MECANICA “Circuitos de Resistencia en Serie y en Paralelo”

[pic 1][pic 2][pic 3]

[pic 4][pic 5]

[pic 6]

[pic 7]

1.  RESUMEN

En la sesión número dos del laboratorio “Circuitos de Resistencia en Serie y en Paralelo” se trabajó con un conjunto de tableros de conexión y resistencias a fin de constatar experimentalmente la ley de Ohm y de comprobar las ecuaciones de resistencia cuando están conectados en serie y en paralelo. Para ello se construyeron tres tableros de conexión diferentes, para los cuales se utilizaron un multímetro para él voltaje, un amperímetro, una fuente de alimentación 0-30V CC y las resistencias correspondientes. Primeramente, para la demostración de la ley de Ohm, se montó un circuito con una resistencia de 100 ohm. Cada componente del circuito debía ser revisado para evitar incongruencias con las cargas o cortocircuitos. Una vez que se aseguraba de que todo estaba bien, se suministraba un voltaje variado desde 0 hasta 10 V, de 1 en 1 voltio, para registrar los valores de corriente en el circuito.

Para la segunda parte, se construyó, un circuito de tres resistencias (R1: 47, R2:100, R3: 470) alineadas en serie donde también se utilizó el multímetro y el amperímetro. Para armarlo se tomó en cuenta la representación gráfica que el manual de laboratorio mostraba. Una vez que se comprobó que cada componente del circuito estaba debidamente colocado, se realizó los cálculos pertinentes para encontrar los valores teóricos del circuito y así poder completar las tablas correspondientes a cada paso. Luego de eso se encendía la fuente de alimentación, la cual ya había sido ajustada a 14 voltios, y de esa manera se midió la corriente que pasaba por cada una de las resistencias.

Para la tercera parte del laboratorio, se construyó otro circuito de tres resistencias (R1: 100, R2:470, R3: 1K), esta vez alineadas en paralelo. Igual que en los dos circuitos anteriores, se realizó los cálculos para encontrar los valores teóricos. Después de asegurarse de que todas las conexiones estaban debidamente conectadas, se encendía la fuente de alimentación, que también estaba regulada a 14 voltios y de esa manera medir la corriente que pasaba por cada una de las resistencias.

1. INTRODUCCIÓN

Por naturaleza el ser humano ansia de conocimientos que le permitan adaptarse al cambio constante de su habitad, para ello ha desarrollado habilidades producto de experimentos que hacen de su vivencia algo más sencillo. Los fenómenos eléctricos relacionados con cargas  en movimientos, fueron centro de atención por el humano que lo condujo a numerosos descubrimientos como los circuitos en serie y paralelo. En realidad, en cada instante nos relacionamos con hechos de naturaleza eléctrica, y nuestro modo de vida depende mucho de las técnicas y aparatos eléctricos modernos.

En la segunda práctica de laboratorio los propósitos radicaron en comprobar experimentalmente la ley de Ohm, esto con ayuda de los materiales necesarios para tener un resultado satisfactorio, así mismo el de investigar que materiales obedecen a la ley antes mencionada. Además, se tiene que verificar experimentalmente las ecuaciones de resistencia cuando se conectan en serie, asi como aplicar las ecuaciones de resistencia conectadas paralelamente en circuito sencillo dentro del laboratorio. Y por último, combinar los conceptos de resistencias en serie y paralelo para luego aplicarlo a circuitos mixtos de resistores.

Para producir una corriente eléctrica en un circuito se requiere una diferencia de potencial según (Serway, 2009). Una forma de producir una diferencia de potencial a lo largo de un alambre es conectar sus extremos a las terminales opuestas de una batería, fue Georg Simón Ohm (1787 −1854) quien estableció experimentalmente que la corriente en un alambre metálico es proporcional a la diferencia de potencial V aplicado a sus dos extremos.  

 Según (Fowler, 1994) exactamente cuán grande es la corriente en un alambre depende no sólo del voltaje, sino también de las resistencias que el alambre presenta al flujo de electrones, Es por esto que cuanto mayor sea  esta resistencia, menor será la corriente para un voltaje dado V. Entonces se define la resistencia eléctrica de modo que la corriente es inversamente proporcional a la resistencia, es decir:[pic 12][pic 13]

[pic 14]Como se mencionó anteriormente Ohm encontró experimentalmente que en los conductores metálicos, R es una constante independiente de V. Pero R no es una constante para muchas sustancias distintas a los metales, ni para dispositivos como diodos, tubos de vacío, transistores, y algunos otros (Montiel, 2004).

Por lo tanto, la “ley” de ohm no es una ley fundamental, sino más bien una descripción de ciertas clases de materiales: los conductores metálicos. Se dice que los materiales y los dispositivos que no siguen la ley de ohm (R= constante) son no óhmicos, a como se muestra en la figura 1.[pic 15]

Se toma en cuenta que la resistencia es la medida que ofrece una oposición al flujo de la corriente eléctrica de un circuito, su unidad de medida es en ohmio y esta se opone al paso de la corriente.

 Según (Gonzáles, 2002)  tomando como base la ley de Ohm las resistencias se pueden agrupar  en serie, a como se muestra en la figura 2, donde n resistores están conectados en serie cuando forman un camino cerrado, es decir cuando están conectados uno a continuación del otro y en caso que se retire  uno de ellos el camino queda abierto. La resistencia total de varios resistores conectados en serie será igual a la suma de cada uno de ellos y a mayor número de la resistencia mayor será la oposición al paso de la corriente.[pic 16][pic 17]

Mientras tanto cuando los resistores están conectados en paralelo a como se muestra en la figura 3, cuando se une uno de cualquiera de los terminales de un resistor con un terminal cualquier de otro resistor y los terminales sobrantes se unen entre ellos. En este caso tendremos que aunque se elimine uno de estos resistores el camino sigue cerrado. La resistencia total será igual a la inversa de la suma de los inversos de cada resistor (Gonzáles, 2002).[pic 18][pic 19]

Se tiene que tomar en cuenta que el conocimiento de este tema de  vital importancia en la industria ya que una instalación con pequeño factor de potencia dispone de menor energía, es por esto que se tiene que llevar el control y mantenimiento de las maquinarias industrializadas,  Esto conlleva a la inspección y a las distintas pruebas, siempre con la finalidad de garantizar  que los productos sean de conformidad con las distintas normas de calidad, así como la obtención del buen desempeño en el  proceso productivo (García, 1998).

Las ecuaciones empleadas en este laboratorio son las siguientes:

[pic 20]

[pic 21]

 (3)[pic 22]

 [pic 23]

1. METODOLOGÍA

Demostración de ley de Ohm

Con ayuda de un tablero de conexiones se procedió a construir un circuito en serie (imagen), al cual se le inserto una resistencia de 100 ohm, al tablero de conexión se le conecto una fuente de alimentación de 0 a 20 V y un multímetro para medir la intensidad. Se encendió la fuente de alimentación y se varió el voltaje de 1 en 1 hasta llegar a los 10 V, con cada variación se anotaban los resultados y un miembro del equipo realizaba la ecuación de la ley de Ohm para hallar la intensidad.

Finalizado el punto anterior, se fijó el voltaje de la fuente de alimentación en 8 V, y se cambiaba la resistencia, en cada cambio de resistencia con ayuda de un multímetro se observaba la intensidad media y se registraba, paralelamente un integrante del grupo calculada la intensidad empleando la ley de Ohm.

Resistencia en serie

Empleando un tablero de conexiones, se construyó un circuito de 2 resistencias (de 47 Ω) en serie, a la que se le conecto una fuente de alimentación ajustada a 14 voltios, y un multímetro fijado en corriente directa para medir la corriente que pasa en cada resistencia y el total. Finalizado esta actividad, se procedió a cambiar las resistencias por su equivalente (100Ω) y con ayuda de un multímetro se observó el valor de la resistencia; de forma contemporánea un integrante del equipo realizaba los cálculos de forma manual para los valores teóricos.

Resistencias en paralelo

Usando un tablero de conexiones, se construyó un circuito de dos resistencias en paralelo (47 Ω), se le conecto a una fuente de alimentación ajustada a 14 V, y un multímetro fijado en corriente directa para medir la corriente que pasa por cada una de las resistencias. Finalizada esta parte, se cambiaron las resistencias por el equivalente (100Ω), se volvió a medir el voltaje y la intensidad total en el circuito, todos los valores se anotaron en la tabla correspondiente, juntos con los valores teóricos que un integrante del equipo había calculado.

En cada cambio de resistencia o de actividad se aplicaban las medidas de seguridad como apagar la fuente de alimentación, desconectar el cable positivo del circuito y al finalizar todas las actividades desconectar todos los equipos y componentes, dejarlos en su lugar y ordenar el puesto de trabajo.

1. DISCUSIÓN Y RESULTADOS.

TABLA 1 Intensidad de la corriente con voltaje variable.

...