SESION 3 . ESTUDIO EXPERIMENTAL DE LAS LEYES DE KIRCHHOFF

SESION 3: ESTUDIO EXPERIMENTAL DE LAS LEYES DE KIRCHHOFF

Ley de Corrientes - Ley de Tensiones

I. OBJETIVO:

- Analizar y verificar en forma experimental las dos leyes de Kirchhoff: - Ley de Corrientes. - Ley de Tensiones.

- Darle una utilización practica como un método muy importante para la solución de los circuitos eléctricos.

II. MARCO TEÓRICO:

LAS LEYES DE KIRCHOFF

Con la ley de Ohm se pueden encontrar los valores de voltaje y corriente para un elemento de un circuito, pero en general los circuitos están conformados por varios de ellos, interconectados en una red o malla, la cual utiliza conexiones ideales, que permiten fluir la corriente de un elemento a otro. Los puntos donde se unen los diferentes elementos, que conforman el circuito en general, se denominan Nodos, hay que tener cuidado, para no cometer el error, de confundir varias conexiones con varios nodos, dentro de las cuales no existan elementos del circuito, por ejemplo se ve en la figura a, donde se pueden marcar varios puntos de conexión, pero es un solo nodo en realidad, para identificar mejor los nodos a veces es buena idea dibujar el esquema del circuito; de tal forma que se vean solo las conexiones entre elementos, por ejemplo, el circuito de la figura anterior quedaría así (ver figura b):

Después de identificar las conexiones o nodos, también se deben observar las trayectorias que se forman, por ejemplo, en los circuitos mostrados se tienen trayectorias sencillas que involucran una fuente independiente y una resistencia, esto es un camino cerrado. Para resolver circuitos que contengan más de una resistencia y una fuente de voltaje o corriente, en 1847 el físico alemán Gustav Kirchhoff (1824-1887), postulo dos leyes que llevan su nombre y que se explican a continuación:

Ley de corrientes

La primera ley de Kirchhoff se conoce como la ley de corrientes de Kirchhoff (LCK) y su enunciado es el siguiente:

"La suma algebraica de las corrientes que entran o salen de un nodo es igual a cero en todo instante".

Para entender mejor esta ley se puede asimilar un nodo como la interconexión de una red de acueducto, donde se tiene una conexión en forma de T, con tres tubos de los cuales por dos de ellos llega el agua y por el tercero sale la suma de los dos anteriores, si se lleva esto a la teoría de circuitos, la corriente viene siendo representada por el flujo de agua y los conductores por los tubos, dentro de los tubos, no se puede acumular el agua, por lo tanto toda la cantidad que entra en este sistema debe ser la misma que sale, de la misma forma se asume que en los conductores y nodos no se puede acumular carga, ni hay pérdidas de energía por calor, la corriente que entra al nodo debe ser la misma que sale. Ver figura siguiente:

Otra forma de expresar la ley de corrientes de Kirchhoff es la siguiente:

Ley de voltajes

La segunda ley de Kirchhoff se conoce como la ley de voltajes de Kirchhoff (LVK) y su enunciado es el siguiente:

"La suma algebraica de los voltajes alrededor de cualquier lazo (camino cerrado) en

un circuito, es igual a cero en todo instante".

Otra forma de expresar la ley de voltajes de Kirchhoff es la siguiente:

, en una trayectoria cerrada.

III. ELEMENTOS A UTILIZAR:

- 04 Multímetros digitales

- 03 Resistencias variables de 0-44 ohmios, 4.4 A ;

- 03 resistencias de 180 ohmios, 1.6 A

- 1 variac monofásico 0-230 V, 3.2 A

- 1 puente de diodos

- 1 Amperímetro analógico 0-5 amp. c.c

- Conductores de conexión.

IV. ACTIVIDADES:

CASO 1: LEY DE VOLTAJES

a) Armar el siguiente adjunto, con resistencias de 44 ohmios:

b) Verificar antes de energizar el circuito la correcta escala de los instrumentos, así como su conexión. Regular el variac hasta obtener una tensión de salida de 20 V de corriente continua.

c) Registrar para 4 diferentes valores de R1, R2 y R3 los valores de los voltímetros (V1, V2, V3), y el valor del amperímetro. La resistencia total como mínimo será de 15 ohmios.

R1 R2 R3 V1 V2 V3 VTOTAL A VEXP= V1 + V2 + V3

44 44 44 6.66 6.51 6.73 20.16 0.15 19.90

34.4 31 36.7 6.64 5.82 7.10 20.04 0.19 19.56

29.5 28.4 30.9 6.63 6.10 6.83 20 0.22 19.56

23 24.4 25.1 6.20 6.42 6.78 19.85 0.27 19.40

CASO 2: LEY DE CORRIENTES:

b) Armar el circuito de la figura adjunta, con resistencias de 180 ohmios, regular la tensión continua a 20 V

c) Registrar para 4 diferentes valores de R1, R2 y R3 los valores de los amperímetros (A1, A2, A3, A), y el valor del voltímetro (Tener cuidado de no sobrepasar la corriente máxima permitida por los equipos).

R1 R2 R3 A1 A2 A3 VT AT AEXP= A1 + A2 + A3

157.6 137.5 149.9 0.11 0.14 0.13 19.0 0.40 0.38

167.1 143.8 153.7 0.11 0.12 0.13 20.2 0.38 0.36

173.6 150.8 159.0 0.10 0.13 0.12 19.8 0.36 0.55

179.7 161.0 166.2 0.10 0.11 0.12 20.67 0.34 0.33

d) Es muy importante anotar el sentido de cada corriente y la polaridad de la tensión.

V. CUESTIONARIO:

1. Explique en qué consiste la primera ley de Kirchhoff de Corrientes en los nodos.

Esta ley se refiere a la conservación de la energía cinética en las redes eléctricas, por lo tanto, la corriente establecida tiene que circular por los elementos sin que se diluyan las cargas ni tampoco que se creen nuevas.

En todo nudo, donde la densidad de la carga no varíe en un instante de tiempo, la suma de corrientes entrantes es igual a la suma de corrientes salientes.

2. Explique en qué consiste la Segunda ley de Kirchhoff de Voltajes.

Está en referencia

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