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Laboratorio de
CircuitosElctricos I
Laboratorio N01- MEDICIONES YRECONOCIMIENTO DE
INSTRUMENTOS
Integrantes
Deza Guilln, Wuilian Edwin 20094075D
Flix Ruiz, Rubn Said 20090199K
Huerta Fajardo, Joseph 20070214D
Mendoza Olivares, Jeanpierre 20092047C
Ricaldi Malpartida, Ral 20094027J
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LABORATORIO N 1: LAS LEYES DE KIRCHOFF Pgina 1
CONTENIDO
INTRODUCCIN .......................................................................................................................... 2
OBJETIVOS .................................................................................................................................. 3
FUNDAMENTO TERICO............................................................................................................. 4
VOLTMETRO........................................................................................................................... 4
AMPERMETRO ....................................................................................................................... 5
MULTMETRO ......................................................................................................................... 6
MIDIENDO RESISTENCIAS ....................................................................................................... 6MIDIENDO DIODOS ................................................................................................................. 7
VATMETRO............................................................................................................................. 7
PROTOBOARD ......................................................................................................................... 8
RESISTENCIAS .......................................................................................................................... 8
CONDENSADORES ................................................................................................................... 9
INDUCTANCIAS ..................................................................................................................... 10
GENERADOR DE FUNCIN DE ONDA .................................................................................... 10
CUESTIONARIO ......................................................................................................................... 12
ANLISIS DE RESULTADOS ........................................................................................................ 16
CIRCUITO N1: ....................................................................................................................... 16
DATOS OBTENIDOS ........................................................................................................... 16
IMPLEMENTACIN DEL CIRCUITO N1: ............................................................................ 18
CIRCUITO N2 ........................................................................................................................ 19
DATOS OBTENIDOS ........................................................................................................... 19
IMPLEMENTACIN DEL CIRCUITO N2: ............................................................................ 21
CONCLUSIONES ......................................................................................................................... 22
RECOMENDACIONES ................................................................................................................ 22
BIBLIOGRAFA ........................................................................................................................... 23
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LABORATORIO N 1: LAS LEYES DE KIRCHOFF Pgina 2
INTRODUCCIN
La electricidad, qu seriamos sin ella?, mueve nuestros artefactos, computadoras,
enciende nuestros autos y nos da ms tiempo de accin durante las noches
iluminndonos y haciendo funcionar muchas cosas tiles para nosotros. Desde
tiempos inmemorables ha causado la fascinacin del hombre, llevndole siempre a
elaborarse un sinfn de preguntas sobre su origen; sin embargo a pesar de convivir
con ella desde las pocas ms remotas (en forma de rayos) hasta hoy, aun nos
guarda muchos misterios y sorpresas.
A ciencia cierta, lo que si conocemos acerca de ella son las leyes que la rigen,
obtenidas en un largo proceso de desarrollo cientfico; una de las ms famosas, lasleyes de Kirchhoff, que luego de enunciadas, sirvieron para una revolucin en lo
concerniente al anlisis de circuitos elctricos, a pesar de ser consecuencias de las
leyes de conservacin de la materia y la energa.
En esta experiencia buscamos averiguar qu tan ciertas son estas leyes que
obviamente, satisfacen los enunciados tericos pero que por causa de factores
ajenos a nosotros, generan pequeos errores que tal vez pensemos, desvirten
nuestros resultados o en su defecto, las leyes de Kirchhoff, sin embargo, se explicara
todo adecuadamente para no caer en la falacia de desvirtuar algo ya demostrado no
solo tericamente, sino tambin experimentalmente por nuestros predecesores.
Para esta experiencia nuestro grupo recibi los materiales de laboratorio, trayendo
tambin nuestros propios componentes para reducir el error causado por el deterioro
inherente al tiempo de uso de lo proporcionado en el almacn; esto nos sirve tambin
para inmiscuirnos ms en los temas de la electricidad que puede que nos acompae
hasta el final de nuestros das.
Sin ms prembulos, presentamos a continuacin nuestro trabajo.
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OBJETIVOS
Familiarizarnos con el uso de los instrumentos en la medicin de corriente
continua.
Adquirir pericia en la construccin e implementacin de circuitos elctricos
tanto en mdulos como en protoboard.
Comprobar experimentalmente las leyes de Kirchhoff relacionando el voltaje de
la fuente con las cadas de potencial de las resistencias.
Verificar experimentalmente la ley de Ohm en las resistencias relacionando los
voltajes y corrientes determinados con los respectivos instrumentos de
medicin.
Comparar los resultados de las corrientes obtenidas experimentalmente con las
obtenidas mediante la resolucin matemtica.
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FUNDAMENTO TERICO
La importancia de conocer el fundamento y la utilizacin de los equipos, instrumentos
y componentes ms comunes en los circuitos elctricos radica justamente en esto
ltimo: en que los usaremos siempre.
Por lo tanto, adems de conocer los procedimientos para su correcta utilizacin es
importante saber cmo es que tal dispositivo logra funcionar para poder realizar
correcciones y observaciones vlidas.
VOLTMETRO
Fig. 1 Voltmetro convencional.
Este instrumento de medicin nos permite conocer la diferencia de potencial
establecida en los bornes ya sea en una resistencia, capacitor, inductancia o incluso
en terminales libres. Este dispositivo se considera ideal, es decir, con una resistencia
interna demasiado grande por tanto se conecta en paralelo al circuito ya que de esta
forma la corriente que circula a travs de este es nula.
Fig. 2 Esquema de medicin de voltaje.
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AMPERMETRO
Fig. 3 Ampermetro y pinza amperimtrica.
Como su nombre lo indica, este dispositivo sirve para medir la intensidad de corriente
que circula a travs del circuito. Considerndolo como un ampermetro ideal,
presenta una resistencia interna nula por lo que no representa carga alguna y se
conecta en serie.
Existen otros dispositivos como la pinza a amperimtrica que nos permiten conocer
el valor de la intensidad de corriente tan solo envolviendo al conductor con las
pinzas.
Fig. 4 Esquema de medicin de corriente.
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MULTMETRO
Fig. 5 Multmetro convencional.
Los dos aparatos analgicos anteriores pueden ser reemplazados por uno digital
llamado Multmetro. Este dispositivo puede funcionar tanto como voltmetro o como
ampermetro.
Asimismo, nos ofrece la posibilidad de medir resistencias, diodos, transistores. Su
principal ventaja es la de ofrecer valores ms exactos.
Su conexionado depender del modo bajo el que est trabajando. Si funciona como
voltmetro o ampermetro se conectar como indican los diagramas presentados en
los puntos anteriores.
MIDIENDO RESISTENCIAS
En este caso el multmetro trabaja bajo el modo de ohmmetro. Para realizar estas
mediciones debemos retirar la resistencia de toda fuente de excitacin.
Fig. 6 Esquema de medicin de resistencias.
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MIDIENDO DIODOS
Cuando el multmetro trabaja como medidor de diodos lo que en realidad mide es la
barrera energtica que ofrece el diodo para empezar a conducir.
Fig. 7 Esquema de medicin de diodos.
VATMETRO
Fig. 8 Vatmetro convencional.
Es un aparato usado para conocer la potencia consumida por las cargas instaladas
en un circuito. Existen actualmente dispositivos analizadores de potencia que son
muy tiles al momento de realizar estas mediciones.
Estos aparatos en la actualidad son similares a los usados en las estaciones y
subestaciones elctricas en cuanto a funcionalidad. Es decir, nos presentan el factor
de potencia, la potencia activa, reactiva y aparente que consume el circuito al cual le
estamos realizando las mediciones.
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PROTOBOARD
Fig. 9 Protoboard.
Un protoboard o placa de pruebas o prototipos es un espacio de desarrollo usado
muy frecuentemente en el mbito electrnico. En l podemos implementar circuitos
rpidamente e ir corrigindolo y depurndolo hasta obtener los resultados deseados.
A falta de algn kit o mdulo de desarrollo esta herramienta resulta muy til.
Es recomendable utilizarlo para trabajar con voltajes de baja magnitud pero es igual
til cuando se requiere trabajar con baja tensin en corriente alterna. Sin embargo, el
ruido que se produce puede interferir en las mediciones y en el comportamiento de
los componentes utilizados.
RESISTENCIAS
Fig. 10 Resistencias.
Las ms populares son las resistencias de carbono pues su costo de fabricacin es
muy bajo y tiene muy buenas caractersticas. A estas resistencias se les reconoce
por su cdigo de color ya que presentan franjas de distintos colores impresos en su
encapsulado.
Este cdigo de color solo es aplicable a las resistencias de 1/4W y 1W ya que a partir
de 2W a ms su encapsulado cambia a una forma rectangular de color blanco dondese indica su potencia y su valor nominal de forma impresa.
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Fig. 11 Cdigo de colores de las resistencias.
CONDENSADORES
Fig. 12 Condensadores.
Los condensadores son elementos almacenadores de energa considerados tambin
lineales. Existen varios tipos como los cermicos o los electrolticos por ejemplo.
Cuando se requiere almacenar poca energa es usual utilizar capacitores cermicos.
Por otro lado, los electrlitos son usados para voltajes ms altos pues sus
caractersticas lo permiten.
Generalmente su valor est impreso en su empaquetadura.
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INDUCTANCIAS
Fig. 13 Inductancia.
Son elementos pasivos almacenadores de energa, pero estos lo almacenan en
forma de campo magntico a diferencia de las capacitancias que lo hacen en forma
de campo elctrico. Las inductancias tambin presentan un cdigo de color que es
bsicamente igual al de las resistencias.
GENERADOR DE FUNCIN DE ONDA
Fig. 14 Generador de Funcin de Onda.
Un generador de funcin de onda es un aparato muy til para testear o realizar
pruebas tanto en el aspecto elctrico y electrnico.
Este aparato bsicamente nos permite generar tres tipos de ondas: Las ondascuadradas, las triangulares o dientes de sierra y las sinusoidales.
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Fig. 15 Tipos de Onda Generada.
Podemos modificar en cada una de ellas la frecuencia y la amplitud mxima.
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CUESTIONARIO
1. Porque razn el Ampermetro se conecta en serie y el Voltmetro en paralelo. En
cuanto al Vatmetro como es su conexin en un circuito.
La razn por la cual el Ampermetro se conecta en serie es porque este mide la
intensidad de corriente que fluye por el Circuito Elctrico y debe de formar parte
de este circuito para poder registrar una cantidad, el Ampermetro presenta muy
poca resistencia al paso de la corriente por esta razn nos da un valor muy
cercano a la corriente que circula sin que est presente el Ampermetro.
El Voltmetro se conecta en paralelo ya que este se encarga de medir ladiferencia de potencial entre dos puntos de un circuito elctrico, y no nos servira
de nada colocarlo en serie ya que conectara dos puntos que presentan el
mismo potencial tericamente, el voltmetro presenta una gran resistencia es por
eso que la corriente que se desva hacia este es muy pequea y no afecta al
Circuito Elctrico.
El vatmetro es un instrumento electrodinmico para medir la potencia elctrica o
la tasa de suministro de energa elctrica de un circuito elctrico dado. El
dispositivo consiste en un par de bobinas fijas, llamadas bobinas de corriente, y
una bobina mvil llamada bobina de potencial. Las bobinas fijas se conectan en
serie con el circuito, mientras la mvil se conecta en paralelo.
2. Cuando utilizamos el Multmetro, mencione las consideraciones de seguridad
que se debe tener para medir:
a) Resistencia b) Tensiones c) Corrientes
Para medir resistencias se debe tener bien hecha la conexin con el resistor ya
que solo esto nos dar la seguridad que la cantidad que registra es la correcta.
Para medir Tenciones hay que tener presente que el circuito debe estar bien
hecho para poder medir cantidad que estn al alcance del multmetro que
estamos utilizando ya que de lo contrario podramos malograr el multmetro.
Para medir Corrientes solo debemos tener en cuenta que la escala que
utilizamos en el multmetro sea la correcta parta la cantidad de corriente que
circula por el circuito Elctrico ya que si no tenemos en cuenta esto podramos
hacer un corto circuito y malograr el multmetro.
3. Cunto vale la resistencia elctrica de un rollo conductor de cobre y
aluminio de de longitud y a
b)
http://es.wikipedia.org/wiki/Electrodin%C3%A1micahttp://es.wikipedia.org/wiki/Potencia_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Circuito_el%C3%A9ctricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Bobinahttp://es.wikipedia.org/wiki/Circuito_seriehttp://es.wikipedia.org/wiki/Circuito_paralelohttp://es.wikipedia.org/wiki/Circuito_paralelohttp://es.wikipedia.org/wiki/Circuito_seriehttp://es.wikipedia.org/wiki/Bobinahttp://es.wikipedia.org/wiki/Circuito_el%C3%A9ctricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Potencia_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Electrodin%C3%A1mica7/29/2019 65322832-Lab-N01-Circuitos-Electricos-I
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Tenemos que:
Sea:
rea \ Material Cobre Aluminio
21.5 mm 0.08 0.123
4.0 mm 0.43 0.663
Concluimos por la ecuacin que a mayor longitud, mayor ser el valor de
la resistencia, a pesar de los bajos valores de resistividad de estos
materiales.
4. En el siguiente circuito:
a) Utilizando las lecturas del ampermetro y voltmetro hallar la resistencia
equivalente entre los bornes a y b aplicando la ley de ohm.
Como todas son resistencias comerciales, conseguimos dichos valores
de resistencias y las probamos con una batera Energizer max de 9v
cc alcalina.
Los valores siguientes fueron obtenidos con un multmetro Gold Power
DT830B. Las resistencias fueron de carbn y las probamos en un
protoboard E.I.C aprobado por la ISO 9001-2000 proporcionada por
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uno de nosotros, la misma con la que realizamos la experiencia en el
laboratorio de electricidad.
Aplicando la ley de Ohm:
b) Medir con el Ohmmetro la Resistencia equivalente entre los bornes a
y b.
Utilizamos nuestro multmetro en la medicin. El valor obtenido fue:
(Aproximadamente)
c) Calcular tericamente la Resistencia equivalente.
Este clculo lo realizaremos por dos mtodos diferentes, por el mtodo
de las corrientes de malla y las transformaciones delta estrella,
cotejando finalmente ambos resultados.
Por ecuaciones de corrientes de malla:
Para un E cualquiera:
Calculando las corrientes:
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Como queremos R equivalente entre a y b:
Y por transformacin delta estrella tenemos:
Que es casi el mismo valor obtenido por el mtodo de las corrientes de
malla.
d) Calcular los errores relativos porcentuales con respecto al valor terico
de la resistencia equivalente entre los bornes a y b.
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ANLISIS DE RESULTADOS
CIRCUITO N1:
Fig. 16 Esquema del Circuito N1.
DATOS OBTENIDOSTabla 1 Tabla de Datos Experimentales.
Elemento
Valor
nominal ()
Valor real
()
Tensin
Elctrica (V)
Corriente
Elctrica (mA)
Potencia
Elctrica (mW)
R1 200 200 10 50 0.5
R2 240 239 10 40 0.4
R3 1000 1000 10 10 0.1
Fuente: E = 10 V (Corriente Elctrica: 100 mA)
1.- Primero calculamos el error relativo porcentual cometido al calcular los valores
reales de cada resistencia mediante el multmetro respecto del valor nominal (cdigode colores de resistencias).
Tabla 2 Tabla de clculo de errores relativos en el Circuito 1.
Elemento Valor nominal () Valor real() % Error
R1 200 200 0%
R2 240 239 0.417%
R3 1000 1000 0%
| |
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2.- A continuacin compararemos los valores de voltaje y corriente obtenidos en laexperiencia con los calculados usando el software Pspice, uno de los tantos software
para simulacin de circuitos elctricos y electrnicos que existen.
Este software nos brinda las corrientes que circulan en las ramas indicndonos sudireccin, adems calcula el potencial de cada nodo respecto al potencial dereferencia establecido en el grfico mediante el elemento (GND_EARTH) cuyosmbolo es similar al de tierra.
Por esta razn si deseamos conocer la diferencia de potencial en un elemento dadoen este caso resistencias debemos restar los potenciales entre sus terminales, loscuales si son calculados por el PSPICE.
Fig. 17 Esquema del Circuito 1 en Pspice.
Comparando las corrientes elctricas:
Tabla 3 Tabla de corrientes elctricas del Circuito 1.
Corriente
Elctrica (mA)
Obtenido del
Experimento
Calculado
PSPICE
%Error
relativo
I_R1 50 50 0%
I_R2 40 41.67 1.67%
I_R3 10 10 0%
I_E 100 101.67 1.67%
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IMPLEMENTACIN DEL CIRCUITO N1:
Fig. 18 Esquema del Circuito 1.
En la imagen inferior se muestra el modelo 3D del circuito N1 (grafico superior),
dicho modelo est elaborado en un protoboard, y se pueden distinguir claramente los
siguientes componentes:
1) Una fuente de Tensin
2) Protoboard
3) Resistencias cermicas con los valores deseados.
4) Cables de conexin
Adems cabe resaltar que los elementos resistivos se encuentran en paralelo con la
fuente.
Fig. 19 Implementacin del Circuito 1 en un protoboard.
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CIRCUITO N2
Fig. 20 Esquema del Circuito N2.
DATOS OBTENIDOSTabla 4 Tabla de Datos Experimentales del Circuito 2.
Elemento
Valor
nominal ()
Valor real
()
Tensin
Elctrica (V)
Corriente
Elctrica (mA)
Potencia
Elctrica (mW)
R1 200 200 5.14 25.70 132.10
R2 240 239 4.84 20.25 98.01
R3 1000 1002 3.96 3.95 15.64
R4 220 222 0.86 3.95 3.33
Rv 2950 4.85 1.64 7.95
Fuente: E = 10 V
1.- Primero calculamos el error relativo porcentual cometido al calcular los valores
reales de cada resistencia mediante el multmetro respecto del valor nominal (cdigode colores de resistencias).
Tabla 5 Tabla de clculo de errores relativos en el Circuito 2.
Elemento Valor nominal () Valor real() % Error
R1 200 200 0%
R2 240 239 0.417%
R3 1000 1002 0%
R4 220 222 0.910%
| |
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2.- A continuacin compararemos los valores de voltaje y corriente obtenidos en laexperiencia con los calculados usando el software Pspice, el trabajo ser de forma
anloga al realizado para el circuito N1.
Fig. 21 Esquema del Circuito 2 en Pspice.
Comparando Tensiones Elctricas:
Tabla 6 Tabla de tensiones elctricas del Circuito 2.
Tensin
Elctrica (V)
Obtenido del
Experimento
Calculado
PSPICE
%Error
relativo
V_R1 5.14 5.157 0.33%
V_R2 4.84 4.843 0.062%
V_R3 3.96 3.95 0.25%
V_R4 0.86 0.873 1.48%
V_Rv 4.85 4.843 0.14%
Comparando Corrientes Elctricas:
Tabla 7 Tabla de corrientes elctricas del Circuito 2.
Corriente
Elctrica (mA)
Obtenido del
Experimento
Calculado
PSPICE
%Error
relativo
I_R1 25.70 25.79 0.35%
I_R2 20.25 20.18 1.13%
I_R3 3.95 3.969 0.47%
I_R4 3.95 3.969 0.47%
I_Rv 1.64 1.642 0.12%
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IMPLEMENTACIN DEL CIRCUITO N2:
Fig. 22 Esquema del Circuito 2.
En la imagen inferior se muestra el modelo 3D del circuito N2 (grafico superior),
dicho modelo est elaborado en un protoboard, y se pueden distinguir claramente los
siguientes componentes:
1) Una fuente de Tensin
2) Protoboard
3) Resistencias cermicas con los valores deseados.
4) Resistor (Rv)
5) Cables de conexin
Fig. 23 Implementacin del Circuito 2 en un protoboard.
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CONCLUSIONES
Se logr verificar satisfactoriamente la primera y segunda ley de Kirchhoff.
Al momento de realizar las mediciones de corriente en el laboratorio obtuvimos
pequeas desviaciones en la corriente, por ello optamos a realizar la experiencia
con nuestros propios materiales e instrumentos, disminuyendo el error. El error
con los mdulos se produjo por el desgaste y la mala conexin en algunas de
sus resistencias. Cabe resaltar que el multmetro proporcionado si arrojaba
valores deseados al probarlo en nuestro protoboard.
En el experimento realizado observamos que el valor que marcaban lasresistencias por su cdigo de colores no siempre eran las reales, esto se debe a
que por motivo de desgaste las resistencias cambian su valor.
Observamos que exista perdida de energa debido a que el circuito era uno real
y los cables de conexin del Circuito Elctrico tenan resistencia.
RECOMENDACIONES
Para una satisfactoria toma de datos en el laboratorio, cada grupo debe llevar
sus propios componentes (si los precios son accesibles claro) e instrumentos,
para as reducir los errores originados por el desgaste y deterioro de los
proporcionados por el almacenero.
Tratar de evitar en lo ms posible el utilizar cables de conexin que presentenuna gran resistencia ya que esto hace que se presente un gran error al momento
de medir las corrientes y los voltajes.
Usar el protoboard ya que los cables que se utilizan son de resistencia muy
pequea y esto ayuda al experimento.
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERAFacultad de Ingeniera Mecnica FIMrea Acadmica de Electricidad y ElectrnicaLaboratorio de Anlisis de Circuitos Elctricos I
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