las corrientes
que entran es igual a la suma de las corrientes que salen
(conservación de la carga eléctrica).
Según lo anterior, en el nodo A de la figura adjunta se
cumple que:
i 1 + i 5 = i 2 + i 3 + i 4
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Por otra parte, la ley de voltajes de Kirchhoff
indica que en un circuito “cerrado”, la suma
algebraica de las diferencias de potencial es
cero (conservación de la energía).
De acuerdo a lo anterior, en el circuito de la
figura se cumple que:
V 0 – V 1 – V 2 – V 3 – V 4 = 0
Resistencia :
La resistencia de un conductor es una propiedad que depende tanto del
material como de las dimensiones físicas del conductor. Se la define como
la razón V/i, donde V es la diferencia de potencial entre dos extremos, e i
es la corriente que circula a través de él:
R = V / i
Si V está en volts e i en amperes, la resistencia estará en ohm ().
1
volt
1
1 Ampere
Ley de Ohm :
Si para un elemento la relación entre voltaje aplicado y corriente
que circula es una línea recta que pasa por el origen, se dice que
el elemento es óhmico (cumple la ley de ohm). Si la relación no
es una línea recta se dice que el elemento es no-lineal.
Donde V es la diferencia de potencial entre los terminales del
elemento en Volts e i es la corriente que circula a través del elemento en amperes.
Ley de Joule :
Al circular una corriente i (ampere) por una resistencia R (ohm), se produce en ésta una
transformación de energía eléctrica en energía térmica, cuya potencia P (Watts) está dada
por:
P = i 2 R
Esta transformación de energía da origen a un aumento de temperatura de la resistencia,
fenómeno que se conoce como calentamiento por efecto Joule. La expresión anterior se
puede escribir alternativamente como P= I V.
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