AREA: ELECTRICIDAD

PRÁCTICAS DE
ELECTRICIDAD
1
PRACTICA No. 1
CARGA ELECTRICA
OBJETIVO.
Comprobar las manifestaciones macroscópicas de la carga eléctrica.
INTRODUCCIÓN.
La carga eléctrica es una propiedad intrínseca de la materia tal como su masa y su
volumen y está presente en todo el conjunto de objetos que forman el universo.
La sustancia fundamental que da existencia a los cuerpos presentes en la Naturaleza es la
materia y ésta a su vez está compuesta por tres partículas elementales que son el protón, el
neutrón y el electrón.
El protón y el neutrón tienen masa prácticamente iguales, en cambio, el electrón tiene una
masa menor que cualquiera de ellos en una relación aproximada de 1840.
Otra característica de estas partículas es que el protón tiene una carga eléctrica de + 1.602 x
10-19 C y el electrón tiene carga eléctrica de - 1.602 x 10-19 C, además el neutrón es una
partícula que externamente y en condiciones normales manifiesta no tener carga eléctrica
alguna.
Los átomos son conglomerados de estos tres tipos de partículas en los cuales los protones y
neutrones se encuentran localizados en su núcleo y por lo tanto tienen una carga eléctrica
positiva. Los electrones en cambio, se encuentran girando fuera del núcleo en órbitas
propias de tal manera que la relación existente entre el diámetro del núcleo y el diámetro
de las órbitas de los electrones es de aproximadamente 105, lo cual implica que el espacio
existente entre el núcleo y las capas de electrones está prácticamente vacío.
Los objetos macroscópicos formados por átomos de distintos elementos permanecen
eléctricamente neutros, sin embargo, es posible romper este equilibrio mediante un
proceso que permita aumentar o disminuir la cantidad de carga.
Una forma para cargar eléctricamente un objeto sólido es mediante frotamiento, acción en
la cual existe un arrastre de transportadores de carga, lo cual propicia que un cuerpo
aislado se cargue eléctricamente.
Otra forma de cargar objetos es por inducción la cual consiste en acercar al objeto a cargar,
un elemento que previamente haya sido cargado. Estos dos métodos para cargar cuerpos
serán aplicados en la presente práctica.
MATERIAL Y EQUIPO.
Para el desarrollo correcto de la presente práctica, es necesario contar con el siguiente
material y equipo.
2
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Un soporte universal
Dos barras de plástico
Dos barras de vidrio
Ropa de lana
Un electroscopio
Hilo o cáñamo
MONTAJE.
Coloque el soporte universal como se muestra en la figura 1 y suspenda de éste una de las
barras de plástico y una de las de vidrio.
Figura 1. Montaje del material de la práctica 1.
PROCEDIMIENTO.
Con la tela de lana o con su cabello frote la barra de plástico libre para cargarla y acérquela
hasta tocar la barra de plástico que se encuentra suspendida.
Haga lo mismo con las barras de vidrio.
Durante el proceso de frotamiento, es recomendable que el deslizamiento de la barra sobre
la tela o el pelo de la persona que realiza la práctica, sea siempre en la misma dirección y
sentido.
Observe cuidadosamente el comportamiento de las barras.
3
Frote nuevamente la barra libre de plástico y acérquela a la barra suspendida sin que se
toquen. Haga lo mismo con las barras de vidrio.
Acerque ahora la barra libre de vidrio a la suspendida de plástico y posteriormente la
barra libre de plástico a la suspendida de vidrio.
Para cargar el electroscopio frote cualquiera de las barras y acérquela al disco superior sin
tocarlo, posteriormente retire la barra y repita el caso con la otra barra. Descargue el
electroscopio tocándolo con la mano.
Nuevamente acerque una barra cargada hasta tocar el disco superior del electroscopio,
después retire la barra. Posteriormente acerque y retire ambas barras al disco sin tocarlo.
Con las observaciones realizadas conteste el siguiente cuestionario.
CUESTIONARIO.
En una hoja anexa, conteste y comente las siguientes preguntas. Construya los esquemas
necesarios para respaldar sus respuestas.
1. ¿Eléctricamente qué sucede al frotar las barras?
2. ¿Qué sucede al tocar las barras suspendidas con las barras que han sido frotadas?
3. Explique qué sucede cuando la barra libre es acercada sin tocar a la barra suspendida si
ambas son del mismo material.
4. Explique lo que sucede cuando la barra libre es acercada a la barra suspendida si
ambas son de distinto material.
5. Explique en que consiste el término “carga por inducción”.
6. Explique la causa del desplazamiento de la aguja en el electroscopio cuando la barra es
acercada a él.
7. Explique lo que sucede cuando la barra toca al disco en el electroscopio.
8. ¿Cuál es la razón del movimiento de la aguja cuando se acerca la segunda barra al
disco sin tocarlo?
9. Explique por qué el electroscopio se descarga al ser tocado con la mano.
10. En base a las observaciones realizadas ¿Cuántos tipos de carga deduce que existen?
11. ¿Cómo se puede definir si dos cargas son del mismo tipo o de diferente clase?
4
PRACTICA No. 2
FUERZA ELECTRICA Y LEY DE COULOMB
OBJETIVO.
Comprobar la Ley de Coulomb cuando dos partículas están eléctricamente cargadas y
determinar la magnitud de la fuerza de repulsión.
INTRODUCCIÓN.
La acción de alterar el equilibrio eléctrico de un cuerpo repercute físicamente en su
comportamiento externo en relación al medio que lo rodea. Tal repercusión puede ser
detectada y cuantificada si para ello se cuenta con condiciones favorables y se conocen sus
características propias. La Ley de Coulomb establece que la magnitud de la fuerza eléctrica
de repulsión o atracción entre dos cargas es directamente proporcional al producto de ellas
e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia de separación entre ellas. Lo
anterior indica que si para un caso específico se conocen la masa y la fuerza eléctrica puede
determinarse la carga de las partículas en cuestión y a la inversa.
Por tal motivo, en la presente práctica se procederá a determinar la fuerza eléctrica y la
magnitud de la carga.
MATERIAL Y EQUIPO.
Para el desarrollo correcto de la presente práctica, es necesario contar con el siguiente
material y equipo.
1.
2.
3.
4.
5.
Dos péndulos eléctricos
Un soporte universal
Una barra de plástico (PVC)
Una regla o escuadra
Ropa de lana
MONTAJE.
Suspenda los péndulos eléctricos del soporte universal como se muestra en la figura 2.
Ambas esferas deben sujetarse desde un punto común. De preferencia evite que la
longitud del hilo exceda de 15 cm.
PROCEDIMIENTO.
Determine la longitud del hilo para cada esfera desde el punto común hasta el centro de la
misma; considere la masa de cada esfera igual a 1.8 gramos.
Cargue por frotamiento la barra de PVC y acérquela a ambas esferas sin tocarlas,
retirándola posteriormente. Repita este paso hasta que las esferas se separen.
5
Determine la distancia de separación de centro a centro entre las esferas.
En caso de ser necesario volver a cargar las esferas, primero deberán descargarse
tocándolas ligeramente con la mano limpia y seca (sin grasa), repitiendo el proceso de
carga de la barra por frotamiento.
Con las observaciones y mediciones realizadas conteste el siguiente cuestionario.
Figura 2. Montaje del material de la práctica 2.
CUESTIONARIO.
En una hoja anexa, conteste y comente las siguientes preguntas. Construya los diagramas
necesarios para respaldar sus respuestas.
1. Eléctricamente ¿Qué sucede con las esferas al ser tocadas con las barras? ¿Por qué?
2. ¿Puede asegurarse que ambas esferas tienen la misma cantidad de carga? ¿Por qué?
3. Construya los diagramas de cuerpo libre para cada una de las esferas indicando las
fuerzas que se considera están presentes.
4. Deduzca una expresión algebraica para determinar la magnitud de la fuerza eléctrica
en función de los datos conocidos como la masa, el ángulo de separación y la longitud
del hilo.
5. Determine la magnitud de la fuerza eléctrica.
6. Determine la cantidad de carga en cada esfera.
7. Considerando que al cargar la barra de PVC por frotamiento se carga negativamente,
¿Cuál es el tipo de carga contenido en las esferas? ¿Por qué?
8. ¿Por qué se descargan las esferas al ser tocadas con la mano?
6
PRACTICA No. 3
POTENCIAL ELÉCTRICO
OBJETIVO.
Determinar las líneas equipotenciales sobre la superficie de un elemento dieléctrico
producidas por la presencia de electrodos cargados eléctricamente.
INTRODUCCIÓN.
El potencial eléctrico se define como la relación existente entre el trabajo necesario para
mover una carga en un campo eléctrico y el valor de ésta.
Determinar de manera directa al campo eléctrico donde se mueva una carga es
prácticamente imposible, sin embargo, éste puede ser determinado a partir del concepto
del potencial eléctrico (voltaje) dado que existe una relación entre la geometría de las
manifestaciones de cada uno de ellos. Considerando que las líneas de campo eléctrico se
definen como las trayectorias hipotéticas que seguirán las cargas libre inmersas en él,
entonces se tendría un conjunto denso de probables trayectorias formadas por los puntos
que conforman el espacio geométrico. Asimismo, existen conjuntos específicos de puntos
los cuales tienen la característica fundamental de que están bajo la acción del mismo
potencial eléctrico. Todos estos puntos constituyen las llamadas superficies
equipotenciales las cuales tienen a su vez la característica geométrica de ser ortogonales a
las líneas de fuerza. Razón por la cual, al conocer los puntos de una superficie o línea
equipotencial, puede determinarse la dirección de las líneas de campo eléctrico.
MATERIAL Y EQUIPO.
Para el desarrollo correcto de la presente práctica es necesario contar con el siguiente
material y equipo.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Una fuente de poder
Un recipiente transparente
Un medidor de tensión (voltímetro)
Una hoja de papel milimétrico
Cinco electrodos (dos de placa, dos de punto y uno de circunferencia)
Dos soportes universales
Dos o más cables para conexión
Agua
MONTAJE.
Coloque la hoja de papel milimétrico debajo del recipiente transparente. A los lados de este
último ponga los soportes universales para apoyar en éstos los electrodos. Conecte uno de
los extremos de los cables de conexión a la fuente de poder y el otro a los electrodos, según
sea el caso, de modo que se cierre el circuito, como se muestra en las figuras 3a, 3b y 3c.
Finalmente vierta un poco de agua en el recipiente transparente.
7
Voltímetro
-
Fuente de poder
- +
+
Electrodo de placa
Recipiente
con agua
Electrodo de placa
Figura 3a. Montaje del caso “placa-placa”.
Voltímetro
+
Fuente de poder
- +
Electrodo
de punto
Recipiente
con agua
Electrodo
circular
Figura 3b. Montaje del caso “punto-circunferencia”.
Voltímetro
-
Electrodo
de punto
+
Fuente de poder
- +
Recipiente
con agua
Electrodo
de punto
Figura 3c. Montaje del caso “punto-punto”.
8
PROCEDIMIENTO.
Después de construido el dispositivo, solicite al profesor o al coordinador del laboratorio
que revise las conexiones de los cables.
No ponga en funcionamiento la fuente sin antes estar autorizado por el instructor.
Para el primer caso, coloque los electrodos de placa dentro del recipiente. Una vez
colocados adecuadamente encienda la fuente y ajuste el voltaje de la fuente a un valor fijo
de 10 volts. Establezca un sistema de referencia utilizando la hoja de papel milimétrico que
se encuentra debajo del recipiente y con el voltímetro obtenga el voltaje existente en
diferentes coordenadas. Anote sus resultados en la tabla anexa.
Para cada caso, obtenga tres valores diferentes de voltaje, y a su vez, para cada uno de
estos determine cuatro puntos (x,y) donde éste permanezca constante y anote sus
coordenadas en las columnas correspondientes para cada uno de los casos indicados en la
tabla anexa.
Para el segundo caso, cambie los electrodos de placa a los de punto y repita el proceso
anterior. Finalmente cambie los electrodos a los de punto y circunferencia y haga lo
mismo.
CUESTIONARIO.
En hojas anexas, conteste y comente las siguientes preguntas. Construya las gráficas
necesarias para respaldar sus respuestas.
1. Para cada uno de los casos construya las gráficas para las curvas equipotenciales
correspondientes a los voltaje indicados (considere intervalos regulares).
2. Determine las expresiones algebraicas de las curvas obtenidas anteriormente.
3. Considere que las líneas equipotenciales son perpendiculares a las líneas de campo
eléctrico. Trace estas trayectorias.
4. Determine una expresión para el campo eléctrico en función del potencial en cada uno
de los casos considerando variaciones regulares.
5. Determine una expresión para calcular el trabajo requerido para llevar una carga
eléctrica qo de una placa a otra.
6. ¿Existe alguna relación entre el caso Punto-Punto y un dipolo eléctrico? ¿Cuál es?
9
10
PRACTICA No. 4
MANEJO DEL MULTIMETRO
OBJETIVO.
Aprender a utilizar adecuadamente el multímetro para emplearlo como herramienta de
gran utilidad en el análisis de circuitos eléctricos y electrónicos fundamentales.
INTRODUCCIÓN.
Conocer el comportamiento de la corriente y el voltaje que se presenta en dos puntos
cualesquiera de un circuito electrónico es fundamental para determinar su funcionamiento
o las fallas que en él existan. Así pues, solamente se podrá llegar a éste mediante el uso
adecuado del multímetro.
El multímetro es un equipo-herramienta, empleado principalmente para medir resistencias
(Ω), voltajes en corriente alterna (CA) y corriente directa (CD), amperaje en CA y CD.
Algunos pueden medir niveles de ruido electrónico en decibeles (dB) o emplearse para
probar baterías , transistores y condensadores.
ADVERTENCIA.
No conecte los cables del multímetro sin antes tener la autorización del profesor o del
asesor de laboratorio.
MATERIAL Y EQUIPO.
Para el desarrollo correcto de la presente práctica es necesario contar con el siguiente
material y equipo.
1.
2.
3.
4.
Un multímetro
Tres resistencias
Una pila de 9 volts
Un foco con cables de conexión
PROCEDIMIENTO.
Antes de hacer alguna medición es necesario identificar las escalas presentes en la carátula
del multímetro, como se muestra en las figuras 4a y 4b.
En la práctica real, las escalas están numeradas y/o en colores para su rápida
identificación. Las principales escalas son: OHMS para resistencias, DC para corriente
directa, AC para corriente alterna y dB para decibeles.
La escala para medir resistencias empieza en 200 y termina en 20 M, el rango de medición
aumenta de acuerdo a la expresión 2 x10 n , donde n varía de 2 a 6. Los valores obtenidos
en la pantalla no deben ser afectados por ningún factor, son valores directos.
11
La perilla de selección se ubica en la parte central del tablero y puede girarse en cualquier
dirección a elección del operador.
Para el símbolo de resistencia (Ω, ohms), la perilla puede indicar hacia valores de x 200, x
2 k, x 20 k, x 2 M, etc.
Para la corriente directa, la perilla puede variar desde 200 µA hasta 2 A con fusible y hasta
10 A sin fusible.
Figura 4a. Carátula de un multímetro
digital.
Figura 4b. Carátula de un multímetro
analógico.
SUGERENCIA.
Cuando no se conoce el nivel de voltaje a medir, se debe utilizar la escala más alta y
reducir si es necesario.
Para el voltaje, se tienen posiciones desde 200 mV hasta 1000 volts en CD y de 200 mV
hasta 700 volts en VCA.
Los cables que se utilizan son dos, generalmente uno es de color negro y el otro de color
rojo. La entrada “COM” (común) es la relativa al negativo o tierra y ahí se conecta el cable
negro. Dependiendo de lo que se quiera medir (voltaje, amperaje o resistencia), el cable
rojo se conecta en la entrada indicada con V, A u Ω.
Cuando se pretende medir corrientes mayores a 10 ACA existen otras entradas y otras
posiciones de la perilla.
12
PROTECCIÓN DEL EQUIPO.
Antes de realizar mediciones es necesario verificar que la perilla esté en la escala respectiva
a la medición y además que indique el máximo valor posible.
Verifique que el signo de la polaridad sea el correcto ( + para el positivo).
MEDICION DE RESISTENCIA.
Antes que nada, desconecte o retire las fuentes de energía del circuito si los elementos
están integrados a él.
Para medir resistencias se utiliza la escala de OHMS, coloque la perilla en el máximo
factor, conecte los cables en las entradas correspondientes (COM y Ω), toque las puntas de
los cables entre sí, y con los caimanes de los cables toque los extremos de las resistencias.
Si al disminuir la escala, la pantalla muestra el valor de 1.0 al medir la resistencia, separe
los caimanes de la resistencia, pase la perilla a la escala superior inmediata y lleve a cabo la
medición. Utilice la escala adecuada de tal manera que se facilite la lectura del valor de la
resistencia.
MEDICION DE CORRIENTE DIRECTA.
Para medir corriente directa con valores menores a 2 A, coloque la perilla indicando este
valor, conecte el cable (+) a la fuente y el negro al elemento por donde pasará la corriente.
Posteriormente complete el circuito uniendo al elemento con el negativo de la fuente a
través de otro cable.
Tome los valores en la escala DC. Si al disminuir la escala, la pantalla muestra el valor de
1.0 al medir la resistencia, separe los caimanes de la resistencia, pase la perilla a la escala
superior inmediata y lleve a cabo la medición.
Para valores menores de 10 A, coloque la perilla en la posición indicada.
MEDICIONES DE VOLTAJE EN CD.
Coloque la perilla en el máximo factor de VDC, coloque los cables en los extremos del
elemento del cual se necesita conocer su caída de voltaje (es decir, en paralelo).
Tome los valores del voltaje en la escala DC. Si al disminuir la escala, la pantalla muestra el
valor de 1.0 al medir la resistencia, separe los caimanes de la resistencia, pase la perilla a la
escala superior inmediata y lleve a cabo la medición.
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MEDICION DE CORRIENTE ALTERNA.
Verifique que la perilla esté en ACA, utilice las escalas correspondientes a AC en su
máximo valor permisible, coloque el amperímetro en serie con el equipo al cual se le desea
medir la corriente, tome la lectura en la escala AC.
MEDICIONES DE VOLTAJE EN CA.
Coloque la perilla en el máximo factor de ACV (selector de AC).
Coloque el multímetro en paralelo con el equipo o elemento al cual se le desea determinar
su caída de voltaje, tome la lectura en la escala AC (vrms).
NOTA.
Los multímetros pueden ser digitales o analógicos con distintos factores y/o escalas, el
procedimiento para su manejo es similar en ambos.
CUESTIONARIO:
En una hoja anexa, conteste y comente las siguientes preguntas. Construya los esquemas
necesarios para respaldar sus respuestas.
1. ¿Cómo se mide con el multímetro la resistencia de un elemento longitudinal
cualquiera?
2. ¿Cuáles son las unidades para medir resistencias, corrientes y voltajes
respectivamente?
3. Investigue a que se refiere el término “voltaje eficaz”.
4. Construya el esquema representativo para la medición de resistencias.
5. Construya el circuito representativo para la medición de la corriente que circula por el
elemento.
6. Construya el circuito representativo para la medición de la caída de voltaje en un
elemento.
7. Investigue cual es la diferencia entre corriente alterna y corriente directa.
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PRACTICA No. 5
CAPACITORES EN SERIE Y PARALELO
OBJETIVO.
Determinar los valores de los parámetros eléctricos de un circuito de capacitores cuando
sus componentes forman arreglos en serie o en paralelo.
INTRODUCCIÓN.
En general, los capacitares son dispositivos que almacenan carga, se usan comúnmente en
gran variedad de circuitos eléctricos, por ejemplo, para sintonizar la frecuencia de los
receptores de radio, como filtros en las fuentes de poder, como dispositivos de
almacenamiento de energía en la unidades electrónicas de destello, etc.
Básicamente, un capacitor consta de dos conductores que poseen cargas iguales pero de
signo opuesto. La propiedad que tiene un conductor para almacenar carga se mide por una
cantidad llamada capacitancia, ésta depende de su geometría y del material que separe los
conductores cargados. La capacitancia C de un capacitor se define como la razón de la
magnitud de la carga en cualquiera de los dos conductores a la magnitud de la diferencia
de potencial entre ellos:
C≡
Q
V
Por definición, la capacitancia siempre es una cantidad positiva, y como se puede observar,
puesto que la diferencia de potencial aumenta al incrementarse la carga almacenada, la
razón Q/V es constante para un capacitor dado, por lo tanto, la capacitancia de un
dispositivo es una medida de su capacidad para almacenar carga y energía potencial
eléctrica.
Dos o más capacitores están en serie cuando al conectarse todos ellos extremo con extremo,
la corriente sigue una misma trayectoria entre dos puntos tal que no existe derivación o
rama alguna entre los extremos del arreglo. En este caso, la carga q es la misma en cada
capacitor.
Dos o más capacitores están en paralelo cuando las terminales positivas se conectan a un
conductor común y las negativas a otro conductor común. En este caso, la diferencia de
potencial V es la misma en cada capacitor.
MATERIAL Y EQUIPO.
Para el desarrollo correcto de la presente práctica, es necesario contar con el siguiente
material y equipo.
1. Una fuente de poder
2. Cuatro capacitores
3. Un multímetro
15
4. Una plantilla protoboard
5. Dos o más cables para conexión
MONTAJE.
Conecte los cables de conexión a la fuente de poder y construya un arreglo de cuatro
capacitores en serie sobre la plantilla protoboard. Realice lo indicado en la parte de
Procedimiento. Posteriormente forme otro arreglo en paralelo con los capacitores restantes
sobre la plantilla (véase figura 5 y anexo 1 de estas prácticas).
+
E
-
C1
+ -
C3
- +
C2
+ -
C4
- +
+
E
-
+
+
+
+
- C1 - C2 - C3 - C4
Figura 5. Diagrama de conexión de los capacitores en serie y en paralelo.
PROCEDIMIENTO.
Establezca en la fuente un voltaje constante de 15 volts. Utilice primero el arreglo en serie.
Mida con el multímetro, para cada elemento, la diferencia de potencial.
Para conocer las caídas de voltaje asociadas con un capacitor, el multímetro deberá
colocarse en forma paralela al elemento y la lectura deberá tomarse en la escala
correspondiente.
Nota importante: Antes de comenzar a medir las diferencias de potencial, asegúrese que el
circuito está conectado correctamente para evitar accidentes. Si tiene dudas al respecto
solicite el apoyo del encargado del laboratorio.
Posteriormente utilice el arreglo en paralelo. Con el multímetro mida la diferencia de
potencial existente en cada elemento.
Con las lecturas tomadas complete las tablas correspondientes a cada caso.
Resuelva analíticamente los circuitos obtenidos y escriba los resultados en la tabla
correspondiente. Obtenga los porcentajes de diferencia entre los resultados obtenidos
teóricamente y en el laboratorio.
CUESTIONARIO.
En hojas anexas, conteste y comente las siguientes preguntas. Construya los esquemas
necesarios para respaldar sus respuestas.
16
1. Dibuje el diagrama representativo del circuito para el caso en que los elementos estén
en serie incluyendo la colocación del multímetro para medir la caída de tensión en los
elementos.
2. Dibuje el diagrama representativo del circuito para el caso en que los elementos estén
en paralelo incluyendo la colocación del multímetro para medir la caída de tensión
correspondiente en los elementos.
3. Para el arreglo en serie, ¿Cuál es la suma total de las caídas de voltaje en los
capacitores?
4. Para el arreglo en paralelo ¿Cuál es la suma total de las cargas de los elementos?
5. ¿Cuáles son las posibles causas de las diferencias entre los resultados experimentales y
analíticos?
6. Con base en los porcentajes de diferencias existentes entre los resultados, ¿Podría
decirse que hay confiabilidad en los resultados prácticos? ¿Por qué?
7. Investigue cuales son los materiales que constituyen los capacitores comerciales (como
los utilizados en la presente práctica).
8. Investigue a qué se refieren los términos “dieléctrico” y “resistencia dieléctrica”.
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Tabla de resultados
Práctica No. 5
Circuito en serie
Elemento
Capacitancia
Carga (analítica)
Voltaje (analítico)
Voltaje
(experimental)
%Diferencia
Carga (analítica)
Voltaje (analítico)
Voltaje
(experimental)
%Diferencia
1
2
3
4
Circuito en paralelo
Elemento
Capacitancia
1
2
3
4
18
PRACTICA No. 6
RESISTENCIAS Y CODIGO DE COLORES
OBJETIVO.
Interpretar la representación del código de colores para resistencias cuando éstas se
encuentran marcadas con bandas de diversos colores sobre el cuerpo.
INTRODUCCIÓN.
Todo lenguaje en la actualidad es un conjunto claramente tipificado de símbolos, cada uno
de los cuales tiene un significado específico y los cuales al ser combinados entre sí,
proporcionan información sobre la idea a que es referida.
En este caso, el lenguaje que nos interesa es el establecido para elementos conductores
resistivos los cuales presentan como característica fundamental que son empleados como
reguladores de corriente y disipadores de energía en los equipos electrónicos.
Tales elementos reciben el nombre de “Resistores o Resistencias” y consisten en un
pequeño alambre conductor resistivo cubierto por una envolvente de cerámica, las cuales
sobre su superficie muestran un conjunto de cuatro líneas (o bandas) de colores que
indican el valor óhmico de la resistencia del elemento.
MATERIAL Y EQUIPO.
Para el desarrollo correcto de esta práctica, es necesario contar con el siguiente material y
equipo.
1. Un multímetro
2. Diez resistencias de diversos colores
3. Dos cables con punta “caimán”
MONTAJE.
Prepare el multímetro como se muestra en la figura 6 para obtener el valor de las
resistencias en Ω.
PROCEDIMIENTO.
Con el multímetro obtenga el valor real de cada una de las resistencias y anótelo en la
columna denominada “Resistencia real” en la tabla anexa. Asimismo, obtenga el valor
nominal de la resistencia utilizando su código de colores, haciendo las siguientes
consideraciones:
“Las dos primeras bandas representan los primeros dos dígitos del valor de la resistencia,
la tercera el factor, en potencia de diez por la cual debe ser multiplicada la cifra anterior de
19
dos dígitos y la cuarta es la tolerancia del fabricante dentro de la cual puede variar el valor
del elemento.”
Figura 6. Montaje del material de la práctica 6.
Como las bandas son de color, cada uno de ellos deberá interpretarse según la siguiente
tabla.
Tabla 1. Código de colores para resistencias
Color
Número
Multiplicador
Tolerancia
Negro
Café
Rojo
Naranja
Amarillo
Verde
Azul
Violeta
Gris
Blanco
Dorado
Plateado
Sin color
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
-
10 0
10 1
10 2
10 3
10 4
10 5
10 6
10 7
10 8
10 9
10 -1
10 -2
-
5%
10%
20%
20
La representación de las bandas sobre la resistencia es la siguiente:
Primer dígito
Segundo dígito
Multiplicador
Tolerancia
Plateado
Rojo
Verde
Naranja
Para “leer” una resistencia, inicie por la banda que está más cercana al extremo, tal como
se muestra en el siguiente ejemplo donde se cuenta con una resistencia cuyos colores en las
bandas con: rojo, verde, naranja y plateado.
A cada color le corresponde un valor según la tabla del código de colores:
Color
Rojo
Verde
Naranja
Plateado
Valor correspondiente
2
5
103
10 %
Posición
Primer dígito
Segundo dígito
Multiplicador
Tolerancia
Por lo tanto, el valor de la resistencia es: 25 x 103 ± 10% Ω.
Lo cual indica que el valor de la resistencia es de 25,000 Ω con una tolerancia de 10%, esto
indica que el valor real de la resistencia fluctúa entre 22,500 Ω y 27,500 Ω. Para una
resistencia con estos colores compruebe su valor real.
Para cada una de las resistencias del conjunto identifique sus colores, asígneles su valor
según el código, escríbalo en la tabla anexa y posteriormente con el multímetro determine
su valor real anotando en la tabla respectiva la resistencia medida.
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CUESTIONARIO.
En una hoja anexa, conteste y comente las siguientes preguntas. Construya los esquemas
necesarios para respaldar sus respuestas.
1. Construya el circuito representativo para medir la resistencia de un elemento resistor.
2. ¿Cuáles son los colores de la banda que no pueden ser localizados como primero o
segundo dígitos?
3. ¿Qué factores utilizaría para representar resistencias menores a 1 Ω?
4. Investigue a que se llama “Potencial nominal” de una resistencia.
5. ¿Cuál es la relación o relaciones algebraicas que relacionan a la potencia nominal de un
resistor con el voltaje aplicado, la corriente y su resistencia?
6. Investigue ¿qué sucede con una resistencia eléctrica cuando continuamente circula por
ella una corriente?
7. ¿Cuál es la forma en que una resistencia disipa energía?
8. ¿Cómo puede evitarse el calentamiento en un conjunto de resistencias cuando a través
de ellas circulan corrientes eléctricas?
9. Para una resistencia con bandas verde, verde, verde, dorado de 0.5 W de potencia
¿Cuáles son los límites mínimo y máximo de la corriente que puede circular por ella?
10. ¿Qué sucede con las resistencias cuando a través de ellas circulan corrientes mayores a
las permitidas?
22
23
PRACTICA No. 7
CIRCUITOS RESISTIVOS EN SERIE Y PARALELO
OBJETIVO.
Determinar los valores de los parámetros eléctricos presentes en un circuito resistivo
cuando sus componentes forman arreglos en serie o en paralelo.
INTRODUCCIÓN.
Un circuito eléctrico puramente resistivo es aquel que está formado únicamente por
elementos pasivos (resistores) que disipan completamente la energía que les es transferida
por una fuente.
La potencia es la razón de disipación de energía en función del tiempo. La potencia que
disipa un resistor depende de su resistencia propia, de la cantidad de corriente que circula
por ella, del voltaje aplicado y de su interrelación con otros elementos resistivos del
circuito o arreglo.
Dos o más resistencias están en serie cuando al conectarse extremo con extremo, todas
ellas, la corriente sigue una misma trayectoria entre dos puntos tal que no existe derivación
a rama alguna entre los extremos del arreglo, esto es:
M
R1
R2
i
i
R3
N
i
En este caso, la corriente circulante es la misma para todas las resistencias.
Dos o más resistores están en paralelo cuando la corriente total que pasa entre dos puntos
tiene tantas divisiones como elementos del arreglo, esto es:
1
R2
M
i tot
R3
R4
i1
i2
i tot
i3
N
i4
En este caso, el voltaje aplicado para todos los elementos es el mismo y la corriente tanto
en el punto M como en el punto N es igual a la suma total de las corrientes que pasan por
cada elemento.
24
MATERIAL Y EQUIPO.
Para el desarrollo correcto de la presente práctica, es necesario contar con el siguiente
material y equipo.
1.
2.
3.
4.
5.
Una fuente de poder
Ocho resistencias
Un multímetro
Una plantilla protoboard
Dos o más cables para conexión
MONTAJE.
Conecte los cables de conexión a la fuente de poder y construya un arreglo de cuatro
resistencias en serie sobre la plantilla protoboard. Realice las mediciones indicadas de
acuerdo a lo establecido en la parte de Procedimiento. Posteriormente forme otro arreglo en
paralelo con las resistencias restantes sobre la plantilla (véase figura 7).
R1
R2
+
+
E
-
E
-
R3
R4
R1
R2
R3
R4
Figura 7. Diagrama de conexión de las resistencias en
serie y en paralelo de la práctica 7.
PROCEDIMIENTO.
Establezca en la fuente un voltaje constante de 10 volts. Utilice primero el arreglo en serie.
Mida con el multímetro, para cada elemento, la corriente que circula así como la caída de
tensión.
Para determinar la cantidad de corriente que pasa por cada elemento resistivo, es necesario
colocar el multímetro en serie con dicho elemento, de tal manera que la corriente que pasa
en primer lugar por la resistencia, posteriormente pasará por el multímetro pudiendo ser
determinada en la escala correspondiente.
Para conocer las caídas de voltaje asociadas con un elemento resistivo, el multímetro
deberá colocarse en forma paralela al elemento y la lectura deberá tomarse en la escala
correspondiente.
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Posteriormente utilice el arreglo en paralelo. Con el multímetro mida la corriente que
circula por ellas así como la caída de tensión.
Con las lecturas tomadas complete las tablas correspondientes a cada caso.
Resuelva analíticamente los circuitos obtenidos y escriba los resultados en la tabla
correspondiente.
CUESTIONARIO.
En hojas anexas, conteste y comente las siguientes preguntas. Construya los esquemas
necesarios para respaldar sus respuestas.
1. Dibuje el diagrama representativo del circuito para el caso en que los elementos estén
en serie incluyendo la colocación del multímetro para medir la corriente y el voltaje en
los elementos.
2. Dibuje el diagrama representativo del circuito para el caso en que los elementos estén
en paralelo incluyendo la colocación del multímetro para medir la corriente y el voltaje
correspondiente en los elementos.
3. Para el arreglo en serie, ¿Cuál es la suma total de las caídas de voltaje en las
resistencias?
4. Para el arreglo en paralelo ¿Cuál es la suma total de las corrientes de los elementos?
5. ¿Cuáles son las posibles causas de las diferencias entre los resultados experimentales y
analíticos?
6. En base a las diferencias existentes entre los resultados, ¿Puede decirse que hay
confiabilidad en ellos? ¿Por qué?
7. ¿Qué podría suceder si las resistencias son de diferentes potencias?
8. ¿En qué forma se disipa la energía en las resistencias?
26
Tabla de resultados
Práctica No. 7
Circuito en serie
Elemento
Resistencia
codificada
Resistencia
medida
%Diferencia
Voltaje
experimental
Voltaje
analítico
%Diferencia
Corriente
experimental
Corriente
analítica
%Diferencia
Potencia
experimental
Potencia
analítica
%Diferencia
Resistencia
codificada
Resistencia
medida
%Diferencia
Voltaje
experimental
Voltaje
analítico
%Diferencia
Corriente
experimental
Corriente
analítica
%Diferencia
Potencia
experimental
Potencia
analítica
%Diferencia
1
2
3
4
Elemento
1
2
3
4
Circuito en paralelo
Elemento
1
2
3
4
Elemento
1
2
3
4
27
PRÁCTICAS DE
MAGNETISMO
28
PRACTICA No. 8
CAMPO MAGNETICO Y LEY DE AMPERE
OBJETIVO.
Describir las trayectorias cerradas de las líneas de campo magnético producido por la
corriente que circula por un conductor eléctrico.
INTRODUCCIÓN.
Todo elemento conductor que transporte una corriente eléctrica i, inducirá en su espacio
circundante un campo magnético B cuya magnitud estará en función tanto de la
intensidad de la corriente como de la distancia de separación entre el conductor y el punto
donde se desea determinar el campo.
El campo magnético se puede visualizar empleando la convención de líneas de campo o
líneas de inducción, las cuales tienen la característica geométrica de ser trayectorias
cerradas contenidas en el plano perpendicular al eje longitudinal del conductor.
Con la realización de esta práctica únicamente se pretende mostrar en forma ilustrativa
que cuando se tiene un medio ferromagnético, tal como la limadura de hierro, es
fácilmente observable la alineación de las partículas en trayectorias concéntricas en
relación al eje del conductor.
MATERIAL Y EQUIPO.
Para poder realizar adecuadamente esta práctica, es necesario contar con el siguiente
material y equipo.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Una fuente de poder
Un cable conductor
Un soporte universal
Una placa de aluminio
Limadura de hierro
Dos o más cables de conexión
MONTAJE.
Con el material y equipo anterior, construya un arreglo como el mostrado en la figura 8a.
PROCEDIMIENTO.
Coloque sobre la placa de aluminio la limadura de hierro de tal manera que se tenga una
distribución uniforme y delgada (véase figura 8b).
Establezca en la fuente un voltaje constante de 10 volts. Observe el movimiento presentado
por las partículas de limadura.
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Incremente el voltaje a 15 volts y a 20 volts, observando en cada caso el comportamiento de
la limadura.
Figura 8b. Distribución de la limadura de
hierro al aplicar la corriente.
Figura 8a. Montaje del material de la
práctica 8.
CUESTIONARIO.
En base a las observaciones realizadas, conteste y comente las siguientes preguntas.
Construya los esquemas necesarios para respaldar sus respuestas.
1. ¿Qué sucede con la limadura de hierro cuando el conductor es conectado a la fuente de
corriente?
2. En base al ligero movimiento presentado en las limaduras, ¿puede determinarse una
corriente específica? ¿de qué tipo es?
3. ¿Qué sucede a la limadura cuando la corriente es incrementada?
4. ¿Cómo puede ser determinado el vector campo magnético B en un punto cualquiera
del plano?
5. Investigue a qué se refieren los términos ferromagnetismo, paramagnetismo y
diamagnetismo.
6. Mencione algunos ejemplos de algunas sustancias paramagnéticas, diamagnéticas y
ferromagnéticas.
7. Investigue cuáles son las principales características geométricas de las líneas de
inducción.
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BIBLIOGRAFÍA
1.
Tesis de licenciatura UAEM. Roberto Sarabia Ortiz. Manual de Prácticas para el
Laboratorio de Física de la Facultad de Ingeniería. Toluca, 1992.
2.
Halliday, Resnick y Krane. Física Vol. 2. 3a. reimp. Ed. CECSA. México, 1996.
3.
Serway, Raymond A. Física Tomo I. 4a. ed. Ed. McGraw Hill. México, 1996.
31