GRUPO HEUREMA. EDUCACIÓN SECUNDARIA

ENSEÑANZA DE LA FÍSICA Y LA QUÍMICA

sección: PRÁCTICAS DIGITALES DE FÍSICA
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Circuito de corriente alterna en serie R y C

 

Fundamento 

En  un circuito de corriente alterna,  se sitúan una resistencia y  un condensador en serie y se colocan tres voltímetros en la forma que indica la figura 1

El voltímetro V1 mide la caída de tensión en la resistencia, el V2 en el condensador  y el V3 en el circuito total, esto es, en la resistencia y en la reactancia capacitiva.

 La relación V3 = V1 + V2, válida para corriente continua, no se cumple ahora. Esto es debido a que las caídas de tensión en la resistencia y en la reactancia están desfasadas, a consecuencia de ello la ecuación  válida es:           

SOLUCIÓN

Fig. 1

Si el generador de alterna proporciona tensiones de corriente variables y medimos las intensidades eficaces con el amperímetro y las distintas lecturas V1, V2 y V3  de los tres voltímetros, podemos obtener los siguientes resultados. La frecuencia de la corriente alterna es la de la red española f = 50 Hz 

1) Al representar Iefz en el eje X frente a los valores de V1 (eje Y)  obtenemos una línea recta cuya pendiente es el valor de la resistencia óhmica R. 

2) Al representar Iefz en el eje X frente a los valores de V2 (eje Y) obtenemos una línea recta cuya pendiente es la impedancia del condensador  Z = XC   también conocida como reactancia capacitiva.

3) Al representar Iefz en el eje X frente a los valores de V3 ( eje Y) obtenemos una línea recta cuya pendiente es la impedancia total del circuito,   

En la fig. 2 se encuentra una fotografía del dispositivo experimental utilizado, que se corresponde con el esquema eléctrico de la fig.1.

Fig.2

Fotografías

La fotografía 1 es una vista superior que permite ver los aparatos  y leer sus lecturas. Estas medidas junto con el resto de las que se han hecho se recogen en  Conjunto de fotografías de diversas medidas”. Cada lectura de los voltímetros lleva una incertidumbre  de una unidad en el último dígito. La lectura del amperímetro tiene un error en cada medida  de 1 mA. (este error se ha determinado porque en el amperímetro el dígito de las unidades oscilaba arriba y abajo en una unidad, a pesar de que en la fotografía esto no pueda apreciarse), por tanto, las lecturas del aparato deben redondearse al valor de las unidades. Todos los datos leídos con sus errores, se situarán en la tabla 1.

Fotografía desde una vista superior para la toma de medidas

Tabla 1

Voltaje    eficaz

V1/V

Voltaje    eficaz

V2/V

Voltaje    eficaz

V3/V

Intensidad eficaz

I/mA

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Con los datos de la Tabla 1, sin considerar los errores en la medida, confeccione la Tabla 2. A la vista de los resultados decida qué opción le parece que pueda corresponder a la realidad

 

Tabla 2

 

 

 

V1+V2= VS

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Gráficas 

a)  Considere los valores de V1 e  Iefz sin los errores. Represente los valores de V1  en el eje de ordenadas frente a la intensidad eficaz Iefz en le eje de abscisas. Mida la pendiente de la recta y determine el valor de R.

b) Considere los valores de V2 e  Iefz sin los errores. Represente los valores de V2  en el eje de ordenadas frente a la intensidad eficaz Iefz en le eje de abscisas. Mida la pendiente de la recta y determine el valor de XC. Calcule el valor de la capacidad del condensador

c) Considere los valores de V3 e  Iefz sin los errores. Represente los valores de V3  en el eje de ordenadas frente a la intensidad eficaz Iefz en le eje de abscisas. Mida la pendiente de la recta y determine el valor de ZT. Calcule la capacidad del condensador, teniendo en cuenta el valor de R encontrado en el apartado a).

Halle el valor medio de los valores de la capacidad encontrados en los apartados b) y c) y dé como incertidumbre el número que sumado a la media dé el valor más alto de C y restado, el menor valor de C. 

d) Ahora considere los errores en las medidas. Represente en la misma gráfica:

     1) los valores mayores de V1 frente a los menores de Iefz.

     2) Los valores menores de V1 frente a los mayores de Iefz,. Determine las pendientes de las dos rectas  y calcule R con su incertidumbre.

 

e) Siguiendo las indicaciones del apartado d) haga lo mismo para obtener XC. Calcule  la capacidad del condensador  con su incertidumbre teniendo en cuenta que la frecuencia de la corriente es

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