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Física II Laboratorio
CIRCUITOS DE CORRIENTE ALTERNA
OBJETIVO
Analizar las condiciones para producir corriente alterna.
Analizar experimentalmente los desfases de la corriente y las
diferencias de potencial en un circuito LRC de C.A. serie.
Producir experimentalmente resonancia circuito LRC de C.A. serie.
INTRODUCCIÓN
E
n la vida cotidiana el uso de la energía eléctrica es cada día más
indispensable, siendo una de las razones su forma limpia. Este hecho
provocó que en algún momento de la historia tuviese que decidirse si se
utilizaba la corriente continua (CC), o corriente alterna (CA), para el
suministro doméstico, industrial y comercial. Está discusión cedió la razón a
la corriente alterna, una de las razones es el fácil transporte de grandes
cantidades de energía entre puntos distantes, a grandes diferencias de
potencial y bajas corrientes, lo que lleva consigo el hecho de una baja
pérdida energética por efecto Joule, lo que no ocurre con la corriente
continua. La CA una vez generada y distribuida a grandes distancias, es
disminuida en su diferencia de potencial y aumentada su corriente,
procedimiento que es posible gracias a la existencia de una gran diversidad
de transformadores que se encuentran instalados en las redes eléctricas de
las ciudades.
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Los generadores de corriente alterna, son aquellos en que la corriente en el
circuito no es constante, y su forma variable
es de tipo alternada. La figura muestra un
esquema de generador de corriente alterna,
en ella se observa una espira de área A y N
vueltas, donde los extremos están unidos a dos anillos separados y
conectados por contacto con el circuito externo. Esta espira gira en un campo
magnético uniforme B , lo que indica que el área proyectada perpendicular al
campo varía, provocando que el flujo magnético correspondiente sea variable
y cambie periódicamente, dado el giro sobre el eje. Este efecto de acuerdo a
la ley de Faraday Lenz, produce una fem inducida en la espira, es decir, una
fem alterna
  NAB cos(t) 
  máx cos(t) (1)
Donde NAB  máx es la fem máxima,   2f
es la frecuencia angular y f la frecuencia.
Un circuito característico es aquel compuesto por una inductancia L, una
resistencia R y una capacitancia C, conectados en serie a una fuente de CA,
como se muestra en la figura.
Aplicando la ley de Kirchhoff de las mayas al circuito se obtiene:
  VL  VR  VC  0 
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 max cos(t)  L
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dI
Q
 RI   0
dt
C
(2)
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Al resolver la ecuación del circuito, se obtiene la corriente que circula por él:
I  Imax cos(t  )
(3)
donde el ángulo de desfase queda dado por :
I max 
 max
 max

2
Z
R  (X L  X C ) 2
y tan  
XL  XC
R
(4)
En consecuencia las diferencias de potencial en los elementos del circuito
son
VR  RI  RI max cos(t  )
dI
 LI max sen(t  )
dt
q I
VC   max sen(t  )
C C
VL  L
con X L  L reactancia capacitiva
con X C 
1
C
reactancia inductiva
Al comparar los valores de diferencia de potencial obtenidos, se observa que
la diferencia de potencial de la resistencia está en fase
con la corriente; la diferencia de potencial de la
inductancia está adelantada en π/2 con la corriente; y la
diferencia de potencial del condensador está retrasada
π/2 con la corriente. Estos valores se pueden representar
gráficamente en un diagrama fasorial (analice la figura).
RESONANCIA DE UN CIRCUITO LRC SERIE EN CA
Una situación que merece especial atención es cuando un circuito LRC serie
de frecuencia natural 0 se conecta a una fuente de CA con frecuencia f
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igual a la frecuencia natural (0,=f) en tal caso el circuito entra en
resonancia con la fuente, por lo que la reactancia inductiva será igual a la
reactancia capacitiva, la impedancia será mínima, corriente del circuito será
máxima, el ángulo de fase será nulo, el factor de potencia será máximo, la
diferencia de potencial de la resistencia será máxima, la diferencia de
potencial en la inductancia será igual y contraria a la diferencia de potencial
del condensador, y la diferencia de potencial de la fuente será igual a la
diferencia de potencial de la resistencia.
f 
1
 0
LC
 2 
1
1
 L 
 XL  Xc
LC
C
 ZR
MATERIALES
Generador de señal
Osciloscopio de dos canales
Inductancia
Resistencia
Condensador
Cables de conexión
MONTAJE
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PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Arme el montaje de la figura siguiendo a las instrucciones de su
profesor. (NO conecte la fuente de hasta que su profesor revise el
montaje).

Una vez encendida la fuente, mida la frecuencia de la fuente y de la
inductancia. Anote sus observaciones.

Mida las diferencias de potencial de la fuente y la inductancia. Anote
sus observaciones.

De acuerdo a las instrucciones del profesor, realice los cambios en el
circuito y mida las diferencias de potencial de la fuente y el
condensador. Anote sus observaciones.

Realice los cambios en el circuito y mida las diferencias de potencial
de la fuente y la resistencia. Anote sus observaciones.

Discuta con sus compañeros los resultados obtenidos para las
diferencias de potencial de la fuente, inductancia, resistencia, y
condensador. Anote sus observaciones.

Anote sus conclusiones.

Varíe la frecuencia de la fuente y observe los cambios en las
diferencias de potencial de la fuente y la resistencia. Anote sus
observaciones.

Cambie el valor de la frecuencia de la fuente hasta que las diferencias
de potencial de la fuente y la resistencia sean iguales (condición de
resonancia). Anote sus conclusiones.
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