resistencias electricas
Post on 25-Jan-2016
216 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMÓNFACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGÍACARRERA INGENIERÍA QUÍMICADISEÑO DE PLANTAS QUIMICA
Docente: Dr. Lucio AlejoEstudiante: Maldonado Argandoña Aneida
Carrera: Ing. QuímicaFecha: 22 de junio de 2010
Cochabamba-Bolivia
RESISTENCIAS ELECTRICAS
1. INTRODUCCION
La resistencia eléctrica es toda oposición que encuentra la corriente a su
paso por un circuito eléctrico cerrado, atenuando o frenando el libre flujo de
circulación de las cargas eléctricas o electrones. Normalmente los
electrones tratan de circular por el circuito eléctrico de una forma más o
menos organizada, de acuerdo con la resistencia que encuentren a su paso.
Mientras menor sea esa resistencia, mayor será el orden existente en el
micromundo de los electrones; pero cuando la resistencia es elevada,
comienzan a chocar unos con otros y a liberar energía en forma de calor.
Todos los materiales y elementos conocidos ofrecen mayor o menor
resistencia al paso de la corriente eléctrica, incluyendo los mejores
conductores. Los metales que menos resistencia ofrecen son el oro y la
plata, pero por lo costoso que resultaría fabricar cables con esos metales,
se adoptó utilizar el cobre, que es buen conductor y mucho más barato.
Entre los metales que ofrecen mayor resistencia al paso de la corriente
eléctrica se encuentra el alambre nicromo (Ni-Cr), compuesto por una
aleación de 80% de níquel (Ni) y 20% de cromo (Cr). Ese es un tipo de
alambre ampliamente utilizado como resistencia fija o como resistencia
variable (reóstato), para regular la tensión o voltaje en diferentes
dispositivos eléctricos.
En la práctica se utilizara este alambre para comprobar que es alta su
resistencia conectándolo a una corriente con una potencia determinada que
caliente agua y aceite a un tiempo determinado.
2. OBJETIVOS1.1. Objetivos general.-- Realizar el cálculo de la potencia que genera una resistencia.1.2. Objetivos especificos.-- Realizar la curva de calentamiento y enfriamiento de la resistencia en
agua.- Realizar la curva de calentamiento y enfriamiento de la resistencia en
aceite.- Conocer la relación entre la longitud y la potencia requerida.
3. MARCO TEORICO
La corriente eléctrica es el flujo de cargas eléctricas. En un conductor sólido
son los electrones los que transportan la carga. En los fluidos, el flujo de carga
eléctrica puede deberse tanto a los electrones como a los iones positivos y
negativos. La cantidad de corriente que fluye por un circuito depende del voltaje
suministrado por la fuente, pero además depende de la resistencia que opone
el conductor al flujo de carga, es decir, la resistencia eléctrica.
La resistencia R de un conductor es proporcional a su longitud l e inversamente
proporcional al área de su sección transversal S:
R = r l / S
La constante de proporcionalidad r se denomina resistividad del material, que
depende del material con que está fabricado el conductor y de la temperatura
(de aquí se deduce que R también depende de la temperatura). Separar la
dependencia de la resistencia en las dimensiones y en el tipo de material de un
conductor es útil para el cálculo de resistencias. A la inversa de la resistividad
se denomina conductividad, s:
s = 1 / r
Ohm realizó experiencias sobre la capacidad de los metales para conducir
electricidad. En 1826 presentó sus resultados resumidos en una ley, la Ley de
Ohm, que expresa que la corriente que fluye a través de un conductor metálico
a temperatura constante es proporcional a la diferencia de potencial que hay
entre los extremos del conductor. A la relación entre la diferencia de potencial
aplicada en los extremos de un conductor y la corriente que atraviesa ese
conductor suele denominarse característica voltaje-corriente (V-I) del material.
Ohm encontró experimentalmente que para un dado conductor metálico esta
relación es proporcional, es decir, cuando, por ejemplo, se duplica o se triplica
la diferencia de potencial, se duplica o se triplica la corriente, respectivamente.
Dicho de otro modo, cuando una corriente eléctrica atraviesa un conductor,
crea en éste una diferencia de potencial directamente proporcional a la
corriente. La constante de proporcionalidad entre el voltaje y la corriente es la
resistencia eléctrica R. La mayor o menor resistencia de un conductor es la
mayor o menor dificultad que opone al paso de la corriente. Y así tendremos
buenos y malos conductores de la corriente en función de que tengan baja o
alta resistencia, respectivamente. Obviamente, los aislantes (no conducen la
corriente) tendrán una resistencia altísima.
Si se representa la resistencia del conductor con el símbolo R, la diferencia de
potencial en los extremos del conductor con V, y la corriente que circula por él
con I, la ley de Ohm puede formularse como:
V = I R
que es lo mismo que decir:
I = V / R ó R = V / I
La unidad de resistencia eléctrica es el Ohm, simbolizado por la letra griega W
(omega). El Ohm es una resistencia tal del conductor que cuando se aplica una
diferencia de potencial de 1 Volt a sus extremos, hay un flujo de una corriente
de 1 Amper.
La diferencia de potencial que existe entre los extremos del conductor surge de
la fuerza electromotriz de la fuente de electricidad, que puede ser una pila o
una batería. Si una corriente pequeña fluye en el conductor, entonces éste
debe oponer una gran resistencia al paso de la corriente. Y análogamente, una
resistencia pequeña produce una corriente grande para una misma diferencia
de potencial.
Consideremos una muestra cilíndrica de sección transversal A y longitud l de
un material cualquiera por el que se hace circular una corriente eléctrica i. Es
posible relacionar esta corriente de modo muy general con la carga n.e que
transporta cada portador móvil (es la carga elemental y n el número de cargas
elementales por cada portador de carga), la velocidad media de las cargas
móviles, vm, y el número de cargas libres por unidad de volumen, n:
i = n × A× vm × e ×v (1)
Si el material en cuestión obedece la ley de Ohm, la dependencia del voltaje V
con la corriente i es lineal (i = V / R). La resistencia eléctrica R de la muestra
cilíndrica en consideración está dada por:
R= ρ* 1/A (2)
donde ρ es la resistividad del material. Si suponemos que el campo eléctrico
E= V / l a lo largo del cilindro es uniforme, entonces de (1) y (2) tenemos:
ρ = R * = * =
Para que valga la ley de Ohm, r debe ser independiente del campo (o voltaje)
aplicando y de la velocidad de los iones vm. Esto significa que para que se
cumpla la ley de Ohm, dentro del material debe existir algún mecanismo de
fricción o choques de modo que vm µ E. Esto puede lograrse, por ejemplo, si
las cargas se mueven en un medio que les oponga una “fuerza viscosa”. En un
sólido esto podría lograrse si los electrones (o portadores de carga) chocaran
constantemente contra los iones de la red cristalina que lo forman. En cierto
sentido, podríamos comparar el movimiento de los electrones en un sólido con
el de una canica que cae rodando por una escalera: si bien el movimiento entre
cada escalón es acelerado, en promedio la canica cae con velocidad contante
igual a la mitad de su velocidad final al llegar al escalón siguiente.
4. MATERIALES
1 mango de madera 10 cm torneado
Alambre Ni-Cr
1 varilla de electrodo 60/13
1 metro de cable Nº 14
1 enchufe
Clavos y tornillos
Taladro de baja revolucion
Termometro
Soporte
Vaso presipitado
Agua
1 litro de aceite
5. DESARROLLO EXPERIMENTAL
Para la realización de la práctica se llevo a cabo las siguientes acciones, en
cuanto a la preparación de la resistencia:
Ajustar el electrodo junto al alambre de niquelina a la boquilla del
taladro de baja revolución.
Girar el taladro y guiar el alambre alrededor del electrodo,
formando una especie de resorte, esto hasta que todo el alambre
quede enrollado alrededor del electrodo.
Retirar el resorte del electrodo y acomodarlo alrededor de la
madera torneada, de manera que esta quede enrollado
helicoidalmente.
Ajustar los extremos del resorte con 2 clavos en cada extremo del
mango de madera.
Conectar a este el cable # 12.
En cuanto a la aplicación de la resistencia tenemos:
Una vez construida la resistencia, montar al soporte un
termómetro ajustado con un pinza.
Medir una cantidad de agua en un vaso de precipitado, introducir
el termómetro montado en el soporte.
Introducir la resistencia, conectarla.
Medir el tiempo en que la temperatura aumenta 5ºC.
De manera análoga controlar el tiempo en que enfría en agua,
realizar este control cada vez que el agua disminuya 5ºC.
Repetir la prueba con aceite vegetal
6. CALCULOS Y RESULTADOS
Calculo de la longitud de alambre requerido para una
potencia de 16KW.
Calculo del calor entregado a la masa de agua
Grafico de calentamiento del agua
t [s] T [ºc]
0 23
21 30
29 35
37 40
44 45
51 50
61 55
68 60
81 65
92 70
103 75
110 80
Calentamiento del agua
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
0 20 40 60 80 100 120
tiempo
tem
pe
ratu
ra
T [ºc]
Grafico del enfriamiento del agua
t [s] T [ºc]
0 80
110 75
341 70
615 65
923 60
1396 55
2110 50
2868 45
3584 40
4223 35
4987 30
enfriamiento del agua
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
0 2000 4000 6000
tiempo
tem
pe
ratu
ra
T [ºc]
Grafico de calentamiento del aceite
t [s] T [ºc]
0 24
24 30
28 35
33 40
37 45
43 50
48 55
52 60
57 65
62 70
69 75
74 80
calentamiento del aceite
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
0 20 40 60 80
tiempo
tem
pe
ratu
ra
T [ºc]
Grafico del enfriamiento del aceite
t [s] T [ºc]
0 80
118 75
374 70
684 65
1054 60
1461 55
2559 50
3236 45
3610 40
4057 35
4458 30
enfriamiento del aceite
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
0 1000 2000 3000 4000 5000
tiempo
tem
pe
ratu
ra
T [ºc]
7. DISCUSION DE RESULTADOS Y CONCLUSIONES
Al observar los datos de los otros grupos y comparando con los
obtenidos podemos concluir diciendo que la longitud del cable
juega un papel importante, ya que a mayor longitud de alambre el
tiempo es que tarda en aumentar 5ºC es mayor y mientras mas
corto es el alambre el tiempo de calentamiento es menor.
Con la realización de la práctica se simulo la resistencia que se
encuentra en la ducha.
Se observaron las curvas de calentamiento y enfriamiento tanto
del agua como del aceite vegetal y observamos que estas no
tienen un comportamiento lineal.
8. RECOMENDACIONES
Es importante conocer la masa de agua y aceite con la que se
trabaja, para de esta manera conocer la cantidad de calor
suministrado.
Se debe tener mucho cuidado al trabajar con longitudes de
alambre muy pequeñas, ya que la potencia que esta genera es de
un valor muy elevado y con esto se consigue que la masa de
agua caliente de forma brusca y se corre el riesgo de que el cable
se queme, debido a la cantidad excesiva de calor que recibe.
top related