· Explique de manera detallada y razonada, las eventuales diferencias existentes entre los valores teóricos y los experimentales. ¿Existe confiabilidad en los datos experimentales obtenidos, por qué?
Al observar los datos experimentales se aprecia que resultaron cifras que difieren de los datos teóricos en milésimas. Tomando este patrón como referencia se puede decir que dichos datos experimentales son confiables ya que experimentan una diferencia mínima con respecto a los datos obtenidos teóricamente. También esto indica que los aparatos de medición funcionaban correctamente y que la toma de datos fue confiable.
· Considerando lo calculado en la pregunta anterior, determine: ¿Qué proporción del dinero que Ud. debería cancelar a la Empresa de suministro de electricidad por concepto de consumo, se cancela como calor producido?.
Analice el resultado obtenido y emitan sus conclusiones e implicaciones prácticas.
De acuerdo a los resultados obtenidos de la energía disipada en el proceso, se puede decir que estos valores son considerables si lo llevamos a las escalas reales de los procesos domesticos; más aun sabiendo los altos costos actuales de la tarifa eléctrica. Hablando en términos de porcentaje se puede decir que al menos un 8% de la energía que pagamos no es utilizada, sino disipada.
II Parte (Condensadores)
Objetivo Específico
- Investigar la relación entre el flujo de carga eléctrica y el tiempo que tarda en cargarse un condensador.
Marco Teorico
Un condensador consta de dos conductores con cargas iguales y opuestas separadas una distancia muy pequeña comparada con sus dimensiones con una diferencia de potencial "V" entre ellos. La capacidad "C" de cualquier condensador se define como la razón de la magnitud de la carga "Q" en cualquiera de los conductores y la magnitud de la diferencia de potencial "V":
C = Q/V (1 Coulomb/1 Voltio) = 1 Faradio
Considérese el circuito de la figura 1a y 1b. Supóngase que el condensador está inicialmente descargado. No existe corriente cuando el interruptor "S" está abierto (fig. 1a). Si el interruptor se cierra t=0, la carga comenzará a fluir produciendo una corriente en el circuito y el condensador comenzará a cargarse (fig, 1b).
Obsérvese que durante el proceso de carga, las cargas no saltan a través de las placas del condensador ya que el espacio entre las placas representa un circuito abierto. Por el contrario, la carga se transfiere de una placa a otra a través de la resistencia, el interruptor y la batería hasta que el condensador está totalmente cargado. El valor de la carga máxima depende de la f.e.m. de la batería. Una vez que se alcanza la carga máxima, la corriente en el circuito es cero.
t < 0
Figura 01.a
t >= 0
Figura 01.b
Materiales a Utilizar:
- Condensadores.
- Resistencias.
- Multímetro.
- Fuente de poder DC.
- Cables conectores.
- Cronómetro.
Metodología
· Determine con el multímetro la resistencia total de las configuraciones Nº 1 y Nº2.
Figura 02
· Monte el circuito como muestra la figura 2, con la configuración Nº 1. El amperímetro, el condensador y la fuente de poder deben conectarse en el orden adecuado. La placa positiva del condensador debe conectarse a la terminal positiva de la fuente de poder. Si la conexiones se invierten, el condensador puede dañarse. Anote en la tabla Nº 1 el valor de la capacidad del condensador, el voltaje debe ser de 12 voltios.
Voltaje | 12 V |
Capacidad | 2200 F |
Tabla Nº 1
· Una vez verificado el circuito de la figura 2 por su instructor, prenda la fuente DC y comience a tomar lecturas de la intensidad de la corriente desde el mismo instante de prender la fuente y luego cada 5 segundos hasta que sea demasiado pequeña para medirla. Tome las medidas con la mayor precisión posible. Anote sus lecturas en la tabla Nº 2, recuerde de colocar en la tabla el valor de la resistencia de cada configuración utilizada.
Tabla Nº 2
R1= 5.3 Kohm | R1= 5 Kohm | |
Tiempo (seg) | Corriente (mA) | Corriente (mA) |
0 | 2.8 | 2.3 |
5 | 1.8 | 1.5 |
10 | 1.3 | 1 |
15 | 0.8 | 0.7 |
20 | 0.6 | 0.5 |
25 | 0.4 | 0.36 |
30 | 0.3 | 0.26 |
35 | 0.2 | 0.164 |
40 | 0.1 | 0.126 |
45 | 0.1 | 0.092 |
50 | 0.1 | 0.067 |
55 | 0.1 | 0.052 |
60 | 0.1 | 0.035 |
- Una vez tomadas todas las medidas apague la fuente de poder. Descargue el condensador.
- Reemplace la configuración Nº 1 por la configuración Nº 2.
- Repita los pasos del 1 al 3.
- Una vez tomadas todas las lecturas desmonte el circuito.
- Análisis.
1- ¿Por qué la corriente se inició en un valor máximo y descendió hasta cero mientras el condensador se estaba cargando?
Esto se debe a que al comenzar el experimento el condensador está descargado pero como el es un elemento pasivo, es decir, un elemento acumulador de energía se fue cargando progresivamente hasta que su carga interna llegara al máximo valor lo que trajo como consecuencia que la corriente sea cero y a medida que fue pasando el tiempo
2- Analice los datos obtenidos con ambas resistencias. Explique, detalladamente, la función de la resistencia en el circuito.
Se observa que la resistencia de la configuración Nº 2 es mayor a la resistencia de la configuración Nº 1 pero la intensidad de la corriente de la configuración Nº 2 es menor que la que llega a circular en la otra configuración. La función de la resistencia en el circuito es actuar como elemento pasivo, es decir, como disipador de energía.
3- Empleando los datos de la tabla Nº 2, grafique la intensidad de la corriente eléctrica en función del tiempo.
Ver Anexo N°1 y N°2
4- ¿Qué representa el área bajo las curvas elaboradas en el punto anterior?.
El área bajo la curva representa la relación de la intensidad con respecto al tiempo producido por el tiempo que tarda el condensador en cargarse.
5- Calcule la capacidad del condensador usado en la práctica.
i(t) = i0 * e (-t/R*C)
C = -t / (R * ln (i(t) / i(0))
Configuración Nº 1: C = F.
Configuración Nº 2: C = F
6- Compare el valor calculado con el valor indicado por el fabricante. Encuentre el error relativo entre los dos valores.
Como se puede apreciar, existe una diferencia entre el valor de la capacidad del condensador que estipula el fabricante y las obtenidas en el laboratorio analíticamente. Esta diferencia, puede ser atribuida bien sea al margen de error que da el fabricante o al error de medición que se presenta en la captura de los datos necesarios para dicho cálculo.
7- ¿Qué pasaría si el circuito se conecta sin la resistencia?
Si no hubiera resistencia (RC=0), la carga aumentaría inmediatamente a su valor de equilibrio. Esto se debe a que la resistencia en el circuito implica que la rapidez de aumento de la carga de un condensador hacia su valor final de equilibrio se demore en una forma medida por la constante de tiempo RC.
8- ¿Cuáles fueron las variables que se modificaron y cuáles no? Explique.
La variable modificada fue el tiempo el cual determinaría la relación con respecto a los valores de las intensidades que varían de acuerdo al tiempo. El resto de las variables permanecieron constantes: El voltaje, por ejemplo, permanece constante, lo único que se hizo fue cambiar el sistema eléctrico.
BIBLIOGRAFÍA
Autor:
Carlos Rangel
Tirmo Ángulo
Asdrúbal Aldana
Oirogerg Martinez
Xavier Sanchez
Jessica Sarmiento
Instituto Universitario Politécnico
"Santiago Mariño"
Extensión: Barcelona
Barcelona, Junio de 2006
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