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• José Luis Alexander Castro Torres

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POTENCIA ELÉCTRICA Experiencia N°5 Efrain Vacas Medina | Laboratorio de Electricidad y Magnetismo | 2017 Profesor: Rolando Adriano | Turno: jueves 6 – 8 p.m.

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS Laboratorio de Electricidad y Magnetismo Física III

OBJETIVOS Mostraremos la potencia eléctrica como función del voltaje y la corriente, calculando y midiendo la potencia disipada en una resistencia conforme aumenta el voltaje. También se demostrará el volt

MARCO TEÓRICO Potencia en circuitos eléctricos En los circuitos eléctricos es más frecuente que nos interese la rapidez con la que la energía se entrega a un elemento del circuito o se extrae de él. La relación de transferencia de energía por unidad de tiempo en la potencia, y se denota mediante P; por lo tanto, escribimos 𝑃 = 𝑉𝑎𝑏 𝐼

… (1)

La unidad de 𝑉𝑎𝑏 es un volt, o un joule por coulomb, y la unidad de I es un ampere, o un coulomb por segundo. Entonces, la unidad de 𝑃 = 𝑉𝑎𝑏 𝐼 es un watt (W). La potencia absorbida por una carga se puede medir, por tanto, de manera indirecta con un voltímetro y un amperímetro. Una medición directa de potencia se puede realizar por medio de un vatímetro. [1] Según la ley de Ohm, usada anteriormente 𝑉𝑎𝑏 = 𝐼. 𝑅, reemplazando en la ecuación (1): 𝑃 = 𝐼2 . 𝑅

… (2)

Si en la ecuación (1), por el contrario, se reemplaza I por el cociente 𝑉𝑎𝑏 ⁄𝑅, se obtiene: [2] 𝑃=

2 𝑉𝑎𝑏 𝑅

… (3)

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

1) Para la toma de datos y cálculo de la potencia eléctrica -

-

Se compuso el circuito mostrado en la figura [1]. La fuente esta calibrada en 10V, se establecerá una resistencia de 10Ω para la tabla 1 (que se verá en la parte de datos y cálculos), resistencia de 20Ω para la tabla 2 y resistencia de 40Ω para la tabla 3. Luego se procede a variar la diferencia de potencial en el reóstato hasta que el voltímetro indique los valores requeridos en clase. Se sigue anotando los resultados dados por el amperímetro. Por último, calculamos la potencia eléctrica con las relaciones dadas en el marco teórico. Amperímetro Fuente

Década

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Reóstato

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Figura [1] se procede a calcular la intensidad de corriente, haciendo variar el potencial en el reóstato y la resistencia en la década.

-

Para la segunda parte del experimento se hizo el cambio de instrumento (década por foco eléctrico). Se nota que, al variar los valores en el reóstato el foco cambia su intensidad luminosa. Cuando el reóstato está en su máximo valor posible, el foco luce apagado (como se observa en la figura [3a]); sin embargo, cuando el reóstato está en un valor cercano a 10V el foco luce completamente encendido (como se ve en la figura [3b]).

Figura [3b] foco encendido, pues el reóstato está en su potencial mínimo.

Figura [3a] foco apagado, pues el reóstato está en su potencial máximo.

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DATOS Y CÁLCULOS: Para la tabla 1, tomaremos una resistencia constante de 10Ω. De las lecturas del amperímetro se obtuvieron los datos siguientes 𝑉𝑒𝑥𝑝 (V) 0.95V 1.89V 4.90V 9.40V

𝑉𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 (V) 1V 2V 5V 10V

TABLA 1 I (A) 0.080 A 0.185 A 0.500 A 0.750 A

𝑃𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 (W) 0.080 W 0.370 W 2.500 W 7.500 W

𝑃𝑒𝑥𝑝 (W) 0.076 W 0.350 W 2.450 W 7.050 W

Para la tabla 2, tomaremos una resistencia constante de 20Ω. De las lecturas del amperímetro de obtuvieron los datos siguientes 𝑉𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 (V) 1V 2V 5V 10V

TABLA 2 I (A) 45 mA 100 mA 260 mA 0.5 A

𝑃𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 (W) 0.045 W 0.200 W 1.300 W 5.000 W

Para la tabla 3, tomaremos una resistencia constante de 40Ω. De las lecturas del amperímetro se obtuvieron los datos siguientes 𝑉𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 (V) 1V 2V 5V 10V

TABLA 3 I (A) 0.02 A 0.05 A 0.13 A 2.45 A

𝑃𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 (W) 0.02 W 0.10 W 0.65 W 2.45 W

TABLA 4 I (A) 0.045 A 0.080 A 0.110 A 0.135 A 0.155 A 0.175 A 0.185 A 0.205 A 0.210 A 0.215 A

𝑃𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 (W) 0.045 W 0.240 W 0.550 W 0.945 W 1.395 W 1.925 W 2.405 W 3.075 W 3.570 W 4.275 W

Para la tabla 4, se usó el foco. 𝑉𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 (V) 1V 3V 5V 7V 9V 11V 13V 15V 17V 19V

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ANÁLISIS DE RESULTADOS 

En la tabla 1 obtuvimos los valores que, a nuestro punto de vista, se aproximaba al valor pedido (𝑉𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 ), así podemos calcular el error que se genera a la hora de efectuar el experimento. 𝐸𝐴 = |𝑃𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 − 𝑃𝑒𝑥𝑝 | 𝐸𝐴1 = |0.080 − 0.076| = 0.004 𝐸𝐴2 = |0.370 − 0.350| = 0.020 𝐸𝐴3 = |2.500 − 2.450| = 0.050 𝐸𝐴4 = |7.500 − 7.050| = 0.450



Si usamos la relación (3) indicada en el marco teórico, y haciendo variar R de acuerdo a lo indicado para cada tabla, obtenemos las siguientes relaciones: 𝑉2

Tabla 1: 𝑃 = 10

𝑉2

Tabla 2: 𝑃 = 20

Donde V varía entre 1 y 10. Con la ayuda de Matlab se logra graficar las curvas P vs V.

Figura [4] se muestra la gráfica P vs V

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𝑉2

Tabla 3: 𝑃 = 40

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CONCLUSIONES -

Observamos que mediante se va manipulando el reóstato, la luz no prendera si esta en su máxima. Pero si decrece, la luz empezara a encenderse de poco en poco.

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Tener sumo cuidado cuando usamos el foco porque si manipulamos mal el reóstato este foco podría explotar.

REFERENCIAS [1] S. Zemansky, “Potencial Eléctrico,” en Física Universitaria con Física Moderna, A. Enríquez. Pearson: México, 2013, pp.889 [2] S. Zemansky, “Potencial Eléctrico,” en Física Universitaria con Física Moderna, A. Enríquez. Pearson: México, 2013, pp891-893

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