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LABORATORIO DE FÍSICA I - E.T.S.I.T. Curso 2005–2006 PRÁCTICA 5 Circuito RL en régimen transitorio. Objetivos El objetivo de esta práctica es la observación del comportamiento de las bobinas en régimen transitorio y la comparación de éste con el de los condensadores que se ha estudiado en prácticas anteriores. Se continuará con la familiarización con el osciloscopio y con el tratamiento de medidas experimentales que tienen entre sí relaciones no lineales. Materiales Osciloscopio, Generador de Funciones y Polímetro digital. 1 Resistencia. 1 Bobina. Placa de conexiones. Cables coaxiales y cables con bananas de 4 mm. Procedimiento Cuando una bobina con autoinducción L por la que no pasa inicialmente corriente eléctrica se conecta a una fuente de f.e.m. Vg a través de una resistencia R, la intensidad de corriente que la atraviesa IL crece de forma continua siguiendo una ley exponencial similar a la de la carga de un condensador [1-6]. − Vg ⎛ ⎜1 − e I L (t ) = R ⎜⎝ R t L ⎞ ⎟ = Im ⎟ ⎠ − ⎛ ⎜1 − e ⎜ ⎝ R t L ⎞ ⎟ ⎟ ⎠ La intensidad que atraviesa la bobina decrece así mismo de forma exponencial cuando, circulando inicialmente por ella una corriente I0, se conectan entre sí sus bornes a través de una resistencia o, lo que es lo mismo, se hace que la d.d.p. de la batería sea 0 V. I L (t ) = I 0 e − R t L El comportamiento de la corriente en la bobina es claramente análogo al de la d.d.p. en el condensador. La constante de tiempo del circuito RL es τ = L/R. —1— LABORATORIO DE FÍSICA I - E.T.S.I.T. Curso 2005–2006 PRÁCTICA 5 En el Laboratorio 1) Anote el valor nominal y la tolerancia de la resistencia (Rn±εR,n) así como el de la resistencia interna (rn) de la bobina que se le proporcionan. 2) Mida con el polímetro dichas resistencias y anote también las incertidumbres de las medidas (Rp±∆Rp; rp±∆rp). 3) Monte un circuito Resistencia-Bobina (RL) en serie. Conéctelo a un generador de señal rectangular y ajuste la salida de este para que varíe entre 0 V y una tensión Vg dada y así hacer que circule y deje de circular alternativamente la corriente por la bobina. 4) Conecte un osciloscopio para medir la evolución de la corriente que atraviesa la bobina IL frente al tiempo t. 5) Ajuste la frecuencia del generador de señal a un valor lo suficientemente bajo para llegar a observar casi completamente los ciclos de conexión-desconexión, es decir, para llegar a ver cómo IL tiende a estabilizarse asintóticamente. Ajuste la amplitud del generador de señal a un valor cómodo de leer en el osciloscopio. 6) Mida la constante de tiempo del circuito τ sobre la pantalla del osciloscopio. No olvide ajustar la frecuencia del generador de funciones para poder ver el ciclo completo de conexión. 7) Mida sobre la pantalla del osciloscopio la evolución de la corriente de la bobina IL frente al tiempo t a intervalos regulares durante un ciclo completo de conexión-desconexión. En Casa 8) Estime el valor de la autoinducción Le de la bobina a partir de la constante de tiempo τ medida en el apartado 6) y de los valores nominales de los componentes (tenga en cuenta los valores de la resistencia interna del generador de señal y de la bobina). 9) Represente gráficamente (en papel milimetrado) los valores obtenidos en el apartado 7) y trace a mano alzada o con plantilla las curvas exponenciales que mejor se les ajusten. 10) Determine gráficamente los valores de la constante de tiempo en cada una de las curvas (τg+ en la de corriente creciente y τg– en la de corriente decreciente) y, a partir de éstos, de la resistencia interna del generador Rg y del valor medido de las resistencias Rp±∆Rp y rp±∆rp, calcule la autoinducción Lg de la bobina. Compruebe que los valores que se han medido para ambos sentidos (Lg+ y Lg–) corresponden, salvo errores de experimentación, a la misma autoinducción. 11) Determine el valor de τ mediante regresión lineal, tanto para corrientes crecientes (τa+) como para corrientes decrecientes (τa–). Calcule, una vez más, la autoinducción La a partir de estos nuevos valores teniendo en cuenta las respectivas incertidumbres. Plantee vd. mismo los cambios de variable pertinentes para linealizar las ecuaciones correspondientes. —2— LABORATORIO DE FÍSICA I - E.T.S.I.T. Curso 2005–2006 PRÁCTICA 5 Bibliografía [1] Francis W. Sears, Mark W. Zemansky, et al., Física Universitaria, Tomo 2, 9ª edición,Addison-Wesley Longman, México, 1999 pp.979–982. [2] W. Edward Gettys, et al., Física Clásica y Moderna, Mc Graw-Hill, Madrid, 1991 pp. 760–763. [3] Susan M. Lea, John R. Burke, Física 2. La naturaleza de las cosas, Paraninfo, Madrid, 2001, pp. 1001–1003. [4] Raymond A. Serway, John W. Jewett, Física, Tomo 2, 3ª edición, Thomson, 2003, pp. 872–876. [5] Paul A. Tipler, Física, Tomo 2, 4ª edición, 1999, pp. 994–995. [6] Marcelo Alonso, Edward J. Finn, Física, Addison-Wesley, Wilmington, Delaware (E.U.A.), 1995, pp.617-618. —3—