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Práctica 04: Corriente Alterna Mesa 02 Laboratorio de Física 3 Departamento de Ciencias Básicas Profesor Andrés Felipe Méndez-Arenas MSc.

Informe de Laboratorio

Corriente Alterna Rojas karla,a Parra José, b Martínez Jeisson c and Berdugo Deibid d Además de las fuentes de FEM de corriente directa o continua, se genera también otro tipo de corriente denominada alterna, que se caracteriza por que presenta un cambio en la constante de polaridad que efectúa por cada ciclo de tiempo. Nicola Tesla halló una aplicación a este tipo de corriente para generar energía eléctrica la cual es más fácil de transportar porque es capaz de superar las resistencias del transporte con mayor facilidad, y puede convertirse en voltajes más altos con mayor facilidad. La corriente alterna es un ejemplo del movimiento oscilatorio, donde el voltaje suministrado por la fuente se comporta de forma senoidal. De esta forma v(t) = V0Sin(wt). En este fenómenos se genera un ángulo de desfase, por lo que es necesario realizar diagramas de rotores, donde dentro de un sistema de coordenadas rectangulares y sobre cada uno de los ejes se da el valor de las variables físicas de interés, a partir de esto, se halló valores para varios voltajes y se procedió a calcular el Angulo de desfase para estos valores. Los cuales presentan cierta dificulta a graficarse. Besides EMF sources or direct current, it is also generated other AC known , characterized by having a constant change in polarity effecting for each cycle time. Nicola Tesla was commissioned to find an application to this type of power to generate electricity which is easier to transport because it is the resistance of transport more easily, and can become higher voltages more easily. Alternating current is an example of the oscillatory motion where the voltage supplied by the source behaves sinusoidal. Thus v(t) = V 0 Sin (wt). This phenomena phase angle is generated, so it is necessary diagrams rotors, where within a coordinate system and whose projection on an axis gives the value of the physical of interest , from this values for various voltages and proceeded to calculate the angle of offset for these values. which they present some difficult to graphed.

Formato tomado y modificado de: © The Royal Society of Chemistry 2015 con fines educativos.

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Laboratorio de Física 1 - UDLS., 2015, 00, 1-3 | 1

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Introducción En esta práctica se utiliza un circuito que emplea la corriente alterna. Donde se pretende analizar este fenómeno con el fin de hallar el ángulo de desfase empleado el método de rotores, para lo que es necesario conocer los siguientes conceptos. Oscilación: es un movimiento repetitivo que va de un lado a otro entorno a una posición central, o posición de equilibrio.2 Circuito: El circuito eléctrico es el recorrido preestablecido por el que se desplazan las cargas eléctricas.6 Voltaje: es una magnitud física, con la cual podemos cuantificar o “medir” la diferencia de potencial eléctrico o la tensión eléctrica entre dos puntos, y es medible mediante un aparato llamado voltímetro.4 Ley de Lenz: Generalizando, y como se puede comprobar experimentalmente, la fuerza electromotriz instantánea E, que se induce en un circuito en cuyo interior está variando el flujo magnético F.6 E = dF / dt El sentido de la corriente inducida es tal. Que el campo producido por esta corriente se opone a la variación de campo que la creó. Si el circuito en cuestión es una bobina con n espiras las fuerzas electromotrices de cada espira se suman: E = n dF / dt Corriente alterna: es aquella en que la que la intensidad cambia de dirección periódicamente en un conductor. Como consecuencia del cambio periódico de polaridad de la tensión aplicada en los extremos de dicho conductor.1 La variación de la tensión con el tiempo puede tener diferentes formas: sinodal (la forma fundamental y más frecuente en casi todas las aplicaciones de electrotecnia); triangular; cuadrada; trapezoidal;

etc. Si bien estas otras formas de onda no senoidales son más frecuentes en aplicaciones electrónicas. Las formas de onda no senoidales pueden descomponerse por desarrollo en serie de Fourier en suma de ondas senoidales, permitiendo así el estudio matemático y la de sus circuitos asociados. En la que se pone claramente de manifiesto que la frecuencia f = /2 de la intensidad es la misma que la correspondiente a la tensión, pero que la intensidad está desfasada en un ángulo  (ángulo de desfase o desfase) respecto a la tensión. Los valores instantáneos de una intensidad de corriente, f.e.m. o diferencia de potencial alternas, varían de un modo continuo desde un valor máximo en un sentido, pasando por cero, hasta un valor máximo en el sentido opuesto, y así sucesivamente. El comportamiento de un determinado circuito en serie queda expresado por los valores máximos de la intensidad (Im) y de la tensión (Vm) (también del valor del desfase φ), pero es mucho más interesante estudiar los circuitos de corriente alterna en función de los valores eficaces, lf y Vf, en lugar de los valores máximos, porque los valores que se miden con los voltímetros y amperímetros son precisamente los eficaces.3 Fasores o rotores: brinda un medio sencillo para analizar circuiros lineales excitados por fuentes senoidales; las soluciones de tales circuitos serian impracticables de otra manera. La noción de resolver circuitos de corriente alterna usando fasores es idea original de Charlez Proteus Steinmetz (1865-1923). Un número complejo z se escribe en forma rectangular.7 Las magnitudes se sitúan en un diagrama de fasores con su módulo igual al valor máximo y formando un ángulo con el eje X igual a la fase. Los valores instantáneos se obtiene de la proyección en el eje Y. Los valores totales de V y Z (en circuitos en serie) o de I y Y=1/Z (circuitos en paralelo) se obtienen de la suma de los vectores representados, según el álgebra vectorial. La fase se determina del gráfico calculando el valor correspondiente a.7 Φ = 𝑋𝐿−𝑋𝐶 arctag 𝑅

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J. Name., 2013, 00, 1-3 | 2

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ARTICLE



Metodología y Toma de Datos



Fig. 1 EJEMPLO DE FASORES

Con el objeto de ver como varia la corriente en el circuito y el ángulo de desfasé con respecto a la distancia del entrehierro, se realizan análisis en fasores para determinar el ángulo de desfase. Entre Hierro

Vo (v)

Vr (v)

Vl (v)

Io(A)



W (watt)

(cm)



0

119

1.6

119

0,17

60

0,5

119

1.8

118

0,19

60

1

119

2.1

118

0,22

60

1,5

119

2.9

118

0,28

60

2

119

5.1

118

0,34

60

2,5

119

14.7

116

0,44

60

3

118

38.5

90

0,61

60

3,5

118

76.2

85

0,76

60

4

118

104.6

45

0,85

60

Dentro de la práctica algunos multímetros se encontraban en una escala muy grande y en todas las mediciones arrojaba cero, por lo cual saber primero la escala para hallar sus respectivos cálculos dado que ese cero modifico todo el proceso durante el laboratorio. Dentro del laboratorio la palanca que conecta y desconecta el capacitor del circuito se ha de tener en cuanta, dado que para que se desconecte la palanca debe de unir ambas placas de lo contrario se estaría tomando datos de un circuito RLC estando en un circuito RL. Es muy necesario traer en el laboratorio una investigación antes del laboratorio como un marco teórico para conocer los conceptos básicos a utilizar y los cálculos a realizar porque por cuestiones de tiempo mientras se profundiza la teoría se podría recortar algo la explicación y aumentar el tiempo de la práctica. En cada momento que valla a tomar los datos es necesario desconectar la fuente entre dato y dato porque si no puede quemar la resistencia del bombillo y alterando los demás datos.

Análisis Cuantitativo Cálculos de los ángulos de desfase para cada distancia del entrehierro. φ = Cos −1 (

𝑉𝑙 2 − 𝑉𝑜 2 − 𝑉𝑟 2 ) −2 ∗ 𝑉𝑜 ∗ 𝑉𝑟

Análisis Cualitativo

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J. Name., 2013, 00, 1-3 | 3

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• φ(0) = Cos −1 (

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1192 −1192 −1.62 ) −2∗119∗1.6

= 1.564 𝑟𝑎𝑑

1182 −1192 −2.92 ) −2∗119∗2.9

• φ(1.5) = Cos −1 (

• φ(0.5) = Cos −1 (

1182 −1192 −1.82 ) −2∗119∗1.8

= 0.975 𝑟𝑎𝑑

• φ(2) = Cos −1 (

• φ(1) = Cos −1 (

1182 −1192 −2.12 ) −2∗119∗2.1

= 1.207 𝑟𝑎𝑑

1182 −1192 −5.12 −2∗119∗5.1

) = 1.352 𝑟𝑎𝑑

= 1.066 𝑟𝑎𝑑

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J. Name., 2013, 00, 1-3 | 4

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ARTICLE

• φ(3) = Cos −1 (

902 −1182 −38.52 ) −2∗118∗38.5

= 0.6366 𝑟𝑎𝑑

852 −1182 −76.22 ) −2∗118∗76.2

• φ(3.5) = Cos −1 (

• φ(2.5) = Cos −1 (

1162 −1192 −14.72 ) −2∗119∗14.7

= 0.8018 𝑟𝑎𝑑

= 1.441 𝑟𝑎𝑑

• φ(4) = Cos −1 (

452 −1182 −104.62 −2∗118∗104.6

) = 0.389 𝑟𝑎𝑑

Conclusiones A medida que se aumenta la distancia de separación del entre hierro al inductor la corriente aumenta.

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J. Name., 2013, 00, 1-3 | 5

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Durante todas las mediciones la potencia no se alteró notoriamente dado que el flujo de corriente fue el mismo en todos los momentos, al igual que el Vo dado que no es una magnitud que no depende de la posición del hierro y el campo magnético que este genere.

Corriente Alterna vs Entre Hierro 1 0,9 0,8

Corriente

0,7

Bibliografía

0,6 0,5

0,4 0,3 0,2

1.

D. Jeim, Física principios con Aplicaciones Vol 2, 2008, 3ed, pag300.

0,1 0 0

2 T. Paul, M. Gene, Física para la ciencia y la Tecnología Vol 1, 2006, 5ed, pag 396. 3. E. Harper, Circuitos de corriente alterna, 2008, 3ed, pag 210.

1

2

3

4

Posicion Entre Hierro

Imagen

4. M. José Vicente, M. José Antonio, Física y Química Vol 3, 2003, 1ed, pag314. 5. Sears, Zemasky, Física Universitaria Vol 2, 2009, 12ed, pag 905. 6. Jerry D, Wilson Anthony, J. Buffa, Física, 2003, 5ed, pag261. 7. Richard J. Fowler, Electricidad: principios y aplicaciones,2007, pag 289.

Anexos:

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J. Name., 2013, 00, 1-3 | 6

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