INFORME LABORATORIO DE FISICA III, LEYES DE KIRCHOFF

FACULTAD DE INGENIERIA DE MINAS – LABORATORIO DE FISICA IIIDDCH INFORME N° 02/ EPIM – FIM-UNAP DE :  DANNY DANIEL CONDORI HANCCO. PARA :  LIC. LENIN SUCA HUALLATA. ASUNTO : INFORME DE LABORATORIO “SUPERFICIES EQUIPOTENCIALES” GRUPO : 311. FECHA : 08/05/2015. Las prácticas de laboratorio son parte del curso de Física III, la que es dictada en el presente semestre 2015-I, en la Fac. de Ing. de Minas, las practicas fueron realizadas en los laboratorios de la Fac. de Ing. Civil y Arquitectura, de la Escuela profesional de Ciencias físico Matemático, el día Miércoles 24 del presente año, a horas de 11.00 am, donde se realizó la segunda practica denominada “superficies equipotenciales”, en este informe se desarrollaran a detalle sobre los procedimientos, equipos y materiales usados en la practicas y a las conclusiones y sugerencias a lo que se llegó durante las prácticas de laboratorio. DANNY DANIEL CONDORI HANCCO CÓDIGO: 104497 FACULTAD DE INGENIERIA DE MINAS – LABORATORIO DE FISICA III DDCH LISTA DE FIGURAS Figura 1: Circuito simple .............................................................................................. 3 Figura 2: Circuito complejo .......................................................................................... 4 Figura 3: Instalaciones eléctricas domiciliarias, desde la acometida y las distribución entre ambientes.............................................................................................................. 5 Figura 4: Circuito interno del funcionamiento de un celular. ....................................... 5 Figura 5: Imagen superior izquierda, se observa las instalaciones eléctricas domiciliarias, en la imagen superior derecha, se observa la planta de aprovisionamiento y distribución eléctrica, en la imagen inferior, se observa la iluminación de la ciudad de Puno de noche. ................................................................. 6 Figura 6: Pendiente estimada por Data Studio de la primera resistencia ...................... 7 Figura 7: Pendiente estimada por Data Studio de la segunda resistencia ..................... 8 Figura 8: Pendiente estimada por Data Studio de la tercera resistencia ....................... 8 Figura 9: Pendiente estimada por Data Studio de la cuarta resistencia ......................... 9 Figura 10: Pendiente estimada por Data Studio de la quinta resistencia ...................... 9 Figura 11: Configuración del circuito para Kirchhoff. ............................................... 10 Figura 12: Formación de 03 mallas en el circuito eléctrico para resolverlo por Kirchhoff. .................................................................................................................... 11 Figura 13: Ingresando datos del experiemto en el sofware Proteus 7.0 profesional ... 14 Figura 14: Valores de voltajes en las resistencias con los datos del Data Studio ....... 15 Figura 15: Valores de voltajes en las resistencias con los datos del Multimetro Digital. ......................................................................................................................... 16 LISTA DE TABLAS Tabla 1: Pendientes estimadas por Data Studio ............................................................ 7 Tabla 2: Datos de Voltaje Evaluados .......................................................................... 10 Tabla 3......................................................................................................................... 17 Tabla 4......................................................................................................................... 17 Tabla 5......................................................................................................................... 17 Tabla 6......................................................................................................................... 18 Tabla 7......................................................................................................................... 18 1 FACULTAD DE INGENIERIA DE MINAS – LABORATORIO DE FISICA III DDCH CONTENIDO LISTA DE FIGURAS ................................................................................................... 1 LISTA DE TABLAS .................................................................................................... 1 CONTENIDO ............................................................................................................... 2 1 OBJETIVOS......................................................................................................... 3 2 APLICACIONES: (FUNDAMENTO TEORICO) .............................................. 3 2.1 DESCRIPCION DE USOS DE LA LEY DE KIRCHOFF - CIRCUITOS ............. 5 3 MATERIALES Y EQUIPOS ............................................................................... 6 4 DATOS EVALUADOS ....................................................................................... 7 4.1 DATOS ESTIMADOS PARA CONFIGURACION (1) ......................................... 7 5 DESARROLLO DEL CUESTIONARIO .......................................................... 10 5.1 Determine las corrientes I1, I2, I3 asumidas en el circuito empleando las leyes de Kirchhoff. ......................................................................................................................... 10 5.2 Determine las corrientes que circulan en las resistencias R1, R2, R3, R4 y R5 con los resultados de la pregunta anterior. .............................................................................. 12 5.3 Determine el voltaje absorbido por la resistencia R1, R2, R3, R4 y R5 con los resultados de la pregunta anterior. .................................................................................... 13 5.4 Realice una simulación para el experimento realizado empleando el software PROTEUS, y compare las lecturas de corriente y voltaje evaluados para cada resistencia con los resultados de las preguntas 2 y 3 anteriores. ........................................................ 13 5.5 Compare los voltajes lecturados en la simulación con los resultados de la tabla 02, para el voltaje.................................................................................................................... 17 5.6 Estime el error relativo porcentual de la lectura de resistencias por multímetro y código de colores, con los resultados de la tabla 02. ........................................................ 18 5.7 ¿Cuál es la relación entre el % de error y la tolerancia de fabricación de tus resistencias? ...................................................................................................................... 18 6 CONCLUSIONES ............................................................................................. 18 7 BIBLIOGRAFIA ................................................................................................ 19 2 FACULTAD DE INGENIERIA DE MINAS – LABORATORIO DE FISICA III 1 2 DDCH OBJETIVOS  Comprobar la ley de Kirchhoff mediante un circuito.  Identificar los materiales óhmicos empleando la relación voltaje – corriente de la Ley de Ohm con sensores.  Determine las resistencias mediante el multímetro, Data Studio y colores. APLICACIONES: (FUNDAMENTO TEORICO) 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. Son ampliamente usadas en ingeniería eléctrica. 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. Estas leyes son dos reglas que permiten establecer las características de circuitos eléctricos de una manera sistemática y sencilla. Estas se conocen como ley de los nudos y ley de las mallas. Aplicación de las leyes de Kirchhoff Consideraremos un circuito simple formado por una fuente de voltaje, un interruptor y un foco. Figura 1: Circuito simple 3 FACULTAD DE INGENIERIA DE MINAS – LABORATORIO DE FISICA III DDCH A continuación se muestra un modelo de circuito complejo, pues tenemos más de 2 fuentes y diversas mallas: NODO.- Es el punto de unión de 3 o más elementos eléctricos, como por ejemplo: A, B, C. MALLA.- Es un circuito eléctrico cerrado sencillo por ejemplo: ABCD. Figura 2: Circuito complejo 4 FACULTAD DE INGENIERIA DE MINAS – LABORATORIO DE FISICA III 2.1 DDCH DESCRIPCION DE USOS DE LA LEY DE KIRCHOFF - CIRCUITOS  Si te pones a observar por ejemplo en casa veríamos que la instalación eléctrica está conformada mediante estos circuitos. Figura 3: Instalaciones eléctricas domiciliarias, desde la acometida y las distribución entre ambientes.  En la vida cotidiana nos topamos por todos lados a estos circuitos y muchas veces sin darnos cuenta los tenemos en nuestras manos ejemplo de ello: como en un celular. Figura 4: Circuito interno del funcionamiento de un celular. 5 FACULTAD DE INGENIERIA DE MINAS – LABORATORIO DE FISICA III DDCH  Podemos encontrar circuitos muy complejos como las instalaciones eléctricas de una ciudad, como es el caso de la ciudad de Puno. Figura 5: Imagen superior izquierda, se observa las instalaciones eléctricas domiciliarias, en la imagen superior derecha, se observa la planta de aprovisionamiento y distribución eléctrica, en la imagen inferior, se observa la iluminación de la ciudad de Puno de noche. 3 MATERIALES Y EQUIPOS  Tablero Electrónico AC/DC  Sensor de voltaje.  Interfax Science Workshop.  Multímetro digital.  Resistencia (Ohnios)  Cables banana.  Programa data estudio.  Cables de conexión. 6 FACULTAD DE INGENIERIA DE MINAS – LABORATORIO DE FISICA III 4 DDCH DATOS EVALUADOS 4.1 DATOS ESTIMADOS PARA CONFIGURACION (1) Tabla 1: Pendientes estimadas por Data Studio Colores por banda 2do 3ero Resistencias Pendiente (Ω) Resistencia (Ω) +/- 5% 1ro R1 559 560 VERDE AZUL MARRON DORADO R2 470 470 AMARILLO VIOLETA MARRON DORADO R3 40 39 NARANJA BLANCO NEGRO DORADO R4 100 100 MARRON NEGRO NARANJA DORADO R5 831 820 GRIS ROJO MARRON DORADO 4to Figura 6: Pendiente estimada por Data Studio de la primera resistencia 7 FACULTAD DE INGENIERIA DE MINAS – LABORATORIO DE FISICA III DDCH Figura 7: Pendiente estimada por Data Studio de la segunda resistencia Figura 8: Pendiente estimada por Data Studio de la tercera resistencia 8 FACULTAD DE INGENIERIA DE MINAS – LABORATORIO DE FISICA III DDCH Figura 9: Pendiente estimada por Data Studio de la cuarta resistencia Figura 10: Pendiente estimada por Data Studio de la quinta resistencia 9 FACULTAD DE INGENIERIA DE MINAS – LABORATORIO DE FISICA III DDCH Tabla 2: Datos de Voltaje Evaluados N 1 2 3 4 5 VOLTAJE (V) V1 V2 V3 V4 V5 VOLTAJE TOTAL 5 5.1 1.27 3.73 0.03 0.47 4.53 5.00 RESISTENCIA (Ω) R1 R2 R3 R4 R5 550 463 39.4 100 815 DESARROLLO DEL CUESTIONARIO Determine las corrientes I1, I2, I3 asumidas en el circuito empleando las leyes de Kirchhoff. Figura 11: Configuración del circuito para Kirchhoff. Donde: R1: 559 Ω R2: 470 Ω R3: 40 Ω R4: 100 Ω R5: 831 Ω V: 5 v 10 FACULTAD DE INGENIERIA DE MINAS – LABORATORIO DE FISICA III DDCH Figura 12: Formación de 03 mallas en el circuito eléctrico para resolverlo por Kirchhoff. Resolviendo el circuito por el método de mallas y tomando como referencia la Figura 12, de donde se tiene: MALLA 01 5  559I1  559I 2  470I1  470I 3  0 1029I1  559I 2  470I 3  5 Ec. 01 MALLA 02  100I 2  40I 2  40I 3  559I 2  559I1  0 559I1  699I 2  40I 3  0 Ec. 02 MALLA 03  831I 3  470I 3  470I1  40I 3  40I 2  0 470I1  40I 2  1341I 3  0 Ec. 03. 11 FACULTAD DE INGENIERIA DE MINAS – LABORATORIO DE FISICA III DDCH De las ecuaciones 01, 02 y 03 se tienen un sistema de ecuaciones, las cuales se resolverán por el método matricial: 1029I1  559I 2  470I 3  5 559I1  699I 2  40I 3  0 470I1  40I 2  1341I 3  0  1029  559   470  559  470  I1  5  699 40  *  I 2   0 40 1341   I 3  0  I1   1029  I    559  2   I 3   470 1  559  470 5  699 40  * 0 40 1341  0  I1   0.006497   I    0.005057   2    I 3   0.002428 Nota: el signo negativo de la corriente I3 indica que el flujo de corriente es en sentido contrario al planteado en el problema. 5.2 Determine las corrientes que circulan en las resistencias R1, R2, R3, R4 y R5 con los resultados de la pregunta anterior.  I1   0.006497   I    0.005057   2    I 3   0.002428 IR1 = I1-I2 = 0.006497– 0.005057 = 0.001440 A IR2 = I1-I3 = 0.006497 – (–0.002428) = 0.008925 A IR3 = I2-I3 = 0.005057 – (–0.002428) = 0.002629 A IR4 = I2 = 0.005057 A IR5 = I3 = 0.002428 A 12 FACULTAD DE INGENIERIA DE MINAS – LABORATORIO DE FISICA III 5.3 DDCH Determine el voltaje absorbido por la resistencia R1, R2, R3, R4 y R5 con los resultados de la pregunta anterior. V R1 = R1 IR1 = (559)*(0.001440) = 0.804960 V V R2 = R2 IR2 = (470)*(0.008925) = 4.194750 V V R3 = R3 IR3 = (40)*(0.002629) = 0.105160 V V R4 = R4 IR4 = (100)*(0.005057) = 0.505700 V V R5 = R5 IR5 = (831)*(0.002428) = 2.017668 V 5.4 Realice una simulación para el experimento realizado empleando el software PROTEUS, y compare las lecturas de corriente y voltaje evaluados para cada resistencia con los resultados de las preguntas 2 y 3 anteriores. Para resolver estas interrogantes planteadas, se utilizara el sofware Proteus 7.0 profesional. 13 FACULTAD DE INGENIERIA DE MINAS – LABORATORIO DE FISICA III DDCH Figura 13: Ingresando datos del experiemto en el sofware Proteus 7.0 profesional 14 FACULTAD DE INGENIERIA DE MINAS – LABORATORIO DE FISICA III DDCH Figura 14: Valores de voltajes en las resistencias con los datos del Data Studio 15 FACULTAD DE INGENIERIA DE MINAS – LABORATORIO DE FISICA III DDCH Figura 15: Valores de voltajes en las resistencias con los datos del Multimetro Digital. 16 FACULTAD DE INGENIERIA DE MINAS – LABORATORIO DE FISICA III DDCH Resultados del procesamiento con los datos del Data Studio: Tabla 3 R1 R2 R3 R4 R5 RESISTENCIA (Ω) 559 470 40 100 831 V1 V2 V3 V4 V5 VOLTAJE (V) 1.27 3.73 0.23 1.04 3.96 Resultados del procesamiento con los datos medidos directamente con el Multímetro digital: Tabla 4 RESISTENCIA (Ω) 5.5 VOLTAJE (V) R1 550 V1 1.28 R2 463 V2 3.72 R3 39.4 V3 0.22 R4 100 V4 1.05 R5 815 V5 3.95 Compare los voltajes lecturados en la simulación con los resultados de la tabla 02, para el voltaje. Tabla 5 DATOS DE DATA STUDIO RESISTENCIA VOLTAJE (Ω) (V) R1 559 V1 1.27 R2 470 V2 3.73 R3 40 V3 0.23 R4 100 V4 1.04 R5 831 V5 3.96 DATOS DEL MULTIPARAMETRICO DIGITAL RESISTENCIA VOLTAJE (Ω) (V) R1 550 V1 1.28 R2 463 V2 3.72 R3 39.4 V3 0.22 R4 100 V4 1.05 R5 815 V5 3.95 DIFERENCIA -0.010 0.010 0.010 -0.010 0.010 17 FACULTAD DE INGENIERIA DE MINAS – LABORATORIO DE FISICA III 5.6 DDCH Estime el error relativo porcentual de la lectura de resistencias por multímetro y código de colores, con los resultados de la tabla 02. Tabla 6 RESISTENCIA POR EL MULTIMETRO (Ω) R1 R2 R3 R4 R5 5.7 550 463 39.4 100 815 RESISTENCIA CODIGO DE COLORES (Ω) +/- 5% DIFERENCIA ERROR RELATIVO % 10 7 -0.4 0 5 1.786 1.489 -1.026 0.000 0.610 560 470 39 100 820 R1 R2 R3 R4 R5 ¿Cuál es la relación entre el % de error y la tolerancia de fabricación de tus resistencias? Para obtener los datos de error de fabricación, tomaremos los datos, de la guía de laboratorio, para nuestro experimento todas terminan en dorado lo cual da un 5%. Tabla 7 6 ERROR RELATIVO % ERROR FABRICACION % RELACION 1.786 1.489 -1.026 0.000 0.610 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 2.80 3.36 -4.88 0.00 8.20 CONCLUSIONES En las pruebas de laboratorio, se puedo observar que hay una diferencia de valores en cuanto a la resistencia, los obtenidos entre el Multímetro Digital y el Data Studio, la diferencia fue provocada por la mala manipulación del Multímetro Digital. 18 FACULTAD DE INGENIERIA DE MINAS – LABORATORIO DE FISICA III 7 DDCH BIBLIOGRAFIA  WILSON, Jerry D. Física III con aplicaciones, Segunda Edición. Editorial McGrawHill, 1991.  SERWAY, Raymond A. Física II, Séptima Edición. Editorial McGraw-Hill, 2005.  LEA Susan, Burke John Robert. Física Vol. III. La naturaleza de las cosas. Editorial internacional Thomson. México 1999  RODRÍGUEZ Saucedo, Luis Alfredo M Guía de laboratorio.  https://www.youtube.com/watch?v=-eTiur5_zgo.  http://www.buenastareas.com/materias/electricidad-laboratorio-primera-ley-dekirchhoff-tecsup/0.  https://www.google.com.pe/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=4&cad= rja&uact=8&sqi=2&ved=0CCwQFjAD&url=http%3A%2F%2Fblog.espol.edu.ec% 2Fjosalmon%2Ffiles%2F2013%2F05%2Finforme-leyes-dekirchhoff.docx&ei=djydVd72MtOCyQTVmZ3YBg&usg=AFQjCNGXMQCX4_D oQ6PUSiwMp2pHZm1DNw. 19