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Formación para la Investigación Escuela de Física, Facultad de Ciencias Universidad Industrial de Santander Construimos Futuro 1 ESTUDIO DE CIRCUITOS RESISTIVOS POR SIMULACIÓN Maria José Eguis Rodriguez – 2191999 Emerzon Steven Mendoza Quintero - 2200790 María Juliana Riatiaga Salamanca - 2201737 Daniel Rodriguez Resumen En el presente informe se estudiarán las diferentes configuraciones de los circuitos eléctricos, para ello es necesario conocer las características de los componentes básicos de los circuitos (resistencias y fuentes). Se reconocieron tres tipos de circuitos según la posición de sus elementos: circuitos en serie, paralelo y mixto. Se analizará la variación de la resistencia equivalente para diferentes configuraciones. INTRODUCCIÓN Durante el desarrollo de este trabajo de investigación se estudiarán la estructura de los circuitos eléctricos, para ello tomaremos un factor importante y es conocer las propiedades intrínsecas de los componentes esenciales de los circuitos eléctricos que para este trabajo los señalaremos según la posición de sus elementos que serán: circuitos en serie, circuitos en paralelo y circuitos mixtos. Igualmente nos enfocaremos en un punto importante que es la RESISTENCIA ELECTRICA, observaremos las características, aparatos que permiten la medición de la resistencia eléctrica, el concepto de potencia, determinación de las resistencias, esto para los circuitos en serie, paralelo o mixto, todo este trabajo para poder obtener una mejor comprensión acerca del comportamiento de la corriente eléctrica, frente al concepto de resistencia. OBJETIVOS GENERALES • Estudiar la circulación de la corriente eléctrica por los diferentes tipos de circuito resistivos que son: paralelos, mixtos, en serie con ayuda del simulador de la universidad de colorado. Formación para la Investigación Escuela de Física, Facultad de Ciencias Universidad Industrial de Santander Construimos Futuro 2 OBJETIVOS ESPECIFICOS • Determinar la resistencia equivalente en los diferentes casos de circuitos. • Corroborar experimentalmente la ley de ohm. Estudiar la caída de potencial de cada tipo de circuito a través del simulador de la universidad de colorado. FUNDAMENTO TEÓRICO Los circuitos eléctricos se conforman por elementos conectados entre sí, y estos permiten el paso de la corriente eléctrica, se conectan mediante materiales o elementos conductores. Los circuitos resistivos son los más sencillos para analizar debido a que son circuitos que solamente están conformados por resistencias, conductores y una fuente de energía. En los cursos de Electromagnetismo se recomienda iniciar el análisis de circuitos con este tipo de ellos, ya que le facilita al (la) estudiante la comprensión sobre los temas de resistencia eléctrica, corriente eléctrica y leyes como lo es la Ley de Ohm METODOLOGÍA Para esta práctica de laboratorio necesitamos usar un simulador el cual nos permitirá estudiar el comportamiento del potencial, la resistencia y corriente en los diferentes tipos de circuitos ya sean en serie, paralelos o mixtos. Para eso utilizaremos el siguiente simulador: Simulador de la universidad de colorado https://phet.colorado.edu/sims/html/circuit-construction-kit-dc-virtual-lab/latest/circuit-construction-kit-dc-virtual-lab_en.html Formación para la Investigación Escuela de Física, Facultad de Ciencias Universidad Industrial de Santander Construimos Futuro 3 Para esto llenaremos cuatro diferentes tablas y analizaremos el comportamiento en los diferentes circuitos, por lo cual seguiremos los siguientes pasos: 1. Procedemos a llenar la tabla número uno, para la cual debemos asignar cinco diferentes valores a las resistencias puestas en un circuito en serie y conectándolas a una batería y a esta le asignamos un Formación para la Investigación Escuela de Física, Facultad de Ciencias Universidad Industrial de Santander Construimos Futuro 4 voltaje, haciendo uso de nuestro voltímetro y de nuestro amperímetro medimos la diferencia de potencial en los extremos del circuito y la corriente que pasa en cada resistencia y con estos datos llenamos nuestra tabla. 2. Para llenar la tabla numero dos armamos nuestro circuito, pero esta vez en paralelo y le la misma manera que en el anterior hacemos las asignaciones de los valores a las resistencias y procedemos a diligenciar la tabla del mismo modo 3. Para llenar la tabla numero 3 procedemos a hacer un circuito mixto como el que está en la figura número 8-A del documento del proyecto y determinamos los valores entre los puntos (A y B) y (X y Y) con los cueles diligenciamos nuestra tabla. 4. Para el diligenciamiento de la tabla número cuatro procedemos a hacer lo mismo que para la tabla anterior solo que esta ves usaremos como referencia el circuito mixto de la figura 8-B en los puntos A, B, C y D. TRATAMIENTO DE DATOS. Tabla 1 Determinación de la resistencia equivalente de un circuito en serie R1 Ω 10 R2 Ω 20 R3 Ω 30 R4 Ω 40 R5 Ω 20 Vo (batería) VR1 3,33 IR1 0,33 R equivalente 40v VR2 6,67 IR2 0,33 120Ω VR3 10 IR3 0,33 VR4 13,33 IR4 0,33 VR5 6,67 IR5 0,33 𝑅𝑒𝑞𝑢𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑒 = 10Ω + 20Ω + 30Ω + 40Ω + 20Ω 𝑅𝑒𝑞𝑢𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑒 = 120Ω Formación para la Investigación Escuela de Física, Facultad de Ciencias Universidad Industrial de Santander Construimos Futuro 5 𝑉 𝐼 = 𝑅 40 𝐼 = 𝐼 = 120 1 𝐴 3 𝑃𝑔𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑑𝑎 = 𝐼 ∗ 𝑉 1 𝑃𝑔𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑑𝑎 = 3 ∗ 40 40 𝑃𝑔𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑑𝑎 = 3 𝑊 𝑃𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑖𝑑𝑎 = 𝐼 2 ∗ 𝑅 1 2 𝑃𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑖𝑑𝑎 = ( ) 3 ∗ 120 40 𝑃𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑖𝑑𝑎 = 3 𝑊 Tabla 2 Determinación de la resistencia equivalente de un circuito en paralelo R1 Ω 10 R2 Ω 20 R3 Ω 30 R4 Ω 40 R5 Ω 20 Vo (batería) VR1 30 IR1 3 R equivalente 30v VR2 30 IR2 1,5 3,871Ω VR3 30 IR3 1 VR4 30 IR4 0,75 VR5 30 IR5 1,5 Formación para la Investigación Escuela de Física, Facultad de Ciencias Universidad Industrial de Santander Construimos Futuro 6 𝑅𝑒𝑞𝑢𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑒 = 1 1 1 1 1 1 10 + 20 + 30 + 40 + 20 120 𝑅𝑒𝑞𝑢𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑒 = 31 Ω 𝑉 𝐼 = 𝑅 30 𝐼 = 𝐼 = 120 31 31 𝐴 4 𝑃𝑔𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑑𝑎 = 𝐼 ∗ 𝑉 31 𝑃𝑔𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑑𝑎 = 𝑃𝑔𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑑𝑎 = ∗ 30 4 465 𝑊 2 𝑃𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑖𝑑𝑎 = 𝐼 2 ∗ 𝑅 31 2 𝑃𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑖𝑑𝑎 = ( 4 ) 120 ∗ 31 𝑃𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑖𝑑𝑎 = 465 𝑊 2 Formación para la Investigación Escuela de Física, Facultad de Ciencias Universidad Industrial de Santander Construimos Futuro 7 Tabla 3 Determinación de la resistencia equivalente de un circuito mixto R equivalente AB=55 Ω (Calcular) VT= 60V I(R1-R2) 0,55 V(A-B) 60 VR1 5,45 I(R2-R4) 0,55 V(X-Y) 10,91 VR2 10,91 I(R1-R3) 0,55 V(A-Y) 16,36 VR3 16,36 VR4 43,64 𝑅𝑒1 = 𝑅1 + 𝑅2 𝑅𝑒1 = 10Ω + 20Ω 𝑅𝑒1 = 30Ω 1 𝑅𝑒2 = 1 1 𝑅𝑒1 + 𝑅3 1 𝑅𝑒2 = 1 1 30 + 30 𝑅𝑒2 = 15 Ω 𝑅𝑒𝑞𝑢𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑒 = 𝑅𝑒2 + 𝑅4 𝑅𝑒𝑞𝑢𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑒 = 15Ω + 40Ω 𝑅𝑒𝑞𝑢𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑒 = 55Ω 𝑉 𝐼 = 𝑅 60 𝐼 = 55 Formación para la Investigación Escuela de Física, Facultad de Ciencias Universidad Industrial de Santander Construimos Futuro 12 8 𝐼 = 𝐴 11 𝑃𝑔𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑑𝑎 = 𝐼 ∗ 𝑉 12 𝑃𝑔𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑑𝑎 = 11 ∗ 60 720 𝑃𝑔𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑑𝑎 = 11 𝑊 𝑃𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑖𝑑𝑎 = 𝐼 2 ∗ 𝑅 12 2 𝑃𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑖𝑑𝑎 = (11 ) ∗ 55 𝑃𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑖𝑑𝑎 = 720 𝑊 11 Tabla 4 Determinación de la resistencia equivalentede un circuito mixto R equivalente =21.33 Ω (Calcular) VT= 40V I(R1-R2) 0,87 V(A-B) 40 VR1 10 I(R2-R3) 0,25 V(X-Y) 17,50 VR2 17,50 I(R4-R5) 1,12 V(A-Y) 22,50 VR3 7,50 I(R4-R3) 0,25 V(B-Y) 17,50 VR4 30 VR5 22,50 𝑅1 ∗ 𝑅2 𝑅𝑒1 = 𝑅 +𝑅2 + 𝑅3 1 Formación para la Investigación Escuela de Física, Facultad de Ciencias Universidad Industrial de Santander Construimos Futuro 12 9 10 ∗ 20 𝑅𝑒1 = 10 + 20 + 30 Formación para la Investigación Escuela de Física, Facultad de Ciencias Universidad Industrial de Santander Construimos Futuro 10 10 𝑅𝑒1 = 3 Ω 𝑅1 ∗ 𝑅3 𝑅𝑒2 = 𝑅 +𝑅2 + 𝑅3 10 ∗ 30 𝑅𝑒2 = 10 + 20 + 30 𝑅𝑒2 = 5 Ω 𝑅2 ∗ 𝑅3 𝑅𝑒3 = 𝑅 +𝑅2 + 𝑅3 20 ∗ 30 𝑅𝑒3 = 10 + 20 + 30 𝑅𝑒3 = 10 Ω 𝑅𝑒4 = 𝑅𝑒2 + 𝑅4 𝑅𝑒4 = 5 + 40 𝑅𝑒4 = 45Ω 𝑅𝑒5 = 𝑅𝑒3 + 𝑅5 𝑅𝑒5 = 10 + 20 𝑅𝑒5 = 30 Ω 𝑅𝑒5 ∗ 𝑅𝑒4 𝑅𝑒6 = 𝑒4 + 𝑅𝑒5 30 ∗ 45 1 1 𝑅 Formación para la Investigación Escuela de Física, Facultad de Ciencias Universidad Industrial de Santander Construimos Futuro 11 𝑅𝑒6 = 30 + 45 Formación para la Investigación Escuela de Física, Facultad de Ciencias Universidad Industrial de Santander Construimos Futuro 12 𝑅𝑒6 = 18 Ω 𝑅𝑒𝑞𝑢𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑒 = 𝑅𝑒6 + 𝑅𝑒1 10 𝑅𝑒𝑞𝑢𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑒 = 18Ω + 3 Ω 64 𝑅𝑒𝑞𝑢𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑒 = 3 Ω 𝑉 𝐼 = 𝑅 40 𝐼 = 64 3 15 𝐼 = 𝐴 8 𝑃𝑔𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑑𝑎 = 𝐼 ∗ 𝑉 15 𝑃𝑔𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑑𝑎 = ∗ 40 8 𝑃𝑔𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑑𝑎 = 75𝑊 𝑃𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑖𝑑𝑎 = 𝐼 2 ∗ 𝑅 15 2 64 𝑃𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑖𝑑𝑎 = ( 8 ) ∗ 3 𝑃𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑖𝑑𝑎 = 75𝑊 Formación para la Investigación Escuela de Física, Facultad de Ciencias Universidad Industrial de Santander Construimos Futuro 13 ANÁLISIS DE RESULTADOS. Al revisar los datos obtenidos encontramos resultados muy satisfactorios cumpliendo con los estándares de este laboratorio. Se encontró que la potencia generada y la consumida cumple con el balance de potencias y esto quiere decir que además de que los simuladores están funcionando muy bien también como estudiantes realizamos correctamente la toma de datos para llegar a estos resultados tan buenos. Se encontró algunas características de los circuitos como la de que los circuitos en serie tienen una corriente constante a diferencia de los en paralelo, pero hay algo que presentan los de paralelo y es que el voltaje es constante en cualquier punto del circuito cosa que no presentan los circuitos en serie. Para poder lograr llegar a estos resultados fue necesario investigar más a fondo acerca de las resistencias equivalentes en los circuitos mixtos ya que hay casos como el que se presenta para llenar la tabla numero cuatro que no se hacer por un método tan conocido, pero al final logramos entender el circuito y solucionarlo de manera satisfactoria. CONCLUSIONES Haciendo uso del voltímetro podemos ver la diferencia de potencial en los circuitos y percatarnos de que, dependiendo de su organización en serie paralelo o mixto, para las cinco resistencias ofrecen diferentes cambios de potencial en el caso del circuito en serie el potencial cambia y en el caso del circuito en paralelo el potencial no cambia. Haciendo uso del amperímetro podemos ver que la corriente entre las resistencias puede variar o no dependiendo del tipo de circuito que sea, en este caso podemos determinar que la corriente varia en un circuito mixto y paralelo cosa que no pasa en un circuito en serie el cual siempre su corriente es constante. Podemos también determinar cómo actúan las resistencias en los diferentes circuitos, y gracias a la experimentación podemos determinar que dependiendo de la organización de las resistencias la resistencia equivalente puede variar. REFERENCIAS Circuitos Eléctricos - Aprende Electricidad paso a paso dese cero. (2020, 4 agosto). Aprende electricidad. https://www.aprendeelectricidad.com/circuitos-electricos/ http://www.aprendeelectricidad.com/circuitos-electricos/ http://www.aprendeelectricidad.com/circuitos-electricos/ Formación para la Investigación Escuela de Física, Facultad de Ciencias Universidad Industrial de Santander Construimos Futuro 14 StuDocu. (s. f.). ESTUDIO DE CIRCUITOS RESISTIVOS CON SIMULACIÓN. https://www.studocu.com/co/document/universidad-industrial-de-santander/fisica- ii/practica/estudio-de-circuitos-resistivos-con- simulacion/9469792/view131923&lang=es&site=eds-live Como Calcular RESISTENCIA EQUIVALENTE o TOTAL 🅰 Circuito mixto [Class #4] (2018, 23 de Septiembre) https://www.youtube.com/watch?v=RZht29yIg3Y ANEXOS https://www.studocu.com/co/document/universidad-industrial-de-santander/fisica-ii/practica/estudio-de-circuitos-resistivos-con-simulacion/9469792/view131923%26lang%3Des%26site%3Deds-live https://www.studocu.com/co/document/universidad-industrial-de-santander/fisica-ii/practica/estudio-de-circuitos-resistivos-con-simulacion/9469792/view131923%26lang%3Des%26site%3Deds-live https://www.studocu.com/co/document/universidad-industrial-de-santander/fisica-ii/practica/estudio-de-circuitos-resistivos-con-simulacion/9469792/view131923%26lang%3Des%26site%3Deds-live http://www.youtube.com/watch?v=RZht29yIg3Y Formación para la Investigación Escuela de Física, Facultad de Ciencias Universidad Industrial de Santander Construimos Futuro 15 Este material fue desarrollado por Melba Johanna Sanchez, Adriana Rocio Lizcano Dallos, M.Sc y David Alejandro Miranda Mercado, Ph.D, en el marco del proyecto titulado “Fortalecimiento de las capacidades científicas y tecnológicas para lograr una mejor formación para la investigación por medio de mejores laboratorios de física para ciencia e ingeniería”, fase 1: re-enfoque metodológico. Para el desarrollo de esta actividad se contó con el apoyo de Jorge Humberto Martínez Téllez, Ph.D, Director de la Escuela de Física, David Alejandro Miranda Mercado, Ph.D, Decano de la Facultad de Ciencias y Gonzalo Alberto Patiño Benavides, Ph.D, Vicerrector Académico de la Universidad Industrial de Santander. Bucaramanga, 07 de noviembre de 2017 Version 2 Resumen INTRODUCCIÓN METODOLOGÍA TRATAMIENTO DE DATOS. 𝑉 𝑅 𝐼 = 1 3 1 (1) 40 3 (1) 40 (1) 1 1 1 120 𝑉 (1) 𝑅 (1) 𝐼 = (1) 31 4 31 (1) ∗ 30 465 2 31 2 ∗ 𝑊 VT= 60V 1 30 + 30 𝑉 𝑅 𝐼 = 𝐼 = 𝐴 11 12 720 12 2 ∗ 55 𝑊 VT= 40V 10 ∗ 20 10 10 ∗ 30 20 ∗ 30 30 ∗ 45 10 (1) 64 𝑉 𝑅 𝐼 = 64 15 15 (1) ∗ 40 15 2 64 ANÁLISIS DE RESULTADOS. CONCLUSIONES REFERENCIAS simulacion/9469792/view131923&lang=es&site=eds-live ANEXOS
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