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CENTRO DE CIENCIA BÁSICA
Curso: Electricidad y Magnetismo
Docente: M. Sc Luz Aída Sabogal Tamayo
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PRÁCTICA 2: FENÓMENOS DE CORRIENTE CONTINUA
PRÓPOSITO: Establecer características fundamentales de circuitos de corriente continua con resistores
y capacitores
A. MEDICIÓN DE LA CAPACITANCIA DE UN CAPACITOR DE PLACA PLANA EN FORMA DIRECTA E
INDIRECTA
Se asume la capacitancia (C) de un capacitor como la capacidad que tiene un cuerpo o dispositivo para
almacenar, carga eléctrica, por ende campo eléctrico y energía potencial eléctrica. La unidad en el SI es
el Faradio (F).
a) Para la medición directa, se usa el capacímetro, el cual se conecta en paralelo con las terminales
del capacitor en paralelo, la pila de 9 voltios del medidor carga el capacitor y el circuito determina el
valor de la capacitancia.
Figura 1. Capacitor de placa plana con capacímetro
b) El modelo teórico que permite hacer una medición indirecta de la capacitancia es:
𝑪=
𝟄𝑨
𝒅
,
y se debe reportar
𝑪 = 𝑪 ± 𝜟𝑪
c) Medición indirecta de la capacitancia de un capacitor de placas paralelas por medición directa del
campo eléctrico, (independencia del campo eléctrico y de la diferencia de potencial aplicado al
condensador). Se arma el montaje de la figura 2, que consta de capacitor de placas planas paralelas,
medidor de campo eléctrico completo, (incluyendo soportes), fuente de voltaje DC (0 V, a, 30 V),
voltímetro en dc, cables.
Figura 2. Capacitor De Placas Planas Paralelas Con Medidor De Campo Eléctrico
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Coloque como distancia de separación de las placas 4 cm, haga el auto chequeo del medidor, déjelo en
la escala más sensible. Llene la tabla 1.
Repita el procedimiento hasta llenar la tabla 1. En la columna 3 se coloca el valor de la carga eléctrica
para cada valor de voltaje.
Tabla 1. Medición indirecta dela capacitancia por medición directa del campo eléctrico
Área de las placas A (m2 )= 0,04m2; Distancia de separación de las placas d (m)= 4x10-2m
VOLTAJE V (V)
ELÉCTRICO E (V/m)
CARGA ELÉCTRICA Q (C)
Q = ε0 ∗ A* E
CAPACITANCIA C
(pF)
4.00
6.00
8.00
10.00
12.00
14.00
Nota: El Medidor de campo eléctrico de la figura 1, no puede ser utilizado para medir campos eléctricos alternos, ni en situaciones de altas
descargas eléctricas. Tiene 3 escalas (0 – 2 KV), (0 – 20KV) y (0 – 200KV), al usarlo use la escala adecuada y no sobre pase sus valores. El
equipo tiene certificado de calibración en ambientes controlados, se recomienda mantenerlo en adecuadas condiciones de humedad, y
temperatura.
A. CIRCUITOS RESISTIVOS DE CORRIENTE DIRECTA
a) Montaje de circuito mínimo para diferencias fuente de fuerza electromotriz y diferencia de
potencial y para medir la resistencia interna de una fuente.
Antes de conectar el montaje de la figura 3, verifique con ayuda del óhmetro los valores máximos y
mínimos de la resistencia variable (reóstato), y ubique la posición del cursor para que la resistencia sea
de 5 𝞨. Para un manejo adecuado del óhmetro haga uso del anexo 1. Para estimar el orden de
magnitud de la máxima corriente que logra en su circuito, reemplace en la Ley de Ohm R = 5 W y
como voltaje la fem de l apila (1,5 V), con esto selecciona la escala del amperímetro.
𝐼𝑓 =
𝑉𝑓
𝑅
,
(1)
En la figura 3, se muestra el esquema del circuito de la práctica, que incluye la pila con su respectiva
resistencia interna, Ri, el interruptor S, en estado abierto, y el amperímetro (A), todos conectados en
serie. El voltímetro (Vab), se conecta en paralelo entre los bornes de la pila. Arme este circuito. Use
dos multímetros uno para cada variable.
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Figura 3. Circuito mínimo con medidores de voltaje y corriente
Para analizar el circuito de la figura 3, se aplica tanto la regla de Ohm, como los principios de
conservación de la energía y de la carga, y se encuentra la siguiente ecuación:
𝑉𝑎𝑏 = −𝑟𝐼 + 𝟄
(2)
Anote como 𝟄o, en la tabla 2, lo que este marcando el voltímetro con el interruptor abierto, esto
corresponde a la fuerza electromotriz de la pila (fem). Haga las lecturas en forma rápida para evitar el
desgaste innecesario de la pila y cuando no este tomando datos abra el interruptor. Haga revisar el
montaje por el profesor
Tabla 2. Fem, Diferencia de potencial y Resistencia interna de una pila
𝟄𝟎 (V): _________; ΔI (A): ____________; ΔV (V): __________
Diferencia de potencial
𝑉𝑎𝑏 (𝑉)
Corriente Eléctrica
I (A)
Resistencia Interna
ri (𝞨)
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b) Medición de resistencias carbono con el Óhmetro y con el código de colores. Haga uso de los
anexos 1 y 2
Figura 2. Código de colores para hallar el valor de la resistencia eléctrica
Tabla 3. Medición de Resistencia de carbono
MEDICIÓN DE RESISTENCIAS CON
EL CÓDIGO DE COLORES
R
Valor (𝞨)
ΔR (𝞨)
MEDICIÓN DE RESISTENCIAS
CON EL OHMETRO
R
Valor (𝞨)
ΔR (𝞨)
R1
R2
R3
Req_S
Req_P
R1
R2
R3
Req_S
Req_p
Req_S: Resistencia equivalente en serie
Req_P: Resistencia equivalente en paralelo
c) Circuito Resistivo En Serie (Corriente Directa) Haga uso de los anexos 1 y 2.
Hacer el siguiente montaje, según la figura 4, con ayuda del Board.
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Figura 4 Diagrama eléctrico del circuito resistivo en serie
Use dos multímetro: uno usado como amperímetro y el otro como voltímetro, llene la tabla
Tabla 4. Circuito Resistivo en Serie
Fem =
; If (valor teórico) (A)=
VOLTAJE EN LAS RESISITENCIAS
CORRIENTE ELÉCTRICA EN LAS
(V)
RESISITENCIAS (A)
V
Valor (V)
ΔV (V)
I
Valor (A)
ΔI (A)
V1
I1
V2
I2
V3
I3
Vf
If
Discrepancia en Vf
Discrepancia en If
d) Circuito Resistivo En Paralelo (Corriente Directa) Haga uso de los anexos B y C. Haga el siguiente
montaje con ayuda del Board.
Figura 5. Diagrama eléctrico del circuito resistivo en paralelo
Use dos multímetro uno usado como amperímetro y el otro como voltímetro, llene la tabla 6
Tabla 5. Circuito Resistivo en Paralelo
Fem =
VOLTAJE EN LAS
RESISITENCIAS (V)
Voltaje
Valor
ΔV
V1
V2
V3
Vf
; If (valor teórico) (A)=
CORRIENTE ELÉCTRICA EN LAS
RESISITENCIAS (A)
Corriente
Valor
ΔI
I1
I2
I3
If
Discrepancia en Vf
Discrepancia en If
SE DEBE HACER Y ENTREGAR UN INFORME TIPO ARTÍCULO SOBRE ESTE TRABAJO EXPERIMENTAL
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ANEXO 1. PROTOCOLO USO ADECUADO DE MEDIDORES ELECTRICOS
MULTIMETRO
El instrumento de medida más común y básico que se debe saber usar, para la medición de variables
eléctricas es el multímetro digital, el cual se muestra en la figura 1.
Figura 1. Voltímetro Digital
Fuente: http://www.mecanicadeautos.info/fotos/Multimetro1.jpg
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A. MANEJO DEL OHMETRO (para medir resistencia eléctrica R (ohmios) (𝞨)
1. Verificar conexión de cables de medición
Cable negro en el COM (tierra o negativo del
medidor)
Cable rojo en V, 𝞨
2. Selección de la función
Colocar el selector de función en la parte del
medidor que tenga las unidades de resistencia
eléctrica (𝞨)
3. Selector de escala
Se debe usar la mayor al tamaño de la variable
que se va a medir.
Si no se tiene una idea sobre el tamaño de la
resistencia, se debe empezar desde la escala
mayor y se va disminuyendo
4. Hacer la lectura correctamente
5. Reportar la medición adecuadamente
Verificar el ajuste de la escala (esto se hace con
el medidor encendido y juntando las puntas de
los cables de medición. Anotar este desajuste
La conexión se debe hacer en paralelo y el
elemento al que se le va a medir la resistencia
debe estar des energizado(desconectado de
fuentes o pilas)
Asegurar buena conexión
No interferir con la lectura
La medición se debe reportar así
R = R ± ΔR, donde ΔR es la incertidumbre
absoluta en la medición
No confundir el ΔR con el desajuste
R es el valor medido, pero si la escala presentó
desajuste, si este era positivo, se le resta a la
lectura de escala
Calcular el ΔR, el error de escala es el último
digito de la visualización, pero
metrológicamente se debe normalizar
dividiendo por √3
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B. MANEJO DEL VOLTIMETRO (para medir diferencia de potencial eléctrico (voltios) (V)
1. Verificar conexión de cables de medición
2. Selección de la función
3. Selector de escala
4. Hacer la lectura correctamente
5. Reportar la medición adecuadamente
V = V ± ΔV
Cable negro en el COM (tierra o negativo del
medidor)
Cable rojo en V, 𝞨
Colocar el selector de función en la parte del
medidor que tenga las unidades de voltaje de
directa (
), o de alterna (V ~)
Hay dos escalas: de directa (
), o de alterna
(V ~), seleccionar la adecuada de acuerdo al
tipo de función
Se debe usar una escala de valor mayor al
tamaño de la variable que se va a medir.
Si no se tiene una idea sobre el tamaño el
orden de magnitud del voltaje, se debe
empezar desde la escala mayor, y se va
disminuyendo
Verificar el ajuste de la escala (esto se hace con
el medidor encendido), Si al estar las puntas de
medición separadas se visualiza un dato en la
pantalla, esto se debe anotar como el desajuste
La conexión se debe hacer en paralelo
Asegurar buena conexión
La medición se debe reportar así
V = V ± ΔV, donde Δv es la incertidumbre
absoluta en la medición
No confundir el Δv con el desajuste
R es el valor medido, pero si la escala presentó
desajuste, si este era positivo, se le resta a la
lectura de escala y si es negativo se le suma
Calcular el Δv, el error de escala es el último
digito de la visualización, pero
metrológicamente se debe normalizar
dividiendo por √3
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C. MANEJO DEL AMPERIMETRO (para medir Corriente eléctrica (Amperios) (A)
1. Verificar conexión de cables de medición
Cable negro en el COM (tierra o negativo del
medidor)
Determinar de manera teórica el tamaño de la
𝑉
2. Selección de la función
3. Selector de escala
4. Hacer la lectura correctamente
5. Reportar la medición adecuadamente
A= A ± ΔA
corriente, se calcula 𝐼𝑓 = 𝑅𝑓 ,
Si es del orden de magnitud de miliamperios, el
cable rojo se conecta en mA.
Pero si es del orden de magnitud de amperios,
el cable rojo se conecta en A
Colocar el selector de función en la parte del
medidor que tenga las unidades de corriente
eléctrica de directa ( ), o de alterna (A ~)
Hay dos escalas: de directa ( ), o de alterna
(A ~), seleccionar la adecuada de acuerdo al
tipo de función
Se debe usar una escala de valor mayor al
tamaño de la variable que se va a medir y con
la conexión de cables apropiada como se dio en
el numeral 1, con ese mismo cálculo se
selecciona la escala mayor.
Verificar el ajuste de la escala (esto se hace con
el medidor encendido), Si al estar las puntas de
medición separadas se visualiza un dato en la
pantalla, esto se debe anotar como el desajuste
La conexión se debe hacer en SERIE, ojo, esto
requiere armar un circuito mínimo
Asegurar buena conexión
La medición se debe reportar así
A= A ± ΔA, donde ΔA es la incertidumbre
absoluta en la medición
No confundir el ΔA con el desajuste
R es el valor medido, pero si la escala presentó
desajuste, si este era positivo, se le resta a la
lectura de escala y si es negativo se le suma
Calcular el ΔA, el error de escala es el último
digito de la visualización, pero
metrológicamente se debe normalizar
dividiendo por √3
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E. MANEJO DEL CAPACIMETRO (para medir capacitancia eléctrica C (en faradios = F)
1. Verificar conexión de cables de medición
2. Selección de la función
3. Selector de escala
4. Hacer la lectura correctamente
5. Reportar la medición adecuadamente
C = C± ΔC
Cable negro en el COM (tierra o negativo del
medidor)
Cable rojo en f,V,R
Colocar el selector de función en la parte del
medidor que tenga las unidades frecuencia
esto es F
Se debe usar una escala de valor mayor al
tamaño de la variable que se va a medir, si no
se conoce, se empieza con la mayor y se va
disminuyendo no al revés
Verificar el ajuste de la escala (esto se hace con
el medidor encendido), Si al estar las puntas de
medición separadas se visualiza un dato en la
pantalla, esto se debe anotar como el desajuste
La conexión se debe hacer en paralelo
Asegurar buena conexión
La medición se debe reportar así
C = C± ΔC, donde ΔC es la incertidumbre
absoluta en la medición
No confundir el ΔC con el desajuste
R es el valor medido, pero si la escala presentó
desajuste, si este era positivo, se le resta a la
lectura de escala y si es negativo se le suma
Calcular el ΔC, el error de escala es el último
digito de la visualización, pero
metrológicamente se debe normalizar
dividiendo por √3
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D. MANEJO DEL FRECUENCIMETRO (para medir frecuencia (en Hertz = Hz)
1. Verificar conexión de cables de medición
2. Selección de la función
3. Selector de escala
4. Hacer la lectura correctamente
5. Reportar la medición adecuadamente
f = f ± Δf
Cable negro en el COM (tierra o negativo del
medidor)
Cable rojo en f,V,R
Colocar el selector de función en la parte del
medidor que tenga las unidades frecuencia
esto es Hz
Solo tiene dos escalas. Usar la mayor y luego
bajar
Verificar el ajuste de la escala (esto se hace con
el medidor encendido), Si al estar las puntas de
medición separadas se visualiza un dato en la
pantalla, esto se debe anotar como el desajuste
La conexión se debe hacer en paralelo
Asegurar buena conexión
La medición se debe reportar así
f = f ± Δf, donde Δf es la incertidumbre
absoluta en la medición
No confundir el Δf con el desajuste
R es el valor medido, pero si la escala presentó
desajuste, si este era positivo, se le resta a la
lectura de escala y si es negativo se le suma
Calcular el Δf, el error de escala es el último
digito de la visualización, pero
metrológicamente se debe normalizar
dividiendo por √3
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ANEXO 2: USO DEL BOARD O TABLERO DE CONEXIONES
Un Board, es una especie de tablero con orificios, en la cual se pueden insertar componentes electrónicos y cables
para armar circuitos. Como su nombre lo indica, esta tableta sirve para experimentar con circuitos. Cuando los
circuitos se alimenten con corriente alterna, la frecuencia de ésta, debe ser relativamente baja inferior a 10 ó 20
MHz,
Fuente:
https://www.google.com.co/search?q=usos+del+board&biw=891&bih=333&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEw
i5sP6ArPPLAhXKrB4KHYE2DCUQ_AUIBigB#tbm=isch&q=usos+del+protoboard
Un board tiene 3 regiones: canal central, es la región localizada en el medio del board, se usa para colocar los
circuitos integrados; Buses Los buses se localizan en ambos extremos del protoboard, se representan por las
líneas rojas (buses positivos o de voltaje) y azules (buses negativos o de tierra) y conducen de acuerdo a estas, no
existe conexión física entre ellas, (La fuente de voltaje, generalmente se conecta aquí); Pistas: La pistas se
localizan en la parte central del protoboard, se representan y conducen según las líneas rosas
En la zona denominada pistas, los orificios verticales antes del y después del canal central equivalen a puntos
comunes, y los horizontales son puntos diferentes.
Fuente:
https://www.google.com.co/search?q=usos+del+board&biw=891&bih=333&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEwi5sP6ArPPLAhX
KrB4KHYE2DCUQ_AUIBigB#tbm=isch&q=usos+del+protoboard&imgrc=Uxc_wyAsBolLcM%3A