UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERAFACULTAD DE INGENIERA INDUSTRIAL Y SISTEMASREA DE CIENCIAS BSICASLABORATORIO DE FSICA II (CB 312 W)EXPERIMENTO N4: FUERZA ELELTROMOTRIZ, RESISTENCIA INTERNA, EFICIENCIA Y POTENCIA DE UNA FUENTE DE CORRIENTE CONTINUA Cuentas Zambrano Jhon DalguerreSolis Gerson Ed Yaez del Castillo WilderPROF. VICENTE PEA YALICOPROF. CHIRINOS FERNANDO

2015-1

1. OBJETIVOSDeterminar la fuerza electromotriz (FEM), la resistencia interna y la eficiencia de una fuente de corriente continua.

2. FUNDAMENTO TERICO

2.1. Fuerza electromotrizUn aparato o dispositivo que suministra energa elctrica recibe el nombre de fuente de fem. Ejemplos de estas fuentes son una batera o pila, que convierte la energa qumica en energa elctrica, o un generador, que convierte la energa mecnica en energa elctrica. Una fuente de fem realiza trabajo sobre la carga que pasa a su travs, elevando la energa potencial de la carga. El trabajo por unidad de carga recibe el nombre de fem de la fuente.

La unidad de la fem es el volt, la misma que la unidad de diferencial de potencial. Una batera ideal es una fuente de fem que mantiene una diferencia de potencial constante entre sus dos terminales, independiente del flujo de carga entre ellos. La diferencia de potencial entre los terminales de una batera ideal es igual, en valor absoluto, a la fem de la batera.

La fuerza electromotriz (FEM) es toda causa capaz de mantener una diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito abierto o de producir una corriente elctrica en un circuito cerrado. Es una caracterstica de cada generador elctrico. Con carcter general puede explicarse por la existencia de un campo electromotor cuya circulacin, , define la fuerza electromotriz del generador.2.2. Resistencia InternaEn una batera real, la diferencia de potencial entre los bornes de la batera, denominada tensin en los bornes no es simplemente igual al valor de la fem de la batera.

Consideremos un circuito formado por una batera real y una resistencia. Si la corriente se vara modificando la resistencia R y se mide la tensin en los bornes, resulta que esta decrece ligeramente a medida que la intensidad de corriente; as pues una batera real puede considerarse como una batera ideal de una fem mas una pequea resistencia r denominada resistencia interna de la fem.

La intensidad de corriente que atraviesa el circuito considerando una fem real sera:

Para hallar la resistencia interna y la fem se arma el circuito de la figura 2,

Debe ser una recta que no toca el eje de abscisas ni el de ordenadas. Extrapolando se halla el valor de la fem y tambin la corriente de cortocircuito cuando la resistencia de la carga es cero. Entonces:

2.3. Potencia de un fuenteDentro de la fuente de la fem, la carga fluye de una regin de bajo potencial a una de mayor potencial, de modo que aumenta su energa potencial. Cuando una carga fluye a travs de una fem, su energa potencial se ve aumentada en cantidad . En consecuencia la carga fluye a travs de la resistencia donde su energa potencial se disipa como energa trmica. El ritmo con el que la fem suministra energa es la potencia de salida.

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

De la ecuacin anterior se obtiene el valor de la resistencia para la cual la potencia disipada es mxima.

Entonces la potencia disipada mxima es:

Asimismo se tienen la potencia interna:

La potencia total disipada en el circuito es la suma de la potencia externa y la potencia interna. De aqu, obtenemos la eficiencia:

Podremos de la formula obtener una dependencia con la intensidad de corriente.

2.4. Eficiencia de un fuente de corriente continua

3. MATERIALES Y PROCEDIMIENTO

3.1. Materiales

Una fuente de corriente continua (pila) Un voltmetro (escala mxima de 3 voltios) Un ampermetro Una resistencia variable (puente unifilar)

3.2. Procedimiento

Figura 5.

Figura 2.

4. CALCULOS Y RESULTADOS1. Con los valores del paso 1 halle la resistencia por unidad de longitud del alambre de Nicrom.

Longitud mxima de R: 103 cmCorriente: 0.22 AVoltaje: 0.95 V

2. Con los valores del paso 2 grafique V=f(i) la cual segn la ecuacin (32.2) debe ser una recta de pendiente negativa. De aqu por extrapolacin obtener el valor de la fem y de r. Halle tambin icc.Corriente (A)Voltaje (V)

0.22 A0.95 V

0.23 A1.00 V

0.34 A0.90 V

0.46 A0.80 V

0.50 A0.70 V

0.72 A0.60 V

0.78 A0.50 V

0.98 A0.40 V

1.10 A0.30 V

1.24 A0.20 V

0.00 A1.13 V

1.48 A0.00 V

Del grfico se obtienen los valores de la fem y la icc:fem = 1.13 Vicc = 1.48 A

Hallando la resistencia interna r:

3. Determine el valor de R para cada medida tomada.Corriente (A)Voltaje (V)Longitud de R (m)Resistencia ()

0.22 A0.95 V1.03 m4.31

0.23 A1.00 V1.00 m4.34

0.34 A0.90 V0.60 m2.64

0.46 A0.80 V0.40 m1.73

0.50 A0.70 V0.32 m1.40

0.72 A0.60 V0.20 m0.83

0.78 A0.50 V0.13 m0.64

0.98 A0.40 V0.10 m0.40

1.10 A0.30 V0.07 m0.27

1.24 A0.20 V0.04 m0.16

4. Con los valores de i y conociendo las constantes y r, grafique P=f(i) similar al de la figura 4. Cul es la resistencia para la cual la potencia exterior es la mxima?

Corriente (A)Potencia exterior (w)Potencia Total (w)

0.22 A0.21 w0.25 w

0.34 A0.30 w0.38 w

0.46 A0.36 w0.52 w

0.50 A0.38 w0.57 w

0.72 A0.42 w0.81 w

0.78 A0.42 w0.88 w

0.98 A0.38 w1.11 w

1.10 A0.32 w1.24 w

1.24 A0.23 w1.40 w

La corriente en la cual la potencia externa es mxima es

i = 0.74 ALuego, usando la ecuacin:

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

De la grafica P=f(i), obtenida de las mediciones en el experimento realizado en el laboratorio.

La resistencia con la cual la potencia externa es mxima: Pext= IV = I2R0.43= (0.72)2 x RR = 0.829Previamente ( en la preg. 2), se haba calculado la resistencia interna:

Entonces la relacin: R/r=1.09

6. Cul es la potencia total cuando la potencia exterior es la mxima?De la ecuacin:

Luego: Ptot= IPtot=0.74 x 1.13 =0.8367. En qu condiciones la potencia total cedida por la fuente seria la mxima y que valor tendra dicha potencia?La potencia total mxima se da cuando R=0, es decir, cuando pasa la corriente de cortocircuito.Icc= Icc =1.13 / 0.76Icc = 1.487Cuanto R=0 la potencia externa vale0, por lo tanto:Ptot= Pint =i2rPtot= (1.487)2 x 0.76Ptot= 1.688. Qu diferencia existe entre los circuitos de la figura 2 y la figura 5. Sern iguales las lecturas en los instrumentos en los dos circuitos para un mismo valor de R? Por qu?La diferencia se encuentra en la posicin de ampermetro, en el primer esquema se encuentra entre la resistencia y el voltmetro y en el segundo esquema se encuentra entre la fuente y el voltmetro. Y es por esto que las lecturas de los instrumentos no va a ser la misma,por ejemplo, el voltmetro en elprimer caso mide directamente la diferencia de potencial que hay entre los bornes de la pila, mientras que en el segundo caso el ampermetro esta antes y hace disminuir un poco el potencial ya que presenta una resistencia (porque no es ideal) pequea. En el caso del ampermetro se tiene lo mismo, en el primer esquema mide la corriente que sale de la fuente disminuida por la cantidad de corriente que se desva al voltmetro, ya que este por ms que tenga una resistencia altsima igual pasa un poco de corriente. En el segundo esquema si mide la corriente exacta que sale de la fuente sin ninguna perdida.

9. CONCLUSIONES Se concluye que las fuentes de voltaje tienen una resistencia interna. La posicin de los instrumentos de medicin influye en los resultados ya que estos no son ideales y presentan resistencias. Se concluye que la potencia externa disipada mxima se da cuando la resistencia externa es igual a la resistencia interna de la fuente continua. Por ltimo, la potencia total es mxima cuando pasa la corriente de corto circuito (resistencia externa es igual a 0).10. BIBLIOGRAFIA