FEM Y RESISTENCIA INTERNA DE UNA PILALaboratorio de Física III - FIQ

I. INTRODUCCION

Las pilas eléctricas se caracterizan por su fuerza electromotriz  y por su resistencia interna r. El valor de r en general en las pilas comerciales es inferior a 1 ohmio. Con la finalidad de medir ambas magnitudes se montara un circuito en serie.

II. OBJETIVOS

Poder obtener tanto la resistencia interna con la fuerza

electromotriz experimentalmente de la pila.

Aprender a hacer la conexiones tanto paralelas como en serie o

continuas.

Identificar a la resistencia por sus colores analizados en el

laboratorio.

III. MATERIALES

Una interface Xplorer GLX

Un sensor de voltaje

Una pila de 9 V

Un multímetro digital Sanwa CD 800

Un protoboard

Resistencias

Alambres conectores

IV. MARCO TEORICO

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Se denomina fuerza electromotriz (FEM) a la energía proveniente de

cualquier fuente, medio o dispositivo que suministre corriente

eléctrica. Para ello se necesita la existencia de una diferencia de

potencial entre dos puntos o polos (uno negativo y el otro positivo) de

dicha fuente, que sea capaz de bombear o impulsar las cargas

eléctricas a través de un circuito cerrado.

Los dispositivos como baterías y generadores eléctricos, con los

cuales se puede conservar una diferencia de potencial entre dos

puntos conectados con estos aparatos, se llaman fuentes de fuerza

electromotriz (abreviadamente, fem).

La fem es una cantidad de energía por unidad de carga. Su unidad SI

es la de potencial: volt (1V= 1 J/C). Estos dispositivos convierten

energía (mecánica, química, térmica) en energía potencial eléctrica, y

una fem ideal mantiene una diferencia de potencial constante entre

sus bornes.

V. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

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Actividad N°1

Enchufe el adaptador a la toma corriente de 220 V y luego

conecte a la interfase Xplorer GLX. Espere a que cargue

automáticamente.

A continuación conecte el sensor de voltaje a la interfase

Xplorer GLX y luego genere una grafica de voltaje versus

corriente.

Consideramos 6 resistencias de valores entre 40 – 120 , y

colocamos en una conexión serie de acuerdo a su valor en

orden creciente en un protoboard. Anotamos en la tabla 1.

Armamos el circuito como nos indica, empleando para ello la

batería de 9 V con la terminal negativa y la resistencia R= 40

Ω desconectada momentáneamente, teniendo en cuenta la

polaridad correcta en cada elemento.

A continuación presionamos la tecla play, unimos la terminal

negativa de la batería con la resistencia y observamos la

pantalla del amperímetro, anotamos el valor en el Xplorer

GLX, para ello presionamos la tecla banderita y escribimos el

valor, luego presionamos la tecla OK.

Repetimos el paso anterior con otras resistencias, hasta completar la

tabla1.

VI. DATOS Y ANALISIS DE LA EXPERIENCIA

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Tabla

(v) = 10,02 Ra()=8.6

R () 39,3 77,9 116,4 135,8 146

V(v) 6,8 7,7 8,10 8,22 8,25

I (mA) 176,6 99,7 69,6 60,5 56,6

VII. CUESTIONARIO

1. Grafique en un papel milimetrado V vs I, V en el eje Y e I en

el eje X, usando los valores de la tabla 1. Si la grafica es

lineal V= AI +B. ¿Qué unidades tiene cada uno?

2. Encuentre la fuerza electromotriz y la resistencia interna

de la pila utilizado en el experimento.

Resolución

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De la ecuación:

V=−(r+Ra ) I+ϵ

Sabemos que:

Ra=resistencia de l amperimetro=8,6Ω

ϵ=la fuerzaelectromotriz

Y teniendo la ecuación de V vs I:

V=aI+b

V (V )=−0 .0122 x I (mA )+8 .94

Donde relacionando tenemos:

La resistencia interna:

a=r+Ra

r=0.0122×103−8,6

r=3,6Ω

La fuerza electromotriz

b=ϵ

ϵ=8.94V

3. Muestre y analice la grafica V vs I obtenida a través del

Data Studio, compare sus resultados de la misma con los

de la pregunta 1.

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Con ajuste lineal a la grafica tendremos

De lo cual tenemos

M= 12,2 V/A y b= 8,94V

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4. Al incrementar el valor de la resistencia R en el circuito de

la figura 2, ¿Qué sucedió con la corriente eléctrica en el

circuito? Explique.

De la tabla tenemos:

R () 39,3 77,9 116,4 135,8 146

V(v) 6,8 7,7 8,10 8,22 8,25

I (mA) 176,6 99,7 69,6 60,5 56,6

Que al aumentar la resistencia la intensidad de corriente I

disminuye, esto sucede porque a mayor resistencia en un

circuito menor será la intensidad de corriente y se comprueba

según la ecuación dada.

V= -(r+Ra)I +ϵ

5. ¿Qué sucedió con la diferencia de potencial entre las

terminales de la pila al aumentar la resistencia? Explique.

La diferencia de potencial aumenta al aumentar las resistencias, una

vez más comprobamos con la ecuación

V= -(r+Ra)I +ϵ

Que esto si se cumple, también lo podemos verificar viendo la grafica

de la pregunta 3.

6. La fem en una batería en circuito abierto es de 2.20

voltios. La tensión entre las terminales, medida cuando

existe corriente I=12A, resulta ser de 1.98 voltios. ¿Cuál es

la resistencia interna r de la pila?

Para calcular la resistencia interna de la pila hacemos uso de la siguiente ecuación:

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r=ε−V−I Ra

I

Datos:ε = 2.20 VV = 1.98 VI = 12 A

Reemplazando valores en la ecuación, depreciamos la resistencia del amperímetro y operando obtenemos r:

r=2.20−1.9812

r=0.018Ω

7. ¿Cuál sería la expresión que permite determinar la

resistencia interna de la pila de la figura 1, si se toma en

cuenta la resistencia del voltímetro, Rv?

Consideremos que la resistencia del voltímetro es Rv, como el

voltímetro se encuentra conectado en paralelo a la resistencia R,

debemos encontrar la resistencia equivalente:

Requivalente=R∗RVR+RV

Entonces se tendría:

ε−I Requivalente−IRa=Ir

Despejando y reemplazando tenemos la resistencia interna de la pila

r=ε−I Requivalente−I Ra

I

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r=

ε−I [ R∗RVR+RV ]−I RaI

8. Escriba sus conclusiones.

Comprobamos experimentalmente la ecuación

V= -(r+Ra)I +ϵ

Para todos los puntos de circuito en serie circula la misma

intensidad de corriente.

La caída de potencial entre los extremos del conjunto en

serie igual a la fem aplicada.

La resistencia total del circuito en serie es igual a la suma

de resistencias que lo integran.

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