Estudio de circuitos eléctricos y la aplicación de leyes fundamentales de la electricidad

PRACTICA No.2

DC - APLICACIÓN DE LA CORRIENTE DIRECTA

Universidad de San Carlos, Facultad de Ingeniería Departamento de Electrónica

Laboratorio de Eléctrica 1 Sección I

2011-22967 Diego Armando Ren Canil

2011-13879 Vincen Leonardo Peña  Abrego

2011-14788 Edwin Haroldo Cojón Chitay 2011-13885  Kevin Adolfo Romero Tarax

GRUPO 3

Introducción

El presente informe, en base a lo realizado en la Práctica, se vio conceptos muy  importantes  para  un  circuito, como lo son la ley de ohm que en compañía de las leyes de Kirchhoff del voltaje y la corriente conforman 3 leyes que son fundamentales en el estudio de la electricidad. El conociendo de estas leyes  es  muy  importante  ya  que  estas  conforman el marco dentro del cual el resto de la electrónica se establece.

Es de suma importancia notar que estas leyes no se aplican en todas las condiciones, pero  definitivamente  se  aplican  con gran precisión en alambres los cuales son usados para conectar entre sí la mayor parte de las partes electrónicas dentro de un circuito.

1. OBJETIVOS

General

Comprobar que cada uno de los métodos empleados para la resolución del circuito muestra resultados certeros sobre las mediciones realizadas  experimentalmente.[pic 1]

Específicos

• Comprobar que los voltajes y las Corrientes obtenidas por medio del método de Mallas son semejantes a los obtenidos a través de la medición experimental del circuito.

1. MARCOTEÓRICO[pic 2]

Leyes para Resolución de  Circuitos.

Al momento de resolver un circuito se pueden presentar diversas dificultades en algunos casos para poder encontrar una caída de potencial, una corriente específica, el voltaje que afecta a cierto componente electrónico, en fin, hay diversos factores que están involucrados, por ello a continuación detallaremos las leyes más utilizadas para la resolución de    los circuitos, más que leyes son herramientas útiles para facilitarnos entender cómo es que funciona el circuito a analizar.

Ley de Ohm.

Esta ley relaciona los tres componentes que influyen en una corriente eléctrica, como son la intensidad (I), la diferencia   de potencial o tensión (V) y la resistencia (R) que ofrecen    los materiales o conductores.

La Ley de Ohm establece que "la intensidad  de  la  corriente eléctrica que  circula  por  un  conductor  eléctrico  es directamente proporcional a la diferencia de potencial aplicada e inversamente proporcional a la resistencia del mismo”, se puede expresar matemáticamente en la siguiente fórmula o ecuación:

Demostrar la variación en el valor de las resistencias   con el código de colores y la medición experimental de las mismas.[pic 3]

Comprobar que los voltajes y las Corrientes obtenidas por medio del método de Nodos son semejantes a los obtenidos a través de la medición experimental del circuito.[pic 4]

V

I =[pic 5]

R

Donde, empleando unidades del Sistema internacional de Medidas, tenemos que:

I = Intensidad en Amperios (A).[pic 6]

V  = Diferencia de potencial en Voltios   (V).[pic 7]

R = Resistencia en ohmnios  (Ω).[pic 8]

[pic 9]

En los circuitos de alterna senoidal, a partir del concepto   de impedancia, se ha generalizado esta ley, dando lugar a la llamada ley de Ohm para circuitos recorridos por corriente alterna, que indica:

V

I =[pic 10]

Z

Triangulo de Ohm.

Este  ingenioso  triángulo,  nos  hace  muy  fáciles  todas  las conversiones posibles de la ley de Ohm, la cual como  todos sabemos trata  de  la  relación  entre  la  tensión  (V ) y la corriente (I) ; en un conductor ideal indicando que la diferencia de potencial (voltaje) a través de un  conductor  ideal es proporcional a  la  corriente(intensidad)  a través de él, siendo la constante de proporcionalidad lo que llamamos “resistencia”, R.[pic 11]

[pic 12]

Las conversiones posibles de Ley de Ohm están dadas por estas tres fórmulas:

[pic 13]

Como puede comprobarse en el triángulo si  queremos  saber cuál es la tensión en voltios, la intensidad (I) y la resistencia aparecen abajo juntos por lo que tendremos que multiplicar, mientras que si queremos calcular la Intensidad  en Amperios observamos que V (tensión) está arriba  y  R (esta abajo) por lo que tendremos que dividir ambos. Por último, lo mismo ocurre con la resistencia en la que aparece   la V de tensión arriba e Intensidad abajo lo cual nuevamente significa que habrá que dividir ambas en ese  orden.

Leyes de Kirchhoff

Las leyes (o Lemas) de Kirchhoff fueron formuladas por Gustav Kirchhoff en 1845, mientras aún era estudiante. Son muy utilizadas en ingeniería eléctrica para obtener los valores de la corriente y el potencial en cada punto de un circuito eléctrico. Surgen de la aplicación de la ley de conservación   de la energía.

Ambas leyes de circuitos  pueden  derivarse  directamente de las ecuaciones de Maxwell, pero Kirchhoff precedió a Maxwell y gracias a Georg Ohm su trabajo fue generalizado. Estas leyes son muy utilizadas en ingeniería eléctrica e ingeniería electrónica para hallar corrientes y tensiones en cualquier punto de un circuito  eléctrico.

Primera Ley de  Kirchhoff

Esta ley también es llamada ley de nodos o primera ley de Kirchhoff y es común que se use la sigla LCK para referirse    a esta ley.

En un circuito eléctrico, es común que se generen nodos    de corriente. Un nodo es el punto  del  circuito  donde  se  unen más de un terminal de un componente eléctrico. Si lo desea pronuncie “nodo” y piense en “nudo” porque esa es precisamente la realidad: dos o más componentes se unen anudados entre sí (en realidad soldados entre sí). En la figura  1 se puede observar el más básico de los circuitos de CC (corriente continua) que contiene dos nodos.

La ley de corrientes de Kirchhoff nos dice   que:

“En cualquier nodo, la suma de las corrientes que entran en ese nodo es igual a la suma de las corrientes que salen.   De forma equivalente, la suma de todas las corrientes que pasan por el nodo es igual a  cero.”

[pic 14][pic 15]

Esta fórmula es válida también para circuitos   complejos:

La ley se basa en el principio de la  conservación de la carga donde la carga en couloumbios es el producto de la corriente en amperios y el tiempo en   segundos.

Por definición, un nodo es un punto de una red eléctrica    en el cual convergen tres o más conductores. Esta primera    ley confirma el principio de la conservación de las cargas eléctricas.

Segunda Ley de  Kirchhoff

Esta ley es llamada también segunda ley de Kirchhoff, ley de lazos de Kirchhoff o Ley de Mallas de Kirchhoff (es común que se use la sigla LVK  para referirse a esta    ley).

Cuando un circuito posee más de una batería y varios resistores de carga ya no resulta tan claro como se establecen las corrientes por el mismo. En ese caso es de aplicación la segunda ley de kirchoff, que nos permite resolver el circuito con una gran  claridad.

La segunda ley de Kirchhoff nos dice   que:

“En un lazo cerrado, la suma de todas las caídas de tensión es igual a la tensión total suministrada. De forma equivalente, la suma algebraica de las diferencias de potencial eléctrico  en un lazo es igual a  cero.”

[pic 16]

En un lazo cerrado, la suma de todas las caídas de tensión es igual a la tensión total suministrada. De forma equivalente, la suma algebraica de las diferencias de potencial eléctrico    en un lazo es igual a  cero.

De igual manera que con la corriente, las tensiones también pueden ser complejos, así:

Esta ley se basa en la conservación de un campo potencial de energía. Dado una diferencia de potencial, una carga que  ha completado un  lazo  cerrado  no  gana  o  pierde  energía  al regresar al potencial inicial. Esta ley es cierta incluso cuando hay resistencia en el circuito. La validez de esta ley puede explicarse al considerar que una carga no regresa a      su punto de partida, debido a la disipación de energía. Una carga simplemente terminará en el terminal negativo, en vez del positivo. Esto significa que toda la energía dada por la diferencia de potencial ha sido completamente consumida por la resistencia, la cual la transformará en  calor.

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