GRUPO HEUREMA. EDUCACIÓN SECUNDARIA

ENSEÑANZA DE LA FÍSICA Y LA QUÍMICA

sección: PRÁCTICAS DE FÍSICA
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Circuito con dos pilas

 

Introducción

 

En este experimento se construye un circuito relativamente sencillo cuyo esquema corresponde a la figura 1 y el real a la fotografía 1. A lo largo de la práctica son constantes las fuerzas electromotrices de las pilas e1 y e2 y las resistencias R1 y R2 y varía la resistencia R.

Aplicando las leyes de Kirchhoff y conociendo e1 ,  e2  , R1 y R2 obtendremos la intensidad que pasa por la rama AB en función de R  y a partir de ella la diferencia de potencial VAB y a continuación la curva de la potencia consumida en R, este proceso lo designamos como teórico.

De manera experimental colocamos diversas resistencias R y con el voltímetro medimos la diferencia de potencial VAB y a partir de ella la curva de potencia, finalmente comparamos teoría y experimento.

Figura 1.- Esquema del circuito. La fuerza electromotriz e1 es mayor que la e2. La resistencia R1 es menor que la R2. La resistencia R varía entre 100 W y 2000 W.

 

 

Fotografía 1. Esquema real del circuito de la figura 1. La fuente de alimentación e1 que nosotros hemos utilizado no se ve en la fotografía, aparece en la fotografía 2. Si no se desea utilizar una fuente de salida variable puede sustituirse por una pila de 9 V o asociar dos pilas de 4,5 V en serie.

Dado que las fuerzas electromotrices se han de mantener constantes durante el experimento no deben utilizarse resistencias pequeñas y además el circuito debe conectarse exclusivamente cuando se tomen medidas. Las resistencias empleadas han sido de 3000 W nominales. R1 asociando dos en paralelo y R2 una sola.

 

 

Fotografía 2.- Esta es la fuente de alimentación e1 que no aparece en la fotografía 1. No es imprescindible esta fuente para realizar el experimento, se puede sustituir por una pila de 9 V o asociar dos pilas en serie de 4,5 V. La fotografía se hizo con el circuito en funcionamiento y          e1 = 7,1 V

 

Material

 

Un juego de resistencias, R que permita, por asociación, obtener resistencias comprendidas entre 100 W y 2000W

Dos resistencias R1 y R2

Un multímetro

Dos fuentes de alimentación

Cables de conexión

 

Fundamento teórico

Figura 2.- Esquema del circuito en el que se indican las corrientes y el sentido positivo con que se aplica las leyes de Kirchhoff

 

En la figura 2 que representa el circuito se ha prescindido del voltímetro y se han señalado las intensidades de corriente en las mallas y el sentido positivo considerado que es el de las agujas del reloj.

 

Malla de la derecha         

 

Malla de la izquierda           

 

Nudo A  

                          

 

 

 La potencia consumida en R es

 

                                         (2)

Esta potencia la denominamos teórica

 

Vamos a comprobar si la potencia representada frente a R puede tener un máximo o un mínimo. Para ello derivamos (2) respecto de R e igualamos a cero. Teniendo en cuenta los términos que son constantes en la ecuación (2)  escribimos dicha ecuación de la siguiente manera con la finalidad de que el cálculo se haga más cómodo.

 

 

 

Sustituyendo (3) en la ecuación (2) obtenemos el valor de la potencia que puede ser máxima o mínima.

 

Escribimos de nuevo la diferencia de potencial

 

 

La ecuación (5) nos dice que al representar  en el eje de ordenadas frente a en el eje de abscisas se obtiene un línea recta cuya pendiente y ordenada en el origen están relacionadas con las constantes e1 , e2  , R1 y R2 .

 

 

Procedimiento      

 

a) Prepare el multímetro como voltímetro y mida las fuerzas electromotrices e1 y e2 (se desprecia la resistencia interna de las pilas)

 

                                   

 

b) Disponga el multímetro como óhmetro y mida las resistencias R1 y R2.

 

                                   

 

c) Utilice la ecuación (1) sustituyendo en ella los valores de las fuerzas electromotrices y las resistencias R1 y R2 . Recoja los datos en una tabla y construya la gráfica VAB eje Y frente a R eje X.

 

 

d) Calcule la potencia consumida en R utilizando la ecuación (2) y construya la gráfica Potencia en mW eje de ordenadas, frente a R en el eje de abscisas.

 

e) Prepare un juego de resistencias y mida sus valores y colóquelos en una tabla. Luego, disponga  el voltímetro  como indica la figura  1 y mida VE para cada resistencia R . Calcule la potencia consumida en R.

 

f) Represente en una misma gráfica   los valores obtenidos del voltaje en c) y en e)..

 

g) Haga lo mismo para la potencia.

 

h) Calcule la resistencia R mediante la ecuación (3) y la potencia máxima mediante la ecuación (4)

 

i) A partir de la tabla de valores del apartado e) complétela con el inverso de los voltajes y los inversos de las resistencias y represente gráficamente (eje Y) frente a (eje X). Compare la pendiente y ordenada en el origen obtenida de esta recta con los valores que se deducen a partir de los experimentales que midió en el apartado a)

 

 

 

 

 

 

SOLUCIONARIO