Fem, resistencia interna, .... 4to informe

Universidad Nacional de Ingeniería
“Ciencia y Tecnología al servicio del País”
Facultad de Ingeniería Mecánica

4er Informe de Laboratorio
de Física III
EXPERIMENTO: Fuerza electromotriz,
resistencia interna, eficiencia y potencia
de una fuente de corriente continua.

Profesor
Dr. José Venegas R.

Integrantes
Magallanes Escate, Lucero 20114157K ______________

Gallardo Esteves, Juan Carlos 20114032C ______________

Chávez Luján, Kevin Cesar 20110264G ______________

Sección Fecha de entrega
C 05 − 04 − 2012


ÍNDICE

1) Resumen 3

2) Título: FEM, resistencia interna, eficiencia y potencia de una FCC 4

 Antecedente experimental 4
 Fundamento Teórico 4

3) Materiales y equipos 17

4) Procedimiento y resultados 21

5) Discusión de resultados 24

 Conclusiones 27
 Sugerencias 28

6) Referencias bibliográficas 28

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RESUMEN DEL EXPERIMENTO

El presente informe tiene como objetivos principales hallar de manera experimental la
fuerza electromotriz (FEM), la resistencia interna y la eficiencia de la pila a utilizar como
fuente de corriente continua, así como también aprender e interpretar el armado de un
circuito eléctrico, manipular correctamente el amperímetro y el voltímetro para hacer las
mediciones experimentales de la intensidad de corriente eléctrica y voltaje, y por último
verificar con los datos experimentales las leyes de Kirchhoff.

Para la realización de esta experiencia fue necesaria la utilización de los siguientes
materiales: una fuente de corriente continua (pila), un amperímetro, un voltímetro y una
resistencia variable.
.
Luego con la ayuda de la guía de laboratorio se procedió a armar el circuito de la figura 2
de la guía. Una vez listo esto, se tomó el máximo valor de la resistencia variable, y
posteriormente de disminuyó su magnitud de tal manera que V disminuyera en 0,1 volt
hasta que la magnitud de la resistencia se hiciera cero o muy cercana a 0. Para finalizar
se realizó este mismo procedimiento pero con el circuito de la figura 5 de la misma guía.
De los datos obtenidos podemos hallar una relación determinada entre el voltaje y la
corriente, a su vez podemos hallar la eficiencia y potencia de la FEM, podemos
comprobar que el valor máximo de la potencia será cuando la resistencia externa y la
interna sean iguales y a su vez se conseguirá una eficiencia del 50%.

Palabras clave: Corriente contínua, resistencia interna, eficiencia, potencia.

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FEM, RESISTENCIA INTERNA, EFICIENCIA Y POTENCIA DE UNA
FUENTE DE CORRIENTE CONTINUA
ANTECEDENTE EXPERIMENTAL

REPRESENTACIÓN ESQUEMÁTICA DEL FENÓMENO

Armado del circuito de la figura 2

Armado del circuito de la figura 5

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FUNDAMENTO TEÓRICO
1. Fuerza electromotriz

La fuerza electromotriz (fem) es toda causa capaz de mantener una diferencia de
potencial entre dos puntos de un circuito abierto o de producir una corriente
eléctrica en un circuito cerrado. Es una característica de cada generador eléctrico.
La fuerza electromotriz E, en un circuito se encarga de establecer una diferencia
de potencial con lo cual se crea corriente en un circuito. El valor de la fem E se
expresa en voltios y nos indica la diferencia de potencial del positivo (+) de la
batería con respecto al negativo (-).
2. Resistencia interna

Todas las baterías poseen un valor de resistencia interna r lo cual hace que el
potencial de un borre (+) con respecto al otro (-) sea diferente al valor de su fem E
consideremos que el circuito exterior tiene una resistencia total R entonces al
aplicar la ley de kirchoff de las mallas.

E – ir – iR=0

En donde el valor de i puede ser obtenido con un amperímetro, con lo cual se
puede determinar el valor de E para i=0, así mismo como la corriente de corto
circuito icc cuando V=0, como E=0 y Ncc no se podrán tener como dato directo
esto se lograra extrapalondra la recta.

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3. Eficiencia y Potencia de una Fuente

La potencia de una fuente es la rapidez con que se entrega energía por parte de la
batería al circuito definido en general como P=IV, para nuestro caso calcularemos
la potencia externa dada al circuito sabiendo que tiene una definición de potencial
V entre los bordes de la batería y una resistencia total R y una intensidad i como:

Pext = i2R = E2R/(R+r)2
En donde al derivar “P” respecto a R, se cumple que la potencia máxima se halla
cuando:

Y de aquí se obtiene que la potencia máxima es:

Debido a que la potencia total es la que ofrece la batería P TOTAL=Ei; se definió la
eficiencia como la relación entre la potencia consumido y la potencia dada por la
batería

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CÁLCULOS Y RESULTADOS
1. Calculo de la resistencia de nicrom en el paso 1:

En el paso 1 utilizamos la resistencia de máxima longitud y por ende de máximo
valor.
La diferencia de potencial medida por el galvanómetro fue:

Y el valor de la intensidad de corriente eléctrica medida por el amperímetro fue:

Entonces el valor de la resistencia de nicrom fue:

Y nos piden la resistencia por unidad de longitud; la longitud de la resistencia
máxima es:

Y la resistencia por unidad de longitud es:

2. Obtener el valor de la fem, la intensidad de corto circuito y la resistencia interna:

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Para el 1er circuito:

i xi yi xiyi Xi2

1 0.44 0.8 0.352 0.1936

2 0.54 0.7 0.378 0.2916

3 0.65 0.6 0.39 0.4225

4 0.74 0.5 0.37 0.5476

5 0.85 0.4 0.34 0.7225

6 0.97 0.3 0.291 0.9409
7 1.03 0.25 0.2575 1.0609
∑ 5.22 3.55 2.3785 4.1796

Ajustando la recta mínima cuadrática:

De donde:

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La ecuación de la grafico como ya vimos es:

Y el intercepto de esta grafica con el eje Y nos dará el valor la FEM y el intercepto
con el eje X nos dara el valor de la intensidad de corto circuito:

Hallamos el valor de la resistencia interna:

31


Para el 2do circuito:
i xi yi xiyi Xi2

1 0.42 0.7 0.294 0.1764

2 0.48 0.6 0.288 0.2304

3 0.57 0.5 0.285 0.3249

4 0.62 0.4 0.248 0.3844

5 0.73 0.3 0.219 0.5329

6 0.8 0.2 0.16 0.64

∑ 3.62 2.7 1.494 2.289

Ajustando la recta mínima cuadrática:

De donde:

La ecuación de la grafico como ya vimos es:
31


Y el intercepto de esta grafica con el eje Y nos dara el valor la FEM y el intercepto
con el eje X nos dara el valor de la intensidad de corto circuito:

Hallamos el valor de la resistencia interna:

3. Hallar la resistencia para cada medida tomada

1er circuito

L (cm) V (voltios) I (ampere) R (ohmios)
94 0.8 0.44 1.8181
67 0.7 0.54 1.296296
43 0.6 0.65 0.923
29 0.5 0.74 0.675675
15.5 0.4 0.85 0.470
5.5 0.3 0.97 0.3092
0.2 0.25 1.03 0.2427

2do circuito

L (cm) V (voltios) I (ampere) R (ohmios)
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100 0.7 0.42 1.666
69 0.6 0.48 1.25
51 0.5 0.57 0.877
30 0.4 0.62 0.6451
12 0.3 0.73 0.4109
6.5 0.2 0.8 0.25

4. Cálculo del valor de la resistencia para la cual la “potencia exterior” es la máxima:

Para el 1er circuito:
La ecuación para la potencia exterior viene dada por:

Donde:

Entonces:

GRAFICA :

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Según la teoría la potencia exterior es máxima cuando:

Entonces calculamos por extrapolación calculamos R

Para el 2do circuito:
La ecuación para la potencia exterior viene dada por:

Donde:

31


Entonces:

GRAFICA :

Según la teoría la potencia exterior es máxima cuando:

Entonces calculamos por extrapolación calculamos R

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5. Relación entre la resistencia interna r y la resistencia de carga R cuando la
potencia exterior disipada es máxima:

Con los resultados en los pasos anteriores podemos calcular las intensidades para
las potencias exteriores máximas de ambos circuitos.

• 1er circuito

La resistencia de carga es:

Pero la resistencia interna es:

• 2do circuito

La resistencia de carga es:

Pero la resistencia interna es:

Teóricamente r y R deben de ser iguales cuando la potencia es máxima entonces
se obtiene los porcentajes de error para cuantificar la devocacion del experimento.

• 1er circuito

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• 2do circuito

Obtuvimos mayor error en el primer circuito.

6. Calculo de la potencia total cuando la potencia exterior es máxima:

• 1er circuito

Entonces la potencia total es:

• 2do circuito

Entonces la potencia total es:

7. En que condiciones la potencia total cedida por la fuente seria máxima y que valor
tendría dicha potencia:

Según la teoría, decir que la potencia total cedida por la fuente sea máxima

indica también que la eficiencia debe ser máxima, entonces el término debe ser

muy pequeño, esto ocurre si o , pero decir que i=0 indica un circuito

abierto lo cual no es de mucha utilidad. Entonces para obtener la mayor potencia
entregada por la fuente r=0.
Entonces la función de potencia P=f(i) resuelve una función lineal.

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P(i)= Ei, esta da la potencia para cualquier valor de i, pero como i=E(r+R), con
r=0 entonces P=E2/R.
Entonces la potencia para cualquier valor de R del circuito es:

8. Que diferencia existe entre los circuitos 1 y 2, serán iguales las lecturas en los
instrumentos en los 2 circuitos para un mismo valor de R?,¿Por qué?

Tanto el amperímetro como el voltímetro, por un circuito interno, el orden en que
estén conectados determinar la lectura de V e I que se obtendrá. Sea RA y Ri con
IA y IV, las resistencias y corrientes del amperímetro y multímetro, V la lectura del
voltaje del Voltímetro y E la fem de la fuente. Entonces en el circuito #1 para la
medición del valor de R.
R=V/IR=V/IA – IV = V/IA – V/RV = V/I – V/RV
Por el circuito #2
R=VR/IA = V - VA/IA = V – IA RA/ IA = V/I - RA
Entonces se obtiene que para las 2 conexiones si tenemos diferentes expresiones
para la medición del valor de R, en donde R tendrá el mínimo valor en ambos

circuitos si y sólo si o V/RV=0 y como V ≠0 entonces RV= , pero esto
nunca ocurre pues el galvanómetro dentro de amperímetro y voltímetro nunca
tiene resistencia cero, sino un valor numeral distinto de ∞.
Por lo tanto esto explica la diferencia entre los 2 circuitos.
Debido a esto los valores de E1 y E2 con lcc11 y lcc2, son distintos en muy poca
diferencia pues solo debemos ser iguales en el caso ideal. Sin embargo al
observar las gráficas N°1 y N°2 se nota que las rectas de ajuste son muy similares.

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FUNDAMENTO TEÓRICO

Efectos de la corriente eléctrica.

• Voltaje, tensión o diferencia de potencial

El voltaje, tensión o diferencia de potencial es la presión que ejerce una fuente de suministro
de energía eléctrica o fuerza electromotriz (FEM) sobre las cargas eléctricas o electrones en
un circuito eléctrico cerrado, para que se establezca el flujo de una corriente eléctrica.
A mayor diferencia de potencial o presión que ejerza una fuente de FEM sobre las cargas
eléctricas o electrones contenidos en un conductor, mayor será el voltaje o tensión existente
en
el circuito al que corresponda ese conductor.

Las cargas eléctricas en un circuito cerrado fluyen del polo negativo al polo positivo de la
propia fuente< de fuerza electromotriz.

La diferencia de potencial entre dos puntos de una fuente de FEM se manifiesta como la
acumulación de< cargas eléctricas negativas (iones negativos o aniones), con exceso de
electrones en el polo negativo (–) < y la acumulación de cargas eléctricas positivas (iones
positivos o cationes), con defecto de electrones< en el polo positivo (+) de la propia fuente de
FEM.

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A la izquierda podemos apreciar la estructura completa de un átomo de cobre (Cu) en estado
"neutro”, con un solo electrón girando en su última órbita y a la derecha un "ión" cobre,
después que el átomo ha< perdido el único electrón que posee en su órbita más externa.
Debido a que en esas condiciones la< carga positiva de los protones supera a las cargas
negativas de los e lectrones que aún continúan< girando en el resto de las órbitas, el ión
se denomina en este caso "catión", por tener carga positiva.<

En otras palabras, el voltaje, tensión o diferencia de potencial es el impulso que necesita una
carga eléctrica para que pueda fluir por el conductor de un circuito eléctrico cerrado. Este
movimiento de las cargas eléctricas por el circuito se establece a partir del polo negativo de la
fuente de FEM hasta el polo positivo de la propia fuente.

• Corriente eléctrica

 La corriente eléctrica es el flujo de portadores de
carga eléctrica, normalmente a través de un cable metálico o cualquier otro
conductor eléctrico, debido a la diferencia de potencial creada por un
generador de corriente.
La ecuación que la describe en electromagnetismo, en donde es la densidad
de corriente de conducción y es el vector normal a la superficie, es

 Históricamente, la corriente
eléctrica se definió como un flujo de cargas positivas y se fijó el sentido
convencional de circulación de la corriente como un flujo de cargas desde el
polo positivo al negativo. Sin embargo, posteriormente se observó, gracias al
efecto Hall que en los metales los portadores de carga son negativas, estos
son los electrones, los cuales fluyen en sentido contrario al convencional.
 Una corriente eléctrica, puesto que se trata de un
movimiento de cargas, produce un campo magnético.
 En el Sistema Internacional de Unidades, la unidad
de medida de la intensidad de corriente eléctrica es el amperio, representado
con el símbolo A.

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 El aparato utilizado para medir corrientes eléctricas
pequeñas es el galvanómetro.
 Cuando la intensidad a medir supera el límite que los
galvanómetros, que por sus características, aceptan, se utiliza el Amperímetro.

Cuando un cuerpo es atravesado por la corriente eléctrica se producen 3 efectos:

a) Efecto calorífico: al atravesar la corriente eléctrica un cuerpo, éste se calienta.
Es el efecto Joule.
b) Efecto químico: la corriente eléctrica es capaz de descomponer ciertas
sustancias. (electrólisis).
c) Efecto magnético: siempre que hay corriente eléctrica se produce un campo
eléctrico que sirve para mover elementos mecánicos. Es el principio de
funcionamiento de los motores.
d)

Intensidad de la corriente eléctrica.

Es la cantidad de carga Q (se mide en Culombios) que atraviesan la sección de un

conductor en la unidad de tiempo.
I= Q/t

I: Amperios; Q: Culombios; t: segundos;

1A=1C/1s

CORRIENTE CONTINUA: Flujo o movimiento de electrones libres en una dirección. Estos
electrones libres salen del mismo conductor como por ejemplo un alambre de cobre.

Cuando los electrones libres se mueven en una dirección, ellos solo viajan una distancia
muy corta, o sea cada electrón se mueve una fracción de distancia, pero el efecto total es
como si un electrón se moviera a través de todo el conductor

Figura 1

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Suponga que hay un tubo lleno con pelotas de ping-pong. Si usted mete otra pelota – A-
una sale por el otro extremo – B-. en el interior del tubo la pelota solo se mueve una
distancia, pero el efecto se siente en todo el tubo.
Esto es lo que pasa en un circuito eléctrico. Las bolas de ping-pong son los “electrones”,
cada cual empujando a otro, aunque cada electrón se mueve solo a una corta distancia.

Figura 2

En el circuito de la figura 3 ( y en cualquier circuito otro circuito) cuando se cierra un
interruptor, los electrones se mueven en la dirección indicada. Esto pasa en todo el
circuito y al mismo tiempo.

Figura 3

Por cada electrón que sale del Terminal negativo de la pila, llega uno inmediatamente al
Terminal positivo de la misma. La corriente es, para términos prácticos, instantánea en
todo circuito.

Amperio la unidad de medida
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La unidad de medida de la corriente es el amperio. Se relaciona con dos factores:
La cantidad de electrones libres y el tiempo en segundos.

La corriente en amperios también se denomina Intensidad de corriente y se representa
con la letra I, y es la cantidad de electrones por unidad de tiempo.

Un amperio o (A), es la medida de la cantidad de electrones libres que pasan por un
punto de un conductor en un segundo. La cantidad de electrones libres de que estamos
hablando es muy grande: 6.280.000.000.000.000.000. Esta cantidad se llama Culombio.
Si un culombio pasa por un punto dado de un conductor en un segundo, tenemos un
amperio de flujo de corriente.

Qué ocurre si pasan dos columbios en un segundo en este caso tendríamos dos
amperios.

La necesidad de corriente continúa

La corriente continua es aquella que fluye en una sola dirección y que no cambia en el
tiempo a la corriente continua también se le llama corriente directa y se representa con las
siglas CC y CD.

Se produce una fuente de voltaje (con un Terminal positivo y uno negativo) como una pila,
una batería o una fuente de poder o convertidor.

Si usted mira alrededor y piensa en los equipos electrónicos que se usan hoy en los
hogares o en la industria, encontrará que todos equipos electrónicos necesitan corriente
continua (CC).

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METODOS DE PRODUCCION DE LA CORRIENTE CONTINUA CC

PILAS Y BATERIAS: La pila o celda básica almacena energía en forma química. Cuando
se libera esa energía, se convierte en energía eléctrica para nuestro uso. Pila básica esta
formada por dos placas de metales diferentes (Zinc Carbón), sumergidas en una solución
química.

Varias celdas básicas o pilas se pueden conectar en serie y se forma una sola batería.

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Celda: Es un elemento electroquímico básico que produce electricidad.
Batería: dos o más celdas conectadas juntas.
Celda primaria: Aquella que no es recargable
Celda Secundaria: Aquella que es recargable.

La batería de zinc – carbón o pila seca

Las características básicas de una pila de carbón son:
- tiene larga duración
- Produce 1.5 voltios
- Es la pila más usada
- Viene en tamaños AAA, AA, C y D
- Es una celda primaria
- Mientras más grande la pila produce más corriente en un periodo de tiempo

Estas pilas se encuentran juguetes radios, equipos. Hay que recordar que estas pilas por
ser de tipo primario no se pueden recargar.

Pila Alcalina

La principal ventaja es que produce mayor corriente en periodos de tiempo largos.
Aunque es más costosa que la zinc-carbón su duración compensa con el valor. Algunos
tipos de pilas alcalinas son recargables.
Las pilas alcalinas son ideales para alimentar lámparas de destello en fotografía, juguetes
con motores, linternas y otros equipos que requieren una corriente más o menos alta.

Pila de mercurio:

Las características básicas son:

- entrega aproximadamente de 1.33 a 1.4 voltios con una rata de descarga muy
constante.
- Es muy pequeña, algunas son tal delgadas como una aspirina.
- Tienen alta eficiencia.
- Son primarias o sea no recargables.

La pila de Níquel Cadmio:

Las pilas de Níquel-Cadmio se encuentran en tamaños comunes y en formas especiales.
Si es un sola celda produce 1.25 voltios. Generalmente se encuentran agrupadas en serie
formando baterías recargables de diferentes voltajes.

Su principal ventaja consiste en que se puede recargar hasta 1.000 veces en muchos
casos.

Las pilas o baterías Níquel-Cadmio se usan cuando recargas y una larga vida
especialmente en equipos portátiles de radio-comunicación linternas recargables y otros
aparatos.
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Las baterías de plomo-acido

Uno de los tipos de baterías más usados como suministro de corriente continua son las de
plomo acido, también llamadas acumuladores.

Estas son las que utilizan los automóviles y se pueden recargar muchas veces.

Se fabrican con voltajes de 6 y 12 voltios y 24 voltios y su característica más importante
es la alta corriente que pueden suministrar.

31


Fuerza Electromotriz

Cuando se mide con un voltímetro la diferencia de potencial en los terminales en de una
batería, siempre se extrae algo de corriente para poder excitar al instrumento. Dado
que esta corriente es provista por la batería, la lectura del voltímetro será diferente
que la FEM E . En general debería observarse:

V = E – I.r [1]
Donde I es la corriente y r la resistencia interna de la batería. Se concluye entonces que el
voltaje en los terminales de la fuente será siempre diferente (teóricamente menor) que su
FEM si se extrae corriente de ella.

Cuando se conecta un voltímetro directamente a una
batería (ver figura a la derecha) las únicas resistencias en
el circuito son, la interna del instrumento, RV, y la
resistencia interna de la batería, r. Dado que se puede
suponer que no existe caída de potencial en los cables de
conexión, el potencial en los extremos AB del voltímetro, es
el mismo que el potencial en la batería, CD. Entonces, la
corriente, I, en el circuito, que es la misma que circula por el
instrumento, viene dada por la ley de Ohm:

I = V / RV [2]
Donde I es la corriente suministrada por la batería. (Como ya vimos la resistencia interna
de un instrumento es un dato provisto por el fabricante).

Ahora bien, el potenciómetro es un instrumento para la medición de diferencia de
potencial sin que se requiera extraer corriente de la fuente a medir.
El método consiste en balancear la FEM a medir contra una diferencia de potencial,
determinada por la FEM de una celda patrón conocida.
Una celda patrón es una celda química la cual no está diseñada para entregar potencia sino
que se caracteriza por mantener siempre una diferencia de potencial precisa y conocida
entre sus terminales.

En el circuito de la Fig.1, cuando las llaves, L1 y L2, están abiertas (I3 = 0; I1 = I2), la
circulación de corriente toma lugar exclusivamente por el circuito formado por E y la
resistencia Rab y estará dada por la ley de Ohm
Fig.1

E Voltios
i= [ ]
R ab Ohm

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La diferencia de potencial entre los puntos a y c del circuito vendrá dada por
Vc − Va = Rc , a • i [3]
E
= Rc , a • [4]
Rab

Es decir, la diferencia de potencial dependerá de la posición del punto “c” con respecto al
punto “a”. Por ello, el valor de esta diferencia de potencial puede variar desde cero (0),
cuando ambos puntos coinciden, hasta el valor de la diferencia de potencial provista por la
fuente de tensión, E, cuando el punto “c” coincide con el punto “b”. RL es la resistencia que
limita la corriente en caso de no disponerse de una fuente de tensión variable en la que
pueda seleccionarse el voltaje.
Al cerrar la llave L1, para una posición cualquiera del punto “c”, en general circulará una
corriente, I3, por Ep, con lo que la distribución de corrientes en el circuito se habrá modificado
totalmente.
Supongamos que E > Ep . En este caso, el valor de la diferencia de potencial entre c y a
estará dado por:

Vc −Va = Rc , a • i2 [5] O por Vc − V a = E p − R A • i 3
[6]

Con RA = resistencia interna del amperímetro. Despejando de esta última la corriente i3:

E p − (Vc −Va )
i3 =
RA

[7]

Esta corriente se anula cuando

E p =Vc −Va [8]

Si modificamos la posición del punto “c” hasta conseguir la situación planteada por la ec.
[8], se obtiene el equilibrio de la rama y por consiguiente:
i3 = 0 ⇒ i2 = i1

De aquí que, en el equilibrio, todo sucede como si la llave L1 estuviera abierta siendo válidas
entonces las ec. [3] y [4].
Bajo estas circunstancias, esta ecuación permite determinar la FEM desconocida a partir de
los valores de la tensión provista por la fuente E, la resistencia Ra,b y de la resistencia Rc,a
necesaria para anular la corriente i3
Combinando las ec. [3] y [8]:

E p = Rc , a • i
[9]

Obsérvese que para poder medir la FEM incógnita, se debe cumplir que

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E > Ep y además que la diferencia de potencial Vc,a debe estar en oposición. (los bornes + y
- conectados a los mismo punto del circuito)

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MATERIALES Y EQUIPOS

• Una resistencia variable (puente unifilar)
• Una fuente de corriente continua (pila)

• Un amperímetro de 0-1 A • Un
voltímetro

Figura 1. Amperímetro
Figura 2. Voltímetro

• Cables

Figura 3. Cables

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PROCEDIMIENTO Y RESULTADOS

 Paso 1: Arme el circuito de la figura 2 de la guía de laboratorio y usando el
máximo valor de la resistencia variable R (su máxima longitud) anote las
indicaciones del amperímetro y del voltímetro.

Fig. 7: Circuito armado

0.963 1.005 0.22 4.6058
0.900 1.000 0.24 4.1492
0.800 0.990 0.26 3.7623
0.700 0.955 0.28 3.4312
0.600 0.945 0.31 3.0142
0.500 0.895 0.35 2.5697
0.400 0.850 0.39 2.2164
0.300 0.810 0.46 1.7456
0.200 0.725 0.55 1.3167
0.150 0.700 0.58 1.2033
0.100 0.600 0.69 0.8719
0.050 0.550 0.75 0.7320

Tabla N°1

 Paso 2: Disminuya la magnitud de R de modo que V disminuya en 0.1 voltio y
anote las indicaciones del amperímetro y del voltímetro así como la magnitud de
R, esta última puede ser expresada en unidades de longitud por ser alambre con
sección transversal constante.

 Paso 3: Arme el circuito mostrado en la figura 5 de la guía de laboratorio que es
una modificación de la figura 2.

 Paso 4: Repita el paso dos, en cada caso la lectura del voltímetro será 0.1 voltios
menor que la lectura correspondiente al caso dos.

TABLA N° 2

0.963 0.875 0.230 2.5213
0.900 0.850 0.235 2.4498
0.800 0.825 0.240 2.3870
0.700 0.805 0.270 2.0592
0.600 0.770 0.300 1.7970
0.500 0.645 0.320 1.6495
0.400 0.600 0.350 1.4599
0.300 0.525 0.410 1.1638
0.200 0.455 0.450 1.0103
0.150 0.315 0.490 0.8819
0.100 0.250 0.590 0.6370
0.050 0.150 0.650 0.5262

2

 CÁLCULOS Y RESULTADOS:

1) Con los valores del paso 1 del procedimiento, halle la resistencia por unidad
de longitud del alambre de nicrom.

De la tabla 1 tomamos los valores máximos:

Fig. 8. Gráfica R vs l

3

2) Con los valores del paso 2 grafique el cual, según la ecuación (1)
debe ser una recta de pendiente negativa. De aquí por extrapolación obtener
el valor de la FEM y de . Halle también

Estos resultados se grafican de acuerdo a la ecuación (donde .

Fig. 9: Gráfica V vs i

a) Se sabe que para el paso 2 se cumple la ecuación , con ello según la
grafica. , donde ; (ver tabla 1)

b) La corriente de cortocircuito es aquella que fluye cuando R es cero. Entonces:

4

3) Determine el valor de R para cada medida tomada.

Evaluando en la ecuación , la resistencia R para cada medida es

0.963 1.005 0.22 4.6058
0.900 1.000 0.24 4.1492
0.800 0.990 0.26 3.7623
0.700 0.955 0.28 3.4312
0.600 0.945 0.31 3.0142
0.500 0.895 0.35 2.5697
0.400 0.850 0.39 2.2164
0.300 0.810 0.46 1.7456
0.200 0.725 0.55 1.3167
0.150 0.700 0.58 1.2033
0.100 0.600 0.69 0.8719
0.050 0.550 0.75 0.7320
como se muestra en el siguiente cuadro.
TABLA N° 3

En la gráfica se observa que la resistencia varía con la longitud, sin embargo esta
variación no depende estrictamente de la longitud sino también de la resistividad del
material.

4) Con los valores de y conociendo las constantes E y , grafique
similar a la de la figura 4. Cuál es la resistencia para la cual la” potencia
exterior” es la máxima.

Se sabe que , para lo cual obtendremos el siguiente cuadro de
potencia e intensidad. Donde ;

TABLA N° 4

1.005 0.22 0.2229
1.000 0.24 0.2390
0.990 0.26 0.2543
0.955 0.28 0.2690
0.945 0.31 0.2897
0.895 0.35 0.3148
0.850 0.39 0.3371
0.810 0.46 0.3694
0.725 0.55 0.3983
0.700 0.58 0.4048
0.600 0.69 0.4151
5

0.550 0.75 0.4112

Fig. 10. Gráfica P vs i

Teóricamente la Resistencia es máxima cuando

5) De los resultados experimentales, deduzca qué relación existe entre la
resistencia interna y la resistencia de carga R cuando la potencia exterior
disipada es la máxima.

Del circuito aplicando la ley de Kirchhoff se tiene que:

Cuando A, donde R=0.8795Ω

Se observa que la relación entre la resistencia interna y la resistencia de carga R
cuando la potencia disipada es máxima es aproximadamente igual a 1.

6) ¿Cuál es la potencia total cuando la potencia exterior es la máxima?

La potencia externa es máxima cuando A

6

7) ¿En qué condiciones la potencia total cedida por la fuente seria máxima y
que valor tendría dicha potencia?

Se observa en la ecuación siguiente que la potencia total depende linealmente de la
intensidad. , sin embargo esto esta limitado por el instante en que
se producirá el cortocircuito, instante en que la potencia total cedida será máxima, es
decir cuando

8) ¿Qué diferencia existe entre los circuitos de la figura 2 y la figura 5. Serán
iguales las lecturas en los instrumentos en los dos circuitos para un mismo
valor de R? ¿Por qué?

Grafica para el circuito de la figura 5 de la guía:
TABLA N° 5

0.963 0.875 0.230 2.5213
0.900 0.850 0.235 2.4498
0.800 0.825 0.240 2.3870
0.700 0.805 0.270 2.0592
0.600 0.770 0.300 1.7970
0.500 0.645 0.320 1.6495
0.400 0.600 0.350 1.4599
0.300 0.525 0.410 1.1638
0.200 0.455 0.450 1.0103
0.150 0.315 0.490 0.8819
0.100 0.250 0.590 0.6370
0.050 0.150 0.650 0.5262

7

Fig. 11. Gráfica V vs i
Se sabe que para el paso 3 se cumple la ecuación , con ello según la grafica.
, donde ;
Para comprobar si las medidas de los instrumentos serán iguales tomamos valores para
intensidad de corriente y voltaje, luego calculamos la resistencia.
Para =0.805, = 0.27
=3.59Ω; =2.059Ω
Con ello podemos concluir que las medidas serán diferentes debido a la presencia de la
resistencia interna de la fuente.
Datos adicionales

TABLA N° 6

Intensida Resistencia
ԑ Eficiencia
d interna
1,206 0,22 0,876 0,840
1,206 0,24 0,876 0,826
1,206 0,26 0,876 0,811
1,206 0,28 0,876 0,797
1,206 0,31 0,876 0,775
1,206 0,35 0,876 0,746
1,206 0,39 0,876 0,717
1,206 0,46 0,876 0,666
1,206 0,55 0,876 0,600
1,206 0,58 0,876 0,579
1,206 0,69 0,876 0,499
1,206 0,75 0,876 0,455

8

Fig. 12. Gráfica n vs i

 CONCLUSIONES

• Se puede concluir que se cumple una relación lineal entre la longitud del cable que
hace de resistencia y el valor de la resistencia propiamente dicha.

• Se una relación entre R y r casi igual en la potencia máxima, por lo que podemos
confirmar que R es igual a r y obedece a la teoría planteada en clase.

• A mayor intensidad de corriente y menor voltaje la eficiencia es mayor, pero la
potencia es menor.

• Se obtiene una relación en la resistencia que cumple con la fórmula conocida.

• Si bien hay tramos en los cuales la resistencia toma un valor casi lineal en ciertas
posiciones varía de forma diferente.

• Se comprueba una eficiencia aproximada al 50% cuando al resistencia interna es
cercana a la externa.

• De la gráfica de potencia vs intensidad de corriente se puede comprobar que el valor
máximo de la potencia sería cuando la corriente toma su valor de corto circuito.

• Se logra determinar de fuerza electromotriz (FEM), utilizando los datos tomados en el
experimento mediante una simple extrapolación en la grafica

9

• Se logra comprobar experimentalmente la igualdad teórica entre la resistencia interna
de la fuente y la resistencia variable, con una diferencia despreciable.

• Se determina experimentalmente la resistencia interna de la fuente, potencia,
corriente de cortocircuito mediante dos circuitos distintos.

• Comprobamos experimentalmente que la eficiencia de la fuente depende linealmente
de la razón entre la resistencia interna de la fuente y la fuerza electromotriz.

• Se logra comprobar experimentalmente que la resistencia por unidad de longitud es
constante, con ello podemos decir que la resistividad del alambre de Nicrom es
constante

10

 SUGERENCIAS

• Para armar correctamente el circuito eléctrico se recomienda empezar por la fuente,
hiendo secuencialmente por cada parte que lo conforma.

• Si bien se deben tomar valores tal que la variación del voltaje sea de 0.1V más del
anterior, es recomendable tomar más valores para poder encontrar una mejor gráfica,
en nuestro caso, tomamos valores cada 5cm de longitud.

• Desarrollar la experiencia de forma rápida para impedir que la pila se descargue y
varíen los resultados de forma no deseada.

• Debe asegurarse de la escala que se tenga en el voltímetro, de tal manera que para
las mediciones se pueda observar las variaciones, y así obtener mejores resultados.

• Tener bien fijos las conexiones que se hagan con los cables, de lo contrario variará
algunos datos.

• Tomar puntos adecuados para los resultados (las mediciones) no exactamente como
toma la guía, de 0.1 voltio, porque el voltímetro no exactamente dará las medidas
pedidas.

• Tomar como referencia puntos extremos del alambre que faciliten la obtención de
datos.

• Tener en cuenta que en las gráficas obtenidas, estas deben de pasar por el origen, si
no se cumple esto en el presente informe, es porque existe un margen de error en las
mediciones.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

 Facultad de Ciencias – UNI, Manual de Laboratorio de Física General. Cap. I.
Facultad de Ciencias 2004.

 I.V.Saveliev – Curso de Física General (Tomo 2) – Primera Edición – Editorial MIR
Moscú 1982.

 S. Frisch A Timoreva – Curso de Física General (Tomo 2) – Segunda edición –
Editorial MIR Moscú 1973.

11

 Sears Zemansky Young Freedman – Física Universitaria Vol. 2 –Undécima edición
– Pearson educación, Inc. 2004.

 Sears Zemansky – Física General – Cuarta Edición – Addison Wesley Hongman
1957.

 http://enciclopedia.us.es/index.php/Potencia_el%C3%A9ctrica

 http://es.wikipedia.org/wiki/Cortocircuito

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