Diferencias de potencial y corrientes en una red

Universidad Gabriela Mistral
Ingeniería Civil Industrial y de Sistemas.
Informe Nº2
Diferencias de Potencial y Corrientes en una Red
Introducción
En este trabajo analizamos la diferencia de potencial y corrientes en un circuito cerrado en dos puntos
cualquiera de este.
También calculamos cada resistencia incluida en el circuito en las cuales se repiten dos de ellas, una de estas
está conectada en serie y otra en paralelo.
Luego, desconectaremos el sistema en algunos puntos determinados, así se inserta el amperímetro en cada
punto para así medir la corriente en cada uno de ellos.
Procedimiento Experimental
Para analizar mejor el experimento tenemos que tener claro algunos conceptos. Nos sirve mucho analizar la
trayectoria como si fuera un camino montañoso, por ejemplo, cuando los electrones salen de la terminal
negativa se encuentran en la cumbre de la montaña. Los electrones tienen energía potencial, a medida que van
cuesta abajo pierden energía que se convierte en calor hasta llegar al piso donde empiezan otra vez otra vez a
trepar hasta llegar a la cumbre..
Sabemos que el voltímetro mide la diferencia de potencial entre los terminales de la batería. La diferencia de
potencial se llama fem. El voltímetro también mide el potencial en el resto del circuito, la diferencia entre el
paso de dos resistencias conectadas en serie se llama caída de potencial. Sabemos que la que la caída de
potencial también se calcula por la ley de Ohm R = V/I. Esto medirá la diferencia de potencial y la corriente
en varios puntos de un circuito que tenga resistores tanto en serie como en paralelo.
Los elementos que se usan para este experimento son:
• Pilas Secas
• Fuente de Poder
• 4 Resistores Conocidos (Iguales Dos de Ellos (R2 = R3))
• Interruptor de Navaja
• Alambres de Conexión
• Amperímetro
• Voltímetro
La situación es la siguiente:
a R1 b R2 c e
−
R3 R4
1
+
df
Los supuestos que tomamos en cuenta para este experimento son los siguientes:
• Los aparatos utilizados están bien calibrados.
• El voltaje y la Corriente que ocupamos en el experimento son los correctos.
Luego, continuando con el experimento, mido la diferencia de potencial del circuito entre dos puntos
cualquiera. Para esto uso un voltímetro con puntas para medirlo fácilmente en cada uno de estos puntos. Es
importante destacar que conviene usar un alambre rojo en la terminal positiva y uno negro en la negativa. La
terminal negativa del medidor es por donde entra el flujo de electrones; la terminal positiva es por donde
salen. Es mejor que lo ilustremos gráficamente:
a R1 b R2 c e
−+−+−+
−−−
R3 R4
+
++
−
+d+f
Luego cierro el interruptor del circuito, con el fin de medir en cada punto la diferencia de potencial a través de
la batería.
También medimos con el voltímetro cuanto es el potencial que entra al sistema y es de 11.91 ± 0.03
En R1 el potencial es: 1.82 ± 0.03 Volt
En R2 el potencial es: 8.57 ± 0.03 Volt
En R3 el potencial es: 1.51 ± 0.03 Volt
En R4 el potencial es: 1.51 ± 0.03 Volt
Entre R1 y R2 el potencial es: 6.75 ± 0.03 Volt
Ahora, análogamente realizo el mismo paso, pero en este caso para medir la corriente en los puntos antes
señalados. Para esto rompo el circuito en estos puntos. Hay que tomar en cuenta que al igual que en el
voltímetro, los electrones entran al amperímetro por la terminal negativa.
Los resultados son los siguientes:
2
En a: 3.88 ± 0.03 mA
En b: 3.88 ± 0.03 mA
Entre R2 y c: 3.89 ± 0.03 mA
Entre c y d: 0.66 ± 0.03 mA
Entre d y f: 3.20 ± 0.03 mA
Entre d y el interruptor: 3.88 ± 0.03 mA
Hay que tener presente que todos estos resultados están sujetos a un cierto grado de error, por lo que si sucede
que la diferencia entre dos medidas es suficientemente pequeña para que se deba a un error experimental; de
ser así las medidas se pueden considerar iguales.
Si nos damos cuenta la corriente que entra a R1, después entra a R2 y luego sale de esta misma; es la misma,
por lo que se puede deducir que la corriente que pasa por dos resistores conectados en serie no varía. En
cambio, si miramos la corriente que entra a R2 y R3 son distintas, por lo que se deduce que la corriente que
pasa por dos resistores ubicados en paralela no es la misma.
Para explicar toda esta situación más didácticamente, ocuparemos el ejemplo del agua que entra por una
cañería. Si conectamos dos cañerías de distinto radio una después de la otra la cantidad de agua que entra por
la primera cañería es la misma que sale por la segunda, por lo tanto no hay perdida de agua. En cambio, si uno
dos cañerías de distinto radio a una misma cañería por donde llega el agua, saldrá más agua por la cañería que
tiene mayor radio, pues permite el paso del agua más en mayor cantidad que la cañería que posee un menor
radio. Por lo tanto la corriente que pasa por dos resistores en paralelo no es la misma, pues el que tenga una
resistencia menor tendrá mayor fluidez de corriente que la que tiene una resistencia mayor, permite un menor
paso de corriente.
Si vemos los resultados, en el que pasa mayor corriente es en R4 con 3.20 ± 0.03 mA, a diferencia con R3 que
pasa una corriente de 0.66 ± 0.03 mA.
Si analizamos la resistencia de cada uno nos damos cuenta que R3 = 2.20 ± 0.03 K , y R4 = 0.46 ± 0.03 K
Entonces esto confirma lo deducido anteriormente.
El punto donde se unen varios alambres, en un circuito (puntos c y d), se llama nodo o nudo. Se supone
positiva la corriente que llega a un nodo y negativa la que sale.
Analizando más en profundidad el punto c, me di cuenta, por lo deducido anteriormente que la corriente que
pasa por este punto, por llamarlo de alguna manera, se divide en dos corrientes, una que se va por R3 y otra
por R4. Si sumamos las corrientes en el punto c, la que llega y las que salen nos da:
A −B − C
Donde A es igual a la corriente que llega al nodo; y B y C son las corrientes que salen del nodo.
(3.88 ± 0.03) − (3.20 ± 0.03) − (0.66 ± 0.03) = 0.02 ± 0.03 mA
Análogamente para el punto d el resultado es:
3
0.02 ± 0.03 mA
Estos resultados, son iguales o sea lo que podemos concluir que la corriente que entra a un nudo es la misma
que la suma de las corrientes que salen de ella. Si miro más cerca los resultados obtenidos que los dos tienden
a cero pues el resultado es menor que la incerteza y por lo dicho anteriormente sobre los resultados con su
margen de error me atrevo a deducir que la suma de las corrientes que influyen en el nodo es cero, por esta
misma razón que la cantidad de corriente que entra al nodo es la suma de las corrientes que salen de esta. Esta
conclusión es la llamada la primera regla de Kirchhoff.
Como he observado anteriormente las caídas de potencial dependen de la resistencia por las cuales pasa. Si
miró más detenidamente los resultados de las caídas de potencial y el dibujo de mi circuito, me doy cuenta
que hay caídas de potencial cuando el circuito está en serie. Y no hay diferencias cuando el circuito es
paralelo.
Vemos que R2 = 8.57 ± 0.03 volts y R1 = 1.82 ± 0.03 volts, la diferencia de potencial es más notoria cundo
pasa por R2, pues el valor es mayor. Es más, Viéndolo analíticamente, la ley de Ohm (V = I*R) apoya esta
tesis, pues si la corriente es la misma y la resistencia es muy alta, la diferencia de voltaje aumenta en
comparación como si tuviera una resistencia menor.
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