informe 6 fisica3

7/27/2019 informe 6 fisica3

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Potencia Elctrica-Condensadores y Bobinas en Circuitos de CC

UNMSM

POTENCIA ELCTRICACONDENSADORES Y

BOBINAS EN CIRCUITOS DE C.C.

EXPERIENCIA N 6

1. OBJETIVOS Mostrar la potencia elctrica como funcin del voltaje de la corriente calculando

midiendo la potencia disipada en una resistencia conforme aumenta el voltaje

!emostrar el voltaje corriente de car"a descar"a de un condensador

Mientras #ue el campo elctrico aparece en el entorno de car"as en reposo el campoma"ntico est$ li"ado portadores de car"a en movimiento esto es a una corrienteelctrica veremos el comportamiento de una %o%ina.

&. M'()O TE*(I)O

POTENCIA ELCTRICA

+a potencia elctricaes la relacin de paso de ener",a de un flujo por unidad de tiempo- es decir lacantidad de ener",a entre"ada o a%sor%ida por un elemento en un tiempo determinado. +a unidaden el Sistema Internacional de /nidades es el vatio 0watt.)uando una corriente elctrica flue en cual#uier circuito puede transferir ener",a al 2acer untra%ajo mec$nico o termodin$mico. +os dispositivos convierten la ener",a elctrica de muc2as

maneras 3tiles como calor lu4 0l$mpara incandescente movimiento 0motor elctrico sonido0altavo4 o procesos #u,micos. +a electricidad se puede producir mec$nica o #u,micamente por la"eneracin de ener",a elctrica o tam%in por la transformacin de la lu4 en las clulasfotoelctricas. 5or 3ltimo se puede almacenar #u,micamente en %ater,as.+a ener",a consumida por un dispositivo elctrico se mide en vatios62ora 072 o en 8ilovatios62ora 0872. 9ormalmente las empresas #ue suministran ener",a elctrica a la industria los2o"ares en lu"ar de facturar el consumo en vatios62ora lo 2acen en 8ilovatios62ora 0872. +apotencia en vatios 07 o 8ilovatios 087 de todos los aparatos elctricos de%e fi"urar junto con latensin de alimentacin en una placa met$lica u%icada "eneralmente en la parte trasera de dic2ose#uipos. En los motores esa placa se 2alla colocada en uno de sus costados en el caso de las%om%illas de alum%rado el dato viene impreso en el cristal o en su %ase.Potencia en corriente continua)uando se trata de corriente continua 0)) la potencia elctrica desarrollada en un cierto instantepor un dispositivo de dos terminales es el producto de la diferencia de potencial entre dic2osterminales la intensidad de corriente #ue pasa a travs del dispositivo. 5or esta ra4n la potenciaes proporcional a la corriente a la tensin. Esto es :

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donde I es el valor instant$neo de la corriente V es el valor instant$neo del voltaje. Si I se e;presaen amperios V en voltios P estar$ e;presada en . +a relacin entre todas las potencias aludidas es:

Potencia activaEs la potencia capa4 de transformar la ener",a elctrica en tra%ajo. +os diferentes dispositivoselctricos e;istentes convierten la ener",a elctrica en otras formas de ener",a tales como:mec$nica lum,nica trmica #u,mica etc. Esta potencia es por lo tanto la realmente consumidapor los circuitos en consecuencia cuando se 2a%la de demanda elctrica es esta potencia la #uese utili4a para determinar dic2a demanda.

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CONDENSADORES

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B$sicamente un condensador es un dispositivo capa4 de almacenar ener",a en forma decampo elctrico. Est$ formado por dos armaduras met$licas paralelas 0"eneralmente dealuminio separadas por un material dielctrico.Tiene una serie de caracter,sticas:

Capacidad: Se mide en ?aradios 0F aun#ue esta unidad resulta tan "rande #ue sesuelen utili4ar varios de los su%m3ltiplos tales como microfaradios 0 F @ 1A6?nanofaradios 0nF @ 1A6C ? picofaradios 0 pF @ 1A61&?.

Tensin de trabajo: Es la m$;ima tensin #ue puede a"uantar un condensador

#ue depende del tipo "rosor del dielctrico con #ue est fa%ricado. Si se superadic2a tensin el condensador puede perforarse 0#uedar cortocircuitado Doe;plotar. En este sentido 2a #ue tener cuidado al ele"ir un condensador de forma#ue nunca tra%aje a una tensin superior a la m$;ima.

Tolerancia: I"ual #ue en las resistencias se refiere al error m$;imo #ue puede

e;istir entre la capacidad real del condensador la capacidad indicada so%re sucuerpo.

Polaridad: +os condensadores electrol,ticos en "eneral los de capacidad superior

a 1 ? tienen polaridad eso es #ue se les de%e aplicar la tensin prestando atencina sus terminales positivo ne"ativo. 'l contrario #ue los inferiores a 1? a los #uese puede aplicar tensin en cual#uier sentido los #ue tienen polaridad puedene;plotar en caso de ser sta la incorrecta.

TIPOS DE CONDENSDORES

Electrol!ticos" Tienen el dielctrico formado por papel impre"nado en electrolito.

Siempre tienen polaridad una capacidad superior a 1 ?. Electrol!ticos de T#ntalo o de "ota. Emplean como dielctrico una fin,sima

pel,cula de ;ido de tantalio amorfo #ue con un menor espesor tiene un poderaislante muc2o maor. Tienen polaridad una capacidad superior a 1 ?. Su formade "ota les da muc2as veces ese nom%re.

!e poli$ster %etali&ado MFT. Suelen tener capacidades inferiores a 1 ?

tensiones de tra%ajo a partir de Gv.

!e poli$ster. Son similares a los anteriores aun#ue con un proceso de fa%ricacin

al"o diferente. En ocasiones este tipo de condensadores se presentan en forma

plana llevan sus datos impresos en forma de %andas de color reci%iendocom3nmente el nom%re de condensadores Hde %anderaH. Su capacidad suele sercomo m$;imo de A n?.

K. !e poli$ster tubular. Similares a los anteriores pero enrollados de forma

normal sin aplastar.

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. Cer#%ico 'de lenteja' o 'de disco'. Son los cer$micos m$s corrientes. Sus

valores de capacidad est$n comprendidos entre A.K p? n?. En ocasiones llevansus datos impresos en forma de %andas de color.

. Cer#%ico 'de tubo'. Sus valores de capacidad son del orden de los

picofaradios "eneralmente a no se usan de%ido a la "ran deriva trmica #uetienen 0variacin de la capacidad con las variaciones de temperatura.

LA BOBINA EN EL CIRCUITO DE CORRIENTE CONTINUA

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G. 5(O)E!IMIE9TO EL5E(IME9T'+

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E(peri%ento) *edicin de potenciaEn el e;perimento si"uiente se de%e e;aminar la medicin indirecta de la potenciaelctrica por medio de una medicin paralela de corriente tensin.

Monte el circuito e;perimental representado a continuacin:'%ra el instrumento virtualFuente de tensin continua seleccione los ajustes. Enciendaa continuacin el instrumento por medio de la tecla 5O7E(. '%ra el instrumento virtualVoltmetro A el instrumentoAmpermetro B seleccione los ajustes.'2ora ajuste en el instrumento Fuente de tensin continua una tensin U5S de 1 V.Mida la tensin U1 a travs de la resistencia (1 al i"ual #ue la corriente resultanteI1 enmiliamperios anote los valores o%tenidos en la correspondiente columna de la ta%lasi"uiente. ' partir de ello determine la potencia P1 a%sor%ida por la resistencia en m7 anote de i"ual manera el resultado en la ta%la. (epita el e;perimento para las tensiones deentrada de &V KV 1A V anote los valores en las l,neas correspondientes de la ta%la.

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T+, -

E.P" /PS0V1

/-0V1 I-0%1 P-0%21

- 1 A.CG A. A.K13 & 1.CA 1. G.&A4 K . K.A &G.GKA5 1A C.GA 1A.K C.KA

'2ora en el montaje e;perimental reemplace la resistencia (1 de 1 8 por la resistencia(& de KAA repita la serie de mediciones. 'note los resultados de las mediciones al

i"ual #ue los valores de potencia calculados en la si"uiente ta%la 0ta%la &.

T+, 3

E.P" /PS0V1

/-0V1 I-0%1 P-0%21

- 1 A.C1 1. 1.K3 &. 1. G. .G&4 K . C. .G&5 1A C.GA 1C. 1&.&

)/ESTIO9'(IO 05otencia

1.6 N)u$les de las si"uientes afirmaciones son correctas

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' +a resistencia pe#uePa a%sor%e escasa potencia con la misma tensin.B +a resistencia pe#uePa a%sor%e una potencia elevada con la misma tensin.) Si se duplica la tensin se duplica tam%in la potencia a%sor%ida.! Si se duplica la tensin se reduce a la mitad la potencia a%sor%ida.

&.6 N)u$les de las si"uientes afirmaciones son correctas' +a potencia total es independiente de la tensin #ue se aplica.B +a potencia total disminue si se eleva la tensin #ue se aplica.) +a potencia total aumenta si se eleva la tensin #ue se aplica.! +a resistencia pe#uePa a%sor%e una cantidad maor de potencia.E +a resistencia maor a%sor%e una cantidad maor de potencia.

Proceso de car6a del condensador en el circuito de corrientecontin7a

Sustentacin Terica)

)uando el interruptor se mueve a ' la corriente I su%e %ruscamente 0como uncortocircuito tiene el valor de I @ E D ( amperios 0como si el condensador no e;istieramoment$neamente en este circuito serie () poco a poco esta corriente vadisminuendo 2asta tener un valor de cero 0ver el dia"rama inferior.El voltaje en el condensador no var,a instant$neamente su%e desde A voltios 2asta Evoltios 0E es el valor de la fuente de corriente directa conectado en serie con ( ) verdia"rama 1.El tiempo #ue se tarda el voltaje en el condensador 0Vc en pasar de A voltios 2asta elG.& Q del voltaje de la fuente est$ dato por la frmula T @ ( ; ) donde ( est$ enO2mios ) en Milifaradios el resultado estar$ en milise"undos.!espus de K ; T 0K veces T el voltaje 2a su%ido 2asta un CC.G Q de su valor final 0ennuestro caso el valor final es 1A V al valor de T se le llama H)onstante de tiempoHanali4ando los dos "r$ficos se puede ver #ue est$n divididos en una parte transitoria una

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parte esta%le. +os valores de Ic Vc var,an sus valores en la parte transitoria0apro;imadamente K veces la constante de tiempo T pero no as, en la parte esta%le.

+os valores de Vc e Ic en cual#uier momento se pueden o%tener con las si"uientesfrmulas:

Vc @ E R 0Vo 6 E ; e6TD tVo es el voltaje inicial del condensador 0en muc2os casos es A VoltiosIc @ 0E 6 Vo ; e6TD tD (Vo es el voltaje inicial del condensador 0en muc2os casos es A VoltiosV( @ E ; e6TD t!onde: T @ ( ; )

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)/ESTIO9'(IO 0El condensador

1.6 N)u$l es la traectoria de la curva de la tensin del condensador despus de #ue se

conecta la tensin continua' Salta inmediatamente a un valor de apro;imadamente 1A V se mantiene en estevalor.B 'sciende linealmente 2asta alcan4ar un valor apro;imado de 1A V se mantieneen este valor.) 'sciende e;ponencialmente 2asta alcan4ar un valor apro;imado de 1A V semantiene en este valor.! 'sciende e;ponencialmente 2asta alcan4ar un valor apro;imado de 1A V acontinuacin vuelve a descender a AV

&.6 N)u$l es la traectoria de la curva de corriente de car"a despus de #ue se conecta latensin continua

' !urante todo el proceso de car"a se mantiene constante.B En primer lu"ar salta a un valor m$;imo lue"o desciende linealmente 2astalle"ar a cero.) 'sciende e;ponencialmente de cero a un valor m$;imo.! En primer lu"ar salta a un valor m$;imo a continuacin desciendee;ponencialmente 2asta lle"ar a cero.

G.6 N=u reaccin ocasionar,a una disminucin de la resistencia de car"a (1G en el valorm$;imo de la corriente de car"a

' 9in"una.B +a corriente de car"a disminuir,a.) +a corriente de car"a ascender,a.

Separe el condensador de la tensin de alimentacin retirando el ca%le del clavijero VG o%serve la tensin del condensador durante un tiempo prolon"ado.

.6 N=u sucede con la tensin del condensador' 5ermanece constante.

B 'umenta.) !esciende paulatinamente 2asta lle"ar a A V.! 5rimeramente asciende lue"o desciende 2asta A V.

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K.6 N)mo se puede e;plicar esta reaccin' El condensador una ve4 #ue se 2a retirado la tensin de alimentacin representauna resistencia 2mica.' El condensador se descar"a a travs de la resistencia interna de la medicin.

B El condensador mantiene su tensin puesto #ue la car"a no puede salir al e;terior.

Vuelva a conectar la fuente de tensin continua para volver a car"ar el condensador. 5araanali4ar la influencia de la resistencia de entrada necesaria para la medicin 0'9'+OI9 separe a2ora la cone;in con el clavijero 'R. Vuelva a separar a2ora el ca%le #ue vaal clavijero LG. ' continuacin conecte 'R slo %revemente para compro%ar latensin del condensador mida la tensin en lar"os intervalos de tiempo.

.6 N=u se puede o%servar en contraposicin a la medicin continua' 9o se o%serva nin"una diferencia con la medicin continua.

B +a tensin desciende a2ora m$s r$pidamente.) +a tensin desciende a2ora m$s lentamente.! +a tensin permanece a2ora constante.

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CONC,/SIONES

+a potencia elctrica es una ma"nitud escalar #ue nos per%ite %edir la cantidad de

trabajo el$ctrico 8ue reali&a un 9lujo de electrones sobre un dispositivo o ele%entoresistivo"

+a potencia elctrica puede ser e;presada como una funcin cuadr$tica dependiente del

flujo de electrones de la resistividad del elemento por el #ue dic2o flujo pasa.

la potencia elctrica puede ser e;presada como una funcin dependiente en forma directa

de la diferencia de potencial aplicada a un elemento as, como de la resistividad de dic2oelemento.

+a %#(i%a disipacin de la ener6!aen forma de calor producida por el paso de un flujo

de electrones se presenta en un circuito el$ctrico serie"

+a potencia elctrica es una consecuencia 9!sica de la le: de O;%< pero no se

necesaria%ente cu%ple %ate%#tica%entecon dic2a le.

+a potencia elctrica es casi como una propiedad de ciertos elementos por la cual la

ener",a #ue se "enera con el paso de un flujo electrones se manifiesta en forma dedisipacin de calor o lu4 lo #ue indica #ue esta clase de ener",a #ue desprende lo

enmarca dentro las fuer4as conservativas a #ue dic2a ener",a 0flujo de electrones pasadel elemento resistivo 2acia el medio e;terior en forma de calor Do lu4 esto es- laener",a no se destrue cuando sale al medio sino #ue se transforma 0este es el caso t,picode una planc2a elctrica otros elementos calefactores.

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?,sica para ciencias e in"enier,a con f,sica moderna volumen & Sptima edicin.

5'/+ E7ITT.Fundamentos de la Fsica Conceptual. 5earson Educacin. M;ico.

&AAC

Manual de la%oratorio de f,sica III. 1&avaedicin

(amond '. Ser

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