GRUPO HEUREMA. EDUCACIÓN SECUNDARIA

ENSEÑANZA DE LA FÍSICA Y LA QUÍMICA

sección: PRÁCTICAS DE FÍSICA
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Puente de alterna (Primera parte)

 

Introducción

 

De forma análoga al puente de Wheatstone   existen  puentes de corriente alterna  cuyo dispositivo más sencillo es el  representado en la figura 1 En particular el puente con que se trabaja en este experimento esta formado por dos condensadores no electrolíticos de capacidades nominales 1 m F y 0,47 m F y dos juegos de resistencias  R1 y R2.           

El experimento consta de dos partes; en la primera  mantenemos fijos el condensador C2 y una resistencia R2= 1000 W (nominal) y variamos la resistencia R1 estando fijo C1. Calculamos la curva teórica y la experimental y comparamos valores. Luego repetimos el proceso dejando fijos C1 y una resistencia  R1= 1000 W (nominal) y variando R2, en la segunda parte comprobaremos la relación que existe entre   los cuatro componentes del puente para que se encuentre en equilibrio.

Este experimento  exige el manejo de números complejos;

 

Material

 

Dos juegos de resistencias , R1, R2

Multímetro

Transformador 220-12 V o parecido

Condensadores no electrolíticos de valores nominales 1 m F y 0,47 mF

 

El experimento puede realizarse en casa por un solo alumno con el material anterior, pero se facilita enormemente el trabajo si lo hacen dos alumnos, cada uno con su multímetro;  así, con  uno de los aparatos se miden  las resistencias y con el otro las diferencias de potencial. En la figura 1 se representa el esquema del dispositivo  y en las siguientes fotografías se representan situaciones de medida de las dos partes del experimento.

Los cálculos   teóricos se realizan con rapidez si se utiliza una hoja de cálculo, aunque no es imprescindible, empleando más tiempo  basta una simple calculadora.

           

Fig.1

 

 

 

 

 

Fotografía 1. Este es el montaje real correspondiente al esquema de la figura 1. El transformador se encuentra a la izquierda de la fotografía y su secundario esta unido a los extremos A y B suministrando energía al circuito. A la izquierda se ven dos pinzas de cocodrilo una negra y la otra roja proceden del multímetro que en esta fotografía está fuera de campo. El multímetro mide la caída de tensión en la resistencia R1

 

 

 Fotografía 2. Es la misma fotografía 1 pero ahora el multímetro aparece en ella e indica la   caída   de tensión en R1. Con este dispositivo se deja R2 fija a un valor  de 1000 W nominales y se varía la resistencia R1. De esta manera se obtienen los resultados experimentales del voltaje frente a la resistencia.

 

 

Fotografía 3.- El multímetro está midiendo la caída de tensión en la resistencia R2. En el proceso de obtener datos se deja a un valor fijo de 1000 W nominales la resistencia R1 y se varía la R2 midiendo la caída de tensión.

 

Permanecen fijos  los condensadores C1 y  C2 y la resistencia R2 =1000W (nominal)   y  se varía la resistencia R1. (Ver la fotografía 2).

 

a) Se mide con el multímetro las diferentes resistencias  y con el mismo aparato las diferencias de potencial a través de las resistencias anteriores VR1=VCB. También se mide la caída de potencial en la fuente de corriente alterna VT =VDC para cada valor de la resistencia R1 (normalmente ese valor se mantiene constante o con una diferencia de una décima.). Todos los datos se colocan en la tabla I y además se calcula VC1 ,esto es, la caída de tensión en el condensador.

Al tratarse de corriente alterna los voltajes se suman y restan geométricamente.

 

Tabla I

 

V T / V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R1/W

 

 

 

 

 

 

 

 

 

VR1/V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V T / V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R1/W

 

 

 

 

 

 

 

 

 

VR1/V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A continuación se determinan los valores  teóricos  Como guía de este cálculo procedemos a explicar cómo se hace para una resistencia R1 cuyo valor es 6000 W  y VT =12,9 V

.

Siguiendo los pasos anteriores complete la tabla II

 

Tabla II

 

V T / V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R1/W

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

 en ohmios

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

VC1=I·3183  en  voltios

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Tabla II

 

V T / V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R1/W

5000

6000

7000

8000

9000

10000

11000

12000

12500

 en ohmios

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

VC1=I·3183  en  voltios

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b)  Represente en una gráfica  en el eje de abscisas los valores de R1 de la tabla II y en ordenadas VC1 .Esta gráfica es la curva teórica. En esa misma gráfica los valores experimentales que  están recogidos en la taba I.

 

 

 

Permanecen fijos  los condensadores C1 y  C2 y la resistencia R1 =1000W (nominal)  y  se varía la resistencia R2. (Ver la fotografía 3).

 

 

c)  Ahora se mantienen constantes C1, R1=1000W y C2 y se varía la resistencia R2. El proceso es semejante a los apartados anteriores. Los datos y cálculos se recogen en las tablas III y IV.

 

 

Tabla III

 

V T / V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R2/W

 

 

 

 

 

 

 

 

 

VR2/V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Tabla III

V T / V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R2/W

 

 

 

 

 

 

 

 

 

VR2/V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Tabla IV

 

V T / V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R1/W

800

900

950

1000

2000

2500

3000

3500

4000

 en ohmios

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

VC2=I·3183  en  voltios

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Tabla IV

 

V T / V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R1/W

4500

5000

5500

6000

6500

7000

9000

10000

12000

 en ohmios

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

VC1=I·3183  en  voltios

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d) Represente en una gráfica  en el eje de abscisas los valores de R2 de la tabla IV y en ordenadas VC2. .Esta gráfica es la curva teórica. En esa misma gráfica los valores experimentales que  están recogidos en la taba III.

 

e) Represente en una  gráfica los valores experimentales de R1 (eje X) y VC1 (valores de la tabla I,. eje Y). En esa misma gráfica represente R2 (eje X)   frente a VC2 (valores experimentales de la tabla III., eje Y).

Esta grafica es importante para determinar la condición que cumple el puente de alterna en equilibrio y  que es el objetivo  de la segunda parte de este experimento.

 

SOLUCIÓN