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UNIVERSIDAD AUTNOMA DE NUEVO LEN
Facultad de Ciencias Qumicas
Ingeniera Qumica
Manual de Practicas de Laboratorio
de Electricidad y Magnetismo
Dr. Carlos Lucio Ortiz
Jefe de la rea de Ingeniera Qumica: Dr. Felipe de Jess Cerino
Crdova Cd. Universitaria.
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Manual de Practicas de Laboratorio de Electricidad y
Magnetismo
Ingeniera Qumica 2
PRESENTACIN DEL CURSO 1. DESCRIPCIN DEL CURSO. Las prcticas se
efectuarn en el Laboratorio de Fsica de la Facultad de Ciencias
Qumicas de la Universidad Autnoma de Nuevo Len, durante su
realizacin se aplicarn fenmenos fsicos, acudiendo a leyes y teoras
que los avalan para la interpretacin de los resultados obtenidos.
Antes de cada una de las prcticas, el alumno deber realizar trabajo
previo, el cual ser contestado en el manual (al reverso de las
hojas de cada seccin). Adems, el estudiante realizar un diagrama de
flujo mediante bloques o dibujos de la parte experimental con el
fin de verificar que tenga una idea clara y precisa de lo que
realizar en cada una los experimentos. Finalmente, la seccin
denominada reporte preliminar de la prctica deber ser llenado por
el estudiante al finalizar cada una de las sesiones, el cual
considera los siguientes aspectos: 1) Datos generales del curso 2)
Mediciones experimentales 3) Observaciones 4) Integrantes del
equipo (nombre y firma) La calendarizacin de las prcticas sern
organizadas por el profesor. Al finalizar la prctica cada uno de
los equipos conformados por los estudiantes debern acomodar todo en
el lugar indicado, segn el reglamento de laboratorios de la
Facultad de Ciencias Qumicas de la UANL. 2. REPORTE DE LA PRACTICA
Al finalizar cada prctica, a la semana siguiente, se entregar un
reporte escrito en computadora, con letra arial 11, en hojas tamao
carta, conteniendo la siguiente informacin:
1. Portada 2. Objetivo 3. Fundamento 4. Material y equipo a
utilizar 5. Ecuaciones a utilizar 6. Procedimiento (diagrama de
flujo) 7. Datos experimentales 8. Observaciones 9. Memoria de
clculo 10. Resultados (tablas, grficas) 11. Conclusiones 12.
Investigacin 13. Bibliografia
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Manual de Practicas de Laboratorio de Electricidad y
Magnetismo
Ingeniera Qumica 3
Datos Experimentales Al finalizar de cada practica se debe
llenar el formato de datos experimentales (incluido al final de
cada prctica) con todos los datos obtenidos durante la realizacion
de la misma y esta debera contener los nombres, firmas y matriculas
de todos los integrantes del equipo as como cualquier observacion
que sea necesaria para la elaboracin del reporte. Una vez lleno,
debran llevarlo con los auxiliares del laboratorio para que le
coloquen el sello o en su defecto debra ser firmado por el maestro
de laboratorio. Resultados En esta seccin se presentarn los valores
obtenidos en forma ordenada en tablas con sus respectivas
dimensiones y unidades. Cuando sea necesario presentar una grfica,
sta deber ser realizada utilizando el paquete computacional Excel y
deber ser identificada y numerada. Las grficas contendrn como mnimo
los siguientes datos:
a) Nombre de las variables de los ejes con sus respectivas
dimensiones y unidades.
b) Curva de ajuste, sealando la ecuacin que mejor se ajuste a
los datos experimentales, as como su factor de correlacin.
c) Para representar los datos experimentales, se deber construir
una grfica del tipo dispersin de puntos sin lnea de unin; con el
propsito de que stos no se confundan con la lnea de tendencia,
(curva de ajuste).
Observaciones. Se refiere a todo lo que ocurra durante el
experimento, describe situaciones que permiten o no la obtencin de
datos (cualitativos o cuantitativos). Esta seccin puede contener
diagramas o dibujos del funcionamiento de las partes de cada uno de
los equipos o como se comportan durante el desarrollo de la
prctica. Conclusiones. En esta seccin se deber hacer nfasis si el
objetivo planteado en la prctica se cumpli, explicando brevemente
los resultados obtenidos, comparndolos con los reportados en la
literatura, estableciendo discrepancias y similitudes, adems se
podr incluir porcentajes de error con respecto a los datos
obtenidos. Bibliografa. Las referencias bibliogrficas se presentarn
en orden de acuerdo a como han sido citadas en la elaboracin del
reporte y numeradas, incluyendo las pginas de referencia
utilizadas. Cuando se utilicen pginas de internet, debe colocarse
la
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Magnetismo
Ingeniera Qumica 4
direccin exacta y NO el buscador. Incluir como mnimo tres
referencias bibliogrficas. NO seran aceptadas paginas que no tengan
validez cientfica como wikipedia, el rincn del vago, buenas tareas,
etc. 3. REALIZACIN DE PRCTICAS 3.1 Asistencia y Puntualidad 3.1.1
Es obligatorio presentarse puntualmente a la hora de inicio de
laboratorio, un
margen de 10 minutos permitir no ser tomado como inasistencia.
Transcurrido ese tiempo se anular la prctica total.
3.1.2 Si el estudiante tiene inasistencia en alguna prctica, no
se permitir la
reposicin de la misma as como tampoco se le permitira la
presentacin del PIA.
3.2 Indumentaria, Equipo de Proteccin Personal, Seguridad y
Accesorios. 3.2.1 El estudiante deber portar pantaln largo
preferentemente de algodn, bata
blanca de algodn, lentes de seguridad y zapatos cerrados. 3.2.2
No se permitir el uso de gorras, shorts, sandalias o zapatos
abiertos, tanto
para hombres como mujeres. 3.2.3 Por razones de seguridad e
higiene en el trabajo de laboratorio, no se
permitir a los alumnos y alumnas con falda o vestido, cabello
largo suelto, joyas y accesorios.
3.2.4 Atuendos no adecuados a las actividades de laboratorio,
impedirn el acceso
al Laboratorio de Fsica. 3.2.5 En caso de necesitar beber agua o
algn otro lquido el alumno deber
avisar a su maestro y salir del Laboratorio. (NO SE PERMITIR
TENER BOTELLAS DE AGUA EN LAS MESAS DE TRABAJO).
3.3. Pertenencias Personales 3.3.1 Al entrar al laboratorio el
alumno colocar sus pertenencias estudiantiles
como mochilas, maletn, etc., en el estante acondicionado para
ello. 3.3.2 El laboratorio no se har responsable por la prdida
total o parcial de los
objetos de valor depositados en el estante u olvidados en el
laboratorio. Es recomendable no dejar a la vista calculadoras
programables, celulares, monederos, etc.
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Magnetismo
Ingeniera Qumica 5
4. NORMAS GENERALES. 4.1 Por razones de seguridad y prevencin de
accidentes el estudiante no podr
trabajar slo en el laboratorio. 4.2 Si el maestro del grupo no
asiste o no est la mayor parte del tiempo en el
laboratorio la prctica se suspender 4.3 El estudiante deber
trabajar con limpieza orden y responsabilidad. Por lo que
el rea de trabajo deber permanecer antes, durante y despus de la
prctica limpia y ordenada.
4.4 No se permitir salir del laboratorio en el transcurso de la
prctica sin causa
justificada. 4.5 Las visitas durante la realizacin de la prctica
no sern permitidas. 4.6 El uso de los celulares, radios o
grabadoras con audfonos u otro tipo de
equipo de comunicacin no ser permitido. 4.7 El comportamiento
inapropiado, podr generar la expulsin de la prctica,
tomndose sta como inasistencia
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PRACTICA 1
CAMPO ELECTROSTTICO OBJETIVO Demostrar experimentalmente las
diversas formas de obtener Campos Electrostticos y la variacin de
su intensidad con respecto a la distancia. FUNDAMENTO El trmino
elctrico, y todos sus derivados, tiene su origen en las
experiencias realizadas por Tales de Mileto, un filsofo griego que
vivi en el siglo VI A.C. Tales estudi el comportamiento de una
resina fsil, el mbar (en griego elektron), observando que cuando
era frotada con un pao de lana adquira la propiedad de atraer hacia
s pequeos cuerpos ligeros; los fenmenos anlogos a los producidos
por Tales con el mbar o elektron se denominaron fenmenos elctricos
y ms recientemente fenmenos electrostticos.
La electrosttica es la parte de la fsica que estudia este tipo
de comportamiento de la materia, se preocupa de la medida de la
carga elctrica o cantidad de electricidad presente en los cuerpos
y, en general, de los fenmenos asociados a las cargas elctricas en
reposo.
Para explicar como se origina la electricidad esttica, hemos de
considerar que la materia est hecha de tomos, y los tomos de
partculas cargadas, un ncleo rodeado de una nube de electrones.
Normalmente, la materia es neutra (no electrizada), tiene el mismo
nmero de cargas positivas y negativas.
Algunos tomos tienen ms facilidad para perder sus electrones que
otros. Si un material tiende a perder algunos de sus electrones
cuando entra en contacto con otro, se dice que es ms positivo en la
serie Triboelctrica. Si un material tiende a capturar electrones
cuando entra en contacto con otro material, dicho material es ms
negativo en la serie triboelctrica.
Cuando un cuerpo cargado elctricamente se pone en contacto con
otro inicialmente neutro, puede transmitirle sus propiedades
elctricas. Este tipo de electrizacin denominada por contacto se
caracteriza porque es permanente y se produce tras un reparto de
carga elctrica que se efecta en una proporcin que depende de la
geometra de los cuerpos y de su composicin. Existe, no obstante, la
posibilidad de electrizar un cuerpo neutro mediante otro cargado
sin ponerlo en
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Magnetismo
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contacto con l. Se trata, en este caso, de una electrizacin a
distancia o por induccin o influencia. Si el cuerpo cargado lo est
positivamente la parte del cuerpo neutro ms prximo se cargar con
electricidad negativa y la opuesta con electricidad positiva. La
formacin de estas dos regiones o polos de caractersticas elctricas
opuestas hace que a la electrizacin por influencia se la denomine
tambin polarizacin elctrica. A diferencia de la anterior este tipo
de electrizacin es transitoria y dura mientras el cuerpo cargado se
mantenga suficientemente prximo al neutro. Finalmente, un cuerpo
puede ser electrizado por frotamiento con otro cuerpo.
MATERIAL
Un generador Electrosttico de Van Der Graaff. Una mquina
Electrosttica Una esfera de aluminio y su base Un pndulo elctrico y
su esfera de corcho o sauco Una bureta de 50 ml Un vaso de 100 ml
Agua destilada Un peine de plstico y uno de metal, o bien una
laminilla o varilla
metlica Polvo de corcho o recortes de papel revolucin Una regla
plstica y una de metal Seda o lana.
PROCEDIMIENTO Actividad 1:
a) Friccione varias veces con una tela a una regla de plstico y
acercarlo a recortes de papel revolucin.
b) Friccione varias veces con una tela a una regla metalica y
acercarlo a recortes de papel revolucin.
Actividad 2:
a) Ponga a trabajar el generador y a coloque el pendulo 1 m de
distancia. Observe que el pndulo elctrico no es afectado por el
campo elctrico del generador, vaya acercndolo gradualmente al
generador y anote la desviacin en grados de ngulo con respecto a la
vertical y anotando las distancias respectivas que separan al
generador y al pndulo:
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Magnetismo
Ingeniera Qumica 8
R (cm)
b) Ahora acerque la esfera metlica al generador teniendo el
pndulo al otro
lado de la esfera a una distancia tal que se desve algo el
pndulo y luego proceda a quitar la esfera y observe el pndulo.
Actividad 3:
Llene una bureta de 50 ml con agua destilada, abra la llave
recibiendo el chorrito
de agua en un vaso de 100 ml y acerque al chorrito una regla de
plstico frotada con lana o seda, poco a poco.
USO DE DATOS EXPERIMENTALES Actividad 1: a) Explique que observ
al acercar la regla de plastico a los recortes de papel. b)
Explique que observ al acercar la regla de metlica a los recortes
de papel. Actividad 2: a) Explique los datos obtenidos en base al
concepto de campo elctrico. b) Explique que paso con el pendulo al
acercar la esfera y quitar la esfera Actividad 3: Explique lo
observado en base al concepto del campo elctrico
INVESTIGACIN
1. Defina los siguientes conceptos:
a) Generador de Van der Graaff b) Campo Elctrico c) Campo
Electrosttico d) Mtodo de carga por induccin e) Mtodo de carga por
conduccin
2. Dibuje el Generador Electrosttico y explique su
funcionamiento 3. Investigue cuales son los diferentes tipos de
carga que existen.
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Magnetismo
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REPORTE DE DATOS EXPERIMENTALES
PRACTICA FECHA GRUPO HORARIO EQUIPO
MAESTRO
MEDICIONES EXPERIMENTALES OBSERVACIONES INTEGRANTES DEL EQUIPO
MATRICULA
NOMBRE DE QUIEN LLENO EL REPORTE
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PRACTICA 2
POTENCIAL ELCTRICO OBJETIVO Establecer la relacin matemtica que
existe entre la diferencia de potencial elctrico y la distancia
entre dos superficies equipotenciales. FUNDAMENTO Potencial
elctrico es un trmino que indica el trabajo necesario para mover o
traer desde el infinito una carga elctrica determinada hasta un
punto finito La ecuacin de potencial elctrico est dada por V = W /
q0 donde: V = Potencial elctrico W = El trabajo desarrollado q0 =
La carga de prueba o carga determinada Las unidades sern: 1
Julio/Coul y su equivalente elctrico es el Volt. Por lo tanto 1
Julio/Coul =1 Volt. Se ha tomado como valor del potencial elctrico
en el infinito igual a cero. Por lo tanto si se quieren mantener, 2
cargas determinadas de igual signo o de signo contrario, separados
una distancia dada, ser necesario desarrollar un trabajo neto igual
a: W = q0Ed Donde q0 = carga de prueba E = campo elctrico de la
otra carga. d = la distancia de separacin entre las dos cargas Por
lo que se establecer la diferencia de potencial elctrico entre las
dos cargas, lo cual estar dado por:
EdqEdq
qWVV
o
ABAB ===
0
0
Donde: VB = Potencial elctrico de la carga q VA = Potencial
elctrico de la carga de prueba q0
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Magnetismo
Ingeniera Qumica 11
Llegndose a establecer la relacin que existe entre la diferencia
de potencial elctrico entre dos cargas y su distancia que las
separa. El campo elctrico E bien puede ser constante o variable, lo
cual se puede saber, al graficar V contra d, como se va a realizar
en esta prctica. Observe que la ltima ecuacin se puede escribir
tambin as:
dVVE AB = y sus unidades nuevas sern
METROVOLTS en el sistema M.K.S.
No se olvide que las unidades de E de acuerdo a su definicin (E
= F/q0) son:
CoulNt por lo que
mVOLT
CoulNt 11 =
Las diferencias de potencial en la presente prctica se medirn
usando el multmetro. Un multmetro es un instrumento elctrico que
hace el papel de: voltmetro, ampermetro, hmetro, etc. DESCRIPCION
DEL EQUIPO
MULTIMETRO DIGITAL
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Magnetismo
Ingeniera Qumica 12
MULTIMETRO ANALOGICO
MATERIAL
Una Placa de poliestireno expandido Una tira de papel plstico
Dos tiras metlicas (electrodos) Una regla Un multmetro Dos cables
Una pila de 6 volts
PROCEDIMIENTO Actividad 1: Multimetro analgico. Para medir
voltajes o diferencias de potencial en corriente directa se siguen
las siguientes indicaciones:
a) La perilla selectora de C.A. o C.D., se mueve a la posicin
C.D. (cuando la fuente es de corriente directa, como en esta
prctica) solo cuando exista dicha perilla.
b) Las terminales o puntas de prueba de color rojo y negro (la
roja a la toma positiva y la negra a la toma negativa) deben estar
en su lugar respectivo o tomas respectivas.
c) Mover el selector o la posicin en que el voltaje sea el
inmediato superior al voltaje de la fuente, en este caso, superior
a 6 voltios. Ubquelo en 10 volts,
d) Usar la escala de la cartula cuyo rango sea de 0 a 10 volts.
Las fracciones se leen en la escala cuyo rango va de 0 a 250.
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e) Al usar las puntas de prueba tenga cuidado de que la roja
(positiva) se conecte con la terminal positiva del circuito y la
negra (negativa) con la terminal negativa del circuito.
f) Al terminar de usar el multmetro, poner el selector en la
posicin de apagado.
Actividad 2: Multmetro digital. Es un instrumento ms verstil y
de lecturas ms rpidas y precisas. Consta principalmente de display
y controles. Cuando es autorango, al medir diferencias de potencial
en C.D., el selector se ubica en V- y automticamente nos reporta el
valor medido, que ser nuestro caso.
Medicin de potencial elctrico para cumplir el objetivo de la
prctica
1. Divida la tira de papel metlico (o grafitado) en 10 partes
iguales a lo largo, haciendo marcas con gis a lo ancho de la tira
y/o posicionando ah laminillas metlicas
2. Las marcas hechas en gis lpiz a lo ancho, indican las lneas
(o sea, superficies) equipotenciales.
3. Conecte la batera en los electrodos A y B. 4. Fijar una
terminal o punta de prueba del multmetro (voltmetro) en el
electrodo B y la otra punta que haga buen contacto en la marca o
lnea equipotencial, anote la lectura de la diferencia de potencial
V1y la distancia d1. Repita lo anterior con todas las lneas
equipotenciales anotando el voltaje con su respectiva distancia
hasta llegar al electrodo A.
Hoja de poliestireno expandido- v +Voltmetro Lmina de papel
Plstico-metlico
Fuente de energa
(Batera)
Electrodo (A)
Hoja de poliestireno expandido- v +Voltmetro Lmina de papel
Plstico-metlico
Fuente de energa
(Batera)
Electrodo (A)
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Ingeniera Qumica 14
5. Compruebe que las marcas o lneas equipotenciales lo son en
realidad, usando el multmetro.
6. Llene los siguientes datos:
V (volts) d (cm)
USO DATOS EXPERIMENTALES Actividad 1:
a) Qu escalas de medicin se encuentran en la cartula del
multimetro analgico?
b) Cuntos rangos de escala para medir voltajes o diferencias de
potencial elctrico existen?
c) Cules son los rangos que tiene la escala de los voltajes?
Actividad 2:
a) Las marcas o lneas equipotenciales lo son en realidad? Por
qu? b) Grafique V vs d en papel milimtrico y obtenga la ecuacin
correspondiente. c) Qu representa la pendiente de la grfica
obtenida? d) Qu unidades tiene?
INVESTIGACION
1. Investigar el uso y manejo del multmetro analgico y del
multimetro digital.
2. Defina los siguientes conceptos e indique con que smbolo se
representan (en caso de que tengan uno): a) Potencial elctrico. b)
Corriente Alterna c) Corriente Directa d) Voltio e) Multmetro f)
Amperio g) Ohmio h) Superficie Equipotencial
3. Qu son las lneas equipotenciales?
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REPORTE DE DATOS EXPERIMENTALES
PRACTICA FECHA GRUPO HORARIO EQUIPO
MAESTRO
MEDICIONES EXPERIMENTALES OBSERVACIONES INTEGRANTES DEL EQUIPO
MATRICULA
NOMBRE DE QUIEN LLENO EL REPORTE
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Magnetismo
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PRACTICA 3
LEY DE OHM Y LEY DE KIRCHHOFF OBJETIVOS
Conocer la Ley de Ohm y las Leyes de Kirchhoff as como estudiar
las caractersticas de las resistencias, que sigue la ley de Ohm.
Analizar circuitos elctricos en un nivel introductorio. Establecer
la relacin matemtica entre el voltaje aplicado a una resistencia de
magnitud constante y la corriente que circula FUNDAMENTO Ley de OHM
Una densidad de corriente J y un campo elctrico E se establecen en
un conductor cuando se mantiene una diferencia de potencial a travs
de dicho conductor. Si la diferencia de potencial es constante, la
corriente tambin lo es. Es muy comn que la densidad de corriente
sea proporcional al campo elctrico J = E Donde la constante de
proporcionalidad recibe el nombre de conductividad del conductor.
Los materiales que obedecen la ecuacin anterior se dice que cumplen
la ley de Ohm en honor de George Simon Ohm (1787-1854). Ms
especficamente la Ley de Ohm establece que: En muchos materiales
(incluidos la mayor parte de los metales), la proporcin entre la
densidad de corriente y el campo elctrico es constante, , que es
independiente del campo elctrico productor de la corriente. Los
materiales que obedecen la Ley de Ohm y que en consecuencia,
presentan este comportamiento lineal entre E y J se dice que son
hmicos. El comportamiento elctrico de la mayor parte de los
materiales es bastante lineal para pequeos cambios de la corriente.
Experimentalmente, sin embargo, se encuentra que no todos los
materiales tienen esta propiedad. Los materiales que no obedecen la
Ley de Ohm se dicen que son no hmicos. La Ley de Ohm no es una ley
fundamental de la naturaleza sino ms bien una relacin emprica vlida
solo para ciertos materiales. Una forma de la Ley de Ohm til en
aplicaciones prcticas puede obtenerse considerando un segmento de
un alambre recto de rea de seccin transversal A y longitud L, como
se ve en la figura 1. Una diferencia de potencial V = (Vb Va)
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Magnetismo
Ingeniera Qumica 17
se mantiene a travs del alambre, creando un campo elctrico en
ste y una corriente. Si el campo elctrico en el alambre se supone
uniforme, la diferencia de potencial se relaciona con el campo
elctrico por medio de la relacin:
FIGURA 1 Figura 1: Un conductor uniforme de longitud L y rea de
seccin transversal A. Una diferencia de potencial Vb Va mantenida a
travs del conductor establece un campo elctrico E en ste, y dicho
campo produce una corriente I que es proporcional a la diferencia
de potencial. Por lo tanto, podemos expresar la magnitud de la
densidad de la corriente en
el alambre como:
LVEJ ==
Puesto que J = I / A, la diferencia de potencial puede
escribirse:
ALIJLV
==
De lo anterior, a la cantidad L / A se denomina la resistencia R
del conductor. De acuerdo con la ltima expresin, podemos definir la
resistencia como la razn entre la diferencia de potencial a travs
del conductor y la corriente.
R = V I
A partir de este resultado vemos que la resistencia tiene
unidades S.I. de volt/ampere, un volt/ampere se define como un Ohm
().
A I Va
L
Vb
E
V=EL
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Ingeniera Qumica 18
AV111 =
Es decir, si una diferencia de potencial de 1V a travs de un
conductor produce una corriente de 1A, la resistencia del conductor
es 1 .Por ejemplo, si un aparato elctrico conectado a una fuente de
120 V conduce 6A, su resistencia es de 20 . El inverso de la
conductividad es la resistividad :
=
1
1
=
Por lo tanto, si ALR
= podemos expresar la resistencia como:
ALR =
Ley de KIRCHHOFF La primera ley, se conoce tambin como la ley de
las corrientes. sta dice que la suma de intensidades de corriente
que llegan a un punto comn es igual a la suma de intensidades que
salen de l. Si consideramos positivas las corrientes que llegan y
negativas las que salen, esta ley establece que la suma algebraica
de las intensidades de todas las corrientes sobre un punto comn es
cero. La segunda ley, se conoce tambin como la ley de los voltajes.
sta dice que en un circuito cerrado, la suma algebraica de las
fuerzas electromotrices aplicadas, o subidas de tensin, es igual a
la suma algebraica de las cadas de tensin en todos los elementos
pasivos. MATERIAL
1 Fuente del voltaje variable C.D. ( 0 a 30 volts) 1 Resistencia
1 Multmetro 1 Entrenador de Circuitos 2 Cables - banana-banana 1
Alambre de nicromel 1 Diodo semiconductor Puentes Fuente de energa
variable (V.C.D.) a 12 volts 2 resistencias de 27 Ohms a 10 Watts 1
foquito con socket de 12 volts
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Ingeniera Qumica 19
1 interruptor de cuchilla 1 polo 1 tiro y 1 resistencia de 150
Ohms a 10 watts. 1 socket 1 foco de 60 watts 1 fusible de cartucho
C.A. y uno roscado C.A. 1 fusible de cartucho 1 foquito de 12
volts.
PROCEDIMIENTO
Actividad 1: Ley de OHM
a) Mediante una fuente de voltaje de corriente directa (VCD),
aplique un voltaje a una resistencia de magnitud constante,
midiendo la corriente que circula, el voltaje aplicado y el valor
de la resistencia (ver figura 1). Tome varios valores de voltaje y
corriente.
b) Mediante el multmetro (como ohmetro) mida la resistencia a
diferentes longitudes de un alambre de nicromel.
c) Ahora, en lugar de resistencia se trabajar con un diodo
semiconductor cuyo comportamiento no hmico se comprobar al tabular
y graficar I (eje y) vs. V.
FIGURA 1
Actividad 2: Leyes de Kirchhoff (2a. Ley, Resistencias en
serie).
a) Montar el siguiente circuito serie de resistencias elctricas
(el foco es una resistencia).
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Ingeniera Qumica 20
FIGURA 2
1. Con el circuito abierto mida usted las resistencias R1, R2 Y
R3 (Ver Fig.
N. 2). 2. Anote el voltaje del foquito. 3. Cierre el circuito
con el interruptor y haga las siguientes mediciones de
voltaje en los bornes de la fuente de energa (V), en VR1, en VR2
y en VR3.
4. Anotar la corriente que circula con el multmetro (como
ampermetro) 5. Aplicar la segunda Ley de Kirchhoff a este circuito
y reportar su
resultado. 6. Quitar R1 y sustituirlo por un puente. (Esto se
hace con el interruptor
abierto). Cierre el interruptor y ahora. NOTA: Al medir siempre
una resistencia, la fuente de energa debe estar
desconectada o sacar la resistencia del circuito y luego
medirla.
b) Montar el siguiente circuito serie paralelo de resistencia
(Ver Fig. N 3, 1 Ley)
FIGURA 3
1. La resistencia R2, R3, y R4, son de los mismos valores que
las usadas
en el circuito serie. Medir R1 y escribir los valores de las 4
resistencias. 2. Cierre el circuito y mida los voltajes de la
fuente de energa y de cada
una de las resistencias.
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Magnetismo
Ingeniera Qumica 21
3. Mida y anote las corrientes elctricas que registran los
ampermetros (multmetros).
4. Abrir el circuito en R3 y R4 USO DATOS EXPERIMENTALES
Actividad 1:
a) Haga una grfica de I (eje y) vs V, obteniendo la relacin
matemtica as como su enunciado.
b) Haga una grfica de R vs. L, obtenga la pendiente, la ecuacin
y su enunciado, as como la resistividad del conductor y al
compararlo con el valor terico obtenga el % de error.
c) Tabular y graficar I (eje y) vs. V. Actividad 2:
a) Aplique la Ley de Ohm al circuito y escriba el valor de la
corriente calculada (considere RT = R1 + R2 + R3) y comprela con la
reportada por el ampermetro hubo diferencia? Si es as reprtela en
porcentaje. b) Aplique la primera Ley de Kirchhoff a los nodos A y
B y anote los clculos y resultados. c) Ahora aplique la Ley de Ohm
a todo el circuito y escriba la corriente calculada que debe fluir
por R1, R2, R3 y R4 y compara estos valores con los reportados por
los ampermetros. Si acaso hubo diferencias, reprtelas en forma de
porcentaje. d) Al abrir los circuitos R3 y R4 que se observo?
INVESTIGACION
1. Defina los siguiente conceptos e indique con que smbolo se
representan (en caso de que tengan uno):
a) Ley de Kirchhoff. b) Ley de Ohm. c) Densidad de corriente. d)
Resistencia e) Diodo f) Resistencia elctrica g) Resistividad h)
Circuito en serie i) Circuito en paralelo j) Nodo k) Fusible l)
Interruptor termomagntico
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REPORTE DE DATOS EXPERIMENTALES
PRACTICA FECHA GRUPO HORARIO EQUIPO
MAESTRO
MEDICIONES EXPERIMENTALES OBSERVACIONES INTEGRANTES DEL EQUIPO
MATRICULA
NOMBRE DE QUIEN LLENO EL REPORTE
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PRACTICA 4
CAMPO MAGNTICO Y MOVIMIENTO DEL ELECTRN EN UN CAMPO MAGNTICO
LEY DE FARADAY Y LEY DE LENZ OBJETIVO Determinacin de la
distribucin del campo magntico en un alambre recto por el cual
circula C.D. Analizar el movimiento de electrones en un campo
magntico y determinar la relacin carga a masa del electrn.
Encontrar la relacin matemtica entre el ngulo de desviacin de una
brjula y la corriente elctrica que circula por una bobina o
solenoide con ncleo de fierro. Construir electroimanes, usando
ncleos de diferentes materiales y determinar su fuerza relativa de
atraccin sobre una muestra de fierro Determinar la relacin
matemtica entre la fuerza de un electroimn con ncleo de hierro y la
C.D. Demostrar cualitativamente las leyes de Faraday y de Lenz.
Demostrar el principio de movimiento de un motor de corriente
continua y utilizarse como generador de corriente alterna.
FUNDAMENTO La ley de Ampere establece que: todo conductor recto que
transporta una corriente elctrica genera a su alrededor un campo
magntico, cuya induccin magntica B es directamente proporcional a
la corriente que transporte e inversamente proporcional a la
distancia r medida desde su centro. Matemticamente esta ley se
expresa as:
riB 0=
Donde es una constante denominada permeabilidad magntica y cuyo
valor es el sistema MKS es de 4 x 10-7 Weber / amp-m. En el que B
es un vector, siendo su direccin variable, estando determinada en
un punto dado, por la tangente a las lneas de flujo magntico, las
cuales son circunferencias concntricas al centro del conductor. El
sentido de B se determina aplicando la regla de la mano derecha (
para la corriente convencional: positiva), que consiste: Se toma el
conductor con la mano derecha, de modo que el pulgar apunte a la
direccin i, tenindose que los dedos nos darn el sentido de B. Para
el caso en que la corriente fuera negativa como as lo es en
realidad, B tendr sentido contrario.
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Para el caso de un alambre enrollado (una bobina) se toma la
bobina con la mano derecha de modo que los dedos indiquen el
sentido de i y el pulgar nos dar la direccin B as como su sentido.
Ejemplos: en (a) tenemos un conductor recto y en (b) una bobina o
solenoide.
Observe. Como en (b) se determina fcilmente la polaridad de este
solenoide, donde N representa el polo norte y S el polo sur, lo
cual en la prctica se puede comprobar usando una brjula, lo mismo
se puede decir del inciso (a). En estos casos i fue (+), en el caso
contrario, el sentido de B, ser opuesto al fijado en cada inciso.
En el inciso (b) se ha representado a un solenoide o bobina, pero
tambin es un electroimn con ncleo de aire; porque en su interior no
hay ms que aire, es un electroimn porque se ha creado un imn a base
de corriente elctrica, en el interior y exterior de la bobina, la
prueba est en que al acercarle una brjula o un material imantable
como el hierro, estos sentirn el efecto de atraccin en el caso de
hierro, de atraccin o repulsin en el caso de la brjula La fuerza de
un electroimn depende directamente del nmero de vueltas a la bobina
o nmero de espiras totales y de la corriente elctrica que circula
por ellas, e inversamente del dimetro de la bobina o solenoide.
Tambin (y de gran importancia) depende del material de que est
hecho el ncleo. Respecto a esto, el ncleo puede ser de aire, o de
cualquier slido y cuanto mayor sea la permeabilidad magntica de
stos, habr menor resistencia o reluctancia, al flujo magntico y ser
mejor ncleo para la fabricacin de electroimanes. En la fabricacin
de electroimanes se puede usar la C.D. o la C.A, segn sea el
objetivo, por ejemplo, si se desea obtener un imn permanente se
usar la C.D., pero si se desea un vibrador como es el caso de los
timbres se usar la C.A.
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Si un electroimn con ncleo de aire se introduce en un indicador
visual de sintona (ojo electrnico) que est en operacin , se
observar que en la pantalla fluorescente (nodo o polo positivo del
tubo electrnico) los electrones son desviados describiendo una
trayectoria semicircular, que al medir su radio () de su curvatura
y conociendo los siguientes datos del electroimn como son: el nmero
de espiras (N) o vueltas totales, la longitud (1) del electroimn,
la corriente (i) que circula por l y la permeabilidad () magntica
del aire, adems el voltaje V, del ojo elctrico, se podr encontrar
la relacin de carga o masa de electrn e/m segn la siguiente
frmula.
222222
2 22 BV
iNVl
me
==
Donde:
lNiB =
En que B es la induccin magntica del electroimn con ncleo de
aire. Tmese para el aire = 1.26 X 10-6 Weber / m-amp. = 0 En
experimentos muy minuciosos se ha encontrado que la relacin e/m =
1.75890 X 10ll Coul /kg, en el sistema M.K.S. LEY DE FARADAY Y LEY
DE LENZ Faraday antes de enunciar su ley, hubo de realizar varios
experimentos que lo encaminaron a la deduccin de su ley sobre la
fem inducida. Sus experimentos fundamentales consistieron en lo
siguiente: PRIMERO: Introducir y sacar un imn a travs de una espira
o bobina rectangular o circular, conectada a un galvanmetro con
cero en el centro, observndose que se desviaba a la derecha e
izquierda o viceversa, con respecto al cero, segn la polaridad del
imn que entra o sale de la espira. Se noto que mientras mayor era
la velocidad con la que se introduca o sacaba el imn, mayor eran
las desviaciones de la aguja del galvanmetro. En este caso, el
flujo magntico a travs de la espira era cambiante debido al
movimiento de la espira. SEGUNDO: En lugar de que el imn se est
moviendo con respecto a la bobina, el proceso se invierte, es
decir, ahora el imn se mantuvo en reposo y la bobina se mova segn
los dibujos.
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Obsrvese como en estos dibujos, tanto en A como en B, la espira
es la que corta las lneas de flujo magntico lo que da origen a que
el flujo magntico a su travs sea variable debido a su movimiento,
generando as fem inducida en ella, manifestndose en el galvanmetro,
cuya aguja se mova de un lado a otro, indicando con esto que haba
flujo de corriente en un sentido y en otro, debido a que la fem
inducido cambiaba de la misma forma. En el dibujo B, no sucede lo
anterior por la forma de la conexin del galvanmetro con la espira
en rotacin. Tambin en estos experimentos se noto que entre mayor
era la velocidad de la espira, mayor es la fem inducida o mayor es
el movimiento de la aguja del galvanmetro. CONCLUSIN: la fem
inducida es una espira o bobina es directamente proporcional al
nmero de espiras de la bobina y a la rapidez con que este cambiando
el flujo magntico con respecto al tiempo. Puede decirse que las
observaciones realizadas por Lenz sobre los resultados
experimentales de Faraday lo condujeron a deducir su ley, con la
cual se puede predecir el sentido de la fem inducida y por ende el
sentido de la corriente inducida en una bobina, como ejemplo,
tenemos la siguiente bobina con ncleo de aire.
Al ir acercando (1) el imn con su polo norte a la bobina, el
flujo magntico va aumentando a travs de la misma, lo cual segn la
ley de Faraday debe generar una fem inducida en la bobina y una
corriente inducida, la cual es detectada por el movimiento de la
aguja hacia la derecha si por el contrario el imn se aleja (2) de
la bobina, el flujo magntico a su travs disminuye, por lo que, la
aguja del microampermetro se mueva hacia la izquierda.
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La explicacin de estos cambios de sentido de la aguja del
microampermetro son dados por la Ley de Lenz: la corriente inducida
aparece en un sentido tal, que se opone a la causa que lo produce.
O sea que, en el caso (1): al ir acercando el imn a la bobina por
su polo norte, e ir aumentando el flujo magntico a su travs, dar
lugar a que se genere una oposicin a este aumento. Esta oposicin
ser a base de otro flujo magntico pero a base de la corriente
inducida originada en la bobina aplicando la regla de la mano
izquierda para bobinas, se tendr que el sentido de la corriente en
(1) ser el indicado en la figura, pues de esta manera el polo norte
generado as en la bobina, se opondr al polo norte del imn. El
sentido de la corriente estar dado por el desplazamiento de la
aguja de microampermetro, pues este instrumento (con cero en el
centro) tiene la caracterstica que la aguja se mueve en el sentido
de la corriente i en circuito, es decir; de negativo a positivo
(este es un mtodo prctico de saber las polaridades de la fuente de
C.D. como una pila o batera). La misma regla de la mano izquierda
se puede aplicar a la bobina (2) y aplicar la Ley de Lenz,
confirmndola de esta manera o de ponerla en prctica, prediciendo de
antemano el sentido en que debe moverse la aguja del
microampermetro. En los experimentos mencionados, se ha visto que
la aguja del galvanmetro o del microampermetro se mueve a la
derecha e izquierda con respecto al cero. Esto se ha dicho, se debe
a que la corriente esta cambiando de sentido, en la bobina y se
esta cambiando de sentido, se debe a que la polaridad de los
extremos de la bobina (como si fueran bornes o extremos de una
pila) esta cambiando conforme al movimiento de la espira o conforme
al tiempo de revolucin de la bobina. Grficamente esto se expresa
as:
Donde: i = es la corriente a travs de la bobina v = voltaje o
diferencia de potencial entre los extremos de la bobina. Como se
ve, la corriente y el voltaje, varan con respecto al tiempo (en
magnitud, as como en polaridad, es decir, se hace positiva y luego
negativa y as sucesivamente).
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Esta grfica representa el voltaje y la corriente alterna, porque
alternan o cambian, dando lugar a la denominacin de corriente
alterna (C.A.). En cambio la corriente continua (C.C) puede cambiar
de magnitud pero no de polaridad, es lo que la distingue de C.A.
pudiendo ser: pulsante y directa. Grficamente sus diferencias se
representan as:
En 1 y 2 tanto i como v, varan en magnitud con respecto al
tiempo, pero no cambian su polaridad. Esta es una C.c. pulsante y
como se ve, puede ser: de media onda (1) y de onda completa (2). En
cambio la (3) nos representa una CC. directa, porque la magnitud no
cambia con respecto al tiempo. MATERIAL CAMPO MAGNTICO Y MOVIMIENTO
DEL ELECTRN EN UN CAMPO MAGNTICO
Espiral rectangular de 180 X 300 cm. de alambre de cobre,
dimetro 26 milsimas de pulgada
Una fuente de poder C.D. de 10 amperes X 12 voltios Brjula
Pndulo con masa ferromagntica. Ojo mgico o tubo electrnico. Una
bobina de 600 espiras. Un ampermetro. Una regla.
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Un vernier. Una fuente de poder C.D. variable a usarse en 3A X
12 V. Cable. Una bobina de 3 mH, 3 ohms y max. I A. Una brjula.
ncleo de fierro. Una fuente de poder 6.3 VCA 400 VCD regulables y
cables. Ncleos de fierro, cobre aire y madera. Una fuente de poder
variable a usarse en 12 V X 3. Cables y limadura de fierro. Una
bobina de 3 mh, 3 ohms y mx I A Una fuente de C.D. regulable a
usarse en 10 amperes por 12 voltios Una masa de fierro. Un
dinammetro.
LEY DE FARADAY Y LEY DE LENZ
2 bobinas de 400 vueltas cada una, 3 ohm, 3mh y mximo 1 Un micro
ampermetro con cero en el centro. Una betera de 1.5 Un ncleo de
fierro en U. Un ncleo recto de fierro. 8 cables caimn-banana. 1
bobina, el mismo micro ampermetro, Un imn cilndrico Brjula. Un
alambre de cobre de 50 cm., calibre 20. Un moto-generador de c.a. a
escala laboratorio. Una batera de 6v. Un eliminador de corriente de
12 v x 3, un multmetro.
PROCEDIMIENTO Actividad 1:
a) Monte el equipo a usar segn dibujo: b) Coloque el
transportador de modo que el extremo correspondiente de la
brjula coincida con el 90. c) Asegrese de que el centro de la
brjula este alineado con el ncleo de
fierro de la bobina y que la distancia que lo separa de la
brjula sea de 25 cm.
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d) Encienda la fuente de C.D., y alimente poco a poco corriente
a la bobina, llenando la siguiente tabla.
I (mA)
Sen
Donde: i = Corriente elctrica en miliampers (mA). = El ngulo de
desviacin de la brjula en grados.
e) Tome 10 lecturas de preferencia de 30 en 30 mA con el
miliampermetro Actividad 2: Utilice el siguiente equipo:
a) Sin usar un ncleo macizo ( entonces ser ncleo de aire )
acerque la
bobina por su hueco segn dibujo, una vez encendido eliminador de
bateras, poco a poco al montn de limadura de hierro, midiendo si
es
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posible la distancia mnima para que la limadura tienda a
levantarse y antela.
b) Ahora introduzca por el hueco de la bobina un ncleo
rectangular de hierro, encienda la fuente y acerque el electroimn
as formado de modo que un extremo del ncleo que casi sale de la
bobina, sea el que acte sobre la limadura de hierro.
c) Acrquelo ms. d) Sin moverlo, apague el eliminador. e)
Encienda y apague otra vez. f) Repita lo anterior, usando ncleo de
madera
Actividad 3: Electroimn con ncleo de hierro.
a) Montar el equipo segn dibujo. b) Que el dinammetro marque
cero de lectura. c) Encienda la fuente de C.D. de modo que el
miliampermetro marque una
corriente constante. d) Comience a tirar lentamente hacia arriba
del dinammetro hasta que se
despegue la masa de hierro, teniendo cuidado de anotar la
lectura que marque el dinammetro.
e) Repita esta prueba 2 veces ms para tomar una lectura promedio
de dinammetro.
f) Ahora alimente ms corriente a la bobina y repita lo anterior,
para llenar la siguiente tabla:
F (Nt) I (mA)
Haga 10 mediciones por lo menos.
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Actividad 4: Demostracin de la Ley de Faraday 1. Utilice las
bobinas conectadas segn el dibujo
a) Una vez conectadas las bobinas y colocadas muy juntas, de
modo que sus
agujeros coincidan entre s, segn se muestra en el dibujo,
conectar la terminal mvil de la bobina B, a la batera de 1.5
voltios.
b) Ahora desconectarla anotando lo que sucedi a la aguja del
microampermetro
c) Introduzca el ncleo de fierro (1) a la bobinas A y B de modo
que se aleje equitativamente entre ellas. Repita el experimento
anterior.
d) Ahora coloque las bobinas A y B en cada rama del ncleo de
fierro (2) segn el dibujo:
e) Conecte la terminal mvil de la bobina B, a la batera, y
desconectarla, f) Por ltimo, cierre el ncleo (2) usando el ncleo
(1) uniendo sus dos ramas
con ste. Repita la prueba, ahora con mucho cuidado!solo toque
brevemente el borne libre de la batera con la terminal mvil!
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Ingeniera Qumica 33
Actividad 5: Demostracin de la Ley de Lenz Use una de las
bobinas anteriores y conectar al microampermetro, segn el
dibujo:
a) Determine cul es el polo norte del imn cilndrico usando la
brjula
enseguida introduzca el polo norte del imn a la bobina. b)
Aplique la Ley de Lenz a este experimento (tome en cuenta que la
aguja se
desplaza en sentido de la corriente a travs del
microampermetro). Aplique la regla de la mano izquierda para
bobinas, para determinar el sentido de la corriente magneto
inducida en la bobina.
c) Use un alambre aislado de 50 cm, pero desnudo de sus extremos
y dblelo a forma de una espira circular y conctelo segn el dibujo
al microampermetro.
d) Psele un imn (cuyos polos han sido identificados) con el polo
norte por su seccin transversal, hacia tras y hacia adelante.
e) Ahora con el mismo alambre, desconctelo y arrllelo en forma
de bobinas segn el dibujo y repita el experimento anterior:
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Motor de corriente continua y Generador de corriente alterna
USO DATOS EXPERIMENTALES Actividad 1:
a) Hacia dnde se desvi la brjula? Se alejo o acerc al ncleo de
fierro? Qu polaridad tiene el extremo del ncleo de fierro ms
cercano a la brjula? Por qu?
b) Graficar Sen vs i en excel
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Actividad 2:
a) A qu distancia lo acerc sin que se le pegara mucha limadura?
b) Al acercar la ms la limadura al imn Qu observo? c) Qu sucedi al
encender y apagar el eliminador?
Actividad 3:
a) Grafique F vs i y obtenga su ecuacin. Actividad 4:
a) Anote las observaciones de los incisos a) y c). b) En el
inciso e) que se observ en el microampermetro, con respecto al
segundo punto? c) Escriba lo que sucede a la aguja del
microampermetro en el inciso f)
Actividad 5:
a) Al determinar cul es el polo norte del imn cilndrico hacia
que sentido se desvi la aguja del microampermetro, as como cuando
lo sac.
b) Se cumpli la Ley de Lenz, al meter y sacar el imn? c) Al
pasar el imn con el polo norte por su seccin transversal, hacia
tras y
hacia adelante. Qu observ en la aguja del microampermetro? d) Qu
le sucedi a la aguja del microampermetro? En el inciso e) e)
Explicar lo observado aplicando la Ley de Faraday y la Ley de
Lenz
INVESTIGACION Definir campo magntico. Definir Ley de Ampere. Qu
es la regla de la mano derecha? De que color es el extremo de la
brjula que apunta al polo norte geogrfico? Investigar cuales son
las partes de un motor generador. Explicar la funcin de cada una de
las partes funcionales de un moto-generador. Cmo saber cuando las
escobillas estn cada una polarizada con el mismo signo o son de
signo variable?
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REPORTE DATOS EXPERIMENTALES
PRACTICA FECHA GRUPO HORARIO EQUIPO
MAESTRO
MEDICIONES EXPERIMENTALES OBSERVACIONES INTEGRANTES DEL EQUIPO
MATRICULA
NOMBRE DE QUIEN LLENO EL REPORTE