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Experiencia 11
Resistencias eléctricas y diferencias de potencial en circuitos simples y compuestos
Introducción
En la naturaleza existen ciertos dispositivos, como ejemplo los generadores eléctricos y las baterías, los cuales se caracterizan por mantener una diferencia de potencial entre dos puntos a los cuales estén unidos. A estos dispositivos se les conoce con el nombre de fuentes de fuerza electromotriz y se simbolizan por V0. Por otro lado, es posible definir también una densidad de corriente J en un punto interno de un conductor (es decir, la corriente eléctrica i que pasa a través de un material, por unidad de área) y relacionarla con el campo eléctrico E así: E = ρJ, donde ρ corresponde a la resistividad eléctrica del material; sin embargo, se torna un poco tedioso trabajar con estas magnitudes, por lo que se hace conveniente considerar un conductor de área de sección transversal uniforme A y longitud l, observe la figura 1:
i
l
A
Figura 1
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1
R1
R1
R2
R2
Rn
R1
R1
R2
R2
Rn
Rn
Rn
Rtotal =
R1 +
R2 +
... +
Rn
1
1
1
1
= + +
... +
R
R R
R
total
1
2
n
Disposición en Paralelo
Disposición en Serie
Si se supone una densidad de corriente en la sección de área A, y un campo eléctrico uniforme en toda la longitud del conductor, la corriente i = JA y la diferencia de potencial entre sus extremos estará dada por V = El, de manera tal que: AV = ρil. En esta expresión, la cantidad ρl/A corresponde a la resistencia R de una muestra determinada; el símbolo de la resistencia es:
. Si se conectan n resistencias en serie (una al lado de la otra) o en paralelo, los valores de la resistencia total pueden expresarse de la siguiente manera:
Objetivos


Familiarizar al estudiante con los conceptos más comunes asociados con un circuito eléctrico (resistencia eléctrica y diferencia de potencial).
Estudiar los diferentes arreglos de resistencias que pueden disponerse a la hora de realizar una experiencia
Materiales
Para la realización de esta experiencia, es necesario el uso de un multímetro digital, 3 resistencia diferentes, cables de conexión y una fuente de voltaje DC.
Procedimiento Parte I ­ Disposición de Resistencias
a) En su mesa de laboratorio, el profesor le entregará 3 resistencias de distintos valores, con dos cables de conexión y un multímetro digital. Mida el valor de cada resistencia eléctrica, las cuales usted denominará como R1, R2 y R3; esto lo hará colocando la perilla del multímetro en el lugar correspondiente para la medida de la resistencia (observe los rangos en su multímetro que se encuentran especificados PROFESOR ALEXIS ALVEO
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por la letra Ω. La cual corresponde a la unidad de la resistencia eléctrica y se lee ohmio.
Arme ahora, con la ayuda de los cables de conexión, el circuito que se muestra en la figura 2:
R1
R2
R1
R2
a
R3
R3
b
c
d
1.5
multímetro
Figura 2
Mida, con la ayuda del multímetro, el valor de la resistencia entre los puntos a y c (como se muestra en la figura) de la disposición dada, y compare este resultado con la suma aritmética de R1 y R2. b) Repita la misma experiencia pero esta vez, midiendo la resistencia entre los puntos a y d. Compare este resultado con la suma aritmética de R1, R2 y R3. Existe alguna relación entre los cálculos aritméticos llevados a cabo y los valores que registra el multímetro para las pruebas realizadas?. c) Desarme ahora el sistema y arme la siguiente disposición que se muestra (figura 3):
R1
R1
R2
R2
R3
R3
1.5
Figura 3
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3
d) Mida la resistencia eléctrica del sistema dado y compare este resultado con el cálculo aritmético de Rtotal:
1
1
1
1
=  
Rtotal R1 R 2 R3
Existe alguna relación entre el valor medido y el valor calculado?.
e) Arme ahora el circuito que se muestra a continuación (figura 4):
R1
R3
R2
1.5
R1
R3
R2
Figura 4
Encuentre, aritméticamente, el valor de la resistencia total de este sistema y compárelo con la lectura que ofrece el multímetro. A qué conclusiones llega con respecto a estos resultados?.
Parte II – Diferencias de Potencial
f) Al igual que en la parte a), arme el circuito eléctrico mostrado en la figura 5, utilizando las mismas resistencias.
Fuente DC
Vo
R1
a
R2
b
R3
c
d
1.5
Figura 5
Conecte los extremos del sistema de resistencias dado a las terminales positiva y negativa de una fuente de voltaje DC. Module el voltaje de dicha fuente a 3,5 V.
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g) Primeramente mida la diferencia de potencial (con el multímetro) a través de cada resistencia, puede llamarlos V1, V2 y V3; sume aritméticamente los valores de V1, y V2, y también V1, V2 y V3; anote estos valores. Mida ahora, con el multímetro, el potencial eléctrico entre los puntos a­c y a­d y compárelos con las sumas aritméticas calculadas anteriormente. Qué concluye usted con respecto a estos resultados?.
g) Arme ahora el siguiente circuito:
R1
1.5
R2
R3
Vo
Figura 6
h) Active el sistema con 3,5 V para la fuente DC. Luego mida el valor del voltaje a través de cada resistencia eléctrica, llámeles V1, V2 y V3;. Compare estos resultados con el valor del potencial eléctrico suministrado por la fuente. A qué conclusiones llega?, qué predice la teoría?
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