PRACTICA NUMERO 2 DE ELECTROTECNIA

Tema:

Leyes de OHM y Kirchhoff

Objetivos:

-Aprender a medir corrientes y voltajes en un circuito
-Demostrar las leyes de OHM y las de Kirchhoff

Materiales:

-Resistencias
-Conductores
-Voltímetros
-Amperímetros

Diagramas:

-Esquema 1



-Esquema 2



-Esquema 3



Fundamento Teórico:

1.- Ley de OHM

La Ley de Ohm afirma que la corriente que circula por un conductor eléctrico es directamente proporcional a la tensión e inversamente proporcional a la resistencia siempre y cuando su temperatura se mantenga constante.
La ecuación matematica que describe esta relación es:

Donde, I es la corriente que pasa a través del objeto en amperios, V es la diferencia de potencial de las terminales del objeto en voltios, y R es la resistencia en ohmios (Ω). Específicamente, la ley de Ohm dice que la R en esta relación es constante, independientemente de la corriente.

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Leyes de Kirchhoff

Las leyes de Kirchhoff son dos igualdades que se basan en la conservación de la energía y la carga en los circuitos eléctricos. Fueron descritas por primera vez en 1845 por Gustav Kirchhoff.
Ambas leyes de circuitos pueden derivarse directamente de las ecuaciones de Maxwell, pero Kirchhoff precedió a Maxwell y gracias a Georg Ohm su trabajo fue generalizado. Estas leyes son muy utilizadas en ingeniería eléctrica para hallar corrientes y tensiones en cualquier punto de un circuito eléctrico.
a Ley de corrientes de Kirchhoff

La corriente que pasa por un nodo es igual a la corriente que sale del mismo. i1 + i4 = i2 + i3
Esta ley también es llamada ley de nodos o primera ley de Kirchhoff y es común que se use la sigla LCK para referirse a esta ley. La ley de corrientes de Kirchhoff nos dice que
|En cualquier nodo, la suma de la corriente que entra en ese nodo es igual a la suma de la corriente que sale. De igual forma, La |
|suma algebraica de todas las corrientes que pasan por el nodo es igual a cero. |


Esta fórmula es valida también para circuitos complejos:

La ley se basa en el principio de la conservación de la carga donde la carga en coulomb es el producto de la corriente en amperios y el tiempo en segundos.

b.- Ley de tensiones de Kirchhoff

Ley de tensiones de Kirchhoff, en este caso v4= v1+v2+v3. No se tiene en cuenta a v5 porque no hace parte de la malla que estamos analizando.
Esta ley es llamada también Segunda ley de Kirchhoff, ley de lazos de Kirchhoff y es común que se use la sigla LVK para referirse a esta ley.
|En toda malla la suma de todas las caídas de tensión es igual a la suma de todas las subidas de tensión. De forma equivalente, En |
|toda malla la suma algebraica de las diferencias de potencial eléctricoes igual a 0. |
pic] |

3.- Voltímetro

Un voltímetro es un instrumento que sirve para medir la diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito eléctrico.

-Utilización

Para efectuar la medida de la diferencia de potencial el voltímetro ha de colocarse en paralelo; esto es, en derivación sobre los puntos entre los que tratamos de efectuar la medida. Esto nos lleva a que el voltímetro debe poseer una resistencia interna lo mas alta posible, a fin de que no produzca un consumo apreciable, lo que daría lugar a una medida errónea de la tensión. Para ello, en el caso de instrumentos basados en los efectos electromagnéticos de la corriente eléctrica, estaran dotados de bobinas de hilo muy fino y con muchas espiras, con lo que con poca intensidad de corriente a través del aparato se consigue el momento necesario para el desplazamiento de la aguja indicadora.
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Figura 1 Conexión de un voltímetro en un circuito
En la actualidad existen dispositivos digitales que realizan la función del voltímetro presentando unas características de aislamiento bastante elevadas empleando complejos circuitos de aislamiento.
En la Figura 1 se puede observar la conexión de un voltímetro (V) entre los puntos de a y b de un circuito, entre los que queremos medir su diferencia de potencial.
En algunos casos, parapermitir la medida de tensiones superiores a las que soportarían los devanados y órganos mecanicos del aparato o los circuitos electrónicos en el caso de los digitales, se les dota de una resistencia de elevado valor colocada en serie con el voltímetro, de forma que solo le someta a una fracción de la tensión total.
A continuación se ofrece la fórmula de calculo de la resistencia serie necesaria para lograr esta ampliación o multiplicación de escala
,
Donde N es el factor de multiplicación (N≠1)
Ra es la Resistencia de ampliación del voltímetro
Rv es la Resistencia interna del voltímetro

4.- Amperímetro

Un amperímetro es un instrumento que sirve para medir la intensidad de corriente que esta circulando por un circuito eléctrico.
Si hablamos en términos basicos, el amperímetro es un simple galvanómetro (instrumento para detectar pequeñas cantidades de corriente) con una resistencia en serie, llamada shunt. Disponiendo de una gama de resistencias shunt, podemos disponer de un amperímetro con varios rangos o intervalos de medición. Los amperímetros tienen una resistencia interna muy pequeña, por debajo de 1 ohmio, con la finalidad de que su presencia no disminuya la corriente a medir cuando se conecta a un circuito eléctrico.

-Utilización

Para efectuar la medida es necesario que la intensidad de la corriente circule por el amperímetro, por lo que éste debe colocarse en serie, para que sea atravesado por dicha corriente. El amperímetro debe poseer unaresistencia interna lo mas pequeña posible con la finalidad de evitar una caída de tensión apreciable (al ser muy pequeña permitira un mayor paso de electrones para su correcta medida). Para ello, en el caso de instrumentos basados en los efectos electromagnéticos de la corriente eléctrica, estan dotados de bobinas de hilo grueso y con pocas espiras.
En algunos casos, para permitir la medida de intensidades superiores a las que podrían soportar los delicados devanados y órganos mecanicos del aparato sin dañarse, se les dota de un resistor de muy pequeño valor colocado en paralelo con el devanado, de forma que solo pase por éste una fracción de la corriente principal. A este resistor adicional se le denomina shunt.
Aunque la mayor parte de la corriente pasa por la resistencia de la derivación, la pequeña cantidad que fluye por el medidor sigue siendo proporcional a la intensidad total por lo que el galvanómetro se puede emplear para medir intensidades de varios cientos de amperios.
La pinza amperimétrica es un tipo especial de amperímetro que permite obviar el inconveniente de tener que abrir el circuito en el que se quiere medir la intensidad de la corriente.
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Figura 1 Conexión de un amperímetro en un circuito

En la Figura 1 mostramos la conexión de un amperímetro (A) en un circuito, por el que circula una corriente de intensidad (I), así como la conexión del resistor shunt (RS).
El valor de RS se calcula en función del poder multiplicador (n) que queremos obtener y de laresistencia interna del amperímetro (RA) según la fórmula siguiente

Así, supongamos que disponemos de un amperímetro con 5 Ω de resistencia interna que puede medir un maximo de 1 A (lectura a fondo de escala). Deseamos que pueda medir hasta 10 A, lo que implica un poder multiplicador de 10. La resistencia RS del shunt debera ser:


Procedimiento:

Procedimiento Esquema 1:

-Armar el equipo de acuerdo al esquema 1, disponer los equipos de medición de acuerdo a la escala adecuada
-Prender la fuente y aplicar un voltaje de 2V a la resistencia
-Medir la corriente que circula
-Regular la fuente de 1V a 1V hasta 6V y medir en cada caso la corriente que circula por el circuito y anotamos los valores en las tablas

Procedimiento Esquema 2:

-Armar el equipo de acuerdo al esquema 2
-Regular la fuente hasta un voltaje de 5V; medir la corriente total y voltajes de cada una de las resistencias

Procedimiento Esquema 3:

-Armar el equipo de acuerdo al esquema 3
-Regular la fuente para un voltaje de 5V y medir las corrientes I1, I2, e IT
-Medir los voltajes en cada resistencia. Anotar todos los valores en la tabla 3
Tablas:

Esquema 1
|V(v) |I (mA) |R=V/I |
|1.96 |19.7 |99.5 |
|2.95 |29.5 |100 |
|3.93 |39.3 |100 |
|4.93 |49.3 |100 |
|5.9|59.2 |99.7 |

Esquema 2
|VT |IT |VR1 |VR2 |VR3(VT=V1+V2) |
|5V |33.1 |3.25 |1.65 |4.9 |

Esquema 3
|VT |IT |I1 |I2 |V1 |V2 |IT(I1+I2) |
|5V |136,5 |90,2 |46,7 |4,61 |4,66 |136,9 |

Calculos:

-Con los valores obtenidos en la tabla 1, determine el valor de la resistencia en cada caso.
-Con los valores obtenidos en la tabla 2, calcule el voltaje total
-con los valores de la tabla 3 calcular IT.

Conclusiones

Al medir las corrientes y voltajes se debe tener en cuenta que el voltímetro se conecta en paralelo y el amperímetro se conecta en serie.
Luego al hallar las resistencias, voltajes y las corrientes finales, podemos observar que fallan con decimas del dato inicial.

Bibliografía

https://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Ohm
https://es.wikipedia.org/wiki/Leyes_de_Kirchhoff
https://es.wikipedia.org/wiki/Volt%C3%ADmetro
https://es.wikipedia.org/wiki/Amper%C3%ADmetro