UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS
Tabla de contenidoOBJETIVOS:2INTRODUCCION:2MARCO TEORICO
(CONDENSADORES)3DETALLES EXPERIMENTALES (CONDENSADOR)4CUESTIONARIO
(EL CONDENSADOR)5MARCO TEORICO (BOBINA)6DETALLES EXPERIMENTALES
(BOBINA)7CUESTIONARIO (LA
BOBINA)9CONCLUSIONES11SUGERENCIAS11BIBLIOGRAFIA12
UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS
A
OBJETIVOS:
1. Mostrar la potencia elctrica como funcin del voltaje y de la
corriente, calculadoras y midiendo la potencia disipada en una
resistencia conforme aumenta el voltaje.2. Demostrar el Voltaje y
Corriente de carga y descarga de un condensador.3. Mientras que el
campo elctrico aparece en el entorno de cargas en reposo, el campo
magntico est ligado a portadores de carga en movimiento, esto es, a
una corriente elctrica y veremos el comportamiento de una
bobina.
INTRODUCCION:
Un condensador elctrico o capacitor es un dispositivo pasivo,
utilizado en electricidad y electrnica, capaz de almacenar energa
sustentando un campo elctrico.[] []Est formado por un par de
superficies conductoras, generalmente en forma de lminas o placas,
en situacin de influencia total (esto es, que todas las lneas de
campo elctrico que parten de una van a parar a la otra) separadas
por un material dielctrico o por el vaco. Las placas, sometidas a
una diferencia de potencial, adquieren una determinada carga
elctrica, positiva en una de ellas y negativa en la otra, siendo
nula la variacin de carga total.Aunque desde el punto de vista
fsico un condensador no almacena carga ni corriente elctrica, sino
simplemente energa mecnica latente; al ser introducido en un
circuito se comporta en la prctica como un elemento "capaz" de
almacenar la energa elctrica que recibe durante el periodo de
carga, la misma energa que cede despus durante el periodo de
descarga.Las bobinas componentes pasivos de dos terminales que
generan un flujo magntico cuando se hacen circular por ellas una
corriente elctrica. Se fabrican arrollando un hilo conductor sobre
un ncleo de material ferromagntico o al aire.
MARCO TEORICO (CONDENSADORES)
Bsicamente un condensador es un dispositivo capaz de almacenar
energa en forma de campo elctrico. Est formado por dos armaduras
metlicas paralelas (generalmente de aluminio) separadas por un
material dielctrico. En la versin ms sencilla del condensador, no
se pone nada entre las armaduras y se las deja con una cierta
separacin, en cuyo caso se dice que el dielctrico es el aire.
Tiene una serie de caractersticas que deberemos aprender a
distinguir tales como: Capacidad: Se mide en Faradios (F), aunque
esta unidad resulta tan grande que se suelen utilizar varios de los
submltiplos, tales como: F=10-6F, nF=10-9 F y pF=10-12 F. Tensin de
trabajo: Es la mxima tensin que puede aguantar un condensador, que
depende del tipo y grosor del dielctrico con que est fabricado. Si
se supera dicha tensin, el condensador puede perforarse (quedar
cortocircuitado) y/o explotar. Tolerancia: Igual que en las
resistencias, se refiere al error mximo que puede existir entre la
capacidad real del condensador y la capacidad indicada sobre su
cuerpo. Polaridad: Los condensadores electrolticos y en general los
de capacidad superior a 1 F tienen polaridad, eso es, que se les
debe aplicar la tensin prestando atencin a sus terminales positivo
y negativo. Al contrario que los inferiores a 1F, a los que se
puede aplicar tensin en cualquier sentido, los que tienen polaridad
pueden explotar en caso de ser sta la incorrecta.
Su comportamiento ideal y real es: Donde:C: la capacidad.u(t):
potencial aplicada a sus terminales.i(t): corriente resultante que
circula.
Cuando un condensador cambia su valor de capacidad, se dice que
es un condensador variable, donde se puede expresar:Donde::
permitividad del vaco 8,854187817... 1012Fm1: Constante dielctrica
o permitividad relativa del materialdielctricoentre las placas.A:
rea efectiva de las placas;D: distancia entre las placas o espesor
del dielctrico.
Para tener condensador variable hay que hacer que por lo menos
una de las tres ltimas expresiones cambie de valor. De este modo,
se puede tener un condensador en el que una de las placas sea mvil,
por lo tanto varady la capacidad depender de ese desplazamiento, lo
cual podra ser utilizado, por ejemplo, comosensorde
desplazamiento.
DETALLES EXPERIMENTALES (CONDENSADOR)
Procedimiento
En el experimento siguiente se debe analizar el proceso de carga
de un condensador de 100 F (curva de la tensin del condensador y
corriente de carga). Montar el circuito experimental representado a
continuacin.
Abrir el instrumento virtual Fuente de tensin continua, y
seleccione los ajustes que se detallan en la tabla siguiente. En
primer lugar, no conecte el instrumento.
Ajustes de la fuente de tensin continua
Rango10V
Tensin de salida 10V
Abrir el instrumento virtual Osciloscopio a travs de la opcin de
men Instrumentos | Instrumentos de medicin | Osciloscopio, o tambin
pulsando la siguiente imagen, y seleccione los ajustes que se
detallan en la tabla siguiente:
Ajustes del osciloscopio
Canal A5V /div
Canal B200mV/div
Base de tiempo200ms/div
Modo de operacinX/T
TriggerCanal A/flanco ascendente/SINGLE/pre-Trigger 25%
Aplicar ahora un salto de tensin al condensador, conectando la
fuente de tensin continua por medio de la tecla POWER.
CUESTIONARIO (EL CONDENSADOR)
1.- Cul es la trayectoria de la curva de la tensin del
condensador despus de que se conecta la tensin continua?
A) Salta inmediatamente a un valor de aproximadamente 10 V y se
mantiene en este valor. B) Asciende linealmente hasta alcanzar un
valor aproximado de 10 V y se mantiene en este valor. C) Asciende
exponencialmente hasta alcanzar un valor aproximado de 10 V y se
mantiene en este valor. D) Asciende exponencialmente hasta alcanzar
un valor aproximado de 10 V y, a continuacin, vuelve a descender a
0V
Rpta.- Al poner al circuito 10 V, aumenta la tensin del
condensador hasta llegar a la cifra del potencial.
2.- Cul es la trayectoria de la curva de corriente de carga
despus de que se conecta la tensin continua?
A) Durante todo el proceso de carga se mantiene constante. B) En
primer lugar, salta a un valor mximo y luego desciende linealmente
hasta llegar a cero. C) Asciende exponencialmente de cero a un
valor mximo. D) En primer lugar, salta a un valor mximo y, a
continuacin, desciende exponencialmente hasta llegar a cero.
RptA.- Al fluir la corriente habr un salto ascendente de
intensidad en el condensador, esto implica que la intensidad S en
un pequeo instante se acumul en el condensador para luego seguir
fluyendo en el circuito, esta ltima parte implica el descenso en la
grfica.
3.- Qu reaccin ocasionara una disminucin de la resistencia de
carga R13 en el valor mximo de la corriente de carga?
A) Ninguna.B) La corriente de carga disminuira. C) La corriente
de carga ascendera.
Rpta.- Se emplea dos frmulas:Q= CV ..(1)V= I R.(2)Se remplaza
(2) en (1) y se obtiene esta formulaQ = C (I R)A partir de esta
frmula se puede observar que la corriente es directamente
proporcional a la resistencia (I ).por lo que al disminuir la
resistencia disminuye la carga.
MARCO TEORICO (BOBINA)
La bobina es un elemento muy interesante. A diferencia
delcondensador, la bobina por su forma (espiras de alambre
arrollados) almacena energa en forma de campo magntico. Todo cable
por el que circula una corriente tiene a su alrededor un campo
magntico generado por la mencionada corriente, siendo el sentido de
flujo del campo magntico el que establece laley de la mano
derecha.Al estar labobinahecha de espiras de cable, el campo
magntico circula por el centro de labobinay cierra su camino por su
parte exterior.
Una caracterstica interesante de lasbobinases que se oponen a
los cambios bruscos de la corriente que circula por ellas. Esto
significa que a la hora de modificar la corriente que circula por
ellas (ejemplo: ser conectada y desconectada a una fuente de
poder), esta tratar de mantener su condicin anterior.
Lasbobinasse miden enHenrios (H.),pudiendo encontrarsebobinasque
se miden enmiliHenrios (mH).El valor que tiene unabobinadepende de:
El nmero de espirasque tenga la bobina (a ms vueltas mayor
inductancia, o sea mayor valor en Henrios). El dimetro de las
espiras(a mayor dimetro, mayor inductancia, o sea mayor valor en
Henrios). La longitud del cablede que est hecha la bobina. El tipo
de material de que esta hecho el ncleosi es que lo tiene.
La inductancia L de la bobina es, en este caso, un indicador de
su capacidad para generar una tensin de autoinduccin. Para una
bobina alargada es vlida la siguiente relacin: Donde:0 : constante
magntica de campo.r :permeabilidad relativa del ncleo de la bobina,
N: nmero de espiras.l: la longitud de la bobina.A: su seccin
transversal.
DETALLES EXPERIMENTALES (BOBINA)
Procedimiento
Montar el circuito experimental que se representa a continuacin
en la tarjeta de experimentacin SO4203-6A: Aqu se debe cablear el
rel 1 de manera que el clavijero X48 de la tarjeta de
experimentacin, en estado de reposo, se encuentre conectado al rel
con la salida S (ANALOG OUT) de la interfaz.
Abrir el instrumento virtual Fuente de tensin continua, y
seleccione los ajustes que se detallan en la tabla siguiente.
Encienda a continuacin el instrumento por medio de la tecla
POWER.
Ajustes de la fuente de tensin continua
Rango10V
Tensin de salida 10V
Abrir el instrumento virtual Osciloscopio, y seleccione los
ajustes que se detallan en la tabla:
Ajustes del osciloscopio
Canal A2V/div
Base de tiempo10s/div
Modo de operacinX/T,DC
TriggerCanal A/flanco ascendente/pre-trigger 25%
Abra el panel de rels por medio de la opcin de men Instrumentos
| Rel o pulsando la imagen que se encuentra a continuacin.
Cortocircuite brevemente el rel 1 del panel para desconectar la
bobina de la alimentacin de tensin. Arrastre con el ratn el
oscilograma obtenido en la siguiente ventana, y vuelva a conectar
el rel en la posicin inicial.
CUESTIONARIO (LA BOBINA)
1.- Cul es la trayectoria de la curva de tensin en la
resistencia de descarga R2?
A) Salta a un elevado valor positivo y desciende a continuacin
lentamente acercndose a 0 V B) Salta a un elevado valor negativo y
asciende a continuacin lentamente acercndose a 0 V.C) Salta
inmediatamente a 0 V Permanece constante
Rpta.- Al abrir el interruptor el voltaje que estuvo en la
bobina retorna en un sentido inverso , esto explica porque la
grfica es para abajo y va ascendiendo hasta 0.
Ahora, reemplace la resistencia de descarga: R2 = 500 por la
resistencia R3 = 1500 y repita el experimento. Lleve el oscilograma
a la siguiente ventana. 2.- Cmo vara la curva de tensin?
A) No vara en lo absoluto. B) La tensin desciende ahora
rpidamente y el pico negativo muestra una ligera pronunciacin. C)
La tensin desciende ahora rpidamente y el pico negativo muestra una
pronunciacin marcada. D) La tensin desciende ahora lentamente y el
pico negativo muestra una ligera pronunciacin. E) La tensin
desciende ahora lentamente y el pico negativo muestra una
pronunciacin marcada. F) La tensin permanece constante.
Rpta.- Teniendo como concepto la inductancia de una bobina se
puede buscar una frmula en donde indica que: = tiempo para
circuitos inducidosL=InductanciaR= resistencia
En este caso se puede apreciar que la resistencia es
inversamente proporcional al tiempo por lo que a mayor resistencia
menor ser el tiempo, en que la tensin desciende, mientras que el
pico es ms pequeo en esta grafica a comparacin del primero.
CONCLUSIONES
La potencia elctrica es una magnitud escalar que nos permite
medir la cantidad de trabajo elctrico que realiza un flujo de
electrones sobre un dispositivo o elemento resistivo.La potencia
elctrica puede ser expresada como una funcin cuadrtica dependiente
del flujo de electrones y de la resistividad del elemento por el
que dicho flujo pasa.La potencia elctrica puede ser expresada como
una funcin dependiente en forma directa de la diferencia de
potencial aplicada a un elemento, as como de la resistividad de
dicho elemento.La mxima disipacin de la energa en forma de calor
producida por el paso de un flujo de electrones, se presenta en un
circuito elctrico serie.La potencia elctrica es una consecuencia
fsica de la ley de Ohm, pero no necesariamente cumple
matemticamente con dicha ley.La potencia elctrica es casi como una
propiedad de ciertos elementos por la cual la energa que se genera
con el paso de un flujo electrones, se manifiesta en forma de
disipacin de calor o luz, lo que indica que esta clase de energa
que desprende, lo enmarca dentro las fuerzas conservativas, ya que
dicha energa (flujo de electrones) pasa del elemento resistivo
hacia el medio exterior en forma de calor y/o luz, esto es; la
energa no se destruye cuando sale al medio, sino que se transforma
(este es el caso tpico de una plancha elctrica y otros elementos
calefactores).
SUGERENCIAS
Cuando tome las medidas del voltmetro debe tener en cuenta la
escala a la que trabaja.Verificar el buen funcionamiento de los
conectores.
BIBLIOGRAFIA
Libros:Fsica para ciencias e ingeniera con fsica moderna,
volumen 2, Sptima edicin.PAUL HEWITT. Fundamentos de la Fsica
Conceptual. Pearson Educacin. Mxico. 2009 Manual de laboratorio de
fsica III.Raymond A. Serway; Fsica; cuarta edicin; Mxico; 1997;
McGraw-Hill; pp. 727; espaol.
Pginas web
visitadas:http://www.monografias.com/trabajos14/trmnpot/trmnpot2.shtmlhttp://www.ifent.org/lecciones/electrodinamica/default.asphttp://www.csi.ull.es/~jplatas/web/cc/teoria/tema3-08.htmhttp://enciclopedia.us.es/index.php/Potencia_el%E9ctrica