GRUPO HEUREMA. EDUCACIÓN SECUNDARIA

ENSEÑANZA DE LA FÍSICA Y LA QUÍMICA

Voltaje máximo en un circuito de corriente alterna

 

Chinchetas

Hilo de cobre

Dos polímetros  digitales

Resistencias comerciales de 100 W, 470 W, 1000 W, 3300 W y 8700 W

Tres condensadores de 1m F

Fuente de alimentación de alterna

Plancha de corcho

Soldador

Hilo de estaño para soldar

 

La longitud de los hilos que unen las resistencias comerciales se alargan soldándoles una longitud de hilo de cobre.. Lo mismo debe realizarse con los condensadores si los hilos exteriores son  cortos. La razón de realizar esta operación es evitar contactos falsos en los circuitos

Fig.1

Montaje

1)      En el panel de corcho monte un circuito como el indicado en la figura2.

Fig.2

Fotografía 1

Fotografía 2

Fotografía 3

La fotografía 1 corresponde al esquema eléctrico de la figura 1. Los componentes eléctricos son:

C₂ = 2 mF ( nominales ) se han colocado dos condensadores iguales de 1 mF en paralelo ( son los de color azul intenso).

C₁ = 1 mF (nominal), es el condensador de color naranja

R₂ = 1000 W  (nominal)

R_V = Resistencia variable que se consigue combinando en serie y en paralelo las que figuran en el material.

 Fuente de alimentación de corriente alterna, en la fotografía se observa el piloto de la fuente encendido

Vc = voltímetro, mide  el voltaje eficaz de la fuente y durante el experimento debe mantenerse un voltaje constante

V= voltímetro,  mide el voltaje eficaz entre B y F

Debajo de los aparatos está situado el tablero de corcho con una hoja de papel blanco

 

Las fotografías 2 y 3 sirven para aclarar el montaje.

En la 1 se han quitado los dos voltímetros y en la 2  los voltímetros y la fuente de alimentación.

 

Objetivo

En el circuito de la figura 1 la diferencia de potencial entre los puntos  B y F depende del valor de la resistencia Rv. Experimentalmente se determina la diferencia de potencial BF en función de Rv. Se obtiene una curva con un máximo .Obtenido ese máximo  y operando se llega a la relación matemática que cumple ese máximo, esto es, al valor de Rv máximo para un R₂ constante.

Si se cambia R₂ a otro valor diferente, utilizando la condición hallada anteriormente se predice el valor de Rv máxima para ese nuevo R₂.

 

Medidas

Durante la toma de medidas R₂ se mantiene fija  y R_V  variable, cuyos diferentes valores se obtienen combinado en serie y paralelo  las diferentes resistencias  que aparecen en el material.

La fuente de alimentación  debe proporcionar un voltaje  prácticamente constante (las diferencias en las distintas medidas no deben ser mayores que dos décimas de voltio).

Si utiliza una fuente estabilizada  el voltaje se mantendrá constante, en cambio si utiliza una fuente de salida variable sin estabilizar en cada medida deberá ajustar el voltaje. En el experimento realizado por nosotros utilizamos una fuente variable no estabilizada y por ello en cada medida hubo de ajustarse el voltaje de salida  con el potenciómetro que lleva incorporado.

Como orientación aconsejamos trabajar con un voltaje eficaz inferior a 25 V (nosotros hemos operado con 15,7-15,8 V)

La resistencia R₂ es de 1000 W nominales, si dispone de un multímetro mida su resistencia real. y anote su valor. En caso de no tenerlo opere con los valores nominales de las resistencias.

 

a) Empiece colocando en Rv una resistencia de  50 W (dos en paralelo de 100 W). Mida y anote en la tabla I , el valor real de R_V el voltaje V_C y el voltaje V entre B y F. Aumente el valor de Rv combinado resistencias hasta llegar a un R_V alrededor de 12000 W. Haga unas 15 medidas en total. Todos los valores deben registrarse en la tabla I. 

Tabla I

 

b) Represente en el eje de abscisas los valores  reales de la resistencia variable Rv frente a V en el eje de ordenadas. Debe obtener una curva que presenta un máximo. Determine cuál es el valor de Rv en el máximo.

                                                       Rv (máximo ) =

c) Escoja una resistencia Rv  de la tabla I que no sea el máximo, por ejemplo, una de valor doble o casi doble de Rv (máxima) y  determine los voltajes  V_AB; V_BE; V_AF, V_FE.

 

d) Haga el cálculo anterior pero con R_V (máxima). De los resultados obtenidos en este apartado y en el c) deducirá cuál  es la condición que cumple la resistencia máxima.

 

e) Monte un circuito como el de la figura 1 pero reemplazando R₂ por 470 W nominales. Disponga los datos en la tabla II.

Según el criterio anterior deduzca  cuál será  R_V máxima. Por la vía experimental obtenga una gráfica  semejante a la del apartado b). Compare el valor experimental de Rv máxima con el  predicho anteriormente.

Tabla II