8/18/2019 Lab Oratorio 2 Fi Sica 2

1/5

INFORME DE LABORATORIO: CIRCUITOS ELÉCTRICOS

SIMPLES

Jorge Arturo Forero Torres jaforerot@unal.edu.co

Joan Sebastián Contreras Peña jscontrerasp@unal.edu.coJuan Pablo Padilla Vargas jppadillav@unal.edu.co

Septiembre 10-2015

1. Resumen

En este informe se detallarán los procedimientos utilizados, los resultados obtenidos y las interpreta-ciones pertinentes de dichos resultados, de la práctica correspondiente a Çircuitos eléctricos”. Duranteesta práctica se analizaron ocho circuitos en tres problemas diferentes, analizando cualitativamente laintensidad lumı́nica de cada uno de los bombillos presentes en los circuitos.

2. Introducción

2.1. Planteamiento del problema

Durante la práctica se desarrollaron tres problemas. El primer problema consisti ó en armar un circuitocon un solo bombillo (referencia) y luego armar dos circuitos con dos bombillos, uno en paralelo y el otroen serie, para observar como se comporta el brillo de cada circuito. En el segundo experimento la ideaera realizar 4 circuitos y analizar su intensidad con respecto al circuito referencia armado previamente;se realizaron varias combinaciones de circuitos en serie y paralelo, teniendo siempre 3 bombillos comoreferencia. El último experimento realizado fue un circuito con 5 bombillos a los que hab́ıa que analizarlesu intensidad.

2.2. Objetivos

Los objetivos que se esperaban lograr con el desarrollo adecuado de la práctica son los siguientes:

– Aplicar el concepto de circuito a cualquier sistema eléctrico.– Aplicar el concepto de conservación de la carga para predecir el comportamiento de la corriente eléctri-ca en cualquier parte de un circuito.– Aplicar el concepto de conservación de la enerǵıa para predecir la enerǵıa de salida de cualquier ele-mento de un circuito.– Usar el concepto de potencial eléctrico para describir el comportamiento de un circuito.– Relacionar la carga eléctrica de un elemento de circuito con la diferencia de potencial a trav́es del

elemento y la capacitancia del elemento.

2.3. Análisis teórico

La FEM  ε  [1] (Fuerza electromotriz) de una bateŕıa o de cualquier fuente de energı́a se define como elmáximo voltaje que esta fuente de energı́a puede suministrar entre sus terminales. La terminal positivade la fuente está en un potencial más alto que la negativa, y debido a que esta fuente es de materia, existeuna resistencia al flujo de carga entre las dos terminales; esta resistencia recibe el nombre de  resistenciainterna r. En la figura 1 se representa la fuente de enerǵıa como un rectángulo en ĺınea discontinua quecontiene una fem   ε, con una resistencia interna r. Luego se conecta una resistencia R a las terminalesde la fuente. Conforme se pasa de la terminal a haćıa la terminal d el potencial aumenta una cantidad   εpero disminuye una cantidad   Ir donde   I  es la corriente del circuito.

1

8/18/2019 Lab Oratorio 2 Fi Sica 2

2/5

Figura 1: Diagrama de un circuito

La ecuación, (1) describe esta relación:

V    =  ε − Ir   (1)

La diferencia de potencial de un extremo a otro de la resistencia de carga R

 esV=IR

. Al combinarlas dos expresiones se tiene la ecuación (2):

ε =  IR +  Ir   (2)

Al resolver con respecto a la corriente, se obtiene (3):

I  =  ε

R +  r  (3)

Esta ecuación muestra que la corriente depende tanto de la resistencia interna como de la resistenciaexterna. En la mayoŕıa de circuitos utilizados Rr por lo tanto se puede despreciar r.

Cuando dos o más resistencias están interconectadas como en la figura 2.a se dice que est án en unacombinación en serie. Cuando dos o más resistencias están interconectadas como en la figura 2.b se diceque están en una combinación en paralelo.

Figura 2: Circuito en serie y paralelo

En una combinación en serie, si una cantidad de carga Q sale de un resistor  R1, esta misma cantidadde carga deberá entrar a un resistor  R2, por lo cual (4):

I  =  I 1  =  I 2   (4)

2

8/18/2019 Lab Oratorio 2 Fi Sica 2

3/5

donde I es la corriente de la bateŕıa,   I 1   es la corriente de   I 1   y además   I 2   es la corriente de   R2. Laresistencia equivalente de una combinación en serie de resistores es igual a la suma numérica de lasresitencias individuales y siempre es mayor que cualquier resistencia individual.

Considerando ahora una combinación en paralelo, se puede apreciar que las diferencias de potencialson las mismas ya que están conectadas a las terminales de la baterı́a. Cuando las cargas llegan al punto

a en la figura 3, una parte pasa a trav́es de  R1  y la otra parte a través de  R2. Debido a que la cargaeléctrica se conserva:

I  =  I 1 +  I 2   (5)

La resistencia equivalente de dos o más resistores conectados en una combinación en paralelo es iguala la suma de los inversos de las resistencias individuales. La resistencia equivalente siempre es menor quela resistencia más pequeña en el grupo.

Figura 3: Circuito en paralelo

3. Desarrollo experimental

En la práctica se contó con una serie de 6 bombillos, adem ás de una bateŕıa pequeña que propor-cionaba toda la enerǵıa requerida en el experimento (aproximadamente 10V). Adicionalmente existı́anmuchos cables para realizar todos los experimentos; algunos de estos cables teńıan ranuras para poderinterconectarse pero algunos otro no.

4. Resultados

En la práctica se desarrollaron ocho circuitos (Descritos en las figuras siguientes). El primero de ellos

fué un circuito de referencia cuya intensidad luminosa fue muy alta; el segundo fué un circuito en elque dos bombillos se encontraban en serie, sobre los cuales la luminosidad disminúıa drásticamente yel tercero en el que dos bombillos se encontraban en paralelo, que brillaban casi a la par del bombilloreferencia. Para estos primeros circuitos no se presentaron mayores inconvenientes ya que su construcciónera muy sencilla. (Figura 4).

El cuarto circuito era una combinación en paralelo, y dentro de uno de ellos se encontraba un circuitocon dos bombillos en serie. Se encontró que casi toda la luminosidad quedaba en D, mientras que en By C se disminuı́a drásticamente. En el quinto circuito se encontraba una combinación en serie, y dentrode una de las combinaciones un circuito en paralelo; la luminosidad de este circuito era muy reducida, yen F y G el bombillo no se lograba prender. El circuito cinco era un circuito de tres bombillos, todos enserie, mientras que el circuito seis, era con tres bombillos también pero todos en paralelo. (Figura 5)

3

8/18/2019 Lab Oratorio 2 Fi Sica 2

4/5

Figura 4: Circuitos I-II-III

Figura 5: Circuitos IV-V-VI-VII

El último circuito teńıa una combinación en serie de dos tramos. El primer tramo presentaba dosbombillos en paralelo; el segundo tramos presentaba una combinación en paralelo, pero en una de estastambién se encontraba un circuito en serie. El diagrama del circuito desarrollado se encuentra en la figura6, donde se aprecia la luminosidad de cada bombillo.

Figura 6: Circuito VIII

5. Análisis de resultados

Para la primera combinación de circuitos (I-II-III) los resultados experimentales se ajustan a la teoŕıa.Si se analiza la potencia que cada bombillo recibe:

P   =  V  

 2

R  (6)

se va a observar que la potencia que reciben los bombillos ADE es cuatro veces mayor que la potenciaque reciben los bombillos BC, por lo cual los resultados obtenidos tienen total concordancia con la teoŕıa.

4

8/18/2019 Lab Oratorio 2 Fi Sica 2

5/5

Cabe resaltar que en serie es constante la corriente, mientras que en paralelo será constante el vol-taje, lo cual puede llegar a generar conflicto en la manera como se miden las potencias debidas. Aunquees cierto que algunos alumbraron un poco menos de lo que debeŕıan brillar, esto se debe a factores ex-ternos, como el funcionamiento correcto de los cables o que la bateŕıa env́ıe siempre el mismo voltaje.

Si se analizan los circuitos I-IV-V-VI-VII de nuevo se va a encontrar que la teoŕıa va a estar correc-tamente evidenciada. Los bombillos ADLMN son los que tienen más potencia enviada y por ende son

los que más brillan, aunque como ya se mencionó el brillo se pudo reducir por factores externos al cir-cuito. Luego se encuentra al bombillo E de la configuración V, el cual recibe   4

9 con respecto al potencial

estándar. Después se van a encontrar los bombillos BC los cuales reciben   14

  respecto al mayor potencial.Se tienen por último a los bombillos FGHJK los cuales reciben   1

9 resppecto a lo antes mencionado. En

la sesión del laboratorio se vió experimentalmente que F y G brillaban un poco menos, pero esto se debea los factores ya mencionados.

Para el último circuito las potencias resultarán mayores para ABE que para CD, tal como se apre-cia en la figura 6. Especı́ficamente los valores serán   36

49 para ABE y   9

49 para CD, lo cual nos dice que casi

no existe brillo para los bombillos CD, y el resto se va para los bombillos ABE, aunque apreciablementeen una menor cantidad que en configuraciones anteriores.

Para realizar estas aproximaciones se asumió que las resistencias (bombillos) eran todos iguales, lo cualpuede ser erróneo porque se desconoce la procedencia exacta de cada uno de los bombillos, de si fueroncambiados, entre otros diversos aspectos; esto pudo también afectar la apreciación de las luminosidadesobservadas en el laboratorio.

6. Conclusiones

– Se analizaron diversas distribuciones de circuitos y se logró identificar por medio de apreciacionescualitativas como se conservaba la enerǵıa.– A partir del análisis cualitativo de cada uno de los circuitos se pudo demostrar la concordancia de losaspectos teóricos con los aspectos experimentales.– Se mostró que entre más complicada sea la distribución de un circuito será más dispendiosa la manera

de analizar al mismo.– Se llegó a la conclusión experimental de que la potencia depende exponencialmente de los cambios deintensidad o voltaje.

Referencias

[1] R. Serway.  Fı́sica para ciencias e ingenierı́a . Cengage learning, 2009.

5