ESTUDIO DEL COMPORTAMIENTO DE CORRIENTE Y VOLTAJE EN CIRCUITOS MIXTOS: LEY DE KIRCHHOFF

ESTUDIO DEL COMPORTAMIENTO DE CORRIENTE Y VOLTAJE EN CIRCUITOS MIXTOS: LEY DE KIRCHHOFF^[1]

Laura Cristina Quintana Alzate. (2161085) - Ingeniería Química.

Catherine Pulido Suarez. (2171422)- Ingeniería Química.

Natalia Carolina Uribe Contreras. (2181056) -Ingeniería Civil.

Maria Daniela Jerez Rangel. (2181548) - Ingeniería Civil

“Todos somos muy ignorantes. Lo que ocurre es que no todos ignoramos lo mismo”

- Albert Einstein

RESUMEN

El estudio de las leyes fundamentales se presentan para comprender que el funcionamiento de los circuitos eléctricos son de vital importancia, una de estas leyes que rigen los sistemas eléctricos, son las leyes de Kirchhoff, las cuales establecen el comportamiento de la electricidad a partir de la ley de la conservación de la energía; En este proyecto de investigación se estudiará las diferentes configuraciones de los circuitos eléctricos, se busca determinar experimentalmente la función de la resistencia en los circuitos y su relación con el voltaje y la corriente, para ello se realizaron mediciones con circuitos en serie, en paralelo y mixtos, con los cuales se determinó la resistencia equivalente en cada una de las conexiones, por dos métodos: completamente matemáticos y por medio de un medidor de voltaje, para finalmente comparar los resultados y comprobar las leyes de Kirchhoff.

OBJETIVOS

Objetivo General

• Determinar experimentalmente las resistencias equivalentes para un circuito en serie y paralelo y confirmar las leyes de Kirchhoff.

Objetivos específicos

•   Hallar la resistencia equivalente para conexiones en serie y paralelo.
•  Confirmar que en un circuito eléctrico la suma de corrientes que entran a un nodo es igual a la suma de las corrientes que salen del mismo.

INTRODUCCIÓN

Las leyes de Kirchhoff son leyes en las que se fundamenta la conservación de la energía y la carga de circuitos eléctricos, estas fueron expuestas por primera vez en 1846 por Gustav Kirchhoff y son una de las bases más importantes en la ingeniería. Estas leyes permiten hallar los valores de la corriente y el voltaje en cada punto de un circuito eléctrico cerrado, y permiten entender el comportamiento de la resistencia, el voltaje y la corriente; junto con la ley de ohm, estas leyes se consideran las leyes básicas para el análisis de circuitos.

MARCO TEÓRICO

• Resistencia Equivalente: Es aquella que, sustituye a las resistencias que forman parte de un circuito; determinar la resistencia equivalente permite simplificar el cálculo de un circuito al sustituir ramas y mallas complejas por una sola resistencia equivalente.
• Conexión en Serie: Se dice que un grupo de resistencias está en serie, cuando cada una de ellas se sitúa a continuaci´n de la anterior a lo largo del hilo conductor. En esta configuración la intensidad de corriente es la misma en todas las resistencias, y la diferencia de potencial en los extremos es la suma de las caídas de potencial en cada resistencia.

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• Conexión en Paralelo: Se dice que un grupo de resistencias se encuentran en paralelo, cuando comparten sus extremos (figura). En esta configuración la intensidad total que entra es igual a la suma de las intensidades que circulan por cada resistencia.

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• Potencia: Es la representación de la conversión de energía eléctrica del movimiento de cargas a otra forma de energía; Está dada por el producto del voltaje y la intensidad de corriente eléctrica, su unidad es el vatio (watt).

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• Primera Ley de Kirchhoff o ley de Nodos: Un nodo es el punto del circuito donde se unen más de un terminal de un componente eléctrico o donde se divide la corriente. En cualquier nodo, la suma de las corrientes que entran es igual a la suma de las corrientes que salen; en otras palabras, la suma de todas las corrientes que pasan por el nodo es igual a cero. Generalmente, se establece que las corrientes que entran son positivas y las que salen son negativas.

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•  Segunda ley de Kirchhoff o ley de Mallas:  En un circuito cerrado, la suma de las tensiones de batería que se encuentran al recorrerlo siempre serán iguales a la suma de las caídas de tensión existente sobre los resistores. O también, la suma de los potenciales a lo largo de un circuito cerrado es cero.

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• Teorema de Superposición: Permite simplificar el cálculo de circuitos que contienen varias fuentes, analizandolos de manera individual y sumando el efecto que produce cada una de las fuentes.  En un circuito con más de una fuente la intensidad de corriente es cualquier elemento es equivalente a la suma de los efectos producidos por cada fuente de manera individual, cuando el resto de fuentes se reemplazan por su resistencia interna.

METODOLOGÍA

El proyecto de investigación se llevó a cabo en tres fases metodológicas, las cuales se aplicaron a 3 circuitos con diferentes configuraciones; el primero en paralelo, el segundo en serie y el tercero mixto, tal y como se muestra en las figuras.

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• Fase 1: En esta fase se realizó el montaje experimental con las resistencias proporcionadas; luego acorde a la capacidad de potencia de las resistencias se establecieron los valores de potencial, verificando los valores de las resistencias por medio de un multímetro.

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• Fase 2: Se procede a medir los voltajes en cada resistencia del circuito siguiendo la secuencia planteada. Para corroborar la regla de mallas y la conservación de la energía se realizan cálculos de las caídas de potencial en cada resistencia a partir de los valores de corrientes calculados en la fase anterior.
• Fase 3: Se procede a medir las corrientes que circulan por cada resistencia con ayuda del multímetro; estas mediciones se hacen de igual manera que en la fase anterior, siguiendo la secuencia de las corrientes planteada para poder hacer los cálculos posteriores. Para corroborar la ley de nodos se debe resolver el circuito para encontrar las corrientes principales, determinando así los valores teóricos.

TRATAMIENTO DE DATOS.

Tabla 1: Circuito en Serie

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