C.E.C.y.T. CUAUHTEMOC ACADEMIA DE FÍSICA LABORATORIO DE FÍSICA III. 2021 Práctica 9. I.-NOMBRE: AGRUPAMIENTO DE RESISTORES. II.-OBJETIVOS: Durante el desarrollo de la práctica el alumno: a) Reproducirá los fenómenos físicos relativos a la práctica. b) Por medio de mediciones, comprobará las mediciones características, para cada agrupamiento elemental de resistores. c) Aplicará la teoría elemental de los circuitos serie y paralelo a un circuito mixto para él cálculo de tensiones y corrientes, y medirá dichas cantidades. III-CONSIDERACIONES TEORICAS. Cuando en un circuito eléctrico se requiere una resistencia especifica y no se cuenta con un resistor que tenga tal resistencia; se pueden emplear un conjunto de resistores con valores aproximados, agrupando dichos resistores a fin de obtener una resistencia, igual o de valor cercano a la especificada. Hay tres formas de agrupar resistores: Serie, Paralelo y Mixto. AGRUPAMIENTO SERIE. Se agrupan resistores en serie cuando se requiere una resistencia mayor que cualquiera de los valores de resistencia presentes. La conexión del agrupamiento es un resistor a continuación del otro, dando a la corriente precedente de una fuente, una sola trayectoria para su circulación, como se muestra en la figura 1: a R1 b R2 d R3 c Figura 1 CARACTERISTICAS ELECTRICAS DEL AGRUPAMIENTO EN SERIE. La resistencia equivalente del agrupamiento se puede calcular con la expresión: R t = R 1 + R 2 + R 3 + ... + R n Cuando se aplica una diferencia de potencial en los extremos del agrupamiento (AB), la corriente que circulará por cada resistor por cada resistor es la misma y se puede calcular con la expresión: It = V = I1 = I 2 = I 3 = ... = I n Rt Por lo que respecta a la diferencia de potencial aplicada, en cada resistor se producirá una corriente que al multiplicarse por el valor de la resistencia causará una caída de potencial. La suma de todas las caídas de potencial presentes será igual a la diferencia de potencial aplicada, lo que se expresa a continuación: Vt = V1 + V2 + V3 + ... + Vn AGRUPAMIENTO PARALELO. Se elige este agrupamiento cuando se requiere una resistencia cuyo valor es menor que el de cualquiera de los resistores disponibles. La conexión consiste en reunir una de las terminales de cada resistor asociado, en un punto común denominado nodo y las terminales libres llevarlas a otro nodo, puntos en los que se conectara la fuente de alimentación. Este agrupamiento permite mas trayectorias a la corriente y por lo tanto menos oposición a su paso; de esto se deriva una resistencia equivalente menor que la menor del agrupamiento. La conexión se muestra en la figura 2. R3 R2 R1 B A Figura 2. CARACTERISTICAS DEL AGRUPAMIENTO PARALELO. Se puede deducir que la resistencia equivalente del agrupamiento se calcula con la ecuación: 1 Rt = 1 1 1 1 + + + ... + R1 R 2 R 3 Rn La corriente como ya se dijo tiene varias vías, por lo que la corriente procedente de la fuente es igual a la suma de las corrientes que atraviesan cada resistor. Esto matemáticamente se representa como: V I= = I1 + I 2 + I 3 + ... + I n Rt Por ultimo, como la fuente de alimentación se conecta a los nodos, podemos quitar cualquier resistor y la diferencia de potencial en los demás resistores sigue siendo la misma. De loAque se establece la ecuación: Vt = V1 = V2 = V3 = ... = Vn AGRUPAMIENTO MIXTO O SERIE-PARALELO. Este agrupamiento se ideo para necesidades donde ninguno de los agrupamientos conocidos los satisfacen completamente; en los análisis, se pueden se pueden emplear las seis ecuaciones establecidas, solo que inicialmente, hay que seleccionar los circuitos para reducirlos a un agrupamiento en serie o uno en paralelo. Un agrupamiento de este tipo se muestra en la figura 3. R3 R2 R1 B A Figura 3. Como en esta práctica trabajaremos con resistencias comerciales y los valores de estas se muestran con un conjunto de franjas de colores, es necesario conocer el código de colores para las resistencias y a través de él conocer el valor de la resistencia con que experimentamos. El código aparece en la tabla 1. Para obtener el valor de una resistencia procederemos de la siguiente manera: 1 2 3 4 Figura 4 Suponga que la figura cuatro es un resistor y quiere saber el valor de su resistencia. Lo primero que hará, será traducir los colores de las franjas 1 y 2, los que representan los dos primeros dígitos del valor buscado; suponga también que son café y negro, por lo que tendrá, según el código (10) diez. Supongamos de nuevo que la tercera franja es de color naranja, lo que corresponde a tres según el código de la tabla, este es el exponente del multiplicador, base 10, por el que hay que multiplicar los dos primeros dígitos, por lo que ahora el valor es 10x10 3. Las resistencias se fabrican en serie, por lo que hay una tolerancia en su valor, numero que corresponde a la cuarta franja; vuelva a suponer que la cuarta franja es de color dorado, con lo que el valor definitivo de la resistencia es: R = 10x10 3 5% IV-MATERIAL Y EQUIPO EMPLEADOS. i. ii. iii. iv. v. vi. Un tablero de conexiones eléctricas Una fuente de alimentación de V.C.D. Un multímetro analógico Un multímetro digital Un amperímetro analógico Cables para conexión Color Negro Café Rojo Anaranjado Amarillo Verde Azul Violeta Gris Blanco Dorado Plata Sin banda Digito correspondiente al color 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Multiplicador por color 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 Tolerancia 5% 10% 20% Tabla 1. V-DESARROLLO DE LA PRÁCTICA. EXPERIMENTO 1. VERIFICACIÓN DE ALGUNAS CARACTERÍSTICAS DEL AGRUPAMIENTO DE RESISTORES EN SERIE. A) Utilizando el código de colores, determine la resistencia eléctrica de cada uno de los resistores del tablero. Anote su valor en la tabla 2. R1 R1 R2 R2 R3 R3 Resistor R1 R2 R3 R medida R calculada Tabla 2. R4 R5 Rab B) Mida con el multímetro cada resistencia de la misma tablilla y registre su valor en la tabla 2. (Del multímetro utilice la escala de resistencias) C) Arme el circuito de la figura 1, sin considerar la fuente, utilizando los resistores de menor valor y mida con el multímetro la resistencia total entre los puntos A y B. Regístrelo en la tabla 1. D) Calcule la resistencia equivalente del agrupamiento y regístrelo en la tabla 2. Conteste: 1 ( ) Según la medición efectuada en el inciso C y él calculo en D, la resistencia equivalente de un agrupamiento serie de resistores es: a) la suma de las elementales b) igual que la mayor c) menor que la menor d) igual que la menor E) Construya el circuito de la figura 5. b R2 c R1 R3 d a ξ Figura 5. F) Cierre el interruptor y registre las corrientes que atraviesan los medidores I1 = _________ A I2 = _________ A Conteste: 1 ( ) En un agrupamiento de resistores en serie, la corriente en los elementos es: a) mayor en los menos resistivos b) igual en todos c) mayor en los más resistivos d) menor en los más resistivos G) Con el voltímetro mida la diferencia de potencial entre los puntos: a y b: c y d :a y d. Regístrelos. b R1 a b R2 c c R3 d a d Vab = __________V Vbc = __________ V Vcd = __________ V Vad = __________ V Sume las diferencias de potencial entre: a y b: b y c: c y d, y registre. Vab+Vbc+Vcd = _________V. Conteste: 1 ( ) De acuerdo con las mediciones hechas en el inciso G, en el agrupamiento en serie: a) Vad = Vab = Vbc = Vcd b) Vab = Vb = Vcd c) Vad = Vab + Vbc − Vcd d) Vad = Vab + Vbc + Vcd EXPERIMENTO 2. VERIFICACIÓN DE ALGUNAS CARACTERÍSTICAS DE LOS AGRUPAMIENTOS DE RESISTORES EN PARALELO. A) Arme el circuito de la figura 2, sin considerar la fuente, utilizando los resistores en la tablilla de menor valor y mida con el multímetro la resistencia total entre los puntos A y B. Regístrela A B Medida RAB = _________ Calculada RAB = _________ B) Calcule la resistencia equivalente del agrupamiento y regístrela. Conteste: 1 ( ) La medición en a y el cálculo en b muestran que la resistencia equivalente del agrupamiento es: a) Mayor que la mayor presente b) Menor que la menor presente c) La suma de las presentes d) Igual a la mayor C) Construya el circuito de la figura 6. a R1 b c R2 d e R3 d A B Figura 6. D) Encienda la fuente, y registre las corrientes que atraviesan los medidores, It e I3 It = ________ A I3 = _________ A E) Apague la fuente, desconecte los amperímetros y colóquelos en serie con los resistores R1 y R2, que corresponden con los circuitos punteados en la figura 5. Encienda la fuente y registre las corrientes que circulan por R1 y R2. I1 = _________ A I2 = _________ A F) Sume las corrientes I1, I2 e I3. Registre la suma: 6 / FISICA-III / P-9I1+ I2 + I3 = __________ A Conteste: 1 ( ) En función del circuito probado, la corriente que suministra la fuente corresponde: a) solamente con la corriente en los resistores menores b) la suma de las corrientes en los elementos c) la corriente en cualquier resistor d) la suma de las corrientes en los resistores mayores G) Con el voltímetro mida la diferencia de potencial entre los puntos: a y b: c y d: e y f. Regístrelos a R1 b c R2 d e R3 f A B Vab = _________ V Vcd = _________ V Vef = ________ V Conteste: 1 ( ) En un agrupamiento de resistores paralelo, la diferencia de potencial en la fuente corresponde: a) la suma de las caídas de potencial en los elementos b) la caída en cada elemento c) solamente con la caída en los resistores mayores d) solamente con la caída en los resistores menores EXPERIMENTO 3. SEMEJANZA Y DIFERENCIA ENTRE EL CIRCUITO MIXTO Y EL SERIE Y ENTRE EL MIXTO Y EL PARALELO. A) Arme el circuito de la figura 3, sin considerar la fuente utilizando los resistores de menor valor y mida con el multímetro la resistencia total entre los puntos A y B. Regístrela A B Medida Calculada RAB = _________ RAB = _________ 2 ( ) Calcule la resistencia equivalente del agrupamiento y regístrela. Conteste. 1 ( ) Los resistores R1 y R2 no están en serie porque: a) I1 = I 2 b) R 1 = R 2 c) I1 I 2 d) Vab = Vcd C) Construya el circuito de la figura 7. Figura 7. D) Encienda la fuente, obtenga el valor de la corriente en los amperímetros y regístrela. a R1 b c R2 d e R3 f A B I1 = ________ A I2 = _________ A E) Apague la fuente, desconecte el amperímetro en serie con R2, vuelva a conectar R2 al punto C. Conecte el amperímetro entre b y e y obtenga la corriente que circula por R3 y anótela. I3 = _________ A F) Sume las corrientes I1 e I2. Regístrelas. I1+I2 = _________ A Conteste: 1 ( ) I1=I2+I3 porque: a) R1 esta en serie con R2 b) R1 esta en paralelo con R2 c) El paralelo R3 y R2 esta en serie con R1 d) La serie R1 y R2 está en paralelo con R3 G) Mida la diferencia de potencial entre los puntos, a y b; c y d; e y f; a y g; b y g. Regístrelos. a b R1 c R2 d e R3 f b g A G Vab = _________ V Vcd = _________ V Vef = ________ V Vag = _________ V Vbg = _________ V H) Sume Vab con Vbg. Registre. Vab+Vbg = ___________ V Conteste: 1 ( ) Vbg es igual a: a) Vag − Vab b) Vag − Vef c) Vab + Vcd d) Vcd + Vef 2 ( ) I3 es igual a: a) I2 b) I1 c) I1+I2 d) I1-I2
