Informe N °2 - Circuitos 1 - Luis Peña & Manuel Parra
Informe N °2 - Circuitos 1 - Luis Peña & Manuel Parra
Informe N °2 - Circuitos 1 - Luis Peña & Manuel Parra
Facultad de Ingeniería
Departamento de ciencias aplicadas y Humanísticas
Laboratorio de Física General
Mérida estado Mérida
RESUMEN
Un circuito es una red electrónica que contiene al menos una trayectoria cerrada. Un circuito
consiste de fuentes, componentes lineales como resistores, condensadores e inductores y
elementos de distribución como líneas de transmisión o cables. Fue de interés particular en la
experiencia el estudio de las resistencias y de las distintas asociaciones en las que se pueden
disponer un conjunto de las mismas en un circuito. En éste sentido, se verificó
experimentalmente que en un circuito resistivo la resistencia equivalente de una asociación en
serie está dada por la suma de los valores de las resistencias y que para una asociación en
paralelo la resistencia equivalente está dada por el inverso de la suma de los recíprocos de las
resistencias. Seguidamente, se encontró que los valores de las resistencias indicados por el
código de color discrepan en menos del 5% en relación al valor medido a través de un
multímetro. De manera similar, se encontró que las magnitudes de las resistencias
proporcionadas por la cada decádica fueron exactas. Por otra parte, empleando una resistencia
variable, se realizó el montaje de un circuito resistivo donde se verificó que es un material que
sigue la relación descrita por la ley de ohm. De manera similar, se concluyó que es posible
emplear el reóstato como un potenciómetro para regular la diferencia de potencial entregada
como una fuente de poder.
Introducción
Los hilos conductores: Éstos son los elementos por los que circula la corriente eléctrica.
De acuerdo a su comportamiento en relación a la capacidad de permitir una mayor o
menor circulación de la corriente a través ellos, se dividen en tres tipo de materiales:
1. Conductores: Materiales que debido a su estructura atómica, permiten el paso
de la corriente eléctrica, ofreciendo poca o ninguna resistencia al flujo de
electrones. Los metales son ejemplos de buenos conductores.
2. Semiconductores: Materiales que debido a su estructura atómica, permiten
parcialmente el paso de la corriente eléctrica, mejor que un aislante, pero peor
que un conductor. Pueden ofrecer mucha resistencia a la corriente o
prácticamente ninguna, según nos interese. Los diodos y transistores son
ejemplos de semiconductores.
3. Aislantes: Materiales que debido a su estructura atómica, impiden el paso de la
corriente eléctrica, ofreciendo mucha resistencia al flujo de electrones. La madera
y el plástico son ejemplos de aislantes.
Resistencia eléctrica: Se define como la mayor o menor oposición que presentan los
cuerpos al paso de la corriente eléctrica. Es decir, la dificultad que opone un conductor al
paso de la corriente eléctrica. Se representa por “R” y su unidad es el Ohmio (Ω ). Según
Chourio et, al (2003) existen resistencias variables denominadas reóstatos, las cuales
están constituidas por un conductor arrollado sobre un núcleo de cerámica u otro
material aislante sobre el cual puede deslizarse un contacto móvil. El contacto móvil
permite hacer que la corriente circule por un número mayor o menor de espiras del
conductor arrollado, permitiendo así aumentar o disminuir la resistencia. El reóstato
también es posible emplearlo como un divisor de corriente o potenciómetro, el cual
permite regular el voltaje que entrega la fuente de poder, útil cuando se necesita un
voltaje pequeño y la fuente sólo entrega un voltaje fijo.
En un circuito las resistencias pueden asociarse de tal forma que en conjunto equivalgan
al valor de otra resistencia denominada resistencia equivalente. Las distintas disposiciones en las
que se pueden posicionar las resistencias en un circuito pueden representar dos tipos de arreglos
particulares, arreglo en serie y en paralelo. (Serway & Beichner, 2002).
Finalmente, es idóneo hacer mención sobre los instrumentos que se emplean para
determinar las magnitudes medibles en un circuito. Huertas (s/f) menciona los siguientes
instrumentos:
Amperímetro: Se emplea para medir la intensidad de la corriente. Se debe conectar en
serie.
Voltímetro: Se emplea para medir las diferencias de potencial o tensiones eléctricas entre
dos puntos de un circuito. Se debe conectar en paralelo.
Óhmetro: Se emplea para medir la resistencia. El circuito no puede tener ninguna tensión
(diferencia de potencial) aplicada
Multímetro: Es un instrumento de medida múltiple que permite medir diferencias de
potencial en voltios, resistencias en ohms y corrientes en miliamperios. (Chourio et, al,
2003)
Objetivos
Metodología Experimental
Equipo empleado:
Fuente de poder AC.
Voltímetro.
Amperímetro.
Multímetro.
Reóstato.
Panel de resistencias.
Resistencia de 100 ohms.
Caja decádica de resistencias.
Cables.
Parte A. Medidas de resistencias:
Utilizando el panel de resistencias se escogieron arbitrariamente cuatro de las mismas
para calcular su valor a partir del código de colores. Se procedió posteriormente a la
verificación de los valores calculados empleando un multímetro como Óhmetro.
Se conectaron las cuatro resistencias escogidas en serie y se determinó su resistencia
equivalente empleando el multímetro. Seguidamente, se conectaron las mismas
resistencias en paralelo y se determinó su resistencia equivalente empleado
nuevamente el multímetro como Óhmetro.
Se empleó una caja decádica marca PASCO en la cual se fijaron aleatoriamente cuatro
valores de resistencias que se compararon con la lectura arrojada por el multímetro.
RV
+ -
E
E Rv A
-
R V
2 rojo 2
(62,0 ± 3,23 %
marró (60 ± 5).10 Ω
R5 3 10 1 0,3).10Ω
n
4 oro 5%
1 verde 5
2 azul 6
(5,5 ± 0,5).10 1,79 %
(56 ± 3).100 Ω
R1 3 negro 10 0
Ω
4 oro 5%
1 azul 6
2 gris 8
(68 ± 3).100 Ω (7,0 ± 0,5).10 2,94 %
R2 3 negro 10 0
Ω
4 oro 5%
Re = R3 + R5 + R1 + R2
Re = (85 + 600 + 55 + 70) Ω = 810 Ω
ΔRe = (5 + 50 + 5 + 5) Ω = 65 Ω
Re = (810 ± 65) Ω
1 1 1 1 1
Re R3 R5 R1 R 2
Re = 21, 787 Ω
1 1 1 1 1
Re R3 R5 R1 R 2
1 1 1 1 1 31
Re 1, 6 2
Re 5 50 5 5 50
Re = (22 ± 2) Ω
Tabla 2. Mediciones de las resistencias de la caja decádica
Resistencia Valo Caja decádica Medición con
s r Pasco Multímetro
R 106 6
(10 ± 10000) Ω (100 ± 5)10000 Ω
R 104 (104 ± 100) Ω (10 ± 1)1000 Ω
R5 620 (620 ± 6) Ω (60 ± 5)10 Ω
R1 56 (56 ± 1) Ω (5,5 ± 0,5)10 Ω
Rmin ima
IV VI
(0,054)(0,2) (2,6)(0,005)
8,1618 8
I 2
0,054 2
Nota: De forma similar se realizó el cálculo para la resistencia mediana y máxima.
Tabla 4. Resultados del uso del reóstato como potenciómetro
Resistencia corriente voltaje Valor de la resistencia con Valor de la resistencia
multímetro calculado
mínima (65 ± 5) mA (6,4 ± 0,2) V ( 3 ± 0,5 ).10 Ω (98 ± 11) Ω
mediana (25 ± 5) mA (2,8 ± 0,2) V ( 17 ± 1).10 Ω (112 ± 30)Ω
máxima (5 ± 5) mA (1,0 ± 0,2) V (30 ± 2).10 Ω (200 ± 240)Ω
Rmin ima
IV VI
(0,065)(0,2) (6,4)(0,005)
10,65 11
I 2
0,065 2
Nota: De forma similar se realizó el cálculo para la resistencia mediana y máxima.
A partir de los datos recabados en la tabla 1, se observa que los valores de las cuatro
resistencias medidas con el Óhmetro discrepan ligeramente de los valores calculados en función
del código de colores de cada una de ellas. La discrepancia obtenida está dentro del rango de
tolerancia según el código de colores, de allí que se asuma que las mediciones realizadas fueron
exactas. Se atribuye la exactitud de la medición a la correcta calibración del multímetro.
En relación a los valores reportados en la tabla 2 para las resistencias equivalentes de las
asociaciones en serie y en paralelo, se obtuvo de manera congruente con las mediciones
anteriores valores dentro del rango del error teórico calculado para ambos casos. La mayor
diferencia obtenida para la asociación en serie, se atribuye a que en el cálculo teórico se asume
que los cables conductores ofrecen una resistencia de cero ohmios lo cual en la práctica no es
cierto. Lo anterior se fundamento en la ecuación (6), la cual describe que la resistencia de un
material depende tanto de su geometría como de su resistividad, y debido a que en la conexión
en serie la corriente recorre una única y más larga trayectoria, la resistencia ofrecida por los hilos
conductores ya no es despreciable. En el caso de la asociación en serie, el valor medido fue
exacto y preciso, esto se atribuye a que en éste tipo de conexiones la corriente posee un mayor
número de vías para recorrer y debido a la disposición del arreglo la trayectoria de recorrido
resulta más corta, lo cual representa una menor resistencia proporcionada por los hilos
conductores, siendo la misma despreciable para ésta medición.
En lo que respecta a los valores de las resistencias de la caja decádica marca PASCO,
se encontró que los valores medidos con el multímetro correspondían y estaban dentro del
rango de error proporcionado por el fabricante (1%) para cada una de las magnitudes escogidas.
Se comprobó así que la magnitud de las resistencias proporcionadas por la caja decádica fueron
valores exactos.
En relación al uso del reóstato como resistencia variable, se encontró que el mismo se
comporta como un material óhmico respondiendo a la relación descrita por la ley de ohm. De los
valores reportados en la tabla 3, se observa que al incrementar el valor de la resistencia la
diferencia de potencial aumenta y el valor de la intensidad de corriente disminuye. La diferencia
entre el valor medido y el teóricamente calculado de la resistencia variable se le atribuye a la
disposición en serie en la cual se conecto la misma. Como se mencionó anteriormente, en una
disposición en serie la resistencia ofrecida por los hilos conductos no es despreciable.
Finalmente, a partir de los valores reportados en la tabla 4, se observa que el reóstato fue
capaz de funcionar como un potenciómetro regulando la diferencia de potencial entregada por la
fuente de poder y disminuyéndola antes de ser entregada al circuito. En éste caso el valor de la
resistencia medida discrepó ampliando con el valor teórico calculado y esto se puede atribuir
directamente a la relación lineal entre el valor de la resistencia y la temperatura que describen
Serway & Beichner (2002). Es factible pensar en lo antes mencionado debido el reóstato se
empleó en dos partes distintas de la experiencia de manera continua lo cual pudo incrementar su
temperatura.
Conclusiones
Los valores de las resistencias medidos con el Óhmetro fueron exactos al presentar una
discrepancia menor al 5% en relación a su valor indicado por el código de colores.
Se verificó que la resistencia equivalente para un conjunto de resistencia conectadas en
serie es igual es la suma de los valores de cada una de las resistencias.
Se verificó que la resistencia equivalente para un conjunto de resistencias conectadas en
paralelo, está dado por el inverso de la suma de los recíprocos de cada una de las
resistencias.
Se encontró que para un conjunto de resistencias en serie, la resistencia ofrecida por los
hilos conductores no es despreciable.
Las magnitudes de las resistencias proporcionadas por la caja decádica fueron exactas.
El reóstato es una resistencia variable que sigue la relación descrita por la ley de ohm.
Es posible regular la diferencia de potencial entregada por una batería empleando un
reóstato como potenciómetro.
Referencias
Chourio, M. Rueda F. y Sagredo V. (2003). Fundamentos para el Laboratorio de Física.
Mérida: Universidad de Los Andes.
Huertas, A. (s/f). Circuitos eléctricos. Recuperado el 16 de octubre del 2016 desde:
http://www.edu.xunta.gal/centros/iesfelixmuriel/system/files/4-elctri_repaso.pdf
Serway , R., Beichner, R. (2002). Física para ciencias e Ingeniería Tomo I, Quinta edición.
México: McGraw-HILL/ INTERAMERICANA EDITORES, S.A DE C.V