Memoria: resistencia interna (practica 18), Ejercicios de Física. Universidad Rey Juan Carlos (URJC)
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Memoria: resistencia interna (practica 18), Ejercicios de Física. Universidad Rey Juan Carlos (URJC)

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Asignatura: fisica, Profesor: Benito Hernández Bermejo, Carrera: Ciencias Ambientales, Universidad: URJC
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PRÁCTICA 18: Resistencia interna y f.e.m. en fuentes de tensión. (Física I) Año 2017/18

Grado: Ciencias Ambientales

1.

RESUMEN.

El objetivo de esta práctica es hallar de manera experimental la fuerza electromotriz (f.e.m), la resistencia interna y la eficiencia de la pila al utilizar como fuente de corriente continua. Así como también aprender e interpretar el armado de un circuito eléctrico, manipular correctamente el amperímetro y voltímetro para hacer las mediciones experimentales de la intensidad de corriente eléctrica y voltaje. También aproximaremos la potencia que se suministra al circuito.

2. INTRODUCCIÓN.

En esta práctica formaremos un circuito cerrado constituido por:

• Dos reóstatos (resistencias ajustables) de 100 Ω y 10 Ω.

• Una fuente de corriente continua: primero tomaremos una pila de petaca y después un cable enchufado a la corriente.

• Los cables necesarios para formar dicho circuito.

• Un amperímetro.

• Un voltímetro.

El objetivo es calcular la resistencia interna y la fuerza electromotriz de una fuente de corriente continua. Para ello iremos variando las resistencias de los reóstatos en intervalos, para estudiar cómo responde el circuito al cambiar de una fuente de tensión a la otra. Nos ayudaremos, por tanto, de dos multímetros: uno funcionará como voltímetro y el otro como amperímetro. De esta forma podremos observar las variaciones de

diferencia de potencial y de intensidad. La f.e.m se mide en voltios (V), al igual que el potencial eléctrico.

Para ello tendremos que tener una serie de conocimientos para poder averiguar dichos datos. Cuando una corriente continua atraviesa un conductor en un circuito eléctrico, se genera una relación entre la intensidad (I) que circula a través del conductor y la diferencia de potencial entre sus polos. Esta relación es la ley de Ohm:

∆V = R*I

donde R es la resistencia del conductor. Por otro lado, cuando dicha corriente eléctrica atraviesa a una fuente de voltaje de fuerza electromotriz (ε) y resistencia interna (Ri) la diferencia de potencial que se crea entre sus bornes viene dada por la expresión,

∆V = ε – I * Ri

Si dicha fuente de tensión la colocamos en un circuito junto con una resistencia externa (Re) la intensidad que circula por el mismo, de acuerdo con la Ley de Ohm, viene dada por la expresión,

I =ε/Ri + Re

Donde la potencia suministrada al circuito (P) se averiguará a partir de las anteriores ecuaciones:

P = ∆V* I = ε*I – Ri * I

3. MÉTODOS Y MATERIALES.

En esta práctica formaremos un circuito cerrado constituido por:

• Dos reóstatos (resistencias ajustables) de 100 Ω y 10 Ω.

• Una fuente de corriente continua: primero tomaremos una pila de petaca y después un cable enchufado a la corriente.

• Los cables necesarios para formar dicho circuito.

• Un amperímetro.

• Un voltímetro.

Las fuentes de corriente continua reales son equivalentes a una fuerza electromotriz (f.e.m.) y una resistencia conectada en serie, que se denomina resistencia interna. Por otro lado, los instrumentos de medida como un voltímetro o un amperímetro requieren que una cierta corriente fluya a través de ellos, además de poseer también resistencia interna (Ri) y se convierten, por tanto, en parte del circuito sobre el que se están realizando las medidas. Para medir un voltaje en un circuito, el voltímetro debe colocarse en paralelo entre los puntos cuya diferencia de potencial se desea medir, teniendo en cuenta que dos puntos del circuito que no estén separados por las resistencias, condensadores o bobinas, tendrán el mismo potencial.

A partir de este croquis montaremos nuestro circuito.

En primer lugar, colocamos los dos reóstatos paralelos entre sí, formando así el Re (resistencia externa) del croquis. Posteriormente añadimos uno de los multímetros (el amperímetro) en serie y lo conectamos con la fuente de tensión correspondiente (ya sea la pila o la corriente eléctrica), para poder obtener la intensidad. Para las primeras mediciones utilizaremos la pila de petaca (ꜫ = 4,5 V) y después repetiremos el experimento con la corriente eléctrica. Al final colocamos en paralelo el otro multímetro (el voltímetro) que medirá la diferencia de potencial dentro del circuito.

4. RESULTADOS.

Ejercicio 1. Gracias al método de mínimos cuadrados podremos relacionar la ecuación general de la recta y la formula ∆V = ε * Ri, en la cual, deducimos que la a equivale a Ri y la b a ε. Tanto para la pila como para la corriente eléctrica.

Ejercicio 2.

En ambas gráficas las curvas corresponden a la ∆V (voltaje) cuando ponemos la potencia en función de la intensidad de corriente.

Calculamos a partir de la expresión de la potencia consumida por la resistencia externa, , el valor de resistencia externa al cual corresponde.

Calculamos a partir de la expresión de la potencia consumida por la resistencia externa, , el valor de resistencia externa al cual corresponde.

5. DISCUSIÓN. Debido a que el tanto el voltímetro como el amperímetro su error es de tipo digital serán de ±0,01 y por ello en la gráfica es casi imperceptible. Esto no pasara en el error de la potencia (ꜫP), debido a que depende de la intensidad y de la diferencia de potencial, por lo tanto, la obtendremos mediante derivadas parciales a partir de P = ∆V * I, dando como resultado:

Comprobar que en el caso de la fuente de voltaje (el transformador de alterna a continua) la resistencia interna es mucho menor que en el caso de la pila. Teniendo en cuenta el efecto Joule, ¿qué ventajas tiene que el transformador tenga una resistencia pequeña?

Dado que al tener menos Ri en la corriente eléctrica, el efecto joule (es el desprendimiento de calor provocado por el movimiento de electrones –también conocido como corriente eléctrica– por un material) será menor por lo tanto menos calor desprendido.

Discutir cualquier otro resultado o problema de interés encontrado en el experimento.

• Podemos observar que a la hora de calcular la potencia (W) en la pila la recta es más pronunciada que si la comparamos con la potencia de la corriente eléctrica, esto puede ser ocasionado a que el voltaje de la pila es menor que el de la corriente eléctrica.

Consideremos la curva de la tensión de la pila en función de la intensidad, si aumenta la

corriente el voltaje tiene que ser cero a partir de un cierto valor. Buscar este valor para los experimentos anteriores.

Ejercicio 1.

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