UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA Facultad de Ingeniera Ambiental

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAFacultad de Ingeniera Ambiental

FISICA III(CODIGO DE CURSO: FI-403)(CICLO: 2012-III)

Profesor: VARAS ROJAS, Oscar HernnCurso: Fsica IIIIntegrantes del grupo: PACHARI AGUILAR, Waldemaro Ronney Aldair.20110216B REINA CASTRO, Jhohel..20110249H ALONSO GARCA, Diego Andrs..........................20080380D

Lima Per2013

LABORATORIO N3

TABLA DE CONTENIDO

1. OBJETIVOS32. FUNDAMENTO TEORICO...3Fuerza electromotriz3Potencia......33. EQUIPO64. PROCEDIMIENTO.....75. CALCULOS Y RESULTADOS....86. OBSERVACIONES Y RECOMENDACIONES........117. CONCLUSIONES ....118. RESUMEN..129. BIBLIOGRAFA.....12

FUERZA ELECTROMOTRIZ, RESISTENCIA INTERNA, EFICIENCIA Y POTENCIA DE UNA FUENTE DE CORRIENTE CONTINUA

I. OBJETIVOS:Determinar la fuerza electromotriz (FEM), la resistencia interna y la eficiencia de una fuente de corriente continua.

II. FUNDAMENTO TEORICO:Para comprender el significado de (FEM), resistencia interna, potencia y eficiencia veremos algunos conceptos previos a continuacin: Fuerza electromotriz ():Son fuerzas de naturaleza no elctrica las que en el interior de las fuentes de corriente llevan a las cargas desde un potencial mas bojo hacia un potencial mayor. Al efectuar este trabajo interno hay que vencer la resistencia interna de la fuente. Toda fuente tiene una resistencia interna . Cuando se dice, por ejemplo que la resistencia tiene 3 voltios quiere decir que cada unidad de carga (coulomb en el Sistema Internacional) tiene en el borde positivo una energa potencial de 3 joule respecto al borde negativo cuyo nivel de energa potencial se toma igual a cero.

Cuando se pone en funcionamiento al circuito la corriente (las cargas elctricas) fluyen de mayor a menor potencial, fuera de la pila atravesando la resistencia externa (carga) . Dentro de la pila, son fuerzas liberadas por reacciones qumicas (FEM) las que llevan a las cargas de (-) a (+), venciendo a la resistencia interna de la fuente. La ley de Kirchhoff para este circuito se escribe as:

Supongamos la resistencia externa es la de un voltmetro, entonces el voltaje

Teniendo en cuenta que:

Entonces:

que es la corriente que estamos considerando en las ecuaciones.

Armando este circuito se proceder a tomar datos simultneos de y del ampermetro . Los resultados se graficaran; de acuerdo a la ecuacin. Indicado por el voltmetro es el que hay entre los bordes negativo y positivo de la pila, mas no la (fem), la cual ser mayor que en la magnitud (). De donde se ve que con un voltmetro (salvo que fuera electrosttico) no se puede medir directamente la fem . Seria igual a solo cuando , pero en ese caso el voltmetro no indicara nada pues no pasara corriente a travs de l.

Nota:la resistencia de los alambres a menudo es pequea y por eso no se la toma en cuenta.

Para hallar la resistencia interna y la fuerza electromotriz hay que armar el circuito de la figura 2.

Debe ser una recta que no toca ni a la abscisa , ni a la ordenada

Prolongando o (extrapolando) se halla el valor de y tambin la corriente de corto circuito la cual es aquella que fluye por el circuito cuando la resistencia de carga es cero. Entonces:

Potencia:La potencia de cualquier dispositivo es la rapidez con la cual esta cede o absorbe energa. En el Sistema Internacional (S.I.) la unidad de potencial es el VATIO=joule/segundo.

La potencia (exterior) o sea la disipada en es:

De la ecuacin

De donde para que sea mxima.

Es decir la potencia disipada mxima bale:

Empero, en la utilizacin prctica es importante no solamente la POTENCIA sino tambin la EFICIENCIA (coeficiente de accin til). Durante el funcionamiento delcircuito, lacorriente fluye tambin por el interior de la pila, y por eso cierta potencia interior se disipa inevitablemente en el interior de la pila, esta potencia es:

PInt = i2.r

La potenciatotal disipada enel circuitoes:

PTotal= Pint+ Pext= i2r+ i2r=i

La eficiencia de la fuente es:

e = V/

III. EQUIPO: Una fuente de corriente continua (pila).

Un voltmetro (escala mxima tres voltios).

Un ampermetro.

Una resistencia variable (puente unifilar).

IV. PROCEDIMIENTO:Las siguientes recomendaciones facilitaran al experimentador una mayor comodidad en el manejo del equipo y mejor redaccin del informe.

1. Arme el circuito de la figura 2 y usando el mximo valor de la resistencia variable (su mxima longitud) anote las indicaciones del ampermetro y del voltmetro.

2. Disminuya la magnitud de de modo que disminuya en y anote las indicaciones del ampermetro y del voltmetro as como la magnitud de , esta ultima puede expresarla en unidades de longitud por ser alambre con seccin transversal constante.3. Arme el circuito de la figura 5 que es una modificacin de la figura 2.

4. Repita el paso 2, en cada caso la lectura del voltmetro ser menor que la lectura correspondiente al caso 2.

V. CALCULOS Y RESULTADOS:

I. Cuadro de datos obtenidos en laboratorio:

NLongitud (m)Intensidad de corriente (mA)Voltaje (V)

11.01200.40

20.91220.35

30.81250.30

40.71300.29

50.61350.28

60.51400.25

70.41450.22

80.31550.20

90.21650.15

100.11800.10

1) Con los valores del paso 1 halle la resistencia por unidad de longitud del alambre de nicrom.

Voltaje (V)1.21

Resistencia ()1.0602

2) Con los valores del paso 2 grafique la cual, segn la ecuacin debe ser una recta de pendiente negativaDe aqu por extrapolacin obtener el valor de la y de . Halle tambin .

10.401200.048014400

20.351220.042714884

30.301250.037515625

40.291300.037716900

50.281350.037818225

60.251400.035019600

70.221450.031921025

80.201550.031024025

90.151650.024827225

100.101800.018032400

2.5414170.3444204309

i.

ii.

Resolviendo las ecuaciones: 0.03093006-0.15518 De estas ecuaciones hallaremos: Finalmente la ecuacin de vs es:

Icc= 5.02 A

3) Determine el valor de para cada medida tomada.

NLongitud (m)Intensidad de corriente (mA)Voltaje (V)Resistencia

11.01200.403.33

20.91220.352.87

30.81250.302.40

40.71300.292.23

50.61350.282.07

60.51400.251.78

70.41450.221.52

80.31550.201.29

90.21650.150.91

100.11800.100.56

4) Con los valores de y conociendo las constantes y , grafique similar al de la figura 4. Cul es la resistencia para la cual la potencia exterior es la mxima.

NLongitud (m)Intensidad de corriente (mA)Voltaje (V)Potencia exterior Potencia total Eficiencia

11.01200.400.04800.10540.4554

20.91220.350.04270.10710.3987

30.81250.300.03750.10970.3418

40.71300.290.03770.11410.3304

50.61350.280.03780.11850.3189

60.51400.250.03500.12290.2848

70.41450.220.03190.12730.2506

80.31550.200.03100.13610.2278

90.21650.150.02480.14480.1713

100.11800.100.01800.15800.1139

0.0990.04410.1980.174

5) De los resultados experimentales, deduzca qu relacin existe entre la resistencia interna y la resistencia de carga cuando la potencia exterior disipada es la mxima.

La potencia exterior es mxima cuando el valor de la resistencia interna es igual a la resistencia externa, entonces: R=4.408

6) Cul es la potencia total cuando la potencia exterior es la mxima?

Ptotal = 2/2r , esto se da cuando la potencia exterior es mxima.

Remplazando: Ptotal= 0.087 watts

7) En qu condiciones la potencia total cedida por la fuente seria mxima y que valor tendra dicha potencia?

La potencia total mxima se dar cuando: i= icc=PTOTAL MAX = 2/r = 0.174 watts

VI. OBSERVACIONES Y RECOMENDACIONES:

En la grfica N2 respecto al circuito #1 se observa una recta de pendiente negativa cuyo valor es r=-4.408, estos valores son distintos debido a los distintas conexiones de los circuitos lo mismo ocurre con E de la fuente para los dos casos.

VII. CONCLUSIONES: En el laboratorio se determino la resistencia interna de una fem, es por ello que de esta resistencia se disipa energa con lo cual la eficiencia del circuito no enteramente del 100%. En el clculo de la potencia exterior mximo se hace con la grafica de los puntos obtenidos en la potencia exterior, en ella se calcula de manera experimental que la resistencia a la que se da esto es a la misma resistencia de la fuente r. En la dependencia del potencial respecto a la intensidad se llega a conocer el valor de la fem con el intercepto de el eje de las ordenadas y la corriente de cortocircuito con el intercepto de el eje de las abscisas.

El valor del voltaje depende en forma lineal con la corriente del circuito.

VIII. RESUMEN:Como objetivo principal tenemos el determinar la FEM, resistencia interna, eficiencia y potencia en un circuito con corriente continua, todo esto a base de datos experimentales obtenidos en el laboratorio, con la variacin lineal de una resistencia.

Para el desarrollo de la experiencia se requiere de una fuente DC, un voltmetro, un ampermetro, una resistencia lineal variable, que har de restato, y cables para armar el circuito, una vez armado el sistema, se empezar con la toma de datos, siguiendo las instrucciones detalladas en el manual.

De los datos obtenidos podemos hallar una relacin determinada entre el voltaje y la corriente, a su vez podemos hallar la eficiencia y potencia de la FEM, podemos comprobar que el valor mximo de la potencia ser cuando la resistencia externa y la interna son iguales en magnitud.

IX. BIBLIOGRAFA:

HUMBERTO ASMAT, Fsica General III MANUAL DE LABORATORIO DE FSICA GENERAL, Fuerza electromotriz, resistencia interna, eficiencia y potencia de una fuente de corriente continua.

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