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FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS, QUIMICAS Y NATURALES
Universidad Nacional de Misiones
PROFESORADO DE FISICA
CATEDRA: Física III (Electromagnetismo)
Laboratorio Nº 9
Titular:
Ayudantes:
Mgter. Marcelo Julio Marinelli
Ing. Luis A. Fontana - Hugo Traid – Luciana Medina
Inducción y Corriente Alterna
1.1 Objetivos:
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

Comprobar el comportamiento de un circuito inductivo cuando se le aplica corriente
continua.
Comprender el funcionamiento de un circuito con distintas impedancias con corriente
alterna.
Verificar la ley de Ohm para voltaje alterno
Determinar cuáles son las variables que rigen la potencia en los circuitos de corriente alterna
1.2 Inductores e inducción
1.2.1 Fundamento teórico
Si un circuito contiene una bobina, como un solenoide, la autoinductancia de ésta impide que la
corriente en el circuito aumente o disminuya de manera instantánea. Un elemento de circuito con una gran
inductancia se conoce como inductor y utiliza el símbolo de circuito
. Dado que la inductancia
en un inductor resulta en una fuerza contraelectromotriz, un inductor en un circuito se opone a los cambios
en la corriente dentro de dicho circuito. El inductor intenta mantener la corriente igual a como estaba antes
de que ocurriera el cambio. Si el voltaje de la batería en el circuito se incrementa para aumentar la corriente,
el inductor se opone a este cambio, y el aumento de corriente no es instantáneo. Si se reduce el voltaje de
la batería, el inductor da como resultado una reducción lenta de la corriente en vez de una caída inmediata.
Por lo tanto, el inductor hace que el circuito sea lento en reaccionar a los
cambios en el voltaje.
Con esto en mente, es posible aplicar la regla de la espira de Kirchhoff
a este circuito, recorriendo el circuito en el sentido de las manecillas del reloj:
𝜀 − 𝐼. 𝑅 − 𝐿
𝑑𝐼
=0
𝑑𝑡
Donde IR es la caída de voltaje a través del resistor. Resolviendo
𝐼=
𝜀
−𝑅.𝑡
(1 − 𝑒 ⁄𝐿 )
𝑅
1.2.2 Experiencia I
Arme un circuito semejante al de la figura conectando en serie la bobina
y el resistor a la fuente de alimentación, intercalando un amperímetro y
conectando en paralelo al inductor un voltímetro. Luego conecte el interruptor S1
y el S2 en a. Determine la variación de la corriente de arranque. Luego de un
tiempo conecte el interruptor S2 al punto b y observe la variación de la corriente
con el tiempo. Repita la experiencia registrando los valores de corriente y tiempo.
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CATEDRA: Física III (Electromagnetismo)
1.2.3 Experiencia I – Material a utilizar
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Conductores
Bobina
Fuente de alimentación de 12 V
Amperímetro
Voltímetro
Resistencia
Atención: solicite autorización al personal docente para realizar la conexión de la alimentación
eléctrica.
1.2.4 Experiencia II
Arme circuitos semejantes a los de la figura. Luego conecte el interruptor S y determine el
comportamiento del circuito a partir de la observación de la
iluminación generada en la lámpara.
1.2.5 Experiencia II – Material a utilizar
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
Conductores
Bobina
Capacitor
Fuente de alimentación de 5 V
Lámpara o led
Resistencia
Atención: solicite autorización al personal docente para realizar la conexión de la alimentación
eléctrica.
1.3 Corriente alterna
1.3.1 Fundamento teórico
Un circuito de CA está conformado por elementos de circuito y una
fuente de energía que proporciona un voltaje alterno v. Este voltaje, que varía
con el tiempo de acuerdo con la fuente, está descrito por:
𝑣(𝑡) = 𝑉𝑚𝑎𝑥 . 𝑠𝑒𝑛 𝜔𝑡
Donde Vmáx es el máximo voltaje de salida de la fuente de CA, o la
amplitud de voltaje. Ya que el voltaje de salida de una fuente CA varía de
manera sinusoidal con el tiempo, el voltaje es positivo durante una mitad del ciclo y negativo durante la otra
mitad como en la figura. De la misma manera, la corriente en cualquier circuito conductor para una fuente
de CA es una corriente alternante que también varía senoidalmente con el tiempo.
2. 𝜋
𝜔 = 2𝜋𝑓 =
𝑇
donde f es la frecuencia de la fuente y T el periodo.
Considere un circuito CA simple formado por un resistor y una fuente de CA
Kirchoff
𝑣(𝑡) − 𝐼𝑅 . 𝑅 = 0
→ 𝐼𝑅 =
𝑣(𝑡)
𝑅
→
𝐼𝑅 =
𝑉𝑚𝑎𝑥
. 𝑠𝑒𝑛 𝜔𝑡
𝑅
→→
𝐼𝑅 = 𝐼𝑚𝑎𝑥 . 𝑠𝑒𝑛 𝜔𝑡
, por Ley de
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CATEDRA: Física III (Electromagnetismo)
La corriente y el voltaje están
sincronizados entre sí porque varían de manera
idéntica con el tiempo. Porque Imax y Vmax varían
ambos como sen ωt y alcanzan sus valores
máximos al mismo tiempo, como se muestra en la
figura. Se dice que ambos están en fase.
El valor promedio de la corriente se
conoce como valor eficaz o valor rms y se halla
como
Ahora considere un circuito de CA formado por un solo inductor conectado a las terminales de una
fuente de CA. Haciendo un razonamiento similar al
anterior pero teniendo en cuenta que la corriente
varía su intensidad con el tiempo arribamos a
𝑖𝐿 =
𝑉𝑚𝑎𝑥
𝜋
𝑉𝑚𝑎𝑥
𝜋
. 𝑠𝑒𝑛 (𝜔𝑡 − ) =
. 𝑠𝑒𝑛 (𝜔𝑡 − )
𝜔. 𝐿
2
𝑋𝐿
2
Al comparar este resultado con la ecuación
de la corriente en el circuito resistivo se muestra que
la corriente instantánea iL en el inductor y el voltaje
instantáneo VL en las terminales del inductor están
fuera de fase en -π/2 rad = 90º.
Por último, un circuito de CA formado por un
capacitor conectado a las terminales de una
fuente de CA, donde razonando como en el
circuito anterior arribamos a
𝑖𝐶 =
𝑉𝑚𝑎𝑥
𝜋
𝑉𝑚𝑎𝑥
𝜋
. 𝑠𝑒𝑛 (𝜔𝑡 + ) =
. 𝑠𝑒𝑛 (𝜔𝑡 + )
1/𝜔. 𝐶
2
𝑋𝑐
2
Al comparar este resultado con la ecuación
de la corriente en el circuito resistivo se muestra que la corriente instantánea iC en el capacitor y el voltaje
instantáneo VC en las terminales del condensador están fuera de fase en +π/2 rad = +90º.
Si se realiza la combinación en serie de resistencias, inductancias y capacitores, la corriente queda
defasada de la tensión en un ángulo que varía desde +90º a -90º dependiendo de los valores de los
componentes así como de la frecuencia del voltaje alterno.
𝑖(𝑡) = 𝐼𝑚𝑎𝑥 . 𝑠𝑒𝑛 (𝜔𝑡 − ∅)
𝐼𝑚𝑎𝑥 =
1.3.2
𝑉𝑚𝑎𝑥
2
√𝑅2
+ (𝑋𝐿 − 𝑋𝐶
)2
=
𝑉𝑚𝑎𝑥
𝑍
Experiencia III
Arme circuitos semejantes a los de la figuras. Luego conecte el interruptor
S y verifique el en el osciloscopio las formas de onda de la corriente y la tensión
así como sus defasajes. Mida Tensión y corriente en cada una de ellas.
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1.3.3
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Material a utilizar
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


Conductores
Resistencia
Transformador
Osciloscopio
Voltímetro
Amperímetro
Bobinas
Atención: solicite autorización al personal docente para realizar la conexión de la alimentación
eléctrica.
1.3.4
Experiencia IV
Arme circuitos semejantes a los de la figuras. Luego conecte el interruptor S y verifique el en el
osciloscopio las formas de onda de la corriente y la tensión así como sus defasajes. Varie el valor de la
capacidad y luego de la resistencia y repita la experiencia.
1.3.5
Material a utilizar
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




Conductores
Resistencia
Transformador
Osciloscopio
Voltímetro
Amperímetro
Bobinas
Atención: solicite autorización al personal docente para realizar la conexión de la alimentación
eléctrica.
1.4 Potencia en corriente alterna
1.4.1 Fundamento teórico
La potencia instantánea entregada por una fuente de CA a un circuito es el producto de la corriente
de la fuente y el voltaje aplicado. Para el circuito RLC se expresa la potencia instantánea como
Este resultado es una función complicada del tiempo y, debido a eso, no es muy útil desde un punto
de vista práctico. Lo que sí interesa es la potencia promedio en uno o más ciclos.
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1.4.2
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Experiencia V
Arme circuitos semejantes a los de la figuras. Luego conecte el interruptor S y verifique el en el
osciloscopio las formas de onda de la corriente y la tensión así como sus defasajes. Mediante el voltímetro
mida las tensiones en cada componente así como la corriente.
1.4.3
Material a utilizar
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Conductores
Resistencia
Transformador
Osciloscopio
Voltímetro
Amperímetro
Bobinas
Atención: solicite autorización al personal docente para realizar la conexión de la alimentación
eléctrica.
1.5 Análisis de datos
Realizar un informe conteniendo
1. Tablas con los datos relevados en cada
experiencia
2. Explicación del comportamiento del circuito
inductivo de la experiencia I a partir de los
gráficos I(t) relevados.
3. Determine mediante cálculo el valor de la
inductancia de la bobina de la experiencia I
4. Explique el comportamiento de las lámparas en
la experiencia II.
5. Describa las observaciones realizadas en el
osciloscopio en las experiencias III, IV y V.
6. Escriba las ecuaciones de las corrientes
instantáneas en cada circuito de las experiencias
III, IV y V.
7. Determine mediante cálculo las potencias
disipadas en cada componente del circuito de la
experiencia V.
8. Explique los problemas hallados para la medición
de potencia a partir de la conexión de
amperímetros y voltímetros.
1.6 Bibliografía

Serway, Raymond y Jewett, John W Jr. “Fisica para Ciencias e Ingeniería – Volumen 1” – 7ª
edición, Cengage Learning Editores