Laboratorio 3: Leyes de Kirchhoff Objetivos ❖ Comprobar Experimentalmente las leyes de Kirchhoff en circuitos eléctricos sencillos. Contenido principal ❖ Ley de las corrientes de Kirchhoff ❖ Ley de los voltajes de Kirchhoff Introducción Teórica Gustav Kirchhoff (1824 – 1887) legó a la humanidad dos poderosas herramientas para el análisis de los circuitos eléctricos: la ley de voltajes y la ley de corrientes, conocidas comúnmente como la primera y segunda Ley de Kirchhoff, respectivamente. La ley de voltajes de Kirchhoff establece que la suma algebraica de todos los voltajes en un lazo cerrado es igual a cero, o en otras palabras, la suma de todas las elevaciones de voltaje son iguales a la suma de todas las caídas de voltaje a lo largo de un lazo cerrado. La ley de Kirchhoff de corrientes establece que la suma algebraica de todas las corrientes entrando a un nodo es igual a cero. Materiales y Equipo: ❖ Fuente de Poder. ❖ Multímetro Digitales (2) ❖ Plantilla ❖ Resistores: R1 = 1 K, R2 = 1.5 K, R3 = 3.3 K, R4 = 10 K; 1 W Procedimiento: 1. Ley de Kirchhoff de voltajes. 1.1 Mida con el multímetro como ohmímetro el valor de las resistencias a utilizar. R1 = 1000 R2 = 1500 R3 = 3300 Lectura I total Lectura R1 Lectura R2 R4 = 10000 Lectura R3 Lectura R4 1.2 Arme el circuito mostrado en la figura 3-1. R1 A + 20-V R2 R3 R4 Figura 3-1 1.3 Ajuste el voltaje de la fuente a 20 V dc. 1.4 Anote en la tabla 3-1 la lectura de la corriente en el circuito serie. Tabla 3-1 Calculado Medido I (mA) IR1 (V) IR2 (V) IR3 (V) IR4 (V) 2.532 2.532 3.798 8.3556 25.32 2.532 2.532 3.797 8.354 25.316 1.5 Mida la caída de voltaje en cada resistencia. Anote sus lecturas en la tabla. 1.6 Calcule teóricamente los valores esperados de corriente y caídas de voltajes esperados de corriente y caídas de voltaje en cada resistencia. Anote sus respuestas en la tabla. 40𝑉 Req= R1+R2+R3+R4 𝑰𝒕 = 15.8𝐾Ω = 2.532 𝑚𝐴 =1kΩ+1.5kΩ+3.3kΩ+10kΩ Req= 15.8kΩ VR₁= (0.002532 A) (1kΩ) =2.532 V VR₂= (0.002532 A) (1.5kΩ) = 3.798 V VR₃= (0.002532 A) (3.3kΩ) = 8.3556 V VR₄= (0.002532 A) (10kΩ) = 25.32 V 1.7 De acuerdo a los valores experimentales obtenidos, ¿cumple este circuito con Ley de Kirchhoff de voltajes? Explique. R./ Como nos han enseñado acerca de las leyes de Kirchoff, la segunda Ley de Kirchoff o mejor conocida como Ley de Kirchoff de Voltajes nos dice que en un circuito cerrado la suma de todas las caídas de tensión es igual a la tensión total suministrada; así que; basándonos en nuestros resultados experimentales obtenidos que fueron calculados utilizando ley de Ohm con cálculos sencillos podemos confirmar que efectivamente este circuito cumple con este ley siendo comprobado de tal manera que la única tensión suministrada en el circuito es la fuente de voltaje de 40V y las caídas tensión eran las cuales pasaban por las resistencias y al sumarlas porque están en serie nos da la tensión total suministrada. 2. Ley de Kirchhoff de corrientes. 1.8 Calcule teóricamente cuánto deben valer las corrientes IT, I1, I2 e I3 en el circuito mostrado en la figura 3-2, con un voltaje en la fuente de 15 V dc. Anote sus resultados en la tabla. A A IT B I1 + 20-V I2 R1 D C I3 R2 E R3 R4 Figura 3-2 1.9 Proceda a armar el circuito de la figura. Ajuste el voltaje de la fuente a 15 V dc. Tome la lectura de IT y anótela en la tabla. 1.10 Repita sucesivamente el procedimiento del punto 2.2 con el amperímetro colocado: 1.10.1 en serie con R1 (entre los puntos A y D); 1.10.2 en serie con R2 (entre los puntos B y E); 1.10.3 en serie con R3 y R4 (entre los puntos B y C). En cada caso, tome la lectura de la corriente correspondiente y anótela en la tabla 3-2. Tabla 3-2 VALORES DE CORRIENTE PARA EL CIRCUITO DE LA FIGURA Calculado IT (mA) 69.69 I1 (mA) 40 I2 (mA) 26.67 I3 (mA) 3.01 Medido 69.674 40 26.667 3.008 Cálculos para la tabla 3-2 1 1 1 −1 𝑅𝑒𝑞 = ( + + ) = 0.574𝑘Ω 1 1.5 13.3 𝟒𝟎𝑽 𝐼= = 69.69𝑚𝐴 0.574𝑘Ω 40𝑉 𝑖1 = = 40𝑚𝐴 1𝑘Ω 40𝑉 𝑖2 = = 26.67𝑚𝐴 1.5𝑘Ω 𝑖3 = 1.11 40𝑉 = 3.01𝑚𝐴 13.3𝑘Ω ¿Son los valores de corriente teóricos y experimentales aproximadamente iguales? De no ser así, explique las causas posibles de diferencias. R./ Los valores teóricos y experimentales coinciden plenamente debido a que se utiliza el simulador multisim, el cual nos da los valores exactos en las mediciones, sin embargo, es de esperar que si se realiza el circuito de manera física los valores medidos no sean iguales a los teóricos debido a pérdidas de efectividad en las resistencias, e inclusive efecto Joule en los conductores. 1.12 ¿Cumplen con los resultados obtenidos con la ley de corrientes de Kirchhoff? Explique R./ Efectivamente los resultados cumplen con la ley de Kirchoff para corrientes, si se analiza el nodo correspondiente a “A. B y C” vemos que estaría entrando una corriente It a este nodo el cual sería 60.965 mA y saldrían de ese nodo las corrientes I1, I2 e I3 que serían respectivamente las corrientes 35 mA, 23.333mA y 2.632mA las cuales siguiendo la ley de Kirchoff de corrientes las corrientes que entran a un nodo (60.965 mA) serán iguales a las corrientes que salen de ese mismo nodo ((35+23.33+2.632)mA=60.965mA). Investigación: 1. Enuncie y defina la ley de Ohm. - Esta ley afirma que la intensidad de la corriente (I) que circula por un conductor eléctrico es directamente proporcional a la diferencia de potencial (V) y, paralelamente, inversamente proporcional a la resistencia (R). 2. Enuncie y defina la ley de Kirchhoff. - Son dos igualdades que se basan en la conservación de la energía y la carga en los circuitos eléctricos las leyes de Kirchhoff se dividen en dos que son LKC y LKV. La LKC establece que la corriente neta que fluye hacia un nodo debe ser cero. La LKV establece que la suma de todas las diferencias de potencial siguiendo cualquier circuito cerrado (malla o espira), de una red debe ser igual a cero. 3. ¿Qué es un voltímetro y como se conecta? - El voltímetro es un dispositivo de alta resistencia de modo que no conduce una corriente apreciable del circuito. Esta mide la diferencia de voltaje entre dos puntos de un circuito eléctrico y por lo tanto se debe conectar en paralelo con la porción del circuito sobre el que se quiere realizar la medida. 4. ¿Qué es un amperímetro y como se conecta? - Es un instrumento para medir la corriente eléctrica en amperios, que fluye sobre una rama de un circuito eléctrico. Se debe colocar en serie con la rama a medir y debe tener muy baja resistencia para evitar una alteración significativa de la corriente que se va a medir. 5. Escriba el código de colores y estúdielo. Ejemplo: Banda 1: Marrón 1 Banda 2: Naranja 3 Banda 3: Amarillo 4 Tolerancia: Rojo ±2% Resistor: 130k ±2% Conclusión En este laboratorio estudiamos lo que son la Primera Ley de Kirchhoff o mejor conocida como Ley de corrientes de Kirchhoff que establece que la sumatoria de corrientes que están entrando en un nodo es igual a cero, al igual que vimos la Segunda Ley de Kirchooff también conocida como Ley de Voltaje de Kirchooff que establece que en un circuito cerrado la suma de todas las elevaciones de voltajes es igual a la suma de toda las caídas de voltajes a lo largo de este. En este laboratorio hicimos dos circuitos donde tuvimos que poner a prueba las dos Leyes de Kirchhoff tanto de voltaje como de corriente, se nos puso un circuito en serie solo con 4 resistencias y una fuente de voltaje de 40V y se nos pidió tanto medir utilizando el software proporcionado por la profesora MultiSim y calcular algebraicamente la corriente que pasaba por todo el circuito tanto las caídas de voltajes que pasaban por cada resistencia y al final se conclujo que el problema cumplía La Ley de Voltajes de Kirchhoff; más adelante se nos plantío otro circuito pero esta vez con resistencias en paralelo y se nos pidió encontrar la corriente total del circuito y las corrientes que pasaban por cada resistencia ya que estas estaban en paralelo, al aplicar la medición con el software y comprobar con los cálculos y se conclujo que este circuito cumplía con la Ley de Corrientes de Kirchhoff. En conclusión en este laboratorio se nos enseñó como medir utilizando el software MultiSim corrientes y voltajes teniendo en cuenta que en un circuito en serie las corrientes son las mismas pero los voltajes son diferente dependiendo de las resistencias, y en los circuitos paralelos los voltajes son los mismos pero las corrientes son diferentes y deben cumplir la Ley de Corrientes de Kirchhoff; hay que mencionar que también se nos enseñó calcular el valor de una resistencia de manera algebraica con una tabla que nos presente el valor que corresponde cada color de banda de las resistencias y que representan, y tambien que significa la última banda que es la tolerancia que es el porcentaje que más o menos puede valer la resistencia de su valor teórico. Como últimas palabras el laborotorio fue una buena y muy educativa experiencia que aunque las clases se estén dando de manera virtuales nos mostró una realidad de cómo funcionan los circuitos en la vida real y que debemos estar bastantes claros en conceptos básicos como son la Ley de Ohm y las Leyes de Kirchhoff porque son vitales para las próximas materias nuestra carrera y de nuestra futura vida profesional.
