Circuitos eléctricos I 2013

I. Objetivos:

1. Aplicar la Ley de Ohm y divisor de voltaje y corriente para obtener valores de voltaje, resistencia, corriente y potencia.

2. Aprender a medir voltajes, valores de resistencias y corrientes eléctricas de manera experimental.

3. Ser capaces de armar circuitos en serie, paralelo y serie paralelo, identificando propiedades de corriente y voltaje que se dan en cada tipo de conexión.

II. Equipos y Materiales:

Protoboard 4 resistencias Fuente de alimentación Cocodrilo-banana Multímetro digital Modulo de laboratorio

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III. Fundamento teórico:

Divisores de Corriente:

El circuito divisor de corriente mostrado en la Figura 1 está compuesto por dos resistencias conectadas en paralelo con una fuente de corriente. El divisor de corriente está diseñado para dividir la corriente i, entre R1 y R2. Podemos determinar la relación entre la corriente i, y la corriente en cada resistencia (es decir, i1 e i2) aplicando directamente la ley de Ohm y la ley de Kirchhoff de las corrientes. La tensión en las terminales de las resistencias en paralelo es

Figura 1 El circuito divisor de corriente.

A partir de la Ecuación

Las Ecuaciones muestran que la corriente se divide entre las dos resistencias en paralelo de forma tal que la corriente en una de las resistencias es igual a la corriente que entra en la combinación en paralelo multiplicada por la otra resistencia y dividida por la suma de ambas.

Divisores de Tensión:

En ocasiones, especialmente en los circuitos electrónicos, es· necesario obtener más de un nivel de tensión a partir de una única fuente de alimentación. Una

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manera de hacer esto consiste en utilizar un circuito divisor de tensión, como el mostrado en la Figura 2

Figura 2 (a) Un circuito divisor de tensión y (b) el circuito divisor de tensióncon la corriente i indicada.

Se analizará este circuito aplicando la ley de Ohm y las leyes de Kirchhoff. A partir de la ley de Kirchhoff de las corrientes, vemos que R1 y R2 transportan una corriente de igual magnitud. Aplicando la ley de Kirchhoff de las tensiones alrededor del lazo cerrado obtenemos

o bien

Ahora se aplica la ley de Ohm para calcular v1 y v2:

Si se desea obtener un valor concreto de v2 y está especificado el valor de vs hay un número infinito de combinaciones de R1 y R2 que nos permiten obtener el cociente adecuado. Por ejemplo, suponga que vs es igual a 15 V y que v2 deber ser 5 V. Entonces, v2 l vs = 1/3 y a partir de la Ecuació, vemos que este cociente se satisface siempre que R2 = 1/2 X R1. Otros factores que pueden influir en la selección de R1, y por tanto de R2, incluyen las pérdidas de potencia que se producen al dividir la tensión de origen y los efectos de conectar el circuito divisor de tensión a otros componentes del circuito.

En pocas palabras, para que el divisor de tensión proporcione el voltaje deseado al circuito que se conecta al divisor, resulta ideal que la resistencia de entrada de dicho circuito tenga una resistencia de entrada idealmente igual a infinito (cercana al circuito abierto) o, al menos, que dicha resistencia de

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entrada del circuito que se agrega sea mucho mayor que la resistencia del divisor a la que se conecta.

IV. Procedimiento:

IV.1. Experimento 1:

1. Medir con el multímetro las resistencias de 50Ω, 100Ω y 1kΩ y anotar en la tabla 1.

2. Elaborar primer circuito en el módulo del Laboratorio utilizando las resistencias de 50Ω, 100Ω y 1kΩ y con voltaje de 220 V.

3. Medir el voltaje y corriente en cada una de las resistencias y anotar resultados en la tabla 1.

4. Calcular la potencia de cada una de las resistencias y anotar en la tabla 1.

5. Calcular los Valores correspondientes al voltaje y resistencia para comprobar resultados de la tabla 1.

IV.2. Experimento 2:

1. Medir con el multímetro las resistencias de 1kΩ, 2kΩ, 4.7kΩ y 5kΩ y anotar en la tabla 2.

2. Elaborar segundo circuito en Protoboard utilizando las resistencias de 1kΩ, 2kΩ, 4.7kΩ y 5kΩ y con voltaje de 24V.

3. Medir el voltaje y corriente en cada una de las resistencias y anotar resultados en la tabla 2.

TABLA 1

ELEMENTO VALOR (Ω) VOLTAJE (V)CORRIENTE

(mA)POTENCIA

(mW)

R1= 1KΩ 1.018K 191.5 198.2 37.95

R2= 100Ω 104.3 12.40 14.5 55.8

R3= 100Ω 104.2 12.40 14.5 55.8

R4= 50Ω 52.90 4.40 0.08 0.3312

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4. Calcular la potencia de cada una de las resistencias y anotar en la tabla 2.

5. Calcular los Valores correspondientes al voltaje y resistencia para comprobar resultados de la tabla 2.

V. Resultados:

TABLA 2

VALOR MEDIDO (Ω) VOLTAJE (V)CORRIENTE

(mA)POTENCIA

(mW)4.62K 3.89 0.30 1.212.15K 1.8 1.22 0.775.43K 0 0 0.5289.97K 0.04 0.49 0.0231.5K 15 0.49 0.030

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VI. C onclusiones:

1. Los conocimientos de la Ley de Ohm fueron llevados a la práctica y se ha observado cómo la Ley se cumple perfectamente siempre que las conexiones y mediciones son hechas correctamente.

2. También se aprendió a hacer mediciones de voltajes, resistencias y corrientes eléctricas y a establecer relaciones entre estos valores en base al tipo de conexión con la que se esté trabajando, que puede ser en serie, paralelo y serie paralelo, comprobando propiedades y métodos de resolución de problemas.

3. Se ha cumplido con los objetivos propuestos para esta práctica, y se desea que este reporte sea de provecho para aquellos que próximamente realicen este tipo de experimentos prácticos de electricidad.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1. Stollberg, R.; Hill, F.F. (1969). FÍSICA. Fundamentos y Fronteras. México, D.F.: Publicaciones Cultural, S.A., primera edición.

2. Wikipedia®. Resistencia eléctrica. Extraído el 2 de noviembre, 2006 de

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http://es.wikipedia.org/wiki/Resistencia_el%C3%A9ctrica

3. Ciencias Místicas. Leyes de Ohm, Kirchoff, Thevenin y Norton. Extraído el 2 de noviembre, 2006 de http://www.cienciasmisticas.com.ar/electronica/teoria/equivalentes/index.php

4. Sala de Física. Associação de Resistencias en Paralelo. Extraído el 2 de noviembre, 2006 de http://br.geocities.com/saladefisica8/eletrodinamica/paralelo.htm

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