GRUPO HEUREMA. EDUCACIÓN SECUNDARIA

ENSEÑANZA DE LA FÍSICA Y LA QUÍMICA

sección: PRÁCTICAS DIGITALES DE FÍSICA
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Potencia máxima de un circuito eléctrico de corriente continua

 

Dispositivo experimental
                                                                                             

En el circuito cuyo esquema  está detallado en la figura 1, son constantes durante todo el experimento, las fuerzas electromotrices e1 y e2 y las resistencias R1 y R2 .La resistencia R es variable.

El circuito de la figura 1 se ha realizado utilizando como e1 dos pilas comerciales de 4,5 V unidas en serie. Una pila de 4,5 V se utiliza como e2. Es  posible cambiar los valores de las fuerzas electromotrices, respetando siempre que e1 > e2.

Aunque es posible emplear en lugar de pilas aparatos electrónicos de corriente continua, recomendamos las pilas debido a  que práctica-mente carecen de resistencia interna.

R1 y R2 son  resistencias comerciales etiquetadas como  1000 W y 470 W respectivamente. La resistencia variable R, se ha realizado utilizando dos resistencias comerciales de 1000W y cuatro resistencias comerciales de 100 W, combinándolas en serie y en paralelo.

A representa un amperímetro en la escala de los miliamperios.

Fundamento teórico

Aplicamos a las dos mallas del circuito la segunda ley de Kirchhoff (fig.2)

Consideramos como sentido positivo en el circuito el antihorario.

SOLUCIÓN

Fig.1

Fig.2

Foto 1

La fotografía corresponde al esquema de la figura 1, salvo que no aparece cerrado el circuito con la finalidad de que las pilas no se gasten. Cuando se hace una medida se ciera el circuito con las chinchetas en B y C y una vez hecho y de modo inmediato se abre de nuevo el circuito por los puntos B y C desclavando las chinchetas.

Fotografía para la toma de medidas

A continuación figuran una serie de fotografías, la 2 , 3 , 4, y 5  nos dan los valores experimentales de e1 , e2 , R1 y R2 .Las siguientes nos sirvan para medir la intensidad I y las resistencias R a partir de las asociaciones entre las resistencias de 1000 y 100 ohmios. El lector debe anotar los resultados en la tabla 1. El valor de R lo deducirá de cada fotografía a partir de la información que aparece en ella indicando el valor de cada resistencia.

Fotografía 2.-El voltímetro mide el valor de E1 ya que las pilas tienen una resistencia interna muy pequeña

La  potencia disipada en la resistencia variable R es:

Derivamos la ecuación (2) respecto de la variable R e igualamos a cero.

El valor obtenido en de R según la ecuación  (3) puede ser un   máximo o   un mínimo de la función  P= f(R).

 

En el experimento real montaremos circuitos  como el indicado en la figura 1, .mediremos la intensidad de la corriente y calcularemos el valor de R en cada circuito. Obtendremos la gráfica P-R (a partir de  la ecuación 2). En la misma gráfica colocaremos los puntos experimentales obtenidos de la medida de I y de R.

El montaje que corresponde al esquema de la figura 1 se ha realizado de la manera más sencilla posible y puede verse en la fotografía 1. Así, se utiliza un multímetro de los más baratos y el circuito se monta sobre un tablero de corcho,  uniendo las distintas partes mediante soldaduras y con chinchetas.

 

Fotografía 3. El voltímetro mide E2

Fotografía 4.- Valor experimental de R1. El dial  del óhmetro está en la escala de 2 kW

Fotografía 5.- Valor experimental de R2. El dial del óhmetro está en en la escala de 2 kW

Fotografía 6

R=

Fotografía 7

R=

Fotografía 8

R=

Fotografía 9

R=

Fotografía 10

R=

Fotografía 11

R=

Fotografía 12

R=

Fotografía 13

R=

Fotografía 14

R=

Tratamiento de los datos

Valores medidos experimentalmente  e1=                    e2 =                   R1=                 R2 =

                        Cte =                            ;               

 

Tabla  1

Resistencia

RT/W

Cte*R

((R1R2+R(R1+R2))^ 2

Potencia teórica

PT/W

Resistencia de las fotos

Re/W

Intensidad de las fotos

 I/mA

Potencia experimental

PE/W

0

 

 

 

 

 

 

20

 

 

 

 

 

 

40

 

 

 

 

 

 

60

 

 

 

 

 

 

80

 

 

 

 

 

 

100

 

 

 

 

 

 

120

 

 

 

 

 

 

140

 

 

 

 

 

 

160

 

 

 

 

 

 

180

 

 

 

 

 

 

200

 

 

 

 

 

 

220

 

 

 

 

 

 

240

 

 

 

 

 

 

260

 

 

 

 

 

 

280

 

 

 

 

 

 

300

 

 

 

 

 

 

320

 

 

 

 

 

 

325

 

 

 

 

 

 

330

 

 

 

 

 

 

335

 

 

 

 

 

 

340

 

 

 

 

 

 

360

 

 

 

 

 

 

380

 

 

 

 

 

 

400

 

 

 

 

 

 

420

 

 

 

 

 

 

440

 

 

 

 

 

 

480

 

 

 

 

 

 

520

 

 

 

 

 

 

580

 

 

 

 

 

 

600

 

 

 

 

 

 

700

 

 

 

 

 

 

760

 

 

 

 

 

 

800

 

 

 

 

 

 

 

Con los datos de la resistencia RT y de la potencia teórica PT, representa en el eje de abscisas la resistencia y en el de ordenadas la potencia. Está curva representa la que denominamos curva teórica. En esa misma gráfica representa RE frente a PE