UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA

FACULTAD DE INGENIERA INDUSTRIAL Y SISTEMAS

Curso:

Fsica II

(CB_312V)

Tema:

Corriente Alterna

Profesor:

Salcedo Torres Joaqun

Integrantes:2005 II

Prologo

El presente trabajo esta orientado a cultivar el desarrollo de las ciencias en los estudiantes, interrelacionando la vida real con la experiencia en el sobre corriente alterna estudiando el comportamiento de un fluorescente.

Una breve teora para entender mejor el desarrollo del mismo concepto de corriente alterna, funciones peridicas, partes de una onda senoidal, valor medio y eficaz de la corriente, representaciones vectoriales, diagramas de potencias, diagramas de tensiones, conclusiones y clculos desarrollados en el presente laboratorio y las diversas interrogantes que se puedan plantear estn desarrolladas en le presente documento.

1. Objetivos:

Familiarizarse con los conceptos de corriente alterna. Hallar la inductancia y resistencia del reactor. Hallar la potencia disipada.

Comprender el funcionamiento de la lmpara fluorescente.2. Fundamento terico:CORRIENTE ALTERNA

Hasta ahora se ha considerado que la corriente elctrica se desplaza desde el polo positivo del generador al negativo (la corriente electrnica o real lo hace al revs: los electrones se ven repelidos por el negativo y atrados por el positivo).

En una grfica en la que en el eje horizontal se expresa el tiempo y en el vertical la tensin en cada instante, la representacin de este tipo de corriente, que llamaremos CORRIENTE CONTINUA, es el de la figura 1, si el valor de la tensin es constante durante todo el tiempo y

Fig.1: Corriente continua

La de la figura 2 si dicho valor vara a lo largo del tiempo (pero nunca se hace negativa)

Fig.2: Corriente continua variable

Ahora bien, existen generadores en los que la polaridad est constantemente cambiando de signo, por lo que el sentido de la corriente es uno durante un intervalo de tiempo, y de sentido contrario en el intervalo siguiente.Obsrvese que siempre existe paso de corriente; lo que varia constantemente es el signo (el sentido) de sta.

Fig.3: Corriente alterna

Naturalmente, para cambiar de un sentido a otro, es preciso que pase por cero, por lo que el valor de la tensin no ser el mismo en todos los instantes. A estetipo de corriente se le llama CORRIENTE ALTERNA, y, por el mismo motivo, se habla de TENSION ALTERNA. La figura 3 muestra un ejemplo de corriente alterna.

La corriente contnua se abrevia con las letras C.C.(Corriente Continua) o D.C. (Direct Current), y la alterna, por C.A. (Corriente Alterna) o A.C.(Alternated Current)

FUNCIONES PERIDICAS

El caso ms importante de corrientes alternas son las llamadas corrientes alternas peridicas: son aquellas en las que los valores se repiten cada cierto tiempo. El tiempo que tarda en repetirse un valor se llama PERIODO de la corriente, se expresa en unidades de tiempo y se representa por la letra T

En las figuras se muestran varios tipos de corrientes alternas peridicas. Si en el eje horizontal se ha representado el tiempo, el periodo es el intervalo que hay entre dos puntos consecutivos del mismo valor

Al mximo valor, se le llama precisamente, VALOR MAXIMO, o VALOR DE PICO o VALOR DE CRESTA, o AMPLITUD.

Fig.1: Corriente rectangular

El punto en que toma el valor mximo se llama CRESTA o PICO. El punto en que toma el valor mnimo es el VIENTRE o VALLE,

Fig.2: Corriente triangular

Los puntos en los que toma el valor cero se les llaman NODOS o CEROS. La forma ms cmoda de medir el periodo es entre picos, o valles, o nodos consecutivos.

Fig.3: Corriente en diente de sierra

La diferencia entre un pico y un valle da el VALOR DE PICO A PICO que, naturalmente, ser el doble del valor de pico.

Fig.4: Corriente sinusoidal

El valor de la corriente en cada instante es el VALOR INSTANTANEO. el nmero de alternancias o ciclos que describe la corriente en un segundo se le llama FRECUENCIA y se expresa en c/s (ciclos por segundo) o HERTZIOS (Hz). Los mltiplos ms usuales del hertzio son:

KILOHERTZIO (KHz.) = 103 Hz. (1.000 Hz)

MEGAHERTZIO (KHz.) = 106 Hz. (1.000.000 Hz)

GIGAHERTZIO (KHz.) = 109 Hz. (1.000.000.000 Hz)

Partes de una onda senoidal

De todas estas formas, la onda ms comn es la sinusoidal o senoidal.Cualquier corriente alterna puede fluir a travs de diferentes dispositivos elctricos, como pueden ser resistencias, bobinas, condensadores, etc, sin sufrir deformacin. La onda con la que se representa grficamente la corriente sinusoidal recibe ese nombre porque su forma se obtiene a partir de la funcin matemtica de seno.En la siguiente figura se puede ver la representacin grfica de una onda sinusoidal y las diferentes partes que la componen:

De donde:

A = Amplitud de ondaP = Pico o crestaN = Nodo o valor ceroV = Valle o vientreT = Perodo

Amplitud de onda: mximo valor que toma una corriente elctrica. Se llama tambin valor de pico o valor de cresta.Pico o cresta: punto donde la sinusoide alcanza su mximo valor.Nodo o cero: punto donde la sinusoide toma valor 0.Valle o vientre: punto donde la sinusoide alcanza su mnimo valor.Perodo: tiempo en segundos durante el cual se repite el valor de la corriente. Es el intervalo que separa dos puntos sucesivos de un mismo valor en la sinusoide. El perodo es lo inverso de la frecuencia y, matemticamente, se representa por medio de la siguiente frmula:

T = 1 / FComo ya se vio anteriormente, la frecuencia no es ms que la cantidad de ciclos por segundo o hertz (Hz), que alcanza la corriente alterna. Es el inverso del perodo y, matemticamente, se representa de la manera siguiente:

F = 1 / T

Valor Medio Y Valor Eficaz

Valor Medio

Se llama valor medio de una tensin (o corriente) alterna a la media aritmtica de todos los valores instantneos de tensin ( o corriente), medidos en un cierto intervalo de tiempo.

En una corriente alterna sinusoidal, el valor medio durante un perodo es nulo: en efecto, los valores positivos se compensan con los negativos. Vm= 0

En cambio, durante medio periodo, el valor medio es siendo V0 el valor

mximo.

Valor Eficaz

Se llama valor eficaz de una corriente alterna, al valor que tendra una corriente continua que produjera la misma potencia que dicha corriente alterna, al aplicarla sobre una misma resistencia.

Es decir, se conoce el valor mximo de una corriente alterna (I0). Se aplica sta sobre una cierta resistencia y se mide la potencia producida sobre ella. A continuacin, se busca un valor de corriente continua que produzca la misma potencia sobre esa misma resistencia. A este ltimo valor, se le llama valor eficaz de la primera corriente (la alterna).

Para una seal sinusoidal, el valor eficaz de la tensin es: y del mismo modo para la corriente la potencia eficaz resultar ser: Es decir que es la mitad de la potencia mxima (o potencia de pico)

La tensin o la potencia eficaz, se nombran muchas veces por las letras RMS. O sea, el decir 10 VRMS 15 WRMS significarn 10 voltios eficaces 15 watios eficaces, respectivamente.

Representacin Vectorial

DIAGRAMAS DE POTENCIAS

En un circuito en el que haya los tres tipos de elementos pasivos, RLC, se puede establecer un diagrama vectorial, en el que se representen las resistencias e impedancias que componen el mismo, y que dan como resultante un vector que denominamos impedancia Z.

DIAGRAMA DE TENSIONES

El diagrama de la izquierda representa el conjunto de vectores de resistencias y reactancias, que resultan en Z.

Si cada uno de estos vectores lo multiplicamos por la componente correspondiente de la corriente, obtendremos el diagrama de tensiones, de la derecha; y si este ltimo, lo volvemos a multiplicar por la intensidad, (v.i), obtendremos el tringulo de potencias que se indica ms abajo.

P = Potencia aparente

Pa=Potencia activa

Pr=Potencia reactivaQue es la expresin de la potencia resultante.En funcin de los valores eficaces de la corriente y de la tensin, las potencias son: Pa=V.I.cos (Potencia activa).Pr=V.I.sen (Potencia reactiva).Siendo V e I, los valores medidos de la tensin y de la corriente. Potencia En C.A.

Uno de los factores ms influyentes en el diseo y mantenimiento de un circuito, es el de la potencia.

Cuando tenemos un generador de c.a. aplicado, que hace que circule una corriente i(t), es decir, dependiente del tiempo.

En todo instante, el producto de la tensin por la intensidad se llama potencia instantnea y viene dada por P=v.i

La potencia P, puede tomar valores positivos o negativos segn el instante en que se considere.En general si

la grfica de la potencia ser la resultante de las dos grficas "v" e "i"; y ser distinta segn se trate de un circuito resistivo, inductivo o capacitivo.Ventajas De La Corriente Alterna

Entre algunas de las ventajas de la corriente alterna, comparada con la corriente directa o continua, tenemos las siguientes:

Permite aumentar o disminuir el voltaje o tensin por medio de transformadores.

Se transporta a grandes distancias con poca de prdida de energa.

Es posible convertirla en corriente directa con facilidad.

Al incrementar su frecuencia por medios electrnicos en miles o millones de ciclos por segundo (frecuencias de radio) es posible transmitir voz, imagen, sonido y rdenes de control a grandes distancias, de forma inalmbrica.

Los motores y generadores de corriente alterna son estructuralmente ms sencillos y fciles de mantener que los de corriente directa. 3. Clculos y resultados:Primera Parte

En esta primera parte consisti bsicamente en observacin, en lo cual pudimos ver que:

Al inicio que se conecto la tensin a los puntos M y N, se observo que el fluorescente no se prenda, y una vez que se uni Q y S, se observo una pequea luz entre los bordes de la lmpara, pero una vez que este cable se solt se pudo observar que la luz se prenda instantneamente.

De igual manera se observo que al colocar el arrancador la lmpara se encenda rpidamente.

Segunda Parte

Por medio de lo indicado se construye el siguiente triangulo rectngulo:

Escala

Real

=1cm

= *R = 19.227

*=?

=236.5

1.-Determine la cada de voltaje a travs de la inductancia L

Donde nos dicen que BC es el voltaje a travs de la inductancia, donde de la figura podemos obtener que:

Escala

Real

=1cm

= *R = 19.227

=12.26 cm

=?

2. Mediante la cada del voltaje y calcule la inductancia L

Pero adems , de donde , y adems , de

=235.723 =

235.723= (0.39)(377)L

L=1.571H

3. Encuentre el ngulo de fase entre el voltaje y la corriente a travs del reactor

El ngulo se obtiene dividiendo el voltaje , y , dada la siguiente relacin:

, entonces:

4. Cual es la potencia disipada a travs del reactor? Como se compara este valor con el anotado en la cubierta metlica?

Potencia Disipada:

Segn la lectura del reactor este emite una potencia entre 1 a 20W, lo cual quiere decir que potencia disipada en nuestro caso no es el mximo, pero esta dentro del rango.

Tercera Parte:

Los Voltajes obtenidos mediante el circuito fueron:

1.-Trace el triangulo DAC, que ser el triangulo del circuito Porque?

Podemos Observar que se trazo el triangulo DAC, con las condiciones dadas, y se ve que esta formadas por lados de valores los voltajes entre los puntos M,N,P, y se ve que el ngulo ADC es de 101, lo cual nos indica que tiene la tendencia a ser 90, y es como debera ser. Esto se explica porque el voltaje producido por el reactor mas el producido por el arrancador, con las resistencias, debe ser igual al de la tensin de lnea, pero esto vectorialmente, es por ello que seria una suma de cuadrados, y de ah que el ngulo debera ser 90.

El error podra ser analizado ante falla de los equipo, inicialmente por parte del voltmetro y luego por una falta de precisin en la medicin con el multimetro, tambin en la medicin con el escalimetro dibujando en el papel milimetrado.

2.Medir el ngulo de desfase determinado por EDA

El ngulo EDA mide 16, aproximadamente.

Este seria mi segundo ngulo de desfase

3.Calcula la potencia disipada por la lmpara fluorescente Cmo se compara este valor con el que aparece sobre el tubo de lmpara fluorescente?

Potencia a travs de la lmpara:

4. Indicar si el comportamiento de la lmpara fluorescente es inductivo o capacitivo.Dado el ngulo de desfase del voltaje de la lmpara fluorescente, podemos decir que este es inductivo.

5. Es posible hacer funcionar la lmpara fluorescente sin usar el arrancador?

Es posible prender la lmpara sin el arrancador, como fue explicado en la primera parte del experimento, al desenchufar sbitamente el cable QS.

6. Explique detalladamente el hecho de que al interrumpirse la corriente en el arrancador aparece un alto voltaje a travs del tubo es este voltaje mayor que el voltaje de lnea?

Esto sucede cuando se desconecta sbitamente QS, es decir, cuando todo el circuito esta conectado inicialmente empieza a circular una corriente a travs de los filamentos, una vez sacado el cable se da origen a una Fem. Autoinducida entre los bornes del reactor y consecuentemente una gran diferencia de potencial entre ambos filamentos de la lmpara, lo cual logra ionizar los gases de la lmpara y encenderla a esta.

Con respecto al voltaje, este no es mayor que el voltaje de lnea, dado que podra quemarse, aunque para ello se encuentra un dispositivo dentro del reactor para no producir accidentes.

7. De acuerdo a las mediciones de voltaje efectuados, se cumple la segunda ley de Kirchhoff?

Podemos ver que de nuestra medicin de voltajes, ya sea esta hecha por el voltmetro o el multimetro la suma de voltajes MP y PN, nos da una valor distinto al de MN, por ello podemos considerar que no se cumple la ley de Kirchhoff, esto porque dicho circuito tiene un anlisis vectorial.

4. Conclusiones: La corriente alterna, permite aumentar o disminuir el voltaje o tensin por medio de transformadores.

La corriente alterna, se transporta a grandes distancias con poca de prdida de energa.

Es posible convertirla en corriente directa con facilidad.

Al incrementar la frecuencia de la corriente alterna por medios electrnicos en miles o millones de ciclos por segundo (frecuencias de radio) es posible transmitir voz, imagen, sonido y rdenes de control a grandes distancias, de forma inalmbrica.

Los motores y generadores de corriente alterna son estructuralmente ms sencillos y fciles de mantener que los de corriente directa.

5. Recomendaciones:

Al momento de trabajar con las escalas, en el clculo de la inductancia, al voltaje menor, es decir al voltaje de la resistencia del reactor, considerarlo como 1cm., esto para facilitar los clculos.

La medicin de los voltajes, en vez de trabajarlos con el voltmetro dado, hacerlo con el multimetro digital, debido a que este es mas exacto, en cuanto a medicin.6. Bibliografa: Teora electromagntica, M. Zhan Editorial McGraw-Hill / interamericana de Mxico 1991 Pg. 394-395. Fsica par ciencias e Ingeniera Tomo II, Serway Beicher, 5 edicin 2001 Editorial Ultra S.A. Pg. 1044-1066.A

B

C

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E

D

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