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TECNICA OPERATORIA

OBJETO DE LA EXPERIENCIA

 

Realizar mediciones de corrientes y voltajes en un circuito con dos fuentes de poder. Comparando los valores obtenidos experimentalmente con los obtenidos del cálculo aplicando las leyes de Kirchoff. Simulación del circuito experimental mediante un utilitario de PC.

  METODOLOGIA

 

Consiste en armar un circuito compuesto de dos mallas, cada una de las cuales tiene una batería. Se medirá la tensión y corriente sobre cada resistencia y se compararán estos valores con los calculados a partir de la aplicación de las leyes de Kirchoff. Se armará un circuito virtual y simulará su funcionamiento mediante el uso de un utilitário para PC.

Fundamentos teóricos

Muchos circuitos eléctricos y electrónicos contienen más de una fuente de ddp. Estos circuitos no pueden ser resueltos aplicando los conceptos simples de asociación en serie y paralelo de componentes, sino que se debe usar un método mas general tales como las leyes de Kirchoff.

El primer paso a seguir en la aplicación de estas reglas es el de arbitrariamente seleccionar y marcar la dirección de las corrientes en a través de las diferentes partes del circuito. Esta convención de sentidos debe mantenerse durante todo el proceso de aplicación de las leyes de Kirchoff. Si, después de resolver las ecuaciones resultantes, alguna de las corrientes aparece con signo negativo, solo significa que simplemente la dirección de circulación real es opuesta a la seleccionada, pero su valor numérico es correcto.        

Como se ha visto en la teoría, en todo circuito constituido por varias ramas cuando se ha establecido el régimen estacionario de corrientes se verifica que:

                    I.   La suma algebraica de todas las corrientes que concurren a un nudo es nula

                                                                                                         [1]

                    II.  La suma algebraica de las fem. que se encuentran al recorrer un circuito cerrado cualquiera (malla) es igual a la suma algebraica de las caídas de potencial producidas en las resistencias óhmicas presentes en la misma malla:

                                                                                        [2]

Ambas sumas deberán efectuarse respecto a un mismo sentido de circulación a lo largo de la malla, elegido arbitrariamente y tomado como positivo.  

Se debe hacer notar que:

1. La suma algebraica puede resultar, tanto para las caídas de potencial en los elementos resistivos como para las fem., positiva, negativa o nula.

2. Que al ser nula no necesariamente deben ser nulas las corrientes ya que es una suma algebraica.

3. Ambos grupos de ecuaciones constituyen un sistema de n ecuaciones lineales con n incógnitas,  si las resistencias son constantes.

4. Para obtener dicho sistema se debe:

1. Fijar el sentido de las corrientes en cada rama.

2. Fijar el sentido de la circulación a lo largo de cada malla.

Las ecuaciones deben plantearse simultáneamente, esto es, los sentido de la corrientes adoptadas para el planteo de la ec. [1], deben mantenerse cuando se plantean las ecuaciones [2].

Material a utilizar  

1. Fuente de alimentación de CC.

2. Batería seca (9V)

3. Amperímetro.

4. Voltímetro.

5. Reóstatos.

6. Cables de conexión

 Técnica Operatoria

1. Mida con el voltímetro el valor de las fuente de tensión y anote los valores en la hoja de datos.

2. Mida con el óhmetro el valor de las resistencias.

3. Arme el circuito que se detalla en la FIG.1. sin cerrar las mallas. Preste atención a la polaridad de las fuentes para que queden conectadas de acuerdo a la figura.

Estudio de una sola malla:

1. Cierre la malla M₁ y mida con el voltímetro la ddp en los extremos de la fuente V_1.

2. Con el valor de la fuente V₁ y de las resistencias conectadas a la malla M₁, calcule (aplicando la ley de Ohm) el valor de la corriente que circulará por la misma y las caídas de sobre cada resistencia y registre los valores en la hoja de datos.

3. Con estos valores teóricos, ajuste la escala de los instrumentos antes de comenzar a realizar las mediciones. 

4. Mida las ddp sobre cada resistencia y registre los valores en la hoja de datos.

5. Inserte el amperímetro en el circuito y mida la corriente por el mismo.

6. Compare con los valores teóricos.

Estudio de dos mallas:

1. Plantee las ecuaciones del circuito, resuelva y registre el valor de las corrientes y  caídas de potencial sobre cada resistencia en la hoja de datos.

2. Con estos valores teóricos, ajuste la escala de los instrumentos antes de comenzar a realizar las mediciones.

3. Cierre el circuito correspondiente a la malla M₁ y M₂.

4. Mida las corrientes intercalando el amperímetro en cada malla.

5. Mida las ddp sobre cada una de las resistencias y registre los valores en la hoja de datos.

    Cuestionario

1. Se sabe que la ec.[1] se relaciona con la conservación de la carga. Explique porque.

2. Se sabe que las ec.[2] se relacionan con la conservación de la energía. Explique porque?

3. Si en la misma posición que ocupan las resistencias estas se invirtiesen, cambiaría el sentido de las corrientes? Porque?

4. A que se denomina malla, rama y nudo?

5. Como esta conformado el sistema de ecuaciones independientes necesario para resolver el circuito?.

BIBLIOGRAFIA

• "Fundamentos de electricidad y magnetismo", A. Kip.

• "Electricidad y magnetismo", Sears.

• “University Physics”, Sears, Zemansky, Young.

• “Curso Superior de Física Práctica” Tomo II, Worsnop, Flint – Ed. EUdeBA .

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ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO

Hoja  de datos

 VERIFICACION DE LAS LEYES DE KIRCHOFF

Datos sobre componentes utilizados:

Estudio de una sola Malla:

Estudio de dos Mallas: