UNIVERSIDAD DE LOS ANDES

NUCLEO UNIVERSITARIO DEL TACHIRA

DEPARTAMENTO DE CIENCIAS

M A N U A L P A R A E L L A B O R A T O R I O

D E F I S I C A II

Realizado por:

MIGUEL VERA

San Cristóbal, Agosto del 2002

P R E F A C I O

El presente trabajo está orientado por tres ejes fundamentales, ellos son:

En primer lugar, servir de complemento en ciertos temas que se desarrollan teóricamente en la Asignatura FISICA II.

En segundo lugar, darle oportunidad al alumno para que conozca otros contenidos que aunque no están contemplados en el programa de la asignatura mencionada, le sirven para que adquiera una visión más completa sobre la Física eléctrica.

Y en tercer lugar, dotar al estudiante de una herramienta que le permita por una parte introducirse en la experimentación a través de la Física y por la otra ¾una vez convertido en profesional¾ enfrentar con mayores posibilidades su labor docente.

INDICE

Página

Prefacio	2
Recomendaciones para la realización de las Prácticas	4
Reglamento del Laboratorio	5
Normas para elaborar los Informes	6
Práctica Nº 1: Práctica Introductoria	7
Práctica Nº 2: SIMBOLOGIA. USO DE INSTRUMENTOS DE MEDIDA. RELACION DE OHM	8
Práctica Nº 3:RESISTORES EN SERIE, PARALELO Y MIXTO	11
Práctica Nº 4: LEYES DE KIRCHOFF	16
Práctica Nº5: CONDENSADORES EN SERIE Y PARALELO	23
Práctica Nº 6: CARGA Y DESCARGA DE UN CONDENSADOR	29
Práctica Nº 7: EFECTO CALORICO DE LA CORRIENTE ELECTRICA	33
Práctica Nº 8: CAMPO MAGNÉTICO	35

I. RECOMENDACIONES GENERALES PARA LA REALIZACION DE

LAS PRACTICAS DE LABORATORIO.

Las siguientes recomendaciones tienen como finalidad orientar el trabajo del alumno antes y durante la realización de cualquier sesión de Laboratorio.

a) Una vez que el alumno haya adquirido el presente Manual deberá leer el contenido de la práctica correspondiente con el fin de conocer los objetivos que se persiguen y los procedimientos establecidos para cada experiencia o experimento.

b) El alumno debe preparar una hoja para registrar los datos que obtenga en cada experiencia. Dicha hoja será firmada por el profesor al final de cada práctica.

c) Tomando en cuenta el listado de materiales trate de identificarlos y de familiarizarse con su apariencia física real. No olvide aprender el nombre correcto de cada elemento o instrumento, tratando siempre de utilizar el lenguaje descriptivo o la terminología técnica adecuada para referirse a ellos.

d) TRABAJE DE LA FORMA MAS ORDENADA POSIBLE.

e) Cuando manipule cualquier instrumento de medida, asegúrese de conocer la forma de hacerlo funcionar adecuadamente (de ser necesario consulte al profesor).

f) Recuerde que los procedimientos descritos para cada experiencia o experimento están en relación directa con los objetivos de la práctica, de ahí la necesidad que se tiene de emplear la agudeza en cada observación que se haga. Dichas observaciones le pueden servir de base para realizar las conclusiones del Informe.

g) A medida que vaya recopilando datos no olvide registrarlos en la hoja preparada para tal fin, teniendo la precaución de escribir las unidades correspondientes a cada magnitud física medida.

NOTA: La(s) hoja(s) de registro de datos deben aparecer sin enmiendas en el Informe.

h) EJERCITE SU ESPIRITU DE CONSERVACION: NO DETERIORE LOS MESONES NI LOS MATERIALES DE TRABAJO.

i) Cuando detecte que cualquier elemento o instrumento está en mal estado o defectuoso repórtelo inmediatamente al Profesor.

j) LOS OBJETIVOS DE CADA PRACTICA DEBEN SER INFERIDOS POR EL ALUMNO LUEGO DEL DESARROLLO DE LAS MISMAS.

II.- REGLAMENTO QUE REGIRA LA REALIZACION

DE LAS PRACTICAS DE LABORATORIO

1. El tiempo previsto para la realización de cada práctica es de dos (2) horas.

2. El alumno debe ser puntual a la hora de llegar al Laboratorio. (Pasados 10 minutos de iniciada la práctica ningún alumno podrá ingresar al Laboratorio).

3. La organización de grupos de trabajo estará bajo la responsabilidad del Profesor y responderá a las siguientes variables:

a) Número de alumnos

b) Material disponible

4. Si un alumno pierde dos prácticas por inasistencia injustificada será reprobado en Laboratorio.

NOTA: Los casos de inasistencia justificada serán objeto de estudio por parte del Profesor, quien tendrá la potestad para solucionar de la manera más conveniente dicha situación.

5. Antes de que el alumno llegue al Laboratorio debe haber estudiado responsablemente toda la información que contiene el MANUAL respecto a la práctica correspondiente a la semana en curso.

6. Cada grupo o equipo de trabajo debe elaborar un Informe de la práctica realizada. Dicho Informe será presentado según indicación del profesor.

7. La Evaluación será realizada de la siguiente forma:

a) Pruebas cortas (escritas o interrogatorios) realizadas al comienzo de cada sesión de Laboratorio.

b) Informe de cada práctica realizada.

c) Una prueba final.

NOTA: La parte teórica de Física tendrá un valor del 80% mientras que la parte práctica (Laboratorio) tendrá un valor del 20%.

8. Cualquier situación no contemplada en este Reglamento será resuelta por el personal docente a cargo del Laboratorio.

III.- NORMAS PARA LA ELABORACION DEL INFORME

CORRESPONDIENTE A CADA PRACTICA

Antes de describir la estructura del Informe es bueno que el alumno tome muy en cuenta la siguiente información:

El Informe será presentado en hojas blancas, tamaño carta mecanografiadas a doble espacio ó escritas a bolígrafo (azul o negro) y respetando los siguientes márgenes: superior e izquierdo 4 cm; inferior y derecho 3 cm. El Informe debe entregarse engrapado en el extremo superior izquierdo.

La estructura del Informe será la siguiente:

1) Portada: En el extremo superior izquierdo deben aparecer los datos de identificación de: la Universidad, el Departamento, la Cátedra, y la sección. En el centro de la hoja aparecerá el nombre y el número de la práctica, por ejemplo:

ESCALA Y ERRORES

(Práctica Nº 1)

Cuatro espacios más abajo del título y buscando el margen derecho debe aparecer la identificación de los alumnos: Apellidos y Nombres, cédula de identidad. Por último, cercano al margen inferior y centrado se debe escribir la ciudad y la fecha en que se entregará el Informe.

2) Introducción: En ella se debe describir brevemente el contenido del Informe. También se debe indicar el o los objetivos de la práctica y el método utilizado para lograrlos.

3) Tabla de datos y resultados: Se refiere a la tabla preparada para el registro de datos (firmada), así como también los resultados de las observaciones más importantes hechas durante el desarrollo de la práctica. Las preguntas planteadas en cada experiencia y las respuestas obtenidas a las mismas deben ser incluidas en este apartado.

4) Muestra de cálculo: Esta parte debe realizarse en forma ordenada para facilitar su revisión. Consiste en efectuar un sólo cálculo por cada ecuación que se utilice.

5) Gráfica: A menos que se indique lo contrario, todas las gráficas serán hechas en papel milimetrado, cumpliendo con las normas que se impartirán en la práctica correspondiente.

6) Análisis de resultados: En esta parte se debe hacer un análisis detallado de los resultados y de las gráficas; aclarando y justificando las incongruencias y desviaciones que se presenten con respecto a lo previsto.

7) Conclusiones: Sobre la base de las observaciones y análisis de los resultados se deben elaborar en forma de conclusiones los aspectos que pongan de manifiesto el logro de los objetivos o la verificación de cualquier ley física.

8) Bibliografía: El material bibliográfico consultado por el alumno debe aparecer registrado en esta parte del Informe cumpliendo para ello con todas las reglas metodológicas previstas.

PRACTICA Nº 1

I. INTRODUCCION:

Esta sesión de Laboratorio se utilizará para dar una explicación detallada de como será el funcionamiento del Laboratorio y también se aprovechará parte del tiempo para que los estudiantes se familiaricen con el equipo y material que se utilizará en las siguientes prácticas.

II. LABORATORIO:

· El Profesor dará todas las informaciones pertinentes para que el alumno se entere de cuales serán las normas que regirán la realización de las prácticas y explicará todo lo referente a la elaboración y entrega de los Informes así como también se referirá a la evaluación aclarando cualquier duda que tenga el alumno.

· Los estudiantes tendrán a su disposición el material que se requiere para desarrollar las sesiones de laboratorio y realizará un registro de cada componente, el cual incluirá: Dibujo y Nombre del dispositivo.

· Cada equipo elaborará un informe contentivo de los siguientes aspectos: Portada, Introducción; Descripción, Funcionamiento, Utilidad y Dibujo de cada componente identificado, así como Conclusiones y Bibliografía consultada.

· El informe será entregado en la próxima sesión de laboratorio.

PRACTICA Nº 2

Reconocimiento de instrumentos de medición y de los componentes de circuitos eléctricos. Simbología. Relación de Ohm.

I. INTRODUCCION:

En un laboratorio de Física eléctrica se hacen dos actividades básicas. Ellas son:

v Montar circuitos eléctricos, para lo cual se requiere el diagrama circuital, el tablero de conexiones (protoboard) y una serie de componentes eléctricos.

v Analizar los circuitos montados para lo cual se requiere, aparte de la OBSERVACIÓN, aparatos de medida.

Para desarrollar con éxito las dos acciones mencionadas anteriormente, es necesario conocer la simbología de cada uno de los elementos del circuito y de los instrumentos de medida que aparecen reseñados en los diagramas circuitales.

También se hace pertinente saber como usarlos adecuadamente. Es por ello que a continuación se presenta un conjunto de tablas contentivas de la información que se requiere para desarrollar de manera organizada, las actividades de laboratorio.

I.- INSTRUMENTOS DE MEDIDA

VOLTIMETRO
AMPERIMETRO
OHMETRO
MULTIMETRO
OSCILOSCOPIO

II.- ELEMENTOS O COMPONENTES DE CIRCUITO ELECTRICO

CONDENSADOR FIJO, POLARIZADO Ó ELECTROLITICO
RESISTOR
CONECTOR
TIPO DE ENERGIA
LAMPARA GENERAL
DIODO
GENERADOR
FUENTE DE PODER

Por muy sencillo o complejo que sea un circuito eléctrico, su funcionamiento dependerá de tres magnitudes elementales. Ellas son:

· El voltaje, que puede entenderse como la fuerza que impulsa y mantiene el flujo de cargas eléctricas que circulan por un circuito. La unidad M.K.S. de esta magnitud es el VOLTIO (V).

· La intensidad de corriente, la cual puede definirse como el número de cargas eléctricas, que circulan a través de un circuito cerrado, por unidad de tiempo. Su unidad M.K.S., es el AMPERIO (A).

· La impedancia que en términos generales, es la oposición que le ofrece cualquier elemento de circuito (resistor, bobina, capacitor, circuito integrado, conductor, etc.) al paso de la intensidad de corriente. La unidad de la mencionada magnitud, en el sistema M.K.S., es el OHMIO (W).

Ahora bien, como quiera que las unidades mencionadas no son prácticas para efectos experimentales, se utiliza un conjunto de múltiplos y submúltiplos de las mismas. Para poder hacer uso correcto de ellos, se requiere recordar el valor y los símbolos de los siguientes prefijos.

PREFIJO	SIMBOLO	VALOR
Mega	M	10⁶
Kilo	K	10³
Mili	m	10^-3
Micro	m	10^-6

En su forma más elemental, un circuito eléctrico puede definirse como un camino completo (cerrado) para que la intensidad de corriente pueda fluir.

Los elementos necesarios para construir un circuito son:

a) Fuente de poder: Es un dispositivo que mantiene, entre sus terminales, una diferencia de potencial constante, conocida como fuerza electromotriz (Voltaje), para cualquier valor de corriente que circule por el circuito. Puede ser una batería ó un dispositivo que al conectarse a la red de energía eléctrica (toma-corriente) sea capaz de suministrar ciertos valores de tensión. Esta tensión suministrada puede ser constante en el tiempo (D.C.), ó puede variar de una manera conocida y entre un rango de valores también conocido (A.C.).

b) Conductores: Son los cables o alambres que permiten interconectar entre sí los demás elementos de un circuito. Generalmente son de cobre, plomo, plata, oro, etc.

Nota: La resistencia de los conductores siempre se desprecia por ser de muy bajo valor ohmico.

c) Resistores: Están formados por material altamente resistivo al paso de la corriente (el material puede ser: carbón, arena, alambre, grafito, etc.) ligado con resinas sintéticas. Su función es limitar el paso de la intensidad de corriente eléctrica en un circuito. Generalmente poseen dos extremos a través de los cuales pueden ser conectados en un circuito.

Para efectos de diseñar y analizar un circuito eléctrico se debe considerar la:

Relación de Ohm: No debe seguirsele llamando a esta relación, ley, puesto que existen condiciones bajo las cuales NO se cumple.

Su enunciado establece: "El voltaje (V) aplicado a los extremos de un elemento óhmico es directamente proporcional a la intensidad de corriente eléctrica (I) que circula por él. Siendo la constante de proporcionalidad la resistencia eléctrica (R) que exhibe el elemento óhmico". Matemáticamente: V = R* I

La expresión matemática más general es la siguiente: ,se usa si el elemento no es ohmico.

Esta expresión relaciona las tres magnitudes básicas que intervienen en un circuito eléctrico y a continuación se indica la forma, como deben conectarse cada uno de los instrumentos correspondientes a dichas magnitudes.

EL VOLTIMETRO: Se utiliza para medir la diferencia de potencial (Voltaje) aplicada a los extremos de cualquier elemento de un circuito. Se debe conectar en PARALELO.

EL AMPERIMETRO: Se utiliza para medir la intensidad de corriente eléctrica que circula a través de cualquier elemento de un circuito. Se debe conectar en SERIE.

EL OHMETRO: Se utiliza para medir la resistencia que posee un elemento de circuito. También se conecta en PARALELO, teniendo la precaución debe desenergizar la fuente de poder del circuito.

EL MULTIMETRO: Es conocido con el nombre de TESTER. Es un aparato que contiene a los tres instrumentos mencionados anteriormente. Pueden ser de aguja (analógicos) ó de tipo DIGITAL.

Nota: Generalmente, los circuitos se ¨montan¨ sobre un tablero de conexiones llamado PROTOBOARD, cuyo funcionamiento será explicado antes de desarrollar la práctica.

II. PRE LABORATORIO

El alumno debe estudiar toda la información contenida en la introducción de la presente práctica y recordar lo que significa una relación directamente proporcional.

III. LABORATORIO

Antes de realizar las actividades que se mencionan a continuación el profesor dará las indicaciones necesarias para simular el montaje de circuitos con el programa ELECTRO.

A continuación se usará el programa ELECTRO para estudiar el comportamiento de tres dispositivos o elementos de un circuito. Para ello:

· Monte el circuito mostrado en la figura anexa.

Importante: Tome nota de todas las medidas en la hoja de datos respectiva, diseñando una tabla de datos adecuada.

· Conecte el voltímetro y mida el voltaje a los extremos de cada elemento.

· Conecte el amperímetro y mida la intensidad que circula por el circuito.

· Modifique el valor de la fuente V, sucesivamente, tomando en cuenta los siguientes valores: 3, 4.5, 6, 7.5, 9.0 y 12 Voltios; repitiendo los pasos anteriores para cada uno de ellos.

· Sustituya la fuente de poder por un generador de energía alterna y vuelva a repetir el experimento***

Ahora realice las actividades señaladas, excepto la última (***), usando componentes reales, de manera independiente, en el siguiente orden:

a.- Resistor; b.- Bombillo y c.- Diodo

Nota: Para no dañar los componentes use como máximo 7.5Volt.

· Fuera del Laboratorio:

o Construya las gráficas V = f( I ), para los componentes – virtuales y reales- usados. De ser posible calcule la pendiente de las gráficas obtenidas. ¿Qué magnitud física representa dicha pendiente y cuales son sus unidades?

o Compare los resultados obtenidos por simulación con los obtenidos usando componentes reales. ¿Se presentan diferencias?. Justifique y establezca conclusiones.

o Tomando en cuenta los resultados numéricos y gráficos, clasifique los dispositivos, de acuerdo con la relación de Ohm.

o Investigue, deduzca e indique cuales son las condiciones bajo las cuales la relación de Ohm no se cumple.

PRACTICA Nº 3

ASOCIACION DE RESISTORES CONECTADOS EN SERIE, PARALELO Y MIXTO.

I. INTRODUCCION:

Cuando se diseñan circuitos eléctricos y/o electrónicos, muchas veces no están disponibles -comercialmente- los valores de los resistores obtenidos por cálculo, razón ésta por la que se hace necesario interconectar los resistores expendidos por las casas especializadas, en la venta de estos dispositivos.

Las distintas asociaciones de resistores (serie, paralelo y mixto), surgen como respuesta a ésta situación problemática. Luego, es pertinente conocer las leyes que rigen el funcionamiento de las mencionadas asociaciones.

La vía que se empleará en esta sesión de laboratorio, para conocerlas es el “descubrimiento”, es decir, suponiendo que el estudiante no las conoce, se propone un conjunto de experiencias -tanto simuladas como reales- que le permitirá establecerlas.

Cuando se aplica un voltaje a los terminales de un resistor, a través de él, circula un flujo de electrones (intensidad de corriente eléctrica), el cual está limitado por el valor del resistor (resistencia).Un factor importante que se debe tomar en cuenta, al suministrarle energía a un circuito compuesto por resistores, es LA POTENCIA, la cual es una propiedad que tienen los cuerpos de liberar calor al ambiente cuando a través de ellos circula un flujo de electrones.

Algunas de las expresiones matemáticas que permiten determinar la potencia de disipación de un resistor, son: = V / R= V * I

Si un resistor es de carbón, observando su tamaño se puede determinar la potencia que disipa, y por el código de colores su valor ohmico; entonces la ecuación anterior, permite calcular el valor de corriente máxima que puede soportar cualquier resistor sin correr el riesgo de dañarlo o calentarlo extremadamente.

Por otra parte, de acuerdo al material de construcción y a la potencia, los resistores pueden clasificarse así:

a) Resistores de carbón: Son de forma cilíndrica y poseen una serie de bandas de colores sobre su cuerpo, mediante las cuales se puede determinar el valor de resistencia eléctrica que le van a ofrecer a la intensidad de corriente. Es el tipo de resistor que se utilizará en esta sesión de laboratorio. Los valores comerciales de potencia, para resistores de carbón son: , , , 1 y 2 vatios.

b) Resistores de alambre: Cubren la gama de potencia comprendida entre 2 y 5 vatios y traen impreso, directamente sobre su cuerpo, tanto el valor ohmico que representan como la potencia de disipación que soportan.

c) Resistores de arena o cemento: Son resistores especialmente construidos para soportar potencias superiores a los 5 vatios. Generalmente tienen forma de caja rectangular y sus terminales van dispuestos en forma axial.

d) Resistores variables: Están construidos por un conductor metálico arrollado sobre un núcleo de cerámica. Son de uso común y pueden ser conectados como Potenciómetros ó como Reóstatos. Un ejemplo de este tipo de resistores lo encontramos en los controles que nos permiten modificar el volumen en un radio, equipo de sonido, o televisor.

A continuación se indica en que consiste la conexión de cada una de las asociaciones de resistores mencionadas

a) Resistores en serie: Basta con colocar un resistor a continuación de otro, es decir, unir un extremo de cualquier resistor con el extremo de otro resistor (simulando la construcción de una cadena). Se dice que un circuito está en serie cuando existe uno y solo un camino para la intensidad de la corriente eléctrica, como se muestra a continuación:

FIGURA #1

b) Resistores en paralelo: Se dice que los elementos de un circuito están conectados en paralelo cuando le proporcionan al flujo de electrones más de un camino para su circulación. Se conectan los resistores de tal forma que se conformen los peldaños de una escalera, como se muestra a continuación:

FIGURA # 2

c) Resistores en conexión mixta: Es una combinación de a y b, es decir, aparecen resistores en serie y en paralelo con la fuente de poder, como se muestra en la siguiente figura:

FIGURA # 3

Si se quiere conocer el valor ohmico de un resistor de carbón, debe saberse el código de colores , el cual viene representado en la siguiente tabla:

COLOR	BANDA Nº1 Y 2	BANDA Nº 3	BANDA Nº 4
Negro	0	10⁰	-
Marrón	1	10¹	-
Rojo	2	10²	-
Naranja	3	10³	-
Amarillo	4	10⁴	-
Verde	5	10⁵	-
Azul	6	10⁶	-
Violeta	7	10⁷	-
Gris	8	10⁸	-
Blanco	9	10⁹	-
Dorado	-	10^-1	5%
Plata	-	10^-2	10%

Nota: También existen resistores que poseen cinco bandas de colores, pero no se consiguen fácilmente y por tanto no serán considerados en esta práctica.

Para aplicar el código de colores se utiliza el siguiente procedimiento: la lectura se empieza por la banda que esté más cercana a uno de los extremos del resistor (banda Nº1), la banda que está a continuación de la anterior es la Nº 2 y así sucesivamente. Las dos primera bandas según el color representan las dos cifras significativas del valor, el color de la tercera banda determina el exponente de la potencia de 10 que multiplica al número anterior. La cuarta banda representa la tolerancia del valor; si ésta no existe, la tolerancia será del 20%.

Por ejemplo si un resistor tiene los siguientes colores:

Primera banda: amarilla; Segunda banda: violeta; Tercera banda: rojo; Cuarta banda: plata. El valor de resistencia, del resistor, será:

R = 47*10²con un 10% de tolerancia

Es una práctica común que el valor óhmico de un resistor sea expresado en función de ciertos prefijos. Así, para el ejemplo que se está considerando:

R = 4,7KW 10%.

Además gracias a la tolerancia, se puede determinar tanto el valor mínimo del resistor como su valor máximo, tomando en cuenta los siguientes pasos:

· Calcular el 10% de 4700W, dando como resultado 470W

· Sumar a 4700W, el valor obtenido en el paso anterior. Obteniéndose así el valor máximo del resistor: 5170W

· Para obtener el Valor mínimo, restar a 4700W, el valor obtenido en el primer paso, resultando 4230W.

De acuerdo al ejemplo anterior, se puede establecer que el VALOR REAL de un resistor de carbón, se encuentra comprendido en un intervalo cuyos extremos son el valor mínimo y máximo del RESISTOR .

Al medir con un ohmetro el valor del resistor, el resultado de la medida -si el resistor está en buen estado- debe estar comprendido entre 4230W y 5170W

II. PRE LABORATORIO:

El alumno debe estudiar toda la introducción, repasar la simbología vista en la práctica anterior y utilizar la relación de Ohm, para establecer otras ecuaciones que permitan calcular la potencia de un resistor.

III. LABORATORIO:

EXPERIMENTO #1

RESISTORES EN SERIE:

Use el programa ELECTRO, en primera instancia y luego COMPONENTES REALES para realizar las siguiente actividades:

Monte el circuito que aparece en la figura #1 de la Introducción. Haga revisar el montaje por el profesor.

Cuando esté seguro que su circuito está bien montado, conecte la fuente de poder y use el amperímetro para medir la corriente total del circuito, ¿será igual a la corriente que circula por todos los resistores?. Verifique su respuesta.

¿Puede encontrar alguna relación entre la corriente suministrada por la fuente (It) y las corrientes que circulan por los tres resistores (I₁, I₂, I₃)? Exprese matemáticamente dicha relación.

¿Use el Voltímetro para determinar la diferencia de potencial en los extremos de: R₁, R₂, y R₃?.

¿Cuál es la diferencia de potencial entregada por la fuente de poder?.

¿Puede usted relacionar este último valor con las diferencias de potencial V_{1 ,} V₂y V₃ a través de R₁, R₂ y R₃?. Hágalo

¿Cuáles son los valores de los resistores R₁, R₂ y R₃?, Por código de colores y medidas con el ohmetro. Mida el valor de la resistencia total del circuito y compárelo con el de los resistores, ¿Qué concluye?

Para la casa: ¿Puede usted calcularlos en base a las diferencias de potencial y las corrientes que ha medido? Hágalo. ¿Qué principio, relación o ley se aplica para hacer este cálculo?

Suponga que se reemplazan los tres resistores que ha usado por uno solo, de tal forma que pase la misma corriente y haya la misma diferencia de potencial en sus extremos: ¿Cuál debería ser el valor de éste resistor?. Calcúlelo.

Escriba la expresión matemática de las leyes que se pueden deducir de esta experiencia, generalizando estas leyes para “n” resistores.

EXPERIMENTO #2

RESISTORES EN PARALELO

Monte el circuito que aparece en la figura #2 de la Introducción y repita cada uno de los pasos especificados en el experimento #1.

EXPERIMENTO #3

RESISTORES EN CONEXIÓN MIXTA

Monte el circuito que aparece en la figura #3 de la Introducción y repita cada uno de los pasos especificados en el experimento #1.

FUERA DEL LABORATORIO

· Investigue en textos relativos a ELECTRICIDAD Y ELECTRONICA básica, para dar respuesta a las siguientes preguntas:

a) ¿Por qué el Ohmetro debe utilizarse teniendo la precaución de desconectar la fuente de poder?

b) ¿Qué ocurriría si se conectase un Amperímetro en paralelo?.

c) ¿Qué ocurriría su se conectase un Voltímetro en serie?. ¿Por qué?.

d) ¿Se puede hablar de intensidad de corriente sin que exista voltaje?

e) ¿Se puede hablar de voltaje sin que exista intensidad de corriente?.

f) ¿Qué pasa si se conecta un instrumento de medida con la polaridad invertida?. Analice los dos casos (instrumentos analógicos e instrumentos digitales).

g) ¿Qué es un Cortocircuito?. Haga un esquema del mismo

h) ¿Qué es un Circuito Abierto?. Haga un dibujo donde se ilustre dicha situación.

i) ¿Qué sucedería si usted conecta en serie una resistencia muy grande

R₁ = 2 x 10⁴ con una resistencia muy pequeña R₂ =1?. ¿Y qué sucedería si conecta éstos dos resistores en paralelo?

· Determine que tipo de corriente y voltaje que fue usado a lo largo de la práctica.

· Compare los datos obtenidos del montaje real con los del montaje simulado.

· Usando las ecuaciones adecuadas y los datos obtenidos, determine cual de los circuitos consumió mayor potencia eléctrica.

· Diseñe una experiencia de laboratorio que le permita obtener la gráfica de potencia en función de la intensidad de corriente al cuadrado. Suponga valores para la intensidad y utilice la ecuación de potencia dada en la introducción, para calcular ésta última magnitud, usando un resistor de 1.5 K. Construya la mencionada gráfica.

PRACTICA Nº 4

LEYES DE KIRCHHOFF

I.-INTRODUCCION:

En un circuito eléctrico, muchas veces, se necesita conocer el potencial en algunos o en todos sus nodos y/o las diferentes corrientes que circulan por sus ramas (al conocer las corrientes podemos conocer los potenciales y viceversa).

Para determinar estos valores existen dos leyes enunciadas por Gustav Kirchhoff (físico y químico alemán), conocida como Ley de los Nodos o Primera Ley de Kirchhoff y Ley de las Mallas o Segunda Ley de Kirchhoff.

La primera ley establece: "En cualquier nodo la suma algebraica de las intensidades de corriente es cero(0)". Otra forma de decir lo mismo es: "La sumatoria de corrientes que entran a un nodo es igual a la sumatoria de corrientes que salen de él" (Principio de conservación de la carga).

La segunda ley establece: " En una malla (camino cerrado), las suma algebraica de las diferencias de potencial es igual a cero(0)". (Principio de conservación de la energía).

II. PRE-LABORATORIO:

El alumno debe repasar los métodos vistos en Álgebra Lineal sobre la solución de sistemas de ecuaciones.

III. LABORATORIO

EXPERIMENTO Nº 1

COMPROBACIÓN DE LAS LEYES DE KIRCHHOFF

Use el programa ELECTRO, en primera instancia y luego COMPONENTES REALES para realizar las siguiente actividades:

· Monte el circuito que aparece en la siguiente figura.

A B C

D E F

· Haga revisar el montaje por el profesor.

Cuando esté seguro que su circuito está bien montado, conecte las fuentes de poder y:

a) Haga uso del voltímetro para medir las diferencias de potencial en todos los elementos del circuito, es decir, el voltaje entre A y B, B y C, C y F , etc., tenga la precaución de tomar nota, solo del valor numérico y no del signo que arroja cada lectura. .¿Hay alguna relación entre esas diferencias de potencial?. ¿Cómo puede justificar o explicar esta relación?.

b) Haga uso del amperímetro y mida ahora las intensidades de corriente presentes en el nodo principal.¿Hay alguna relación entre esas corrientes?. ¿Cómo puede justificar o explicar esta relación?.

c) Considere ahora la trayectoria cerrada (malla) ABED y sume algebraicamente las diferencias de potencial que obtuvo, es decir, tenga cuidado de hacerlo con el signo apropiado, según el punto que estuviera a mayor potencial en sus mediciones. ¿Cuánto vale esta suma?.

d) ¿Será el resultado anterior válido en general? o será una simple coincidencia?. Para tratar de contestar a esta pregunta, repita el procedimiento anterior para la malla BCFE.

FUERA DEL LABORATORIO

· Los valores de los resistores que se han indicado en el circuito dado en la presente práctica son los valores nominales de las resistencias comerciales, cuyo valor real puede diferir del nominal en un 5, 10 ó 20%, según el tipo de resistor que se use. ¿ Puede usted con los datos que ha obtenido calcular los valores reales de las resistencias eléctricas que ofrecen los resistores? Sugerencia: Aplique la relación de Ohm.

· Establezca una expresión matemática general, para las leyes que se pueden deducir de la experiencia realizada.

· Investigue: ¿Cuáles son los pasos a seguir para calcular –teóricamente- las intensidades de corrientes de MALLA y de Rama, presentes en un circuito conectado en Red?.Aplique estos pasos al circuito utilizado en la practica para hallar las mencionadas corrientes.

· Aplique la Ley de los Nodos y la Ley de las Mallas para determinar, por cálculo, las corrientes de rama del circuito anexo.

NOTA: Para resolver estos ejercicios suponga sentidos arbitrarios para las corrientes.

PRACTICA Nº 4

CONEXION DE CONDENSADORES EN CIRCUITO SERIE Y PARALELO.

REACTANCIA CAPACITIVA.

I. INTRODUCCION:

Un condensador es un dispositivo que almacena energía eléctrica en forma de campo eléctrico. Todo condensador posee una cualidad eléctrica o propiedad física denominada CAPACITANCIA que es la facultad que posee un dieléctrico para almacenar carga. La unidad de Capacitancia o Capacidad es el faradio (f).

El condensador más sencillo que existe se compone de un par de láminas metálicas paralelas separadas por aire o cualquier otro DIELECTRICO (material aislante). Este tipo de condensador recibe el nombre de condensador plano.

Existen dos tipos principales de condensadores: fijos y variables.

Los condensadores variables, son aquellos a los que se les puede cambiar el valor de su capacidad mediante el deslizamiento o la rotación de una perilla. Este tipo de condensadores se encuentra generalmente en los aparatos de radio, por ejemplo es aquel que permite que se seleccionen las emisoras.

Los condensadores fijos, son aquellos que se fabrican con un valor constante o determinado de capacidad y a su vez se clasifican en: polarizados y no polarizados.

Los condensadores no polarizados se clasifican a su vez según el dieléctrico utilizado para su construcción. Los principales tipos son: de cerámica, poliestireno, papel, mylar y de mica.

Por otra parte, los condensadores polarizados se caracterizan por tener impresos sobre su cuerpo un terminal positivo y otro negativo así como también el valor de su capacidad en microfaradios, el voltaje máximo que puede ser aplicado a sus extremos y en algunas oportunidades la temperatura de operación.

La polaridad de estos condensadores debe ser respetada a la hora de hacer su conexión dentro de un circuito puesto que si se conectan en sentido inverso al correcto, se destruirán inmediatamente.

Otra propiedad de los condensadores es la de ofrecer resistencia al paso de la corriente. A esta resistencia se le denomina REACTANCIA CAPACITIVA, la cual puede ser calculada por la Relación de Ohm adaptada a un condensador ( V_c = I_c * X_c ).

donde X_c es la Reactancia Capacitiva expresada en .

Si se conoce la capacidad de un condensador también se puede calcular su reactancia capacitiva y viceversa, utilizando la siguiente ecuación:

Donde: f es la frecuencia del generador de energía.

C es la capacidad del condensador.

NOTA: Todo condensador puede descargarse conectando entre sus extremos un resistor de bajo valor óhmico, teniendo la precaución de desconectarlo del circuito.

De forma concreta, la capacitancia es la facultad que posee un dieléctrico para almacenar carga eléctrica. La unidad de capacitancia es el faraday, en honor de Michael Faraday. Un capacitor está formado por un aislador colocado entre dos conductores. Los capacitores comerciales se fabrican con valores específicos de capacitancia.

Los diferentes tipos de capacitores reciben su nombre de acuerdo al material dieléctrico. Los tipos más comunes son de aire, papel, cerámica y electrolíticos. En este capítulo se explica cómo se carga una capacitancia por medio de una fuente de voltaje, y como se descarga un capacitor.

1) Como se almacena la carga en un dieléctrico

Es posible que los materiales dieléctrico ¾como el aire o el papel¾ retengan una carga debido a que los electrones libres no pueden fluir a lo largo de un aislador. Sin embargo, esta carga la debe aplicar alguna fuente. En la figura 1.a la batería carga el capacitor mostrado. Con el dieléctrico colocado entre los dos conductores, a través de los cuales existe una diferencia de potencial V, los electrones de la fuente de voltaje se acumulan en el lado del capacitor que está conectado a la terminal negativa de V. El lado opuesto del capacitor, el cual está conectado a la terminal positivo de la batería, pierde electrones.

Como resultado de lo anterior, el exceso de electrones produce una carga negativa en uno de los lados del capacitor, mientras que el opuesto adquiere una carga positiva. Por ejemplo, si se acumulan 6.25 x 10¹⁸ electrones, la carga positiva es igual a 1 C. Sólo es necesario considerar la carga en una de las placas, ya que el número de electrones acumulados en la otra es exactamente igual al de la primera placa.

En este caso, lo único que hace la fuente de voltaje es simplemente redistribuir algunos de los electrones, de un lado del capacitor al otro. Este proceso carga al capacitor y continúa hasta que la diferencia de potencial a través de éste es igual al voltaje aplicado. Si no existe ninguna resistencia en serie, el proceso de carga es instantáneo. Sin embargo, en la práctica, siempre existe alguna resistencia en serie, lo que da origen a la aparición de una corriente transitoria ( o temporal) de carga que desaparecerá sólo hasta que el capacitor esté totalmente cargado al valor del voltaje aplicado. En este momento no circula corriente alguna por el circuito.

El resultado del proceso anterior, es un dispositivo que almacena carga eléctrica en el dieléctrico. En este contexto, la palabra almacenar significa que la carga permanece aún después de haber desconectado la fuente de voltaje. La capacitancia C es una medida de la cantidad de carga almacenada. Entre más carga se almacene para un determinado valor de voltaje, mayor será la capacitancia. Los componentes que se fabrican de manera que proporcionen un valor determinado de capacitancia, reciben el nombre de Capacitores.

2) Campo eléctrico en el dieléctrico: Cualquier voltaje tiene asociado un campo de líneas de fuerza eléctrica entre cargas eléctricas de polaridad opuesta. El campo eléctrico corresponde a las líneas de fuerza magnética asociadas con la corriente eléctrica, Lo único que hace un capacitor es concentrar el campo eléctrico en el dieléctrico que está entre las placas. Esta concentración es análoga a la del campo magnético en el devanado de una bobina. La única función tanto de las placas del capacitor como de los conductores, es conectar la fuente de voltaje V a través del dieléctrico. De esta forma, el campo eléctrico se concentra en el capacitor, en lugar de propagarse en todas direcciones.

3) Inducción electrostática: El capacitor exhibe cargas opuestas debido a la inducción electrostática provocada por el campo eléctrico. Los electrones que se acumulan en el lado negativo generan líneas de fuerza eléctrica que repelen a los electrones provenientes del lado opuesto. Cuando este lado pierde electrones, se carga positivamente. Las cargas opuestas inducidas por un campo eléctrico corresponden al concepto de polos opuestos inducidos en materiales magnéticos por campo magnético.

4) Carga y descarga de un capacitor: Existen, principalmente, dos efectos asociados con capacitores. El voltaje aplicado coloca carga en el capacitor. La acumulación de carga trae como consecuencia la aparición de una diferencia de potencial a través de las placas del condensador. Cuando el voltaje en el condensador es igual al voltaje aplicado (sólo si el circuito no pose uno o más resistores), el proceso de carga se detiene. La carga permanece en el capacitor, con o sin voltaje aplicado.

El capacitor se descarga cuando existe una trayectoria de conducción entre las placas, sin que exista la necesidad de aplicar voltaje alguno. En realidad, solo es necesario que el voltaje en el capacitor sea mayor que el aplicado. En este caso, el capacitor sirve como la fuente de voltaje temporal que produce la corriente de descarga en la trayectoria de descarga. Este proceso del capacitor continúa hasta que el voltaje en él disminuye hasta cero o es igual al voltaje aplicado.

II. PRE-LABORATORIO:

El alumno debe recordar las instrucciones para la conexión de instrumentos de medida.

III. LABORATORIO:

NOTA: En los experimentos que se van a desarrollar a continuación el alumno debe tener la precaución de descargar los condensadores cada vez que los vaya a conectar a cualquier circuito. Recuerde que si a un condensador se le aplica una diferencia de potencial en sus extremos adquiere CARGA, la cual permanece almacenada aun cuando sea desconectada la fuente de poder.

EXPERIMENTO Nº 1

CONDENSADORES EN SERIE

Materiales:

- Condensadores de varias capacidades

- Voltímetro

- Fuente de poder.

Procedimiento:

NOTA: Para cada montaje que realice mantenga constante el Voltaje.

a) Monte el circuito mostrado en la figura Nº 1, utilizando condensadores de 1000 f, 2200 f,y 3300 f.

b) Haga uso del voltímetro y mida tanto el voltaje de la fuente como el que está aplicado a los extremos de cada uno de los capacitores. ¿Qué relación matemática se obtiene al comparar el voltaje de la fuente con el voltaje de los condensadores?

c) Haga una comparación que le permita establecer un tipo de relación, entre la capacidad y el voltaje que se aplica a los extremos de un condensador.

d) Haciendo uso de la relación establecida, calcule la constante de este experimento. Tomando en cuenta las unidades y las magnitudes involucradas: ¿Qué nombre recibe esta constante?.

EXPERIMENTO Nº 2

CONDENSADORES EN PARALELO

Material: El mismo del experimento anterior

Procedimiento:

a) Monte el circuito mostrado en la figura 2.

b) Repita el procedimiento visto en el experimento anterior desde el literal.

EXPERIMENTO Nº 3

REACTANCIA CAPACITIVA

Material:

- Condensadores de varios valores

- Fuente de corriente alterna

- Generador de corriente alterna

- Amperímetro

- Voltímetro

- Bombillo

Procedimiento:

a) Monte el circuito mostrado en la Figura 3 y observe el brillo del bombillo.

b) Ahora sustituya el condensador de 4f por uno de 1f y observe el brillo del bombillo.

c) Compare los resultados obtenidos.

d) Puede dar una explicación a lo sucedido?

e) Monte el circuito de la Figura 4. Ajuste el generador de corriente alterna de modo que dé una señal senoidal de 100 Hz.

f) Mida el voltaje que entregue el generador.Anote ese valor

g) Mida el valor de la corriente que circula por el circuito.

h) Utilice la Ley de Ohm y calcule el valor de X_c (Reactancia Capacitiva).

i) Con la ecuación que relaciona X_c con la frecuencia (Ver introducción) calcule el valor de la capacidad del condensador. No olvide que esta ecuación da del resultado en f.

NOTA: Todos los resultados obtenidos deben aparecer en el informe.

j.1) Observando la ecuación utilizada, ¿qué relación puede establecer entre:

j.1 X_c y f

j.2 ) X_c y C

k) Variando la frecuencia de la señal que entrega el generador y manteniendo constante el Voltaje determine los valores de X_c .

l) Tabule los resultados anteriores y construya la gráfica X_c vs. f.

m) Linealice el gráfico anterior.

n) Establezca la relación entre las variables

Figura 1

C1 C2 C3

Figura 2

C1 C2 C3

Figura 3

Figura 4

PRACTICA Nº 5

EFECTOS CALORICOS DE LA CORRIENTE ELECTRICA.

EFECTO JOULE.

I. INTRODUCCION:

Los experimentos han demostrado que el paso de una corriente eléctrica por un conductor viene acompañada por un desprendimiento de calor por parte de éste; dicho desprendimiento de calor está relacionado con el hecho de que los electrones de conducción en un conductor de primera clase avanzan con una velocidad de arrastre V_d y por lo tanto no ganan energía cinética. La energía potencial que pierden al caer de un Potencial alto a un potencial bajo se transmite a la resistencia en forma de calor. Este fenómeno, el cual es térmicamente irreversible, se denomina: "CALENTAMIENTO POR EFECTO JOULE", el cual se explica a continuación:

Sea una sección del conductor por el cual pasa la carga q en el tiempo t, en donde q = I . t; esta carga al moverse por el conductor atraviesa una diferencia de potencial (V₁ - V₂) en el tiempo t; por lo que se está realizando un trabajo

W = I. t. (V₁ - V₂). Si el conductor es metálico cumple con la Ley de Ohm, por lo que V₁ - V₂ = I . R; así se llega a establecer que W = I² .R . t

donde:

W es la energía calorífica medida en Joules

I es la corriente en Amperios

R es la resistencia del conductor en Ohmios

t es el tiempo en segundos.

El equivalente mecánico del calor es la energía en Joules necesaria para producir una caloría. Por otra parte, en Termodinámica se conoce que la cantidad de calor necesaria (Q) para producir un aumento de temperatura, desde un valor T₁ hasta un valor T₂ , a una masa m, está dado por la siguiente ecuación:

Q = m . C_e .( T₂ - T₁)

donde:

C_e es el calor específico del líquido.

Para el agua C_e = 1 cal/ gr. ºC

Q también puede ser expresado así:

Q = . I² . R . t

donde: es el equivalente térmico del trabajo.

Q es la cantidad de calor desprendida por un conductor al paso de la corriente (expresada en calorías).

II. PRE-LABORATORIO:

El alumno debe investigar cuanto vale el Calor específico del aluminio.

IV. LABORATORIO:

EXPERIMENTO Nº 1

RELACION ENTRE Q Y t

Material:

- Fuente de corriente continua (5 Voltios)

- Amperímetro

- Reóstato

- Termómetro

- Calorímetro

- Conectores

- Agua

- Cronómetro

Procedimiento:

a) Monte el circuito mostrado en la figura

termómetro

b) Cierre el circuito y mediante el Reóstato limite la corriente a 1 Amperio.

c) Abra el circuito, remueva el agua con el agitador del calorímetro y tome nota de la temperatura inicial. Para este instante el tiempo es 0 segundos.

d) Cierre el circuito nuevamente. Mantenga la corriente en 1 Amperio y deje que transcurra un tiempo de 5 minutos.

e) Cuando transcurra el tiempo indicado, abra el circuito y anote la temperatura final.

f) Calcule la variación de temperatura

g) Registre los valores obtenidos en una tabla de datos.

h) Compare los valores iniciales y finales y establezca la relación entre Q y t.

EXPERIMENTO Nº 2

RELACION ENTRE Q Y R

Material: El mismo usado en el experimento anterior más otro calorímetro.

Procedimiento:

a) Al circuito del experimento anterior agréguele otro calorímetro conectado en serie. Con esto lo que se quiere es aumentar la resistencia del circuito.

b) Mida el valor de la resistencia de cada calorímetro.

Anote el resultado.

c) ¿Qué se debe hacer para hallar la resistencia total del circuito?

d) Manteniendo constante la corriente (1 Amperio) y el tiempo (5 minutos), repita el procedimiento del experimento anterior.

e) Compare los resultados del experimento Nº 1 con los resultados obtenidos hasta aquí. Determine la relación entre Q y R

EXPERIMENTO Nº 3

RELACION ENTRE Q e I

Material: El mismo usado en la experiencia Nº 1.

Procedimiento:

a) Utilizando el mismo circuito de la experiencia Nº 1 y manteniendo constante la resistencia y el tiempo haga pasar corrientes de intensidades: 0,5 ; 1 ; y 1,5 Amperios. Anote para cada caso la temperatura inicial, la final y la variación de la temperatura.

b) Compare las intensidades de corriente con los aumentos de temperatura. Establezca la relación entre Q e I.

EXPERIMENTO Nº 4

DETERMINACION EXPERIMENTAL DE a

NOTA: En este experimento el alumno debe agitar el agua que contiene el calorímetro constantemente.

Material: El mismo utilizado en el experimento Nº 1 más 1 balanza

Procedimiento:

Sabiendo que P = V . I = I² . R la ley de Joule puede expresarse mediante la siguiente ecuación:

Q = a.V . I . t (en calorías)

a) Despeje a de la ecuación anterior.

b) Determine la masa m_c del calorímetro usando la balanza.

c) Vierta en el calorímetro una masa m_a de agua cuyo Calor específico es C_a. Ver introducción.

d) Utilizando el montaje del experimento Nº 1 mida la temperatura inicial del conjunto agua- calorímetro.

e) Haga pasar una corriente eléctrica durante un tiempo de 3 minutos, y mida la temperatura final.

f) Mida la intensidad de corriente y la diferencia de potencial. Anote los valores en una tabla como la siguiente:

m_c	C_c *	m_a	C_a	T₁	T₂	I	V

* El material del cual está construido el calorímetro del Laboratorio es aluminio, por esta razón se le mandó a investigar el calor específico del mencionado material.

g) La cantidad de calor absorbida por el calorímetro es:

Q_c = m_c . C_c . (T₂ - T₁). Por analogía establezca la ecuación para la cantidad de calor absorbida por el agua.

h) Suponiendo que no hay pérdidas de calor, la cantidad de calor absorbida por el sistema será: Q = Q_c + Q_a . Sustituya los valores en esta ecuación y calcule Q.

i) Con el valor de Q y utilizando la ecuación obtenida en a determine el valor de a.

PRACTICA Nº 6

OSCILOSCOPIO

I. INTRODUCCION:

Cuando se necesita medir una diferencia de potencial y de la cual se necesita conocer no solo su valor efectivo sino también la forma de onda, el período, la frecuencia, la amplitud, su desfasaje con respecto a otra señal, etc.., se hace necesario un aparato que pueda mostrar en cada instante de tiempo esos datos; este aparato se denomina OSCILOSCOPIO o TUBO DE RAYOS CATODICOS

Al Osciloscopio se le puede describir como una válvula de vidrio al vacío, en uno de cuyos extremos se encuentra un dispositivo emisor de haces de electrones, en el otro extremos se encuentra una pantalla revestida de material fosforescente que emite radiaciones luminosas en el punto que incide el haz de electrones. Entre el dispositivo emisor del haz de electrones y la pantalla se encuentran dos pares de placas deflectoras, una horizontal y otra vertical.

Los electrones son emitidos por un cátodo incandescente y son acelerados y enfocados por un conjunto de electrodos, que junto con el cátodo constituyen un cañon electrónico.

El tiempo de vuelo del haz de electrones entre las placas deflectoras es del orden de los 10 nano-segundos por consiguiente el dispositivo puede utilizarse para frecuencias de operación muy altas.

El punto luminoso sobre la pantalla, debido a lo anterior, puede entonces seguir fielmente variaciones muy rápidas de la tensión aplicada al par correspondiente de placas deflectoras. Sin embargo, el ojo humano es incapaz de seguir movimientos tan rápidos, por tal motivo, si se conecta la tensión a medir en las placas de deflexión vertical, a su vez, en las placas de deflexión horizontal se conecta una tensión periódica llamada diente de sierra o de barrido lineal.

El resultado de lo anterior, sobre la pantalla del Osciloscopio es una imagen de la Tensión medida en función del tiempo. Obviamente es necesario una sincronización entre la diente de sierra y la señal observada para lograr una imagen estable, esto se logra mediante un circuito electrónico que comienza el barrido siempre en un mismo punto del ciclo de la Tensión a medir.

DESCRIPCION DE LOS PRINCIPALES CONTROLES DE UN OSCILOSCOPIO

1) Control de intensidad: Actúa sobre el cañón electrónico variando el número de electrones emitidos y su velocidad cambia la intensidad del haz.

2) Control de foco: Actúa sobre el cañón electrónico y "enfoca" el haz sobre la pantalla.

3) Selector de frecuencia horizontal: (Selector de velocidad de barrido, ó de base de tiempo lineal). Actúa sobre el generador de diente de sierra y cambia la frecuencia (velocidad de barrido) aplicada a las placas de deflexión horizontal (unidades de tiempo/división).

4) Selector de ganancia vertical: Actúa sobre el amplificador de entrada de la "señal de medida" y cambia su ganancia (unidades de tensión/división)

5) Control de posición horizontal: Cambia la posición horizontal de la señal observada.

6) Control de posición vertical: Cambia la posición vertical de la señal observada.

7) Selector de señal de sincronismo (TRIGGER SELECTOR): Determina si se sincronizará el barrido con la señal misma, ó con una señal externa, ó con la tensión del haz electrónico.

8) Controles para los modos de operación: Los osciloscopios presentan varios modos de operación, según el tipo de instrumentos, como por ejemplo:

a) Modo AC: La entrada de la señal se acopla al amplificador a través de un condensador que bloquea la señal continua y permite que a las placas deflectoras solo le llegue la componente alterna.

b) Modo DC: Las placas deflectoras reciben la señal completa

c) Modo XY: Se introducen señales tanto a las placas horizontales como a las verticales, es decir se activan los dos canales ( se elimina la señal de barrido)

II. PRE-LABORATORIO:

El alumno debe haber estudiado con detenimiento la información presentada en la Introducción.

El alumno debe traer todo el material necesario para construir gráficas.

III. LABORATORIO:

a) Con el Osciloscopio encendido el profesor hará la demostración de cómo funciona cada uno de los controles de dicho instrumento, para ello basta con que aplique al canal vertical la señal que entrega el mismo Osciloscopio en el Control denominado

PROBE ADJUST (esta señal es de 0,5 voltios, 1 kHz y es una onda cuadrada).

b) Aplique a las placas verticales una tensión continua de 12 voltios. Mida los valores de tensión y las respectivas desviaciones del punto luminoso para diversas escalas (coloque el selector SEC/DIV en diversas posiciones).

c) Utilizando el generador de señales, inyecte diversas formas de ondas para valores de frecuencias diferentes. Utilice el control de ganancia vertical en diferentes posiciones. Dibuje en papel milimetrado las formas de las ondas obtenidas. Determine la amplitud (voltaje pico a pico V_pp) de cada señal. Mida el período de cada señal. Calcule la frecuencia.

d) Todos los valores obtenidos deben aparecer registrados en una tabla de datos.

PRACTICA Nº 7

CAMPO MAGNETICO

I. INTRODUCCION:

La corriente eléctrica produce efectos magnéticos, y este efecto se ha utilizado por ejemplo para transformar cuerpos metálicos en imanes artificiales. A lo largo de la historia de la humanidad se ha establecido un vínculo estrecho entre la electricidad y el magnetismo es así como se ha establecido el siguiente principio: " TODA CORRIENTE ELECTRICA CREA UN CAMPO MAGNETICO".

El campo magnético creado por una corriente eléctrica no siempre es de las mismas características sino que depende de diversos factores, por ejemplo si consideramos el campo magnético creado por una corriente cuando el conductor es rectilíneo y utilizando una brújula podemos notar lo siguiente:

1) Si la brújula se coloca a cualquiera de los lados del conductor, la aguja no se desvía por más intensa que sea la corriente.

2) Si se coloca sobre el conductor, la aguja se mueve en una determinada dirección.

3) Si se coloca bajo el conductor, la aguja se mueve en dirección contraria a 2).

4) Si se invierte el sentido de la corriente, se invierte también el sentido del movimiento de la aguja.

Por otra parte, si construímos una bobina o solenoide, cada una de las espiras se comporta como un pequeño imán y en conjunto componen un gran imán con su polo norte y sur bien definidos. Para comprobar lo anterior basta suspender una bobina frente a otra y observar como se atraen o rechazan según el sentido de las corrientes que los alimentan, como si fueran dos verdaderos imanes.

II. PRE-LABORATORIO:

El alumno debe investigar en que consisten las leyes que rigen los campos magnéticos ( Ley de Oersted, Ley de Ampere, la del tirabuzón, etc..)

III. LABORATORIO:

PRECAUCIONES: Es importante colocar la brújula sobre una mesa de madera. Si las mesas tienen estructura de hierro será necesario utilizar bloques de madera, libros gruesos u otro mecanismo apropiado para alejar la brújula de cualquier material magnético que pueda afectar sus indicaciones. Para saber si hay o no perturbaciones debidas a materiales magnéticos, tome la brújula en la mano, aléjela de todo material magnético y note bien su orientación. Luego colóquela sobre la mesa o sobre los bloques de madera que va a usar y observe nuevamente la orientación de la brújula. Si es la misma de antes no hay influencia de materiales magnéticos.

EXPERIMENTO Nº 1

CAMPO MAGNETICO DE UNA CORRIENTE

Material:

- Brújula

- Batería

- Cables de conexión

- Reóstato

- Amperímetro

- Tabla para mecánica

Procedimiento:

a) Conecte un Reóstato en serie con un trozo de alambre y un amperímetro. Coloque la brújula sobra la mesa. Aplique corriente al circuito y acerque el alambre con corriente a la brújula. Hágalo para varias orientaciones del alambre con respecto a la brújula, describa el resultado de sus observaciones y trate de interpretar este resultado en términos de la combinación de dos campos magnéticos: el terrestre y el producido por la corriente que circula por el alambre.

b) Use la tabla para mecánica como soporte para mantener horizontal y tenso el alambre. Coloque la brújula en el centro de la tabla y oriente a ésta de manera que el alambre esté alineado con la aguja de la brújula, cuando no circula ninguna corriente por dicho alambre. Conecte el alambre en serie con un Reóstato, un amperímetro y una fuente de corriente y establezca en el alambre una corriente de 0,5 a 2 Amperios. Para varias distancias (altura) del alambre a la brújula, mida la deflexión de la aguja de la brújula cuando se conecte la corriente. ¿Cómo cree usted que varía el campo magnético producido por la corriente con la distancia al alambre?.

c) Formule una hipótesis y trate de comprobarla utilizando los datos que ha obtenido para varias distancias entre el alambre y la brújula, pero para una misma corriente.

d) Estudie el efecto que tendría la variación de la corriente con respecto al campo magnético. Establezca la relación entre dichas variables.

EXPERIMENTO Nº 2

CAMPO MAGNETICO DE UNA BOBINA

Material:

- Brújula

- Bobina pequeña

- Soporte especial para brújula

- Amperímetro

- Alambre aislado

- Núcleo de hierro

- Reóstato

- Fuente

Procedimiento:

a) Conecte una de las bobinas pequeñas en serie con un Reóstato, un amperímetro y la fuente, limite la corriente a un Amperio.

b) Mueva la brújula alrededor de la bobina y observe el comportamiento de éste instrumento. Trate de explicar lo ocurrido en base a los conocimientos que sobre campo magnético ya tiene.

c) Coloque ahora las dos bobinas pequeñas sobre el núcleo de hierro, conéctelas en serie y ubíquelas con una separación de unos 3 a 4 cm. Complete el circuito conectando en serie el Reóstato, el Amperímetro y la fuente.

d) Limite la corriente a 2 Amperios. Y observe el comportamiento de las bobinas.

e) Invierta una de las bobinas, es decir, sáquela del núcleo y vuelva a insertarla después de girarla 180 º. Repita el procedimiento anterior y observe lo que sucede.

f) Ahora trate de explicar las observaciones que ha hecho en base a los campos magnéticos creados por las dos bobinas y que usted detectó en la primera parte del experimento cuando colocó la brújula cerca a una de las bobinas.

g) Para obtener el efecto observado, ¿es necesario el núcleo de hierro?. ¿Qué sucede si no se coloca el núcleo o si lo reemplaza por una varilla de plástico o de aluminio.

NOTA: No exceda la corriente por encima de 2 Amperios a través de las bobinas y no las conecte a la fuente sino el tiempo necesario