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• Juan Alonso Quijano Esdras

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INFORME DE LABORATORIO DE FÍSICA POTENCIAL ELÉCTRICO

Alumnos: Curso: Laboratorio de física III Profesor:

Laboratorio de Física III

INTRODUCCIÓN

Cuando una partícula con carga se desplaza en un campo eléctrico, el campo ejerce una fuerza que puede realizar trabajo sobre la partícula. Este trabajo se puede expresar siempre en términos de energía potencial eléctrica. Del mismo modo que la energía potencial gravitatoria depende de la altura de una masa respecto a la superficie terrestre, la energía potencial eléctrica depende de la posición de la partícula con carga en el campo eléctrico. Describiremos la energía potencial eléctrica con base en un nuevo concepto denominado potencial eléctrico, o simplemente potencial. En los circuitos, una diferencia de potencial entre un punto y otro suele recibir el nombre de voltaje Hasta ahora vimos que el efecto de una distribución E cargas puede describirse usando el concepto de campo eléctrico producido por esa distribución. El campo eléctrico E está definido por la fuerza eléctrica, Fe , por unidad de carga y como la fuerza es un vector, el campo también lo es . Vamos a introducir otro tipo de campo llamado potencial eléctrico o potencial, definimos el potencial V como la energía potencial por unidad de carga, y como la energía es un escalar, el potencial también lo será. Debido a que V es un escalar, muchas veces en la técnica es recomendable el uso de V, en lugar de E. A partir de uno siempre se puede obtener el otro. La relación entre E y V es análoga a la que existe entre una fuerzo conservativa y la energía potencial que lleva asociada.

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OBJETIVOS

1. Mostrar que la potencia eléctrica como función del voltaje y de la corriente, calculando y midiendo la potencia disipada en una resistencia conforme aumenta el voltaje. 2. Determinar que la resistencia de un filamento de una lámpara varía con la temperatura. 3. Verificar que la resistencia del filamento (foco) no varía linealmente con el voltaje aplicado. 4. Demostrar el voltaje y corriente de carga y descarga de un condensador. 5 .Mientras que el campo eléctrico aparece en el entorno de cargas en reposo, el campo magnético está ligado a portadores de carga en movimiento, esto es, a una corriente eléctrica y veremos el comportamiento de una bobina.

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MATERIALES

FIG. 2 Fuente de voltaje: FIG. 1 Sistema de aprendizaje UniTrain: Se utilizó para añadir un voltaje de 10 v. Unitrain es el sistema de aprendizaje multimedia con el cual se trabajó para hallar la potencia eléctrica como función del voltaje y la corriente eléctrica

FIG. 3 Reóstato: Componente eléctrico que se utilizó para variar la intensidad de corriente.

FIG. 4 Caja de resistencias: Utilizadas para graduar la resistencia.

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FIG. 5 Amperímetro:

FIG. 6 Switch:

Utilizado para medir la intensidad de corriente.

Permite el paso de la corriente eléctrica.

FIG. 7 Voltímetro:

FIG. 8 Conexiones:

Utilizado para medir la diferencia de potencial.

Utilizado para hacer fluir la corriente eléctrica.

MARCO TEÓRICO Potencia eléctrica La potencia eléctrica es la proporción por unidad de tiempo, o ritmo, con la cual la energía eléctrica es transferida por un circuito eléctrico. Es decir, la cantidad de energía eléctrica entregada o absorbida por un elemento en un momento determinado. La unidad en el Sistema Internacional de Unidades es el vatio o watt (W).

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Cuando una corriente eléctrica fluye en cualquier circuito, puede transferir energía al hacer un trabajo mecánico o termodinámico. Los dispositivos convierten la energía eléctrica de muchas maneras útiles, como calor, luz (lámpara incandescente), movimiento (motor eléctrico), sonido (altavoz) o procesos químicos. La electricidad se puede producir mecánica o químicamente por la generación de energía eléctrica, o también por la transformación de la luz en las células fotoeléctricas. Por último, se puede almacenar químicamente en baterías. La tensión eléctrica se puede definir como el trabajo por unidad de carga ejercido por el campo eléctrico sobre una partícula cargada para moverla entre dos FIG. 9:En la figuraesseindependiente observa el pasodel de una posiciones determinadas. La tensión camino recorrido por la intensidad de corriente, originado por una carga y depende exclusivamente del potencial eléctrico entre dos puntos del campo eléctrico. corriente continua. Potencia en corriente continua Cuando se trata de corriente continua (CC) la potencia eléctrica desarrollada en un cierto instante por un dispositivo de dos terminales, es el producto de la diferencia de potencial entre dichos terminales y la intensidad de corriente que pasa a través del dispositivo. Por esta razón la potencia es proporcional a la corriente y a la tensión. Esto es, dw ∗dq dw dq P= = =V∗I dt dt

I: Intensidad de corriente

P estará expresada en watts (vatios).

V: Voltaje.

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Cuando el dispositivo es una resistencia de valor R o se puede calcular la resistencia equivalente del dispositivo, la potencia también puede calcularse como, P=R∗i 2=

V2 R

PROCEDIMIENTO  Parte Virtual: 1. Primero abrimos el programa que está en la PC, el cual simula un generador de corriente continua con el cual trabajaremos esta primera parte de la experiencia.

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Laboratorio de Física III 2. Luego procedemos a hacer el cableado del circuito como nos muestra el programa, siempre procurando seguir paso a paso la conexión de los cables.

3. Ahora en la PC abrimos el instrumento virtual Fuente de tensión continua. seleccionamos los ajustes que se detallan en la tabla siguiente. Encienda a continuación el instrumento por medio de la tecla POWER.

FIG. 12: Instrumento virtual Fuente de tensión continua y el cuadro con los ajustes correspsondientes. FIG. 11:En la figura se observa sistema UNITRAIN 4. Abra el instrumento virtual el Voltímetro A y seleccione los ajustes que se

detallan en la tabla siguiente.

FIG. 13: Instrumento virtual Voltímetro y el cuadro con sus ajustes correspondientes.

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5. Abrimos el instrumento Amperímetro B y seleccione los ajustes que se detallan en la tabla siguiente.

6. Una vez instalado nuestros instrumentos virtuales procedemos a variar los valores del voltaje y la resistencia; posteriormente vamos anotando los resultados en las tablas y calculamos el potencial eléctrico generado en cada caso. 7. Ahora, ajuste en el instrumento Fuente de tensión continua una tensión UPS de 1 V. Mida la tensión U1 a través de la resistencia R1 al igual que la corriente resultante I1 en miliamperios y anote los valores obtenidos en la correspondiente columna de la tabla siguiente. A partir de ello, determine la potencia P1 absorbida por la FIG. 14: Instrumento Amperímetro B y el cuadro con sus ajustes correspondientes. resistencia en mW y anote de igual manera el resultado en la tabla. Repita el experimento para las tensiones de entrada de 2V, 5V y 10 V y anote los valores en las líneas correspondientes de la tabla. 8. Ahora, en el montaje experimental, reemplace la resistencia R1 de 1 kΩ por la resistencia R2 de 500 Ω y repita la serie de mediciones. Anote los resultados de las mediciones, al igual que los valores de potencia calculados.

 Parte Mecánica Luego de haber tomado datos del simulador virtual, procedeos a comprobarlo con instrumentos reales. 1. Armamos el circuito eléctrico como se muestra en la guía. FIG. 15: Circuito eléctrico con el cual trabajamos.

2. Conectamos a la fuente a un resistencia variable con un interruptor en uno de sus extremos, esta resistencia la usaremos para modelar el voltaje más adelante.

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3. A continuación conectamos otras dos resistencias en paralelo de 100 Ω cada una. 4. Paralela a la última resistencia conectamos un voltímetro y entre la resistencia que se encuentra en medio de las tres y la resistencia variable un amperímetro. 5. Una vez que todo esté instalado, procedemos llenar la primera tabla; variando el voltaje con la resistencia variable y aplicando la Ley de Ohm para hallar intensidad de corriente eléctrica. Calculamos la potencia generada para cada voltaje. 6. Luego hallamos el voltaje para 5 valores de intensidad de corriente, anotamos en la segunda tabla y calculamos la Potencia. TABLA Nº 1 Exp.

UPS (V)

U1 (V)

I1 (mA)

P1 (mW)

1

1

1

0.5

0.5

2

2

2

1.4

2.8

3

5

4.9

4.3

21.07

4

10

9.8

9.2

90.16

TABLA Nº 2

Exp.

UPS (V)

U1 (V)

I1 (mA)

P1 (mW)

1

1

0.8

1.5

1.2

2

2

1.8

3.5

6.3

3

5

4.8

9.4

45.12

4

10

9.9

19.2

190.08

TABLA Nº 3 VOLTAJE (V) 10

CORRIENTE (mA) 200

POTENCIA (mW) 2000

8

165

1320

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125

750

4

85

340

2

45

90

TABLA Nº 4 VOLTAJE (V)

CORRIENTE (mA)

2.5

50

POTENCIA (mW) 125

5

100

500

6

120

720

7.5

150

1125

10

200

2000

CONCLUSIONES

 La potencia eléctrica es una consecuencia física de la ley de Ohm, pero no necesariamente cumple matemáticamente con dicha ley.  La máxima disipación de la energía en forma de calor producida por el paso de un flujo de electrones, se presenta en un circuito eléctrico serie.  La potencia eléctrica es una magnitud escalar que nos permite medir la cantidad de trabajo eléctrico que realiza un flujo de electrones sobre un dispositivo o elemento resistivo.  Se concluye que mientras más voltaje se aplique más será la potencia eléctrica generada.

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 Cuando el voltaje se mantiene constante y se disminuye la resistencia según los datos de la tabla 1 y 2 podemos concluir que la potencia aumenta.

BIBLIOGRAFÍA

 Zemansky. (2013). Fisica Universitaria v2. Mexico : Pearson.  Serway-Jewett. (2015 novena edicion). Fisica para Ciencias e Ingenieria V2 . Mexico: cengage learning.  Tipler-Mosca. (2010 sexta edicion). Fisica para la Ciencia y la Tecnologia V2. Barcelona, España: Reverte.

REFERENCIAS WEB.

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Joaquín Bernal Méndez. (2005/2006). Potencial Electrico. octubre 1, 2018, de Dpto. Física Aplicada III Sitio web:

http://www.esi2.us.es/DFA/FFII/Apuntes/Ley de ohm.pdf

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Biviano Miramira Tipula-Augurio Zavala Trujillo-Gilberto Yactayo YactayoArnulfo Guillén Guevara . (2017). GUIA de LAB FIII-2017. Octubre 1, 2018, de FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS Sitio web: https://unmsmmail-

my.sharepoint.com/personal/jisidroj_unmsm_edu_pe/Documents/UNM SM



M Olmo R Nave. (2017). Potencial Electrico. Octubre 1, 2018, de HyperPhysics Sitio web: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/hph.html

CUESTIONARIO 1. ¿Cuáles de las siguientes afirmaciones son correctas? A) La resistencia pequeña absorbe escasa potencia con la misma tensión. B) La resistencia pequeña absorbe una potencia elevada con la misma tensión. C) Si se duplica la tensión se duplica también la potencia absorbida. D) Si se duplica la tensión se reduce a la mitad la potencia absorbida. 2. ¿Cuáles de las siguientes afirmaciones son correctas? A) La potencia total es independiente de la tensión que se aplica. B) La potencia total disminuye si se eleva la tensión que se aplica. C) La potencia total aumenta si se eleva la tensión que se aplica.

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D) La resistencia pequeña absorbe una cantidad mayor de potencia. E) La resistencia mayor absorbe una cantidad mayor de potencia.

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