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CIRCUITOS CON RESISTENCIAS ELÉCTRICAS EN SERIE Y PARALELO (10)

Guías de Prácticas de Laboratorio

Identificación: (1) GL-PS-F-1 Número de Revisión No.: (3) Páginas: (2) 11 4 Fecha Emisión: (4) 2011/08/31

Laboratorio de: (5) FÍSICA ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO Titulo de la Práctica de Laboratorio: (6) CIRCUITOS CON RESISTENCIAS ELÉCTRICAS EN SERIE Y PARALELO

Elaborado por: (7)

Revisado por: (8)

Aprobado por: (9)

ESPERANZA ALVAREZ G

Carlos Roberto Hernández R.

Comité de Departamento de Física

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CIRCUITOS CON RESISTENCIAS ELÉCTRICAS EN SERIE Y PARALELO (10) Control de Cambios Razones del Cambio Guía de práctica de laboratorio inicial Porcentajes de Evaluación Revisión general Porcentajes de evaluación Cambio de formato

Cambio a la Revisión # 0

Fecha de emisión 30/11/07

1 2 3 4

30/06/10 07/06/12 07//06/12 30/10/15

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CIRCUITOS CON RESISTENCIAS ELÉCTRICAS EN SERIE Y PARALELO (10) 1. FACULTAD O UNIDAD ACADÉMICA: (11) Departamento de Física 2. PROGRAMA: (12) Ingeniería: Multimedia, Civil, Mecatrónica, Industrial y Telecomunicaciones. 3. ASIGNATURA: (13) Laboratorio de Física Electricidad y Magnetismo 4. SEMESTRE: (14) Tercero, cuarto 5. OBJETIVOS: (15) Que el estudiante al medir la tensión y corriente eléctrica en resistencias óhmicas conectadas a una fuente de tensión DC, pueda: - De acuerdo a la distribución geométrica de las resistencias, describir como se distribuye los valores de la tensión y la corriente en cada resistencia. - A partir de valores de corriente y tensión obtenidos verificar que en serie la corriente es la misma y que la distribución de tensiones se explica a partir de la ley de conservación de energía para el campo eléctrico conservativo. - A partir de valores de corriente y tensión obtenidos verificar que en paralelo la tensión es la misma y la distribución de corrientes se explica a partir de la ley de conservación de la carga eléctrica. - A partir de la definición de resistencia y los de valores de corriente y tensión con resistencias en serie y en paralelo verificar la expresión de resistencia equivalente en serie y la resistencia equivalente en paralelo. - A través de resistencias en serie reconocer como se obtiene un divisor de tensión y a través de resistencias en paralelo como se obtiene un divisor de corriente. - Adquirir habilidad en la medición de cantidades eléctricas, como tensión, corriente y resistencia, y en el diseño y montaje de circuitos en serie y en paralelo. 6. COMPETENCIAS A DESARROLLAR: (16) El estudiante estará en capacidad de: - Plantear, analizar y resolver problemas de circuitos de resistencias en serie y paralelo, mediante la utilización de métodos numéricos, analíticos y experimentales. - Identificar los elementos conceptuales esenciales en la conexión de circuitos en serie y paralelo. - Verificar el ajuste de modelos conservación de carga y de energía en los circuitos de resistencias su dominio de validez. El uso no autorizado de su contenido así como reproducción total o parcial por cualquier persona o entidad, estará en contra de los derechos de autor Pagina 3 de 11 GL-PS-F-1 El uso no autorizado de su contenido así como reproducción total o parcial por cualquier persona o entidad, estará en

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CIRCUITOS CON RESISTENCIAS ELÉCTRICAS EN SERIE Y PARALELO (10) - Aplicar los modelos de la Física a la realización e interpretación de experimentos con circuitos. - Demostrar una comprensión del concepto de conservación de carga y energía eléctrica en circuitos de resistencias. - Describir y explicar fenómenos eléctricos y su aplicación técnica en términos y conceptos de los principios de la electricidad. - Sintetizar la solución de estos montajes particulares, extrapolándolos hacia los principios de la Física de circuitos eléctricos con resistencias. - Demostrar habilidad y destreza para el montaje de combinación de circuitos con resistencias. - Demostrar hábitos de trabajo necesarios para el desarrollo de la profesión tales como el trabajo en equipo, el rigor científico, el autoaprendizaje y la persistencia. - Socializar y argumentar los resultados de su trabajo experimental. 7. MARCO TEORICO: (17) -

¿Qué es una resistencia lineal o comúnmente llamada óhmica? Describa y explique a partir de la ley de conservación de carga como se distribuye la corriente en las resistencias en paralelo en un circuito de corriente directa (DC). Describa y explique a partir de la ley de conservación de energía eléctrica y el concepto de potencial eléctrico, como se distribuye la tensión en las resistencias en serie en un circuito (DC). A partir de la ley de conservación de carga y de energía eléctrica hallar la expresión para la resistencia equivalente en serie y para la resistencia equivalente en paralelo.

8. MATERIALES, REACTIVOS, INSTRUMENTOS, SOFTWARE, HARDWARE O EQUIPOS: (18) Resistencias con valores de 1 kΩ, 2 kΩ, 5 kΩ y 10 kΩ, fuente de tensión variable de 1 a 20 VDC (20 W), multímetro, interruptores de 2 posiciones, tablero para conexiones de prueba con resistencias comerciales, cables de conexión. 9. PRECAUCIONES CON LOS MATERIALES, REACTIVOS, INSTRUMENTOS Y EQUIPOS UTILIZAR: (19) -

La conexión inadecuada de los instrumentos de mediciones eléctrica y la escogencia inadecuada de escalas pueden ocasionar el daño de los medidores, es necesario tener presentes las recomendaciones pertinentes de conexión y de escalas para cada instrumento específico. Para proteger

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CIRCUITOS CON RESISTENCIAS ELÉCTRICAS EN SERIE Y PARALELO (10) los metros y los elementos de circuito utilizar siempre interruptores. Conocer las especificaciones de corriente máxima para las fuentes y potencia máxima para resistencias. 10. CAMPO DE APLICACIÓN: (20) La resistencia eléctrica lineal u óhmica constituye junto con el capacitor y la inductancia uno de los tres dispositivos pasivos fundamentales bipolares de la arquitectura del hardware creado tanto en la Ingeniería Electrónica como en la Eléctrica. Así por lo tanto en Ingeniería Electrónica se utiliza en campos fundamentales como las comunicaciones, el almacenamiento de información y la conmutación electrónica. Esto se traduce específicamente en la fabricación de unidades para la emisión, la propagación y la detección de radiación en comunicaciones, en la fabricación de unidades de memoria y procesadores para ordenadores lógicos en la computación moderna. También en estructuras más complejas basadas en las anteriores, como lo son sistemas de supervisión y control, la robótica y la inteligencia artificial. En nuestro entorno cotidiano los ejemplos van desde los celulares a las antenas satelitales, el horno microondas, la radio y la televisión, las memorias USB, las calculadoras personales y los PC. A nivel industrial desde las líneas con automatización de bajo nivel hasta las líneas de procesamiento con tecnología robótica. En la Ingeniería Eléctrica es elemento fundamental en la arquitectura de alta potencia de los generadores de energía eléctrica que van desde los grandes dínamos de las hidroeléctricas y termoeléctricas hasta los alternadores de unidades móviles. A su vez en su utilización en la transmisión de energía eléctrica a través de las líneas de alta tensión y de las subestaciones, para su transformación final a tensión de red eléctrica doméstica e industrial. Esto se ve fácilmente en nuestro entorno cotidiano en las redes externas e internas de nuestra vivienda. Finalmente esta arquitectura Eléctrica y Electrónica soporta la arquitectura de otras Ingenierías como son la Mecánica, la Mecatrónica, la Civil, la Industrial y la de Sistemas. Esto se ve en nuestro entorno desde los automóviles, cajeros automáticos hasta las plantas de la pequeña a la gran industria. Hazte las siguientes preguntas. ¿Cuánta tecnología de tu alrededor deja de funcionar cuando se va la luz eléctrica? ¿Cuánta falta te hace? 11. PROCEDIMIENTO, METODO O ACTIVIDADES: (21) PARTE UNO CIRCUITOS DC CON RESISTENCIAS EN SERIE. - Verifique con el ohmímetro la conductividad, o continuidad, de los cables y del tablero,de conexiones, (o protoboard), suministrados para la práctica. El uso no autorizado de su contenido así como reproducción total o parcial por cualquier persona o entidad, estará en contra de los derechos de autor Pagina 5 de 11 GL-PS-F-1 El uso no autorizado de su contenido así como reproducción total o parcial por cualquier persona o entidad, estará en

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CIRCUITOS CON RESISTENCIAS ELÉCTRICAS EN SERIE Y PARALELO (10) - Mida con el ohmímetro el valor de las resistencias suministradas para la práctica y registre su valor. Verifique su proximidad al valor nominal. - Sobre el protoboard conecte las resistencias a la fuente de tensión de acuerdo al circuito de la figura 1, manteniendo el interruptor “s” abierto.

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Después de montado el circuito cierre el interruptor “s” y mida la tensión en cada resistencia. Para esto coloque el voltímetro en la mayor escala y conecte el voltímetro en paralelo en cada resistencia R, como se muestra en la figura 2. El “diagrama de circuito” que representa la conexión del voltímetro para medir la tensión aparece en la figura 3. Mida la tensión el fuente fem. De acuerdo a la lectura obtenida, analice y halle cual sería la

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CIRCUITOS CON RESISTENCIAS ELÉCTRICAS EN SERIE Y PARALELO (10) menor escala del voltímetro que se podría utilizar para esta medida en cada resistencia.

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Mida la tensión de varias resistencias como la figura 4, por ejemplo entre los puntos C y F, Verifique que la tensión total VC-F, de ellas corresponde a la suma de tensiones de las resistencias entre estos puntos. VCF = VCD+VDE+VEF. Repita este proceso con otros ejemplos, para varias configuraciones de dos resistencias, tres, cuatro y cinco resistencias.

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CIRCUITOS CON RESISTENCIAS ELÉCTRICAS EN SERIE Y PARALELO (10) - Manteniendo la configuración del circuito de la figura 1, mida la corriente de cada resistencia. Para ello con el interruptor “s” abierto, coloque el Amperímetro en la escala más alta y conecte el amperímetro EN SERIE, como en la figura 5. El “diagrama de circuito” que representa la conexión del Amperímetro para medir la corriente aparece en la figura 6. - Para medir la corriente en un punto vale la pena resaltar que conectar en serie el amperímetro significa ABRIR el circuito en ese punto. Ver la figura 6. Esto se puede describir diciendo que se desconecta el circuito en ese punto. Luego de abierto o desconectado el circuito en el punto, se CIERRA el circuito con el amperímetro o en otras palabras se conecta el circuito con el amperímetro. Algunas veces se dice que se hace puente con el amperímetro para cerrar el circuito. Así se obtiene que la corriente del punto pase a través del amperímetro Después de que el profesor verifique que la conexión es correcta cierre el interruptor y lea la medición del amperímetro. De acuerdo a la lectura obtenida, analice y halle cual sería la menor escala del amperímetro que se podría utilizar para esta medida. - En la escala seleccionada mida la corriente en todos los puntos de A a F, Compare las mediciones obtenidas y explique el resultado. A partir de lo valores de tensión y corriente medidos calcule el valor de cada resistencia. - Repita el cálculo para hallar el valor de la resistencia en los puntos AB, AC, AD,…etc. Como se relacionan estos cálculos con el valor de las resistencias? - ¿Que es un divisor de tensión, (o de voltaje), y como puede obtenerse de acuerdo al montaje desarrollado y los resultados obtenidos? PARTE DOS. CIRCUITOS DC CON RESISTENCIAS EN PARALELO. - Sobre el protoboard conecte las resistencias a la fuente de tensión de acuerdo al circuito de la figura 7, manteniendo el interruptor “s” abierto.

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Después de montado el circuito cierre el interruptor “s” y mida la tensión en cada resistencia. Para esto coloque el voltímetro en la mayor escala y conecte el voltímetro en paralelo en cada resistencia R, como se muestra

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CIRCUITOS CON RESISTENCIAS ELÉCTRICAS EN SERIE Y PARALELO (10) en la figura 8. El “diagrama de circuito” que representa la conexión del voltímetro para medir la tensión aparece en la figura 9. - Mida la tensión de la fuente (fem). De acuerdo a la lectura obtenida, analice y halle cual sería la menor escala del voltímetro que se podría utilizar para esta medida en cada resistencia.

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CIRCUITOS CON RESISTENCIAS ELÉCTRICAS EN SERIE Y PARALELO (10) - Manteniendo la configuración del circuito de la figura 7, mida la corriente de cada resistencia. Para ello con el interruptor “s” abierto, coloque el Amperímetro en la escala más alta y conecte el amperímetro EN SERIE con cada resistencia, como en la figura 10. El “diagrama de circuito” que representa la conexión del Amperímetro para medir la corriente aparece en la figura 11. - Para medir la corriente en un punto vale la pena resaltar que conectar en serie el amperímetro significa ABRIR el circuito en ese punto. Ver la figura 10. Esto se puede describir diciendo que se desconecta el circuito en ese punto. Luego de abierto o desconectado el circuito en el punto, se CIERRA el circuito con el amperímetro o en otras palabras se conecta el circuito con el amperímetro. Algunas veces se dice que se hace puente con el amperímetro para cerrar el circuito. Así se obtiene que la corriente del punto pase a través del amperímetro. - Después de que el profesor verifique que la conexión es correcta cierre el interruptor y lea la medición del amperímetro. - De acuerdo a la lectura obtenida, analice y halle cual sería la menor escala del amperímetro que se podría utilizar para esta medida. - Mida la corriente en todos los puntos de G a L, Compare las mediciones obtenidas y explique el resultado. - A partir de lo valores de tensión y corriente medidos calcule el valor de cada resistencia. - Repita el cálculo para hallar el valor de la resistencia en los puntos BH, CI, DJ,…EK, FL. ¿Cómo se relacionan estos cálculos con el valor de las resistencias? - ¿Qué es un divisor de CORRIENTE, y como puede obtenerse de acuerdo al montaje desarrollado y los resultados obtenidos? 12. RESULTADOS ESPERADOS: (22) Se espera que el estudiante a partir de la medición para los problemas propuestos verifique el valor de las corrientes y de las tensiones predicho por las leyes de conservación de carga y energía eléctrica para circuitos con arreglos de resistencias en serie y paralelo. 13. CRITERO DE EVALUACIÓN A LA PRESENTE PRÁCTICA (23) 20% Presentación escrita del marco teórico de la práctica a desarrollar que incluye: portada, objetivos, desarrollo del marco teórico, procedimiento, bibliografía y webgrafía; y/o quiz. 80%

Presentación escrita del informe de la práctica totalmente desarrollada, con adecuada ortografía y redacción que incluye:

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CIRCUITOS CON RESISTENCIAS ELÉCTRICAS EN SERIE Y PARALELO (10) toma de datos, representación gráfica de los datos (tablas, graficas), análisis e interpretación de los datos y conclusiones. Nota: Cada práctica se evaluará en la escala de calificación de cero a cinco y la no asistencia del estudiante a la práctica implicará una nota de cero. La nota del corte del laboratorio corresponde al promedio de las notas de las prácticas que incluye la nota de la evaluación final en cada corte. 14. BIBLIOGRAFIA: (24) -

SEARS - ZEMANSKY - YOUNG FREEDMAN. Física Universitaria. Vol 2. Undécima Edición.Editorial Addison Wesley longman. México 2004. SERWAY y JEWETT. Física Para ciencias e ingenierías Vol 2. México. Editorial Thomson. 2005 sexta edición.

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