Download Síntesis del trabajo - Electromagnetismo

Practica de Laboratorio:
Comprobación experimental de las Leyes
de Kirchhoff
Integrantes del grupo
Cribaro, Lucas
Graziano, Ramiro
Van Diest, Mauro
UNIVERSIDAD ABIERTA INTERAMERICANA
Facultad de Tecnología Informática
Materia: Electromagnetismo Estado
Docentes: Carlos Vallhonrat – Fabián
Solido I
Montefinal
Sede: Centro
Comisión: 4º A
Turno: Noche
Año: 2016
Comprobación experimental de las Leyes de Kirchhoff
Fecha
04/10/2016
Versión
1.0
Tabla de contenido
Síntesis del trabajo .................................................................. 3
Introducción Teórica ................................................................ 4
Núcleo del Trabajo .................................................................. 5
Conclusiones ......................................................................... 12
Apéndices.............................................................................. 12
Bibliografía ............................................................................ 13
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Materia: Electromagnetismo Estado
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Turno: Noche
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Comprobación experimental de las Leyes de Kirchhoff
Fecha
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Versión
1.0
Síntesis del trabajo
El trabajo realizado tuvo como objetivo realizar la comprobación experimental de
las leyes de Kirchhoff (ley de nodos y ley de mayas). Dicha experiencia se realizó
mediante múltiples mediciones de intensidad de corriente y caídas de potencial, en
un circuito construido con un Protoboard y resistencias.
Estas mismas mediciones, luego, fueron comprobadas analíticamente mediante la
aplicación de las leyes ya mencionadas.
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Introducción Teórica
Es necesario, para comenzar definir las leyes de Kirchhoff:
Primera Ley o ley de Nodos
La ley de Kirchhoff para las corrientes establece que la suma algebraica de todas
las corrientes que confluyen en un nodo es cero. En otras palabras, la corriente
total que entra a un nodo debe ser igual a la corriente total que sale del mismo. Si
se asigna un mismo signo a las corrientes entrantes y el signo opuesto a las
salientes se tiene que en todo nodo:
Σ Ij = 0
La ley de Kirchhoff para las tensiones establece que al recorrerse cualquier malla
o circuito cerrado, la suma algebraica de las fuerzas electromotrices (f.e.m.) es
igual a la suma algebraica de las caídas de tensión en sus resistencias. Las f.e.m.
(Ej) se toman con signo positivo si tienden a generar corriente en el sentido del
recorrido. Las caídas de tensión se toman con signo negativo si el sentido de la
corriente (Ij) es contrario al elegido para recorrer la rama. La ecuación resultante
es:
Σ Ej = Σ Rj x Ij
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Núcleo del Trabajo
Los materiales utilizados para efectuar las diferentes mediciones se describen a
continuación:
 Protoboard:
Es una especie de tablero con orificios, en la cual se pueden insertar
componentes electrónicos y cables para armar circuitos. Como su nombre
lo indica, esta tableta sirve para experimentar con circuitos electrónicos, con
lo que se asegura el buen funcionamiento del mismo.
Estructura:
Básicamente un Protoboard se divide en tres regiones:
A) Canal central:
Es la región localizada en el medio del Protoboard, se utiliza para colocar
los circuitos integrados.
B) Buses:
Los buses se localizan en ambos extremos del Protoboard, se representan
por las líneas rojas (buses positivos o de voltaje) y azules (buses negativos
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o de tierra) y conducen de acuerdo a estas, no existe conexión física entre
ellas. La fuente de poder generalmente se conecta aquí.
C) Pistas:
Las pistas se localizan en la parte central del Protoboard, se representan y
conducen según las líneas rosas.
 Multímetro
El multímetro digital es un instrumento electrónico de medición que
generalmente calcula voltaje, resistencia y corriente, aunque dependiendo
del modelo de multímetro puede medir otras magnitudes como capacitancia
y temperatura. Gracias al multímetro podemos comprobar el correcto
funcionamiento de los componentes y circuitos electrónicos.
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Partes y Funciones de un Multímetro Digital.
1.- Power: Botón de apagado-encendido.
2.- Display: Pantalla de cristal líquido en donde se muestran los resultados
de las mediciones.
3.- Llave selectora del tipo y rango de medición: Esta llave nos sirve
para seleccionar el tipo de magnitud a medir y el rango de la medición.
4.- Rangos y tipos de medición: Los números y símbolos que rodean la
llave selectora indican el tipo y rango que se puede escoger. En la imagen
anterior podemos apreciar los diferentes tipos de posibles mediciones de
magnitudes como el voltaje directo y alterno, la corriente directa y alterna, la
resistencia, la capacitancia, la frecuencia, prueba de diodos y continuidad.
5.- Cables rojo y negro con punta: El cable negro siempre se conecta al
borne o jack negro, mientras que el cable rojo se conecta al jack adecuado
según la magnitud que se quiera medir. A continuación vemos la forma en
que se conectan estos cables al multímetro.
6.- Borne de conexión o jack negativo: Aquí siempre se conecta el cable
negro con punta.
7.- Borne de conexión o jack para el cable rojo con punta para
mediciones de voltaje (V), resistencia (Ω) y frecuencia (Hz).
8.- Borne de conexión o jack para el cable rojo con punta para
medición de miliamperes (mA).
9.- Borne de conexión o jack para el cable rojo con punta para
medición de amperes (A).
10.- Zócalo de conexión para medir capacitares o condensadores.
11.- Zócalo de conexión para medir temperatura.
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 Fuente de alimentación
Se le llama fuente de poder o de alimentación (PSU en inglés) al dispositivo
que se encarga de transformar la corriente alterna de la línea eléctrica
comercial que se recibe en los domicilios (220 volts en la Argentina) en
corriente continua o directa; que es la que utilizan los dispositivos
electrónicos tales como televisores y computadoras, suministrando los
diferentes voltajes requeridos por los componentes, incluyendo usualmente
protección frente a eventuales inconvenientes en el suministro eléctrico,
como la sobretensión.
Las fuentes de poder pueden ser lineales o conmutativas. Las fuentes
lineales siguen el esquema de transformador (reductor de tensión),
rectificador (conversión de voltaje alterno a onda completa), filtro
(conversión de onda completa a continua) y regulación (mantenimiento del
voltaje de salida ante variaciones en la carga). Las fuentes conmutativas,
en cambio, convierten la energía eléctrica por medio de conmutación de
alta frecuencia sobre transistores de potencia. Las fuentes lineales son
típicamente de regulación ineficiente, comparadas con fuentes
conmutativas de similar potencia. Estas últimas son las más utilizadas
cuando se requiere un diseño compacto y de bajo costo.
Los pasos esenciales que cumple la fuente son cuatro:
 Transformación. Allí se consigue reducir la tensión de entrada a la fuente
(220 v o 125 v), que son las que suministra la red eléctrica. Allí participa un
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transformador en bobina. La salida de este proceso generará de 5 a 12
voltios.
 Rectificación. Tiene el objetivo de asegurar que no se produzcan
oscilaciones de voltaje en el tiempo. Se intenta con esta fase pasar de
corriente alterna a corriente continua a través de un componente que se
llama puente rectificador. Esto permite que el voltaje no baje de 0 voltios, y
siempre se mantenga por encima de esta cifra.
 Filtrado. En esta fase se aplana al máximo la señal, eso se consigue con
uno o varios condensadores, que retienen la corriente y la dejan pasar
lentamente, con lo que se logra el efecto deseado.
 Estabilización. Cuando se dispone ya de la señal continua y casi del todo
plana, solo resta estabilizarla por completo.
 Resistencias
La resistencia eléctrica es una propiedad que tienen los materiales de
oponerse al paso de la corriente. Los conductores tienen baja resistencia
eléctrica, mientras que en los aisladores este valor es alto. La resistencia
eléctrica se mide en Ohm (Ω).
El valor de una resistencia viene determinado por su código de colores.
Vemos en la figura anterior de varias resistencias como las resistencias
vienen con unas franjas o bandas de colores. Estas franjas, mediante un
código, determinan el valor que tiene la resistencia.
Para saber el valor de una resistencia se debe observar que tiene tres
bandas de colores seguidas y una cuarta más separada.
Las tres primeras bandas, de izquierda a derecha, indican su valor, la
cuarta banda indica la tolerancia, es decir el valor + - que puede tener por
encima o por debajo del valor que marcan las tres primeras bandas.
Los valores si los medimos con un polímetro suelen ser bastante exacto,
tengan la tolerancia que tengan.
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El valor de los colores los tenemos en el siguiente esquema:
Para comenzar con la experiencia, se eligieron cinco resistencias, con los valores
siguientes (nombradas según el circuito que se menciona más abajo):
1)
2)
3)
4)
5)
3,6 KΩ
6,8 KΩ
3,6 KΩ
6,8 KΩ
3,6 KΩ
Se construyó el siguiente circuito:
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Luego, se ajustó la tensión de la fuente a 10 V y se tomaron las mediciones de
caída de potencial en los extremos de las resistencias.
Los valores obtenidos fueron:
Resistencia
R1
R2
R3
R4
R5
Caída de
Potencial
3,7 V
6,2 V
4,6 V
0,9 V
5,2 V
La caída de potencial de todos los caminos posibles entre los nodos 1 y 2 resultó:
Camino
1 – 4; 4 – 3; 3 – 2;
1 – 3; 3 – 4; 4 – 2;
1 – 4; 4 – 2;
1 – 3; 3 – 2;
Caída de
Potencial
9,8 V
9,9 V
9,9 V
9,8 V
Realizada la medición de caídas de potencia, se procedió a medir las intensidades
de corriente en los nodos 1, 2, 3 y 4 (referencias según el diagrama del circuito).
Los valores obtenidos fueron:
Nodo
1
2
3
4
11
I
Valor
1
1,08 mA
3
1,30 mA
2
-0,9 mA
5
-1,46 mA
3
-1,30 mA
4
-0,14 mA
5
1,46 mA
1
-1,08 mA
2
0,9 mA
4
0,14 mA
Intensidad
Total
2,58 mA
-2,38 mA
0,02 mA
-0,04 mA
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Conclusiones
De esta forma, pudimos comprobar las leyes de Kirchoff. Se puede ver que la
suma de todas las corrientes en un nodo es cero. En otras palabras, la corriente
total que entra a un nodo debe ser igual a la corriente total que sale del mismo.
En caso de que se desea modificar la posición de las resistencias en el circuito
presentado, esto afectará notablemente los resultados.
Apéndices
Resistencia eléctrica:
R = p x l/s
Donde:
R = resistencia del conductor, medida en ohm, Ω
p = resistividad o resistencia específica del material del conductor, medida en
Ωxm.
l = longitud del conductor, medida en m.
s = sección transversal a través de la que se propaga la corriente eléctrica, medida
en m2.
Tensión eléctrica:
V=J/C
Donde:
V = Caída de potencial, medida en Volt.
J = Energía consumida para transportar una cargar, medida en Joule.
C= Intensidad de la carga eléctrica, medida en Coulomb.
Intensidad de corriente:
I=V/R
Donde:
I = Intensidad de corriente, medida en Amper.
V = Caída de potencial, medida en Volts.
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R = Resistencia a la corriente, medida en Ω.
Bibliografía
 Material de cursada Electromagnetismo Estado Solido I Curso 4ºA
 www.circuitoselectronicos.org
 http://elrincondeloscircuitos.blogspot.com.ar
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Fecha
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