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• William Steven Triana Garcia

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Universidad De La Salle. Triana, William, Sotelo, Oscar.

Circuito Serie y Paralelo Triana, William, Sotelo, Oscar. [email protected], [email protected] Universidad De La Salle

Resumen— En esta práctica se dedicó especialmente a reconocer como construir los circuitos según el número de resistencias y el tipo de conexión (paralelo-serie) que se desee, para la realización estas observaciones se construyeron circuitos en serie y paralelo con diferentes resistencias con el fin de aprender a montarlos, así como comprobar la Ley de Ohm adaptada a cada uno de los circuitos con sus fórmulas específicas y aplicando las Leyes de Kirchhoff. Para el suministro de datos se utilizó el voltímetro (el cual fue conectado en paralelo en el circuito) y el amperímetro (el cual fue conectado en serie en el circuito en serie), los cuales suministraron los datos de acuerdo al voltaje suministrado por la fuente.

II. ABSTRACT In this practice he devoted himself especially to recognize how to build circuits according to the number of heating elements and connection that you want to, to perform these observations were built in series circuits and parallel with different resistances in order to learn how to build them as well as check the Ohm's law adapted to each of the circuits with their specific formulations and applying the laws of Kirchhoff. III.

TOMA DE DATOS

Para el laboratorio de ley de Ohm se usó un Multímetro Digital Portátil BK Precisión 390ª1 de 3 3/4 Dígitos, el cual proporciona una exactitud Básica del 0,1 % dadas las siguientes condiciones Climáticas:

Índice de Términos—Voltaje, Resistencia, Corriente, Circuitos en serie, Circuitos en paralelo, Linealidad. I.INTRODUCCIÓN El estudio de la ley de Ohm y los circuitos de corriente continua y alterna es un excelente método para aprender a manejar conexiones e instrumentos de medida como el voltímetro, Amperímetro y fuente de alimentación, esto se puso en práctica, la necesidad de tener un esquema del montaje antes de iniciar cualquier manipulación.

Tabla 1. Condiciones de temperatura del multímetro.

Así mismo para la toma de datos de corriente y voltaje se proporciona la tabla de especificaciones del multímetro:

Por medio del análisis y preparación de esta práctica se debió hacer muchas medidas de voltaje, intensidad y resistencia, con las dos resistencias para así tomar sus respectivos valores de corriente y voltaje y así mismo poder anotar los datos y poderlos anexarlos al laboratorio. Además se determinó la relación entre la diferencia de potencial y la corriente para distintos componentes de un circuito. Tabla 2. Especificaciones de lectura de Voltaje DC del multímetro.

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Ley de Ohm

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Universidad De La Salle. Triana, William, Sotelo, Oscar.

R1(Ω)

R2(Ω)

IR1(mA)

IR2(mA)

VR1(V)

VR2(V)

216,6±21,66

332,5±16,62

8,83±0,08

8,83±0,08

1,96±0,002

3,02±0,003

260,4±13,02

300,4±30,04

8,67±0,08

8,67±0,08

2,33±0,002

2,67±0,003

1408±70,4

33,2±1,66

3,25±0,03

3,25±0,03

4,87±0,005

0,109±0,000

1308±65,4

1500±150

1,76±0,01

1,76±0,01

2,33±0002

2,64±0,0031

1960±98

6,8±0,68

2,52±0,02

2,52±0,02

4,96±0,005

0,017±0,000

Tabla 3. Especificaciones de lectura de Corriente DC del multímetro. Tabla 6 .Datos Obtenidos de Corriente y Voltaje en las resistencias para el circuito en serie.

También se utilizó una fuente, de la cual obtuvimos directamente el voltaje para los 2 circuitos, usando la salida fija de 5V, Agregando la las respectivas tablas de especificación de la fuente DC:

Para el Circuito en Paralelo:

R1(KΩ)

Tabla 4. Condiciones de temperatura de la Fuente DC.

R2(Ω)

IR1(mA)

IR2(mA)

VR1(V)

VR2(V)

1,909±0,19

46,6±2,33

2,08±1,09

107,20±1,08

5±0,25

5±0,25

1,302±0,13

39,7±1,98

3,59±2,32

132,8±2,12

5±0,25

5±0,25

1,702±0,17

34,5±3,45

2,52±2,54

164,9±2,44

5±0,25

5±0,25

1,803±0,18

53,8±2,69

2,40±2,42

99,2±2,22

5±0,25

5±0,25

1,893±0,18

59,2±5,92

2,82±2,84

96,7±2,74

5±0,25

5±0,25

Tabla 7 .Datos Obtenidos de Corriente y Voltaje en las resistencias para el circuito en Paralelo.

IV. R1(Ω) Tabla 5. Especificaciones de Voltaje y Corriente de salida de la Fuente

De esta manera se coloca en la tabla de datos obtenida las medidas de tolerancia de cada medida, obtenidas a partir de la exactitud mostrada en las tablas anteriores.

DATOS TEÓRICOS

R2(Ω)

IR1(mA)

IR2(mA)

VR1(V)

VR2(V)

216,6

332,5

8,43

8,43

1,825

2,802

260,4

300,3

8,91

8,91

2,320

2,675

1408

33,2

3,46

3,46

4,871

0,114

1308

1500

1,76

1,76

2,302

2,640

1960

6,8

2,54

2,54

4,978

0,017

Tabla 8. Datos teóricos de Corriente y Voltaje en las resistencias para el circuito en Serie.

Para el Circuito en Serie: Ley de Ohm

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Universidad De La Salle. Triana, William, Sotelo, Oscar.

R1(KΩ)

R2(Ω)

IR1(mA)

IR2(mA)

VR1(V)

VR2(V)

1,909

46,6

2,61

107,2

5

5

1,302

39,7

2,84

125,9

5

5

1,702

34,5

2,93

144,9

5

5

1,803

53,8

2,77

92,9

5

5

1,893±

59,2

2,52

84,4

5

5

el cual los parámetros de resistencia han sido variados para cada valor especifico de resistencia de acuerdo con las tablas 10 y 11.

Tabla 9. Datos teóricos de Corriente y Voltaje en las resistencias para el circuito en Paralelo.

V. SIMULACIÓN EN SOFTWARE Para la simulación Digital se usó el Software Orcad 16,6 de Cadence, este simulador permite obtener valores de voltaje y corriente para cada resistencia, que se muestran en las siguientes tablas: R1(Ω)

R2(Ω)

IR1(mA)

IR2(mA)

VR1(V)

VR2(V)

216,6

332,5

9,106

9,106

1,972

3,028

260,4

300,3

8,916

8,916

2,322

2,678

1408

33,2

3,469

3,469

4,886

0,115

1308

1500

1,781

1,781

2,328

2,671

1960

6,8

2,542

2,542

4,984

0,017

Tabla 10. Datos obtenidos de Simulación en Orcad de Corriente y Voltaje en las resistencias para el circuito en Serie.

R1(Ω)

R2(Ω)

IR1(mA)

IR2(mA)

VR1(V)

VR2(V)

1,909

46,6

2,619

107,3

5

5

1,302

39,7

3,840

125,9

5

5

1,702

34,5

2,938

144,9

5

5

1,803

53,8

2,773

92,94

5

5

1,893±

59,2

2,521

84,46

5

5

Figura 1. Circuito en Serie simulado con Orcad..

Figura 2. Circuito en Paralelo simulado con Orcad..

VI.

ANÁLISIS DE RESULTADOS

Para el análisis de Resultados se procede a hacer una estimación del error de medidas, comparándolo con la Simulación en Software y con los datos obtenidos teóricamente. Para hacer una correcta estimación de errores se realiza una comparación de las magnitudes (escalares), obteniendo así el error porcentual de cada medida, la fórmula utilizada para esto se conoce como error porcentual:

Tabla 11. Datos obtenidos de Simulación en Orcad de Corriente y Voltaje en las resistencias para el circuito en Paralelo.

)*100 Las anteriores tablas corresponden a la simulación de un circuito sencillo, que consta de 2 resistencias en configuraciones en serie y paralelo, el circuito implementado para la simulación es el siguiente, en Ley de Ohm

Ecuación 1. Error porcentual, donde Vt es Valor teórico y Vp es valor práctico.

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Universidad De La Salle. Triana, William, Sotelo, Oscar. Los errores porcentuales son resumidos organizados en las siguientes tablas.

y

Teórico vs Práctico (Circuito en Serie) Error IR1(%)

Error IR2(%)

Error VR1(%)

Error VR2(%))

-4,53

-4,53

7,39

7,78

2,76

2,76

0,43

-0,18

6,46

6,46

-0,02

-4,38

0,00

0,00

1,21

0,00

0,79

0,79

-0,36

0,00

Error IR2(%)

Error VR1(%)

Error VR2(%))

-20,58

-0,09

0,00

0,00

-6,51

5,48

0,00

0,00

-14,22

13,80

0,00

0,00

-13,45

6,73

0,00

0,00

11,86

14,49

0,00

0,00

Tabla 15. Errores del circuito en Paralelo, comparando datos prácticos (experimentales) contra datos de Simulación.

Tabla 12. Errores del circuito en Serie, comparando datos teóricos contra datos prácticos (experimentales).

Teórico vs Práctico (Circuito en Paralelo) Error IR1(%)

Error IR2(%)

Error VR1(%)

Error VR2(%))

-20,30

0,00

0,00

0,00

26,40

5,48

0,00

0,00

-13,99

13,80

0,00

0,00

-13,35

6,78

0,00

0,00

11,90

14,57

0,00

0,00

Tabla 13. Errores del circuito en Paralelo, comparando datos teóricos contra datos prácticos (experimentales).

Practico vs Simulación (Circuito en Serie) Error IR1(%)

Error IR2(%)

Error VR1(%)

Error VR2(%))

4,74

4,74

0,61

0,26

-2,69

-2,69

-0,34

0,29

-6,06

-6,06

0,32

5,50

0,00

0,00

-0,08

1,17

-0,78

-0,78

0,48

0,00

Tabla 14. Errores del circuito en Serie, comparando datos prácticos (experimentales) contra datos de Simulación.

Practico vs Simulación (Circuito en Paralelo)

Ley de Ohm

Error IR1(%)

Para la realización del Análisis de Resultados, se realizaron 4 combinaciones diferentes, en las cuales fueron comparadas las magnitudes obtenidas y posteriormente determinar la cantidad del error porcentual de cada una, es importante destacar que en los errores porcentuales no se coloca valor absoluto, de esta forma se sabrá si cada magnitud está por encima o por debajo del valor correspondiente. Para la primera configuración de datos, en la cual se comparó los teóricos con los prácticos (experimentales), se pueden afirmar que las medidas fueron efectuadas correctamente puesto que el error porcentual mayor en las fue de 7,78% en un voltaje, gran parte de esta exactitud se debe principalmente a la proporcionada por el multímetro (ver tabla 2 y 3); también muestra favorabilidad ya que las mediadas en su mayoría están por encima del valor practico, es decir que el error porcentual es positivo. Continuando con la segunda configuración de datos, (Tabla 13) se puede ver que existió una mayor desviación en cuanto a los errores, siendo de 26,40 % el mayor error obtenido en esta serie de datos, principalmente se cree que esto se debía a que la corriente en paralelo se midió abriendo el circuito lo cual creo cierta inseguridad en la firmeza de las sondas del multímetro, en general es mayor la desviación del error cuando se trata de medidas de corriente. Además de las comparaciones de datos teóricos con prácticos, se agregaron dos tablas que compararon

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Universidad De La Salle. Triana, William, Sotelo, Oscar. las series de datos prácticos con simulación, en la práctica de laboratorio realmente este debería ser el principal método de detección de errores puesto que siempre se debe tener un simulador a la mano, a grandes rasgos se puede ver claramente en las tablas que los errores obtenidos en dichas tablas son muy semejantes con los obtenidos en la serie de datos teorica, esto se debe a que las series de datos teóricos y simulados, son prácticamente iguales debido a que el simulador solo tuvo en cuenta los parámetros de corriente, voltaje y resistencia, que son exactamente los mismos que se tuvieron en cuenta al hacer los cálculos teóricos con la Ley de Ohm. Un Análisis general de todas las tablas de errores porcentuales muestra con gran favorabilidad que la totalidad de los datos fue correcta. En el circuito en serie se puede ver que la resistencia de mayor valor siempre obtuvo un mayor voltaje, esto se debe a que la Ley de Ohm expresa las variables de la resistencia y el Voltaje directamente proporcionales entre sí. Por otra parte para el circuito en Paralelo se puede ver que las resistencias de mayor valor siempre obtuvieron un menor valor, esto muy explícito en las tablas de datos obtenidos, debido a que en todas las configuraciones usadas siempre se usaron resistencias que tuvieran valores muy diferentes entre sí en cada pareja, para poder mirar esto con mas claridad, igual que en el caso anterior esto se debe a que la Ley de Ohm expresa a las variables resistencia y Corriente Inversamente proporcionales entre sí. Causa curiosidad el hecho de que en un circuito en Serie la corriente podrá ser medida en cualquier resistencia, para este caso siempre se tomó la medida de la primera resistencia y se asumió este valor para las 2, esto se hizo de esta forma simplemente porque era más fácil realizar la medida sobre la primera resistencia, aunque se verifico en el primer par de resistencias tomando lectura de las 2 y se comprobó prácticamente puesto que el multímetro arrojo exactamente el mismo valor. Ley de Ohm

Analíticamente, para el circuito en paralelo también se tomó lectura de voltaje de una sola resistencia y se asumió igual para las 2. Para realizar las medidas de lectura siempre se conectó el multímetro en serie cuando se trató de medir corriente y se conectó en paralelo cuando se trató de medir voltaje, comprobando lo que teóricamente fue consultad.. Finalmente es importante aclarar que no hubo error porcentual en las medidas de voltaje ya que estas se asumieron de la fuente constante de valor constante, la cual asegura el manual que no tiene una incertidumbre mayor a 0,25, para el caso de las resistencias se tomaron exactamente los mismos valores en todas las tablas y su medida de incertidumbre fue obtenida directamente del código de colores, en la cual cada resistencia arrojo este dato, para los datos teóricos y de simulación no fueron tenidos en cuenta los valores de incertidumbre. VII.

CONCLUSIONES

Prácticamente se demostró que la Ley de Ohm obedece a la realidad pero de una forma muy aproximada ya que solo funciona para cierto Número de elementos pasivos, de carácter lineal. Es inherente realizar medias de corriente en serie a cualquier elemento, puesto que a cualquiera que se le tome lectura arrojara el mismo dato, de igual manera ocurre para elementos en paralelo con el voltaje. Hay que tener mucho cuidado con el Amperímetro cuando se realizan medidas de corriente puesto que este hace parte directamente del circuito pudiendo llegar a dañar el fusible y posteriormente el multímetro si se excede la corriente máxima permitida. Se utilizaron las tablas de especificación de los manuales de la fuente y el multímetro para ver qué

Universidad De La Salle. Triana, William, Sotelo, Oscar. tan acertadas podían ser las mediadas tomadas, cuestión que se comprobó en el Análisis de resultados con los errores porcentuales, así que se recomienda siempre que se pueda incluir estos datos característicos del manual del instrumento que se use. REFERENCIAS

[1] DORF, SVOBADA. Circuitos eléctricos. Sexta edición. Editorial alfa omega. México. 2006. [2] [3] SEARS, ZEMANSKY, YOUNG. Física universitaria. Undécima edición volumen 01. Pearson. [4] [5] VARGAS, RAMIREZ, PEREZ. Física mecánica conceptos básicos. Instituto tecnológico metropolitano. Medellín 2008.

Ley de Ohm

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