Práctica sobre llas Leyes de Electricidad
javier.silva.14Informe2 de Noviembre de 2015
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Leyes de Electricidad
Javier Silva
201451542-1
Mail: javier.silva.14@sansano.usm.cl
Ariadna López
201451518-9
Mail: ariadna.lopez.14@alumnos.usm.cl
Resultados
En esta experiencia se pretende abarcar la idea acerca de un circuito eléctrico, asociando los conceptos claves sobre el electromagnetismo tales como el potencial eléctrico, corriente, resistencia y aplicando las leyes fundamentales que rigen este tipo de sistemas las cuales son conocidas como la Ley de Ohm, de Kirchhoff, Joule y de Potencia. Por lo cual se analizaron 3 tipos de circuitos distintos para comprobar las leyes estipuladas en el párrafo anterior.
Conservación de la Energía (LKV)
Se utilizó el siguiente circuito en serie:
[pic 3]Figura N°1: Circuito de 3 resistencias en serie en la que se mantiene el voltaje constante [5v].
Mediante el uso de un multitester se mide la caída de tensión en cada resistencia del circuito eléctrico, De esta forma se calcula el voltaje teórico presente.
Resistencias [Ohm] | Voltaje teórico[V] | Voltaje [V] ± Error Experimental |
1000 | 3,13 | 3,14± 0,0106 |
470 | 1,54 | 1,53± 0,0222 |
100 | 0,327 | 0,326± 0,0126 |
Tabla N°1: Caída de tensión teórica y experimental (con su respectivo error) para cada resistencia del circuito en serie.
Nota 1: Es importante destacar que el error experimental viene dado considerando que en el manual del multitester se presenta un margen de error que se asocia según al rango de voltaje utilizado.
Conservación de la carga eléctrica (LCK)
De igual forma que en la conservación de la energía se utilizó un circuito, pero esta vez con una distribución diferente de resistencias (paralelo y en serie).
[pic 4]Figura N°2: Circuito eléctrico en el cual se presenta una resistencia en serie (R1 y R2) y una resistencia en paralelo (R2 y R3) en la que se mantiene el voltaje constante [5v].
Mediante el uso del multitester se miden las corrientes que circulan atraves de cada resistencia. De esta forma se obtiene la siguiente tabla con las corrientes medidas:
Resistencias [Ohm] | Intensidad teórico[mA] | Intensidad[mA]± Error Experimental |
1000 | 4,619 | 4,8 ± 0,087 |
470 | 0,810 | 0,86±0,040 |
100 | 3,809 | 3,94± 0,077 |
Tabla N°2: Corriente teórica y experimental (con su respectivo error) para cada resistencia del circuito.
Nota 2: Es importante destacar que el error experimental viene dado considerando que en el manual del multitester se presenta un margen de error que se asocia según al rango de corriente utilizado.
Ley de Ohm y Potencia Eléctrica
Para esta parte de la experiencia se trabajó con el siguiente circuito:
[pic 5]
Figura N°3: Circuito de 2 resistencias en serie en la que se fue variando el voltaje desde un rango de 0,5 hasta 5 [V].
En el cual, a medida que se varía el voltaje de la fuente de poder, se mide simultáneamente la corriente generada en la resistencia 1 y la caída de tensión en la resistencia 2. Con estos datos se genera la siguiente tabla de datos.
Vol [V] | Intensidad[mA]± Error | Voltaje[V]± Error | Potencia[mW]± Error Propagación |
0,5 | 0,4400 | 0,208± 0,0117 | 0,0915 |
1 | 0,7600 | 0,330± 0,0126 | 0,2508 |
1,5 | 1,070 | 0,506± 0,0140 | 0,5414 |
2 | 1,430 | 0,673± 0,0154 | 0,9624 |
2,5 | 1,800 | 0,842± 0,0167 | 1,5156 |
3 | 2,130 | 0,998± 0,0179 | 2,1257 |
3,5 | 2,410 | 1,128± 0,01902 | 2,7185 |
4 | 2,820 | 1,324± 0,02059 | 3,7337 |
4,5 | 3,150 | 1,477± 0,02182 | 4,6526 |
5 | 3,480 | 1,631± 0,02305 | 5,6758 |
Tabla N°3: Datos obtenidos mediante la variación de voltaje en un rango entre 0 y 5 [v], en la que se calculó la potencia.
De la tabla se generan 2 gráficos en los cuales el primero corresponde a la corriente en función del voltaje medido en R2. [pic 6]Gráfico n°1: Relacion entre la corriente y el voltaje en un sistema en serie, en donde la pendiente corresponde a la conductancia.
El segundo corresponde a la corriente en función de la potencia obtenida entre el producto de la corriente y el voltaje.
[pic 7]Gráfico n°1: Relación entre los calores latentes experimentales de la toma N° 1 y N3°2 sin y con calorímetro respectivamente.
Discusión y Análisis
Ley de voltaje de Kirchhoff
Esta ley se asocia a la conservación de la energía, por tanto, al trabajar en circuitos eléctricos cerrados la sumatoria de la diferencia de potencial (la cual corresponde a ) a lo largo del sistema es cero:[pic 8][pic 9]
[pic 10]
Al aplicar este concepto al circuito utilizado (ver figura 1) se desprende que el voltaje entregado por la fuente (5[V]) debiese ser igual a la suma de los voltajes calculados a través de la siguiente ecuación (esto es calculado en cada resistencia):
[pic 11]
[pic 12][pic 13]
Ya que el voltaje que está siendo inducido a traves de la fuente, debe ser el mismo que llega al terminal negativo.
Al realizar las mediciones experimentales en cada resistencia, se obtuvo un voltaje distinto, el cual como se dijo anteriormente la suma de estos debería corresponder al teórico calculado mediante (2). El error porcentual entre los voltajes corresponde a:
(3)[pic 14]
Ley de corrientes de Kirchhoff
Esta ley describe la conservación de la carga eléctrica, por tanto la corriente que entra a un nodo del circuito debiese ser la misma que sale de el, por lo que:
[pic 15]
Aplicando este concepto al circuito utilizado (ver figura 2) se desprende que al ser R1 la única resistencia en serie del circuito, debiese pasar por ella la corriente en su totalidad, por lo que la suma de las corrientes en R2 y R3 debiera ser la la corriente que atraviesa R1.
En otras palabras la corriente entrante al nodo que se ubica sobre R2, será la misma que la suma de las que salen de este, por tanto se cumple la LCK.
Las corrientes del sistema en paralelo son calculadas mediante:
[pic 16]
Al analizar los valores obtenidos experimentalmente se debiera esperar que se cumpla la LCK, al calcular el error porcentual experimental se aprecia que este arroja un valor de:
[pic 17]
En relación a los errores en general, al trabajar con circuitos eléctricos se presentan varias maneras en las cuales se puede generar un error, estos en gran medida corresponden a que los aparatos que se utilizan son muy sensibles y no arrojan los mismos valores. Esto se puede apreciar en que la fuente arroja un valor de 5 [V], mientras que al conectar el multitester directamente a la fuente para realizar una comparación este nos arroja un valor aproximado de 5,2 [V], provocando errores sistemáticos que generan una propagación de errores. Además cada instrumento presenta su propio error de propagación el cual afecta directamente las mediciones. Por otro lado se tiene una pérdida de energía, debido a que al circular corriente, genera un aumento de temperatura (debido al movimiento de los electrones) en los cables produciendo que exista una diferencia de temperatura entre el medio y el circuito, provocando una pérdida de energía mediante el enfriamiento de este por convección con el medio ambiente.
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