Ingenieria electrica ss14

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Preparación para la actividad colaborativa 1. Contesta las siguientes preguntas: a. ¿Qué produce al campo gravitacional? b. ¿Qué produce al campo eléctrico? c. ¿Qué produce al campo magnético? d. ¿Qué establece el principio de conservación de la energía? e. ¿Qué establece el principio de conservación de la carga? f. Completa los espacios en blanco de la tabla de variables relacionada con los campos eléctricos: Variables relacionadas con los campos eléctricos Variable Carga eléctrica Flujo eléctrico Densidad de flujo eléctrico Permitividad Intensidad de campo eléctrico Símbolo Unidad Símbolo g. ¿Cuánto vale la permitividad en el vacío? h. Completa los espacios en blanco de la tabla de variables relacionadas con los campos magnéticos: Variables relacionadas con los campos magnéticos Variable Flujo magnético Densidad de flujo magnético Permeabilidad Intensidad de campo magnético Símbolo ΦE B
Unidad Weber Wb/m2 Henry/m Símbolo Wb Tesla H/m 2. Define: ¿cuánto vale la permeabilidad en el vacío? Durante la actividad colaborativa 3. Reúnanse en equipos, y resuelvan los siguientes problemas: a. ¿Qué corriente circula por un conductor por el que pasan 100C durante 5s?

b. ¿Qué diferencia de potencial está presente dentro de un campo eléctrico, si para mover una carga de 10mC, se realiza un trabajo de 100mJ? c. ¿Qué potencia se disipa si circula una corriente de 2A a través de una diferencia de potencial de 12V? d. Indiquen con una X la casilla que corresponda con la fuente indicada: Controlada Fuente de Diagrama Sí No Voltaje Corriente

4. Relacionen las columnas de acuerdo a su definición. Red eléctrica Pueden ser las fuentes, resistencias, capacitores, inductores, transformadores, diodos, transistores, amplificadores operacionales, etc. Circuito Se le llama a la interconexión entre dos o más elementos eléctricos. Elemento de circuito Cuando se aplica una diferencia de potencial V, entre las terminales de un elemento resistivo con resistencia R, circula por el elemento una corriente I, que es directamente proporcional al voltaje aplicado e inversamente proporcional a la resistencia. Ley de Ohm La corriente que para por un conductor genera una intensidad de campo magnético H cerrado alrededor de él, y la expresión matemática que lo representa está dada por la fórmula:
Ley de Ampere El signo menos en la ley de Faraday nos indica que la corriente inducida circula de acuerdo al campo magnético, que se opone a crecimiento o decrecimiento del campo magnético inductor. Ley de Faraday Se le llama así si la red formada por dos o más elementos forma una trayectoria cerrada. Ley de Lenz La fuerza electromotriz (fem) inducida en un conductor que forma un circuito cerrado —cuando pasa en medio de él un flujo magnético que varía con el tiempo— está dada por la fórmula:
1. Observa el siguiente circuito y menciona cuántos nodos, mallas, ramas, lazos, fuentes independientes y fuentes dependientes existen. 2. Coloca tu respuesta en la tabla adjunta.

Figura 1. Circuito de observación Nodos Mallas Ramas Lazos Fuentes independientes Fuentes dependientes 3. Calcula la resistencia equivalente entre las terminales a y b del siguiente circuito:
Figura 2. Circuito para el cálculo de la resistencia equivalente 4. En el circuito anterior, ¿qué voltaje hay que conectar entre las terminales a y b para que circule una corriente
a través de la resistencia
? 5. En el circuito anterior, calcula los voltajes, la corriente y la potencia de la fuente de voltaje y de cada resistencia, utilizando la LVK y la ley de Ohm: a. Registra los valores en las tabla adjunta. b. Demuestra que la potencia entregada por la fuente es igual a la potencia disipada por las resistencias. Voltaje Corriente Potencia de la fuente Potencia de las resistencias Fuente de 10 V

Totales Tabla 1. Valores calculados de voltaje, corriente y potencia 5. Da la expresión matemática de la corriente i(t) que circula por una resistencia con las siguientes características: 1. Longitud,
2. Sección transversal de área
3. Hecho con plata cuya resistividad
4.
Preparación para la actividad colaborativa Objetivo: Distinguir el equipo de instrumentación utilizado en el laboratorio, y explicar su operación. Identificar las normas de seguridad, el reglamento y políticas aplicables al curso de laboratorio. Procedimiento: a. Conocer todo el equipo (instrumentación y software), con el que se trabajará a lo largo del curso. b. Conocer el equipo de instrumentación. c. Conocer las normas y medidas de seguridad, en el laboratorio, como el peligro de una descarga eléctrica, qué hacer antes de la práctica de laboratorio, y qué hacer durante la práctica de laboratorio d. Describir el objetivo de cada una de las prácticas de laboratorio. e. Conocer las políticas de trabajo y evaluación del curso. Resultados: a. Comenten con su instructor sobre las características más relevantes de los equipos de instrumentación, disponibles en el laboratorio. b. Comenten con su instructor sobre cuáles instrumentos de medición se encuentran disponibles, en el simulador de circuitos electrónicos utilizado en tu laboratorio. Realiza una simulación en donde utilices, al menos, 4 de estos instrumentos. c. Conocer las normas de seguridad, y su aplicación en caso de peligro. Durante la actividad colaborativa Reúnanse en equipos y realicen el procedimiento

Explicación: En esta práctica de introducción al laboratorio de electrónica tendrás la oportunidad de conocer todo el equipo, con el que trabajarás a lo largo del curso, así como las herramientas de software, que utilizarás para el desarrollo de las prácticas. El equipo básico del laboratorio de electrónica está conformado por: a. Multímetro digital (DMM) b. Osciloscopio con capacidad para análisis espectral de señales (FFT, Fast Fourier Transform) c. Generador de funciones d. Fuente de poder (fuente de voltaje) e. Pinzas de corriente f. Computadora de trabajo con software requerido: MULTISIM, MATLAB, OFFICE, etc. Desarrollo de la práctica: Haz clic en cada concepto para ver su detalle. Multímetro digital Los medidores digitales o multímetro digital (DMM) indican la cantidad que se está midiendo, en una pantalla numérica, en lugar de la aguja y la escala que emplean los medidores analógicos. Estos dispositivos están diseñados para medir voltaje de CD, voltaje de CA, corrientes de directa y alterna, temperatura, capacitancia, resistencia, inductancia, hfe (o beta de un transistor), conductancia, caída de voltaje en un diodo, etc. El osciloscopio Instrumento utilizado para medir señales de voltaje, que varían con el tiempo. Generalmente, cuenta con dos o más canales de entrada independientes; cada entrada puede utilizarse para medir y comparar diferentes formas de onda. Por ejemplo, la entrada y salida de un amplificador. El osciloscopio, en su modo de operación normal, grafica tiempo sobre el eje horizontal y voltaje sobre el vertical. El generador de funciones Este instrumento se utiliza para generar señales de voltaje, que varían con el tiempo, principalmente ondas senoidales, cuadradas y triangulares, las cuales pueden ser manipuladas en su simetría, frecuencia, periodo, amplitud, nivel de CD (DC offset) y ciclo de trabajo, para generar otro tipo de señales. Fuente de poder (o fuente de alimentación) Este instrumento desempeña el papel de una batería, que proporciona voltajes y corrientes variables, requeridos para energizar a los circuitos de cada uno de los experimentos de laboratorio. Software de simulación por computadora

Con estos programas podrás diseñar y simular cada una de las etapas de un circuito electrónico, utilizando una base de datos con todo tipo de componentes, como transistores, diodos, resistores, capacitores, inductores, transformadores, interruptores, circuitos integrados, etc. Amperímetro de gancho o pinza de corriente para CA Medidor con sensor inductivo para CA, que se emplea para medir corrientes en un inductor, sin tener que interrumpir el circuito que se mide. El medidor emplea el principio del transformador, para detectar la corriente. Recomendaciones de seguridad Normas y medidas de seguridad: a. Antes de comenzar a trabajar en el laboratorio, conoce la ubicación de los interruptores de circuito, y conoce qué hacer (persona y lugar) para solicitar ayuda en caso de un accidente. Para cualquier duda, pregunta a tu instructor en relación a este punto. b. Nunca trabajes solo en el laboratorio. c. No cambies las configuraciones de sistema de las computadoras del laboratorio. d. No muevas ni desconectes el equipo de trabajo disponible en la mesa de trabajo. e. No introduzcas alimentos ni bebidas al laboratorio, así como materiales tóxicos o inflamables. f. No coloques partes metálicas sobre la mesa de trabajo (clips, tijeras, reglas, bolígrafos, etc.), incluyendo alambres. Tampoco mochilas, ropa, o material que no sea requerido para la sesión de laboratorio. g. No uses audífonos o escuches música durante la sesión de laboratorio. h. Utiliza equipo con cables de alimentación, debidamente aterrizados. Pregunta de esto a tu instructor. i. Revisa el equipo de laboratorio, contactos, fusibles, interruptores, cables de alimentación, mesa de trabajo, y si observas algún daño, notifica de esto a tu instructor. j. También indícale si observas algún otro problema, — como humedad, goteras, chispas, vibración, sonidos extraños—, o si recibes un choque eléctrico (cosquilleo), al manipular algún equipo o parte de este. k. En general, es necesario que reportes inmediatamente a tu instructor cualquier condición de inseguridad, que detectes en el laboratorio.

l. Ten cuidado al insertar o remover una clavija de alimentación. Asegúrate de que el equipo correspondiente se encuentre apagado. Nunca tires del cordón para desconectar un equipo. m. Cuando realices conexiones o toques algún elemento de circuito, asegúrate de mantener el equipo apagado y desconectado. n. Recuerda que los capacitores pueden almacenar cargas eléctricas y ocasionar choques eléctricos, si no se manipulan apropiadamente, aunque no se encuentren conectados a la energía eléctrica. Si la capacitancia es de gran valor, esta puede cargarse a valores de voltaje altos. o. No trabajes en el laboratorio, si tu piel se encuentra húmeda. Además, utiliza zapatos apropiados (no utilices sandalias, huaraches o algún calzado con características similares). p. No utilices objetos metálicos, como brazaletes, collares, anillos, cadenas, relojes de pulso, etc. q. No te apoyes en superficies metálicas, partes de equipo, tuberías o soportes de tu mesa de trabajo. r. Si alguna persona recibe un choque eléctrico, inmediatamente desconecta la energía eléctrica, y aleja a la víctima de la fuente de electricidad, sin hacer contacto con ella (utiliza un objeto de madera, plástico, alguna prenda de vestir o un cinturón de plástico o piel). Posteriormente, solicita la ayuda de tu instructor, para que la víctima reciba atención médica especializada. Otras medidas a considerar en el laboratorio son las siguientes a. No excedas el voltaje, corriente o potencia, especificada en los componentes electrónicos. b. Observa cuidadosamente la polaridad de los capacitores electrolíticos, los cuales pueden explotar si se conectan de forma incorrecta. c. Toma en cuenta que los dispositivos electrónicos pueden sobrecalentarse en el momento de estar operando. d. Ten cuidado de los objetos punzocortantes, como puntas de cables, terminales de componentes discretos y de circuitos integrados.

e. El cautín es otro instrumento que puede causar accidentes, si se emplea en forma descuidada. Los cautines calientes desatendidos pueden causar quemaduras a personas, o ser causantes de incendios. f. Coloca siempre el cautín en su receptáculo cuando no se esté soldando. Asegúrate de apagarlo después de usarlo. g. El cabello largo y la ropa suelta pueden ser peligrosos, ya que pueden enredarse en tarjetas con circuitos impresos, en un cautín, en cables de alimentación, o en maquinaria en movimiento. h. Prohibido usar la computadora de la estación de trabajo, para navegar en la red. i. Prohibido bajar a la computadora del laboratorio documentos de la red. j. Prohibido instalar, en la computadora del laboratorio, cualquier tipo de aplicación.
1. Utiliza el análisis de nodos para calcular el voltaje, la corriente y la potencia de cada elemento del siguiente circuito. a. Registra los valores en la tabla adjunta. b. Demuestra que la potencia entregada por la fuente es igual a la potencia disipada por las resistencias.
Figura 1. Circuito para el cálculo con el análisis de nodos Voltaje Corriente Potencia de la fuente Potencia de las resistencias Fuente de 2mA Fuente de 5mA

Totales Tabla 1. Valores calculados de voltaje, corriente y potencia 2. Utiliza el análisis de mallas para calcular el voltaje, la corriente y la potencia de cada elemento del siguiente circuito. a. Registra los valores en la tabla adjunta. b. Demuestra que la potencia entregada por la fuente es igual a la potencia disipada por las resistencias.
Figura 2. Circuito para el cálculo con el análisis de mallas Voltaje Corriente Potencia de la fuente Potencia de las resistencias Fuente de 2mA Fuente de 5mA
Totales Tabla 1. Valores calculados de voltaje, corriente y potencia Preparación para la actividad colaborativa Objetivo: Generar habilidades en el manejo de la instrumentación electrónica, para la medición y cálculos de potencia instantánea, promedio y aparente. Procedimiento: Realizar mediciones de voltaje y corriente —tanto en CD como en CA— sobre diferentes circuitos, para desarrollar habilidades en el manejo del equipo de instrumentación.

Realizarás mediciones de voltaje en CD (Corriente Directa), utilizarás la fuente de poder y el multímetro digital (DMM); se llevan a cabo las siguientes funciones: a. Implementación del circuito b. Ajustes del multímetro (DMM) c. Medición de voltaje en la fuente de poder d. Medición de voltaje en el resistor e. Cálculos de potencia f. Medición de voltaje eficaz (rms) Realizarás mediciones de corriente en CD, aquí se va a medir la corriente que circula por el resistor R; en el circuito se llevaran a cabo las siguientes funciones: a. Implementación del circuito b. Medición de corriente c. Medición de la característica voltaje-corriente Realizarás mediciones de CD en circuitos simples; aquí comprobarás prácticamente las leyes básicas de los circuitos serie y paralelos. Además, medirás diferentes valores de resistores y compararás estos valores con su respectivo código de color; se llevarán a cabo las siguientes funciones: a. Mediciones en un circuito serie b. Cálculos de potencia en un circuito serie c. Mediciones en un circuito paralelo d. Cálculos de potencia en un circuito paralelo e. Medición de resistencias, resistencias en serie y en paralelo Utilizar el osciloscopio y generador de funciones, para medir las características de señales de voltaje que varían con el tiempo, las cuales se denominan señales de CA (corriente alterna). Acciones que se deben realizar: a. Configuración del osciloscopio b. Conexión de puntas de prueba c. Mediciones de voltaje de CD d. Manejo de generador de funciones e. Control de trigger del osciloscopio. Mediciones de parámetros de una onda senoidal. Resultados: Realiza una simulación por computadora, para cada uno de los circuitos implementados en esta práctica, y realiza una comparación entre los resultados analíticos, experimentales y de simulación por computadora.

Con los datos obtenidos, en el inciso de mediciones de parámetros de una onda senoidal, realiza los cálculos de potencia promedio, potencia aparente y potencia instantánea. Describe, con base en la experiencia adquirida en esta práctica, el funcionamiento de los principales controles del osciloscopio y del generador de funciones. Comenta las conclusiones de la presente práctica de laboratorio, y discute brevemente los logros obtenidos y las dificultades afrontadas. Explicación: En esta sección se realizan mediciones de voltaje y corriente —tanto en CD como en CA— sobre diferentes circuitos, con el fin de que desarrolles habilidades en el manejo del equipo de instrumentación. Para ello, se utilizan instrumentos de medición como el osciloscopio, el generador de funciones y el multímetro. Durante la práctica, se realizarán análisis teóricos, utilizando diferentes técnicas analíticas en algunos de los circuitos, para posteriormente comparar estos resultados con los que arrojan las mediciones del mismo. Para cada una de las mediciones y cálculos efectuados, debes agregar enseguida las unidades respectivas, por ejemplo: para mediciones de voltaje utiliza V, mV, V (rms), etc; para las de corriente, utiliza A, mA, A (rms), etc; para frecuencia, utiliza Hz o rad/s, según el caso, etc. Durante la actividad colaborativa Reúnanse en equipo y realicen la práctica que se describe a continuación. Desarrollo de la práctica Mediciones de voltaje en CD (Corriente Directa)
1. Calcula el equivalente de Norton entre las terminales a y b del circuito mostrado:
Figura 1. Circuito para el cálculo del equivalente de Norton y de Thevenin 2. Calcula el equivalente de Thevenin entre las terminales a y b del circuito anterior.

3. Por transformación de fuentes, demuestra la equivalencia entre el equivalente de Norton y el equivalente de Thevenin. 4. Calcula el equivalente de Norton entre las terminales a y b del circuito mostrado:
Figura 2. Circuito para el cálculo del equivalente de Norton y de Thevenin 5. Calcula el equivalente de Thevenin entre las terminales a y b del circuito anterior.
Preparación para la actividad colaborativa Objetivo: Generar habilidades en el manejo de la instrumentación electrónica, para la determinación del equivalente de Thevenin y Norton. Procedimiento: 1. Cálculos analíticos. Realizar los cálculos analíticos para determinar el equivalente de Thevenin y Norton en las terminales a y b del circuito mostrado. 2. Mediciones. Realizar mediciones de voltaje sobre la fuente de poder de 9V y sobre las resistencias de, para determinar el equivalente de Thevenin y Norton. Para realizar las mediciones de voltaje en CD (Corriente Directa), utilizarás el multímetro digital (DMM); se llevan a cabo las siguientes funciones: a. Implementación del circuito b. Ajustes del multímetro (DMM) c. Medición de voltaje en la fuente de poder d. Medición de voltaje en las resistencias 3. Simulación. Realizar la simulación del circuito implementado en esta práctica, utilizando CircuitLab. Resultados: 4. Realizar una comparación entre los resultados

a. Analíticos b. Experimentales c. De simulación por computadora 5. Comentar las conclusiones de la presente práctica de laboratorio, y discutir brevemente los logros obtenidos y las dificultades afrontadas. Durante la actividad colaborativa Explicación: 6. Reúnanse en equipos. 7. En esta sección, se realizan mediciones de voltaje en CD, sobre la fuente y las resistencias del circuito. 8. Para ello, se utiliza como instrumento de medición el multímetro. Durante la práctica, se realizará análisis teórico, utilizando las técnicas analíticas correspondientes, para posteriormente comparar estos resultados con los que arrojan las mediciones del mismo. Para cada una de las mediciones y cálculos efectuados, deben agregar enseguida las unidades respectivas, por ejemplo: para mediciones de voltaje utiliza V, mV, V (rms), etc; para las de corriente, utiliza A, mA, A (rms), etc; para frecuencia, utiliza Hz o rad/s, según el caso, etc. Desarrollo de la práctica: nediciones de los voltajes en CD (Corriente Directa) 9. Implementación del circuito Implementen el circuito que se ilustra en la figura. Realicen las conexiones correctas, manteniendo la fuente de poder apagada, observen cuidadosamente las polaridades de cada una de las terminales de su fuente de poder. Si la fuente de poder lo permite, antes de conectarla a tu circuito, ajusten su voltaje a su valor más bajo (por ejemplo, 0.5V), y después apáguenla. También asegúrense que la corriente de salida de la fuente de poder se encuentre calibrada en un valor adecuado, consulten esto con su instructor. Utilicen resistencias con valor de
10. Ajustes del multímetro (DMM)

Enciendan el DMM y ajústenlo, para medir voltaje de CD (voltaje de corriente directa). Conecten los cables (generalmente rojo para positivo y negro para tierra) del DMM en las terminales apropiadas. El cable rojo se conecta a la terminal etiquetada como V o HI (esta terminal también pueden ser de color rojo); el cable negro debe conectarse a la terminal etiquetada como LO o COM (que también puede ser de color negro). 11. Medición de voltaje en la fuente de poder Ahora, enciendan la fuente de poder, y observen la lectura que arroja el DMM, enseguida ajusten el voltaje de la fuente de poder a 9 V. Resultado de la medición Voltaje medido en la fuente de poder V = Resultado de la medición Voltaje VS VS= Voltaje V1 V1= Voltaje V2 V2= Voltaje V3 V3=
1. Da la expresión matemática de la corriente que circula por un inductor con las siguientes características: a. Longitud
b. Diámetro de la sección redonda
c. La permeabilidad del núcleo es 225 veces la del vacío
d. El alambre da 500 vueltas. e.
Figura 1. Inductor 2. Para el circuito mostrado, calcula los voltajes y la corriente en el inductor y en la resistencia bajo las siguientes circunstancias:

a. Inductor de inductancia
b.
c.
d. El interruptor se cierra en un tiempo t=0
Figura 2. Circuito RL 3. Da la expresión matemática del voltaje
que circula por un capacitor con las siguientes características: a. Separación de las placas
b. Sección transversal de área
c. Material dieléctrico entre las placas con permitividad, 24 veces la del vacío
d.
Figura 3. Capacitor 4. Para el circuito mostrado, calcula los voltajes y la corriente en el capacitor, y en la resistencia bajo las siguientes circunstancias: a. Capacitor con capacitancia
b. Resistor con resistencia
c. El interruptor cambia de la posición x, a la posición y inicial en un tiempo t=0.
Figura 4. Circuito RC

5. Para una topología de un circuito RLC serie sin fuente, obtén: a. La expresión para la corriente
b. Grafica
c. La expresión para el voltaje en la resistencia
d. La expresión para el voltaje en el capacitor
e. La expresión para el voltaje en el inductor
f. Grafica
Bajo las siguientes circunstancias: a. Inductor con inductancia
b. Capacitor con capacitancia
c. Resistor con resistencia
d.
Preparación para la actividad colaborativa Objetivo: Describir características y parámetros de funcionamiento de los circuitos RC y RL, con excitación constante y senoidal. Procedimiento: Realizar mediciones de voltaje y corriente, tanto en CD como en CA, sobre diferentes circuitos RC y RL, con el fin de observar su comportamiento, tanto en estado transitorio como en estado estable senoidal; además, determinar algunos parámetros de funcionamiento. Llevar a cabo la respuesta transitoria de un circuito RC, utilizarás el generador de funciones y el osciloscopio, para estudiar el comportamiento de un circuito RC ante un escalón de voltaje; se llevarán a cabo las siguientes funciones: a. Implementación del circuito b. Constante de tiempo c. Respuesta ante entrada senoidal Lleva a cabo la respuesta transitoria de un circuito RL, utilizarás el generador de funciones y el osciloscopio para estudiar el comportamiento de un circuito RL, ante un escalón de voltaje; se llevarán a cabo las siguientes funciones: a. Implementación del circuito b. Conecta el generador de funciones entre las terminales A y B del circuito c. Constante de tiempo d. Respuesta ante entrada senoidal Resultados:

Realiza una simulación por computadora, para cada uno de los circuitos implementados en esta práctica, y realiza una comparación entre los resultados analíticos, experimentales y de simulación por computadora. a. Con los datos obtenidos de ambos circuitos, responde ante entrada senoidal. Explicar las diferencias que existen en el comportamiento de los circuitos RC y RL, ante entradas senoidales de diferente frecuencia. b. Describir, con base en la experiencia adquirida en esta práctica, la operación o funcionamiento de los circuitos RC y RL. c. Comenta las conclusiones de la presente práctica de laboratorio, y discute brevemente los logros obtenidos y las dificultades afrontadas. Explicación: El circuito RC El fenómeno encontrado, en los circuitos resistivo-capacitivos (circuitos RC), es de importancia fundamental en el estudio de la ingeniería eléctrica. Estos circuitos pueden encontrarse dentro los equipos electrónicos, por ejemplo, en filtros analógicos o de manera no intencional, como un efecto de los propios conductores, los cuales presentan capacitancias parásitas y efectos resistivos. De hecho, estos circuitos representan una de las principales razones que limitan la velocidad en la que puede operar una computadora. Es muy importante que leas el material que presenta tu libro de texto acerca de los circuitos RC y RL, para que te encuentres preparado al realizar la presente práctica de laboratorio.
El comportamiento del voltaje, en el capacitor, a medida que este se carga, y que obedece la relación:
Donde
representa la constante de tiempo del circuito. Desarrollo de la práctica: En esta sección, se realizan mediciones de voltaje y corriente, tanto en CD como en CA, sobre diferentes circuitos RC y RL, con el fin de observar su comportamiento, tanto en estado transitorio como en estado estable senoidal. Además, determina algunos parámetros de

funcionamiento. Durante la práctica, seguirás desarrollando habilidades en el manejo del equipo de instrumentación. Para cada una de las mediciones y cálculos efectuados, debes agregar enseguida las unidades respectivas, por ejemplo: para mediciones de voltaje utiliza V, mV, V (rms), etc., y para las de corriente: A, mA, A (rms), etc.; finalmente, para frecuencia utiliza Hz o rad/s, según el caso.
Soluciona circuitos eléctricos en el dominio del tiempo, y comprueba su funcionamiento en el laboratorio. Instrucciones para realizar evidencia:80% Soluciona los siguientes circuitos eléctricos en el dominio del tiempo, tomando en cuenta los siguientes criterios: a. Realiza el análisis teórico b. Comprueba tus resultados realizando el experimento con el equipo del laboratorio 2. Observa el siguiente circuito y menciona cuántos nodos, mallas, ramas, lazos, fuentes independientes y fuentes dependientes existen. Escribe tu respuesta en la tabla adjunta.
Figura 1. Circuito de observación Nodos Mallas Ramas Lazos Fuentes independientes Fuentes dependientes 2. Determina la resistencia equivalente entre las terminales a y b del siguiente circuito: a. Realiza el cálculo analítico b. Comprobación práctica 1: comprueba el resultado con tres resistencias y un multímetro

¿Qué diferencia existe entre la resistencia calculada y la resistencia medida? Justifica la diferencia
Figura 2. Circuito para el cálculo de la resistencia equivalente 3. En el circuito mostrado, realiza el siguiente procedimiento: a. Coloca una fuente de voltaje independiente de 12V entre las terminales a y b. b. Indica con una flecha, en forma arbitraria, el sentido de la corriente que entrega la fuente. c. Indica con una flecha el sentido de la corriente en cada resistencia. d. Indica con la polaridad (+ y -) el voltaje en cada resistencia. e. Obtén todas las ecuaciones de las trayectorias posibles. f. Obtén todas las ecuaciones de nodo posibles.
Figura 3. Circuito para el cálculo de la resistencia equivalente 4. Para el circuito mostrado, calcula los voltajes, la corriente y la potencia de la fuente de voltaje y de cada resistencia utilizando la LVK y la ley de Ohm: a. Registra los valores en la tabla adjunta b. Demuestra que la potencia (entregada) por la fuente es igual a la potencia disipada (por las resistencias) c. Calcula el porcentaje de la potencia en la resistencia R2 respecto a la potencia en la fuente

Figura 4. Circuito para el cálculo de potencias Voltaje Corriente Potencia de las fuentes Potencia de las resistencias Fuente de 10 V
Totales Tabla 1. Valores calculados de voltaje, corriente y potencia del circuito 1 d. Cambia la resistencia
e. Registra los valores en la tabla adjunta f. Demuestra que la potencia (entregada) por la fuente es igual a la potencia disipada (por las resistencias) g. Calcula el porcentaje de la potencia en la resistencia R2 respecto a la potencia en la fuente Voltaje Corriente Potencia de las fuentes Potencia de las resistencias Fuente de 10 V
Totales Tabla 2. Valores calculados de voltaje, corriente y potencia del circuito 2 h. Cambia la resistencia
i. Registra los valores en la tabla adjunta j. Demuestra que la potencia (entregada) por la fuente es igual a la potencia disipada (por las resistencias) k. Calcula el porcentaje de la potencia en la resistencia R2 respecto a la potencia en la fuente

Voltaje Corriente Potencia de las fuentes Potencia de las resistencias Fuente de 10 V
Totales Tabla 3. Valores calculados de voltaje, corriente y potencia del circuito 3 l. Compara los porcentajes de los tres cálculos, y responde: i. ¿Para qué valor de R2 existe una máxima transferencia de potencia (energía)? ii. ¿Qué relación existe entre el valor de R2 para el que existe una máxima transferencia de potencia (energía) y el valor de R1 de 100Ω? ? m. Contesta la siguiente pregunta, investigando en fuentes confiables: ¿En qué consiste el teorema de la máxima transferencia de potencia (energía)? Comprobación práctica 2: Arma en el laboratorio el circuito mostrado en la figura 4, y mide los voltajes y las corrientes de la fuente de voltaje y de cada resistencia. Registra los valores en la tabla adjunta a. Calcula la potencia de cada elemento y obtén la suma b. ¿Qué diferencia existe entre la potencia entregada por la fuente y la potencia disipada por las resistencias? Justifica la diferencia Voltaje Corriente Potencia de las fuentes Potencia de las resistencias Fuente de 10 V
Totales Tabla 4. Valores medidos de voltaje, corriente y potencia del circuito 4 5. Calcula el equivalente de Norton entre las terminales a y b del circuito mostrado:

Figura 5. Circuito para el cálculo del equivalente de Norton 6. Calcula el equivalente de Thevenin entre las terminales a y b del circuito mostrado:
Figura 6. Circuito para el cálculo del equivalente de Thevenin 7. Da la expresión matemática de la corriente i(t) que circula por un capacitor con las siguientes características: a. Separación, d= 2μm b. Sección transversal de área, 10 cm2 c. Con un material dieléctrico entre las placas con permitividad 1.25 veces la del vacío d.
Figura 7. Capacitor 8. Para el circuito mostrado, calcula los voltajes y la corriente en el inductor y en la resistencia bajo las siguientes circunstancias: a. Inductor de longitud l = 1cm b. Sección transversal de área, 4mm2 c. Alambre con 125 vueltas d. Con un núcleo de permeabilidad 25 veces la del vacío e.
, f.
g. El interruptor se cierra en un tiempo t=0:

Figura 8. Circuito RL sin fuente Comprobación práctica 3: comprueba los resultados en el laboratorio. 9. Para una topología de un circuito RLC serie sin fuente críticamente amortiguada, obtén: a. El valor de la resistencia R b. La expresión para la corriente i(t) c. La gráfica de i(t) Bajo las siguientes circunstancias: a. Inductor de inductancia L = 10 mH b. Capacitor con capacitancia C = 1pF c. El interruptor se cierra en un tiempo t=0 Comprobación práctica 4: comprueba sus resultados en el laboratorio. Preparación para la actividad colaborativa Objetivos:  Analizar, teóricamente y de forma experimental, la forma de onda senoidal.  Analizar, teóricamente y de forma experimental, la respuesta forzada a funciones senoidales Haz clic en los botones para ver la información. Procedimiento  Analizar teóricamente y de forma experimental, la forma de onda senoidal, con el fin de determinar los componentes de amplitud, periodo, frecuencia y fase; se implementa el circuito 1 y se realizan las siguientes mediciones: o Amplitud o Periodo o Frecuencia

o Ángulo de fase  Analizar, teóricamente y de forma experimental, la relación de fases entre una señal adelantada y una señal atrasada; se implementa el circuito 2 y se realizan las siguientes mediciones: o Amplitud o Periodo o Frecuencia o Ángulo de fase Resultados  Tabular las características de las formas de onda: o Amplitud o Periodo o Frecuencia o Ángulo de fase  Determinar la frecuencia de la señal.  Graficar las formas de onda senoidal: o Indicar el valor de la amplitud o Indicar el valor del periodo o Indicar el valor del ángulo de fase Equipo y material  Generador de funciones  Osciloscopio  Resistor
 Capacitor
Durante la actividad colaborativa Procedimiento Explicación: Una onda senoidal se compone de amplitud
, frecuencia
y ángulo de fase
.

Figura 1. Ondas senoidales Imagen obtenidas de http://www.wolframalpha.com/ Solo para fines educativos.  La señal azul tiene una amplitud
, un periodo
y un ángulo de fase
.  La señal morada tiene una amplitud
, un periodo
y un ángulo de fase
. Desarrollo de la práctica: En esta sección se analizarán varias formas de onda generadas por el generador de funciones; este análisis se llevará a cabo realizando mediciones de la amplitud de voltaje, del periodo de la señal y de su ángulo de fase. Para cada una de las mediciones y cálculos efectuados, se deben agregar enseguida las unidades respectivas, por ejemplo: para mediciones de voltaje, utiliza mV, V (rms), etc.; para las de tiempo s, ms, etc.; y para las del ángulo de fase utiliza grados
o rad (según el caso). I. Forma de onda senoidal: circuito 1 a. Implementa el siguiente circuito, y realiza los cálculos y las mediciones que se indican más adelante.
Circuito 1. Forma de onda senoidal

b. Coloca el generador de funciones en señal senoidal. c. Con las amplitudes AG y frecuencias FG mostradas en la tabla, mide con el osciloscopio la amplitud y el periodo de cada señal. d. Calcula la frecuencia
y la frecuencia angular
de cada medición. e. Anota los resultados de estas mediciones y de estos cálculos en la siguiente tabla. f. Grafica las formas de onda de cada experimento. Generador de funciones Medición con el osciloscopio Cálculos
Amplitud AG
Frecuencia FG
Amplitud AO
Periodo PO = T
Frecuencia
Frecuencia angular
AG1 = 1 V 100Hz
AG 5 = 5 V
550Hz
AG 10 = 10 V 1kHz Tabla 1. Forma de onda senoidal II. Forma de onda senoidal desfasada: circuito 2 a. Implementa el siguiente circuito, con
y realiza los cálculos y las mediciones que se indican más adelante.
Circuito 2. Forma de onda senoidal desfasada

b. Coloca el generador de funciones en señal senoidal. c. Con las amplitudes AG y frecuencias FG mostradas en la tabla, mide con el osciloscopio la amplitud, el periodo y el desfasamiento que existe entre las dos señales
(o en grados) de cada señal, tanto en el canal 1 (C1) como en el canal 2 (C2). d. Calcula la frecuencia
, la frecuencia angular
y el desfasamiento
(o en grados) de cada medición. e. Mide el desfasamiento. f. Anota los resultados de estas mediciones y de estos cálculos en la siguiente tabla. g. Grafica las formas de onda de cada experimento. Generador de funciones Medición con el osciloscopio Cálculos
Amplitud AG
Frecuencia FG
Amplitud Vi
Amplitud Vo
Periodo PO = T
Desfasamiento
Frecuencia
Frecuencia angular
AG1 = 1 V 100 Hz
AG 5 = 5 V
550 Hz
AG 10 = 10 V 1 kHz
Tabla 2. Forma de onda senoidal desfasada. III. Escribe las reflexiones finales sobre lo que aprendiste.

1. Dado el circuito mostrado en la figura:
a. Calcula la corriente
en la resistencia
para los valores de dados en la tabla. b. Demuestra que la corriente en la resistencia del circuito mostrado es lineal: i. Comprobamos la aditividad ii. Comprobamos la homogeneidad
=
=
= 2. Sobre la misma gráfica, representa fasorialmente a: a.
b.
c.
Preparación para la actividad colaborativa Objetivo  Analizar, teóricamente y de forma experimental, la dependencia de la frecuencia en las reactancias. Haz clic en los botones para ver la información. Procedimiento

 Analizar, teóricamente y de forma experimental, la dependencia de la frecuencia en las reactancias capacitivas, con el fin de determinar los componentes de amplitud y fase; se implementa el circuito 1 y se realizan las siguientes mediciones: o Amplitud de corriente o Amplitud de voltaje  Analizar, teóricamente y de forma experimental, la dependencia de la frecuencia en las reactancias inductivas, con el fin de determinar los componentes de amplitud y fase; se implementa el circuito 1 y se realizan las siguientes mediciones: o Amplitud de corriente o Amplitud de voltaje Resultados  Tabular las características de las mediciones o Amplitud de corriente o Amplitud de voltaje Equipo y material  Generador de funciones  2 Multímetros digitales: o Voltímetro o Amperímetro  Resistor
 Capacitor
 Bobina (inductor): puede ser la bobina de algún relevador o transformador. Durante la actividad colaborativa Procedimiento Explicación: 1. Una impedancia capacitiva está dada por la fórmula:
En la que la reactancia es la componente:

Figura 1. Impedancia capacitiva (magnitud) en función de la frecuencia 2. Una impedancia inductiva está dada por la fórmula:
En la que la reactancia es la componente:
Figura 2. Impedancia inductiva (magnitud) en función de la frecuencia En esta sección se analizará la respuesta a varias formas de onda generadas por el generador de funciones.

Este análisis se llevará a cabo realizando mediciones de la amplitud de voltaje y de su ángulo de fase. Para cada una de las mediciones y cálculos efectuados, se deben agregar enseguida las unidades respectivas, por ejemplo: para mediciones de voltaje, utiliza mV, V (rms), etc.; para las de tiempo s, ms, etc.; y para las del ángulo de fase utiliza grados
o rad (según el caso). I. Impedancia capacitiva: circuito 1 a. Implementa el siguiente circuito con
Circuito 1. Medición de la reactancia capacitiva b. Coloca el generador de funciones en señal senoidal. c. Con las amplitudes AG y frecuencias FG mostradas en la tabla, mide con el amperímetro la corriente que se entrega al capacitor para cada señal. d. Mide con el voltímetro el voltaje que se entrega al capacitor para cada señal. e. Anota los resultados de estas mediciones y de estos cálculos en la siguiente tabla: o ¿Qué diferencia existe entre la reactancia
y la reactancia
? Generador de funciones Medición con el Amperímetro Cálculos
Amplitud AG
Frecuencia FG
Amperes
Volts
Reactancia
Reactancia
AG1 = 10 V 100 Hz

AG 5 = 10 V
550 Hz
AG 10 = 10 V 1 kHz Tabla 1. Reactancia capacitiva II. Impedancia inductiva: circuito 2 a. Implementa el siguiente circuito con
(recuerda que puede ser la bobina de algún relevador o transformador), y realiza los cálculos y las mediciones que se indican más adelante.
Circuito 2. Medición de la reactancia inductiva b. Coloca el generador de funciones en señal senoidal. c. Con las amplitudes AG y frecuencias FG mostradas en la tabla, mide con el amperímetro la corriente que se entrega al inductor (bobina) para cada señal. d. Mide con el voltímetro el voltaje que se entrega al inductor (bobina) para cada señal. e. Anota los resultados de estas mediciones y de estos cálculos en la siguiente tabla: o ¿Qué diferencia existe entre la reactancia
y la reactancia
? Generador de funciones Medición con el Amperímetro Cálculos
Amplitud AG
Frecuencia FG
Amperes
Volts
Reactancia
Reactancia

AG1 = 10 V 100Hz
AG 5 = 10 V
550Hz
AG 10 = 10 V 1kHz Tabla 2. Reactancia inductiva III. Escribe tus reflexiones finales sobre lo que aprendiste.
1. Obtén la representación fasorial
del voltaje
si: a.
b.
c.
. 2. Si se tiene una
, calcula la impedancia y admitancia de una: a.
b.
c.
3. Aplica las LTK en el circuito mostrado, para calcular la corriente que circula por la trayectoria cerrada, si
, si se tiene una
.
4. Aplica las LCK en el circuito mostrado para calcular el voltaje entre los nodos, si
si se tiene una
.

Preparación para la actividad colaborativa Objetivo:  Analizar, teóricamente y de forma experimental, la relación fasorial para R, L y C Haz clic en los botones para ver la información. Procedimiento  Analizar, teóricamente y de forma experimental, la relación fasorial para un resistor R. Esto con el fin de determinar los componentes de amplitud y fase; se implementa el circuito 1 y se realizan las siguientes mediciones: o Amplitud de la corriente o Amplitud del voltaje o Ángulo de fase  Analizar, teóricamente y de forma experimental, la relación fasorial para un inductor L. Esto con el fin de determinar los componentes de amplitud y fase; se implementa el circuito 1 y se realizan las siguientes mediciones: o Amplitud de la corriente o Amplitud del voltaje o Ángulo de fase  Analizar, teóricamente y de forma experimental, la relación fasorial para un capacitor C. Esto con el fin de determinar los componentes de amplitud y fase; se implementa el circuito 1 y se realizan las siguientes mediciones: o Amplitud de la corriente o Amplitud del voltaje o Ángulo de fase Resultados  Tabular las características de las formas de onda: o Amplitud de la corriente o Amplitud del voltaje

o Ángulo de fase  Graficar los fasores medido o Indicar el valor de la amplitud o Indicar el valor del ángulo de fase Equipo y material  Generador de funciones  Osciloscopio  Resistor
 Capacitor
 Bobina (inductor) que puede ser la bobina de algún relevador o transformador Durante la actividad colaborativa Procedimiento Explicación: 1. Una relación fasorial en un resistor está dada por la fórmula (Ley de Ohm):
Si
, entonces
El ángulo de fase
y el ángulo de fase
como se ilustra en la figura 1. El fasor del voltaje es
El fasor de la corriente es
Figura 1. Relación fasorial en un resistor 2. Una relación fasorial en un inductor está dada por la fórmula:
Si
entonces

El ángulo de fase
como se ilustra en la figura 2: El fasor del voltaje es
Figura 2. Relación fasorial en un capacitor 3. Una relación fasorial en un capacitor está dada por la fórmula:
Si
entonces
El ángulo de fase
como se ilustra en la figura 3: El fasor del voltaje es
Figura 3. Relación fasorial en un capacitor Desarrollo de la práctica: En esta sección se analizará la representación fasorial de una forma de onda generada por el generador de funciones sobre un resistor, sobre un inductor y sobre un capacitor. Este análisis se llevará a cabo realizando mediciones de la amplitud de voltaje, de la amplitud de la corriente y de su ángulo de fase. Para cada una de las mediciones y cálculos efectuados, se deben agregar enseguida las unidades respectivas, por ejemplo: para mediciones de voltaje, utiliza mV, V (rms), etc.;

para las de corriente, utiliza mA, A (rms), etc.; para las de tiempo s, ms, etc.; y para las del ángulo de fase utiliza grados
o rad (según el caso). I. Fasor resistivo: circuito 1 a. Implementa el siguiente circuito con
; realiza los cálculos y las mediciones que se indican más adelante.
Circuito 1. Medición del fasor resistivo b. Coloca el generador de funciones en señal senoidal, con amplitud
y frecuencia
c. Mide con el osciloscopio la amplitud
del voltaje
en la resistencia
. Nota: la medición sobre la resistencia r debe ser invertida (INV). La corriente en el circuito será:
d. Mide con el osciloscopio la amplitud
del voltaje
en el resistor
. e. Mide con el osciloscopio la diferencia de fase entre la señal
y
. f. Grafica los fasores del experimento. II. Fasor inductivo: circuito 2 a. Implementa el siguiente circuito con
(recuerda que puede ser la bobina de algún relevador o transformador), y realiza los cálculos y las mediciones que se indican más adelante.

Circuito 2. Medición del fasor inductivo b. Coloca el generador de funciones en señal senoidal, con amplitud
y frecuencia
. c. Mide con el osciloscopio la amplitud
del voltaje
en la resistencia
. Nota: la medición sobre la resistencia r debe ser invertida (INV). La corriente en el circuito será:
del voltaje
en el inductor L. e. Mide con el osciloscopio la diferencia de fase entre la señal
y
. f. Grafica los fasores del experimento. III. Fasor capacitivo: circuito 3 a. Implementa el siguiente circuito con
Circuito 3. Medición del fasor capacitivo b. Coloca el generador de funciones en señal senoidal, con amplitud
y frecuencia
c. Mide con el osciloscopio la amplitud
del voltaje
en la resistencia
.

Nota: la medición sobre la resistencia r debe ser invertida (INV). La corriente en el circuito será:
del voltaje
en el capacitor C. e. Mide con el osciloscopio la diferencia de fase entre la señal
y
. f. Grafica los fasores del experimento. IV. Escribe tus reflexiones finales de lo que aprendiste.
1. Si en el circuito mostrado
calcular:
a.
aplicando divisor de corriente b.
c.
d.
e.
f.
2. Si en el circuito mostrado . Utilizando el análisis de nodos, calcula:

a. Los voltajes de nodo: i.
ii.
b. Los voltajes de los elementos: i.
ii.
iii.
c. Las corrientes de los elementos: i.
ii.
iii.
Preparación para la actividad colaborativa Objetivo:  Analizar, teóricamente y de forma experimental, un circuito RC de corriente alterna a base de nodos. Haz clic en los botones para ver la información. Procedimiento  Analizar, teóricamente y de forma experimental, un circuito RC de corriente alterna a base de nodos, con el fin de determinar los componentes de amplitud y fase de los voltajes de nodo: o Se implementa el circuito y se realizan mediciones de amplitud de voltaje o Se calcula la amplitud de la corriente de cada elemento. Resultados  Tabular las características de los voltajes de nodo: o V1

o V2  Tabular las características de los voltajes de los elementos: o Vi o R1 o R2 o R3 o C  Tabular las características de las corrientes de los elementos: o Vi o R1 o R2 o R3 o C Equipo y material  Generador de funciones  Multímetro digital: o Voltímetro  Resistor
 Resistor
 Resistor
 Capacitor
Durante la actividad colaborativa Procedimiento Explicación: El análisis de nodos se realiza con las siguientes ecuaciones: Nodo V1:
Nodo V2:
En la que: 1.
es la fuente de corriente que llega al nodo V1. 2.
es la fuente de corriente que llega al nodo V2. 3.
es la suma de admitancias en el nodo V1.

4.
es la suma de admitancias en el nodo V2. 5.
es la admitancia que conecta el nodo 1 con el nodo 2. 6.
es la admitancia que conecta el nodo 1 con la fuente de voltaje. 7.
es la admitancia que conecta el nodo 2 con el nodo 1. Además, sabemos que:
Desarrollo de la práctica: En esta sección se analizará un circuito RC de corriente alterna a base de nodos. Este análisis se llevará a cabo realizando mediciones de la amplitud de voltaje y de la amplitud de la corriente. Para cada una de las mediciones y cálculos efectuados, se deben agregar enseguida las unidades respectivas, por ejemplo: para mediciones de voltaje, utiliza mV, V (rms), etc.; para las de corriente, utiliza mA, A (rms), etc.; para las de tiempo s, ms, etc.; y para las del ángulo de fase utiliza grados
o rad (según el caso). Análisis de nodos: Parte teórica: 1. Aplicando el análisis de nodos, calcula los voltajes de nodo
y
del circuito mostrado. 2. Con estos valores, calcula los voltajes y las corrientes en cada elemento del circuito 3. Anota los resultados de estos cálculos en la siguiente tabla: Elemento Voltaje Corriente
Vi
R1
R2

R3
C
Tabla 1. Cálculos teóricos Parte práctica: 4. Implementa el siguiente circuito con
, y realiza los cálculos y las mediciones que se indican más adelante.
Circuito 1. Análisis de nodos 5. Coloca el generador de funciones en señal senoidal, con amplitud
y frecuencia
6. Mide con el voltímetro la amplitud de V1. 7. Mide con el voltímetro la amplitud de V2. 8. Calcula la corriente en: a. R1 b. R2 c. R3 d. C 9. Anota los resultados de estas mediciones y de estos cálculos en la siguiente tabla: Elemento Voltaje Corriente
Vi
R1

R2
R3
C
Tabla 2. Mediciones y cálculos prácticos 10. Compara los resultados de los cálculos teóricos reportados en la tabla 1 con las mediciones, y cálculos prácticos reportados en la tabla 2. 11. Escribe tus reflexiones finales de lo que aprendiste.
1. Si en el circuito mostrado
, calcular:
a.
aplicando divisor de voltaje b.
c.
d.
e.
f.
3. Si en el circuito mostrado . Utilizando el análisis de mallas, calcular:

a. Las corrientes de malla: i.
ii.
b. Las corrientes de los elementos: i.
ii.
iii.
c. Los voltajes de los elementos: i.
ii.
iii.
Preparación para la actividad colaborativa Objetivo:  Analizar, teóricamente y de forma experimental, un circuito RC de corriente alterna a base de mallas. Haz clic en los botones para ver la información. Procedimiento  Analizar, teóricamente y de forma experimental, un circuito RC de corriente alterna a base de mallas, con el fin de determinar los componentes de amplitud y fase de las corrientes de malla: o Se implementa el circuito y se realizan mediciones de amplitud de voltaje o Se calcula la amplitud de la corriente de cada elemento Resultados  Tabular las características de las corrientes de malla: o I1 o I2

 Tabular las características de las corrientes de los elementos: o Vi o R1 o R2 o R3 o C  Tabular las características de los voltajes de los elementos: o Vi o R1 o R2 o R3 o C Equipo y material  Generador de funciones  Multímetro digital: o Voltímetro  Resistor
 Resistor
 Resistor
 Capacitor
Durante la actividad colaborativa Procedimiento Explicación: El análisis de mallas se realiza con las siguientes ecuaciones: Malla 1:
Malla 2:
Ecuaciones 1 En la que: 1.
es la fuente de voltaje dentro de la malla
. 2.
es la fuente de voltaje dentro de la malla
.

3.
es la suma de impedancias en la malla
. 4.
es la suma de impedancias en la malla
. 5.
es la impedancia que comparte la malla
con la malla
. 6.
es la impedancia que comparte la malla
con la malla
. Además, sabemos que:
Desarrollo de la práctica: En esta sección se analizará un circuito RC de corriente alterna a base de mallas. Este análisis se llevará a cabo realizando mediciones de la amplitud de voltaje y de la amplitud de la corriente. Para cada una de las mediciones y cálculos efectuados, se deben agregar enseguida las unidades respectivas, por ejemplo: para mediciones de voltaje, utiliza mV, V (rms), etc.; para las de corriente, utiliza mA, A (rms), etc.; para las de tiempo s, ms, etc.; y para las del ángulo de fase utiliza grados
o rad (según el caso). Análisis de mallas: Parte teórica: 1. Aplicando el análisis de mallas, calcula las corrientes de malla
e
del circuito mostrado. 2. Con estos valores, calcula los voltajes y las corrientes en cada elemento del circuito 3. Anota los resultados de estos cálculos en la siguiente tabla: Elemento Voltaje Corriente
Vi
R1
R2

R3
C
Tabla 1. Cálculos teóricos Parte práctica: 4. Implementa el siguiente circuito con
Circuito 1. Análisis de mallas 5. Coloca el generador de funciones en señal senoidal, con amplitud
y frecuencia
6. Mide con el voltímetro la amplitud de V1. 7. Mide con el voltímetro la amplitud de V2. 8. Calcula la corriente en: a. R1 b. R2 c. R3 d. C 9. Anota los resultados de estas mediciones y de estos cálculos en la siguiente tabla: Elemento Voltaje medido Corriente calculada
Vi
R1

R2
R3
C
Tabla 2. Mediciones y cálculos prácticos 10. Compara los resultados de los cálculos teóricos reportados en la tabla 1 con las mediciones y cálculos prácticos reportados en la tabla 2. 11. Escribe tus reflexiones finales de lo que aprendiste.
Soluciona circuitos eléctricos en el dominio de la frecuencia y comprueba su funcionamiento en el laboratorio. Instrucciones para realizar evidencia: 1. Dada una onda senoidal con amplitud
, frecuencia
y ángulo de fase
, obtén sus representaciones: a. Algebraica b. Gráfica 2. Representa gráficamente la relación de adelanto-atraso entre las señales
y
. 3. Obtén la respuesta forzada para un circuito RLC serie con fuente, si
. 4. Dado el circuito mostrado en la figura:
a. Calcula la corriente
en la resistencia
para los valores de dados en la tabla.

=
=
= b. Demuestra que la corriente en la resistencia del circuito mostrado es lineal: i. Comprobamos la aditividad ii. Comprobamos la homogeneidad 5. Sobre la misma gráfica, representa fasorialmente a: a.
b.
c.
6. Dados los siguientes elementos de circuitos
y una fuente de voltaje
: a. Calcula la impedancia y admitancia de cada elemento. b. Obtén la representación fasorial
. 7. Para el circuito mostrado:
a. Calcula el voltaje y la corriente en cada elemento utilizando los siguientes procedimientos:

b. Aplicar el análisis de nodos
Elemento
Voltaje
Corriente Fuente de voltaje
Fuente de corriente
c. Aplicar el análisis de mallas
Elemento
Voltaje
Corriente Fuente de voltaje
Fuente de corriente
d. Comprueba LTK en la trayectoria . e. Comprueba LCK en el nodo con los elementos R, L, C y fuente de corriente. Preparación para la actividad colaborativa Objetivos:  Analizar teóricamente y de forma experimental la potencia promedio en estado estable senoidal.

Haz clic en los botones para ver la información. Procedimiento  Analizar de forma experimental la potencia promedio en estado estable senoidal; se implementa el circuito 1 y se realizan las siguientes mediciones: o Voltaje o Corriente  Analizar teóricamente la potencia promedio en estado estable senoidal; con los datos en la tabla 1 se realizan los siguientes cálculos: o Potencia promedio o Resistencia “real” o % de error Resultados  Tabular las características de las mediciones: o Voltaje o Corriente o Potencia o Resistencia “real” o % de error  Demostrar que se cumple el principio de conservación de la energía.  Demostrar que el error está dentro de la tolerancia indicada por las resistencias. Equipo y material  Transformador:
y
 Multímetro  Resistores
Durante la actividad colaborativa Explicación: El cálculo de la potencia, tanto en la fuente como en las resistencias:
El cálculo de la resistencia “real” se calcula con la fórmula:

El valor de la resistencia “real” debe caer dentro del rango siguiente (La tolerancia se coloca en forma absoluta y no en porcentaje:
):
La tolerancia en las resistencias se muestra: 1. En la cuarta columna para 20% (sin color), 10% (plateado), 5% (dorado) 2. En la quinta columna para 2% (rojo) y 1% (café) Color Valor
Negro
0 Café 1
Rojo
2 Naranja 3
Amarillo
4 Verde 5
Azul
6 Violeta 7
Gris
8 Blanco 9 Tabla 1. Color en las resistencias

El cálculo del error, debido a la tolerancia de las resistencias se calcula con la fórmula:
Desarrollo de la práctica: 1. En esta práctica se medirá y se calculará la potencia de varios elementos de circuito. 2. También se calculará la resistencia “real” y se determinará si está dentro de la tolerancia indicada. Este análisis se llevará a cabo realizando mediciones del voltaje y de la corriente. Para cada una de las mediciones y cálculos efectuados, se deben agregar enseguida las unidades respectivas, por ejemplo: para mediciones de voltaje, utiliza mV, V (rms), etc., para las de tiempo s, ms, etc. y para las del ángulo de fase utiliza grados
o rad (según el caso). Cálculo de potencias: circuito 1 1. Implementa el siguiente circuito y realiza los cálculos y las mediciones que se indican más adelante.
Circuito 1: Cálculo de potencias 2. Utiliza el secundario del transformador
como fuente de alimentación del circuito mostrado. 3. Mide con el multímetro el voltaje y la corriente en cada elemento del circuito y registra tu medición en la tabla 2. 4. Calcula la potencia de cada elemento y registra tus cálculos en la tabla 2. 5. Calcula la resistencia “real” de cada elemento y registra tus cálculos en la tabla 2. Elemento Voltaje Corriente Potencia Resistencia “real” Error
Fuente

Resistencia
Resistencia
Resistencia
Tabla 2. Resultados 6. Demuestra que se cumple el principio de conservación de la energía.
7. Demuestra que el error está dentro de la tolerancia indicada por las resistencias. 8. Escribe tus reflexiones finales de lo que aprendiste.
. Calcula el valor efectivo
de una señal de voltaje:
Sugerencia: divide la integral en dos intervalos. 2. Calcula el valor efectivo
de la señal periódica
mostrada en la figura.
Sugerencia: divide la integral en dos intervalos. 3. Calcula el voltaje pico
del voltaje de fase
. 4. Se desea instalar un sistema de protección para el circuito de iluminación de un edificio alimentado con el voltaje de fase
, por lo que es necesario calcular la corriente
que consume la carga de
. Calcula la corriente
.
Preparación para la actividad colaborativa

Objetivos:  Analizar teóricamente y de forma simulada la potencia promedio con los valores efectivos de corriente y voltaje, utilizando el programa LTSpice. Haz clic en los botones para ver la información. Procedimiento  Utiliza el programa LTSpice para analizar la potencia promedio utilizando valores efectivos de corriente y voltaje.  Se implementa el circuito 1 y se realizan las siguientes mediciones: o Voltaje o Corriente  Analizar teóricamente la potencia promedio con los valores efectivos de corriente y voltaje. Con los datos en la tabla 1 se realizan los siguientes cálculos: o Potencia promedio o Resistencia “real” o % de error Resultados  Tabular las características de las mediciones: o Voltaje o Corriente o Potencia o Resistencia “real” o % de error  Demostración de que se cumple el principio de conservación de la energía.  Demostración de que el error está dentro de la tolerancia indicada por las resistencias (5%).  Comparación de los resultados generados en la práctica 11. Equipo y material  PC con el simulador de circuitos LTSpice. Durante la actividad colaborativa Explicación:

El cálculo de la potencia tanto en la fuente como en las resistencias:
El cálculo de la resistencia “real” se calcula con la fórmula:
El valor de la resistencia “real” debe caer dentro del rango siguiente (La tolerancia se coloca en forma absoluta y no en porcentaje:
):
Desarrollo de la práctica: En esta práctica se medirá y se calculará la potencia de varios elementos de circuito. Este análisis se llevará a cabo realizando mediciones del voltaje y de la corriente con el LTSpice. Para cada una de las mediciones y cálculos efectuados, se deben agregar enseguida las unidades respectivas, por ejemplo: para mediciones de voltaje, utiliza mV, V (rms), etc., para las de tiempo s, ms, etc. y para las del ángulo de fase utiliza grados
o rad (según el caso). Cálculo de potencias: circuito 1 1. Implementa el siguiente circuito con el LTSpice: a. V1 es una fuente senoidal de
lo que equivale a
b. Las resistencias con una tolerancia de 5% y potencia
.
Circuito 1: Cálculo de potencias 2. Realiza los cálculos y las mediciones que se indican más adelante. 3. Mide con el multímetro el voltaje y la corriente en cada elemento del circuito y registra tu medición en la tabla 2. 4. Calcula la potencia de cada elemento y registra tus cálculos en la tabla 2.

Elemento Voltaje Corriente Potencia Resistencia “real” Error
Fuente
Resistencia
Resistencia
Resistencia
Tabla 2. Resultados 5. Demuestra que se cumple el principio de conservación de la energía.
6. Compara los resultados de la tabla 2 con los resultados de la tabla 2 de la práctica 11. 7. Escribe tus reflexiones finales de lo que aprendiste.
Contesta los siguientes ejercicios. 1. ¿Qué capacitancia se necesita para obtener una potencia aparente de 500VAR al colocarlo en una línea de alimentación de
? 2. ¿Qué inductancia se necesita para obtener una potencia aparente de 500VAR al colocarlo en una línea de alimentación de
? 3. ¿Qué capacitancia se necesita para corregir el factor de potencia a
si se tiene una carga inductiva que consume una potencia
trabajando con un voltaje
a una frecuencia
y con un factor de potencia actual de
? 4. Una tina de cromado que se alimenta con un voltaje de CA
a una frecuencia
se modela con un resistor
en paralelo con un capacitor
obtenga: a. Los voltajes y corrientes en cada elemento del circuito. b. La potencia aparente que entrega en la fuente. c. La potencia en cada elemento

d. El factor de potencia de la fuente Elemento Voltaje Corriente Potencia Factor de potencia Fuente R
C
Preparación para la actividad colaborativa Objetivos:  Analizar teóricamente y de forma simulada la potencia aparente utilizando valores efectivos de corriente y voltaje utilizando el programa LTSpice. Haz clic en los botones para ver la información. Procedimiento  Utiliza el programa LTSpice para analizar la potencia aparente utilizando valores efectivos de corriente y voltaje.  Se implementa el circuito 1 y se grafican las siguientes mediciones: o Voltaje o Corriente  Analizar teóricamente la potencia aparente con los valores efectivos de corriente y voltaje graficados. Con los datos en la tabla 1 se realizan los siguientes cálculos: o Potencia compleja o Factor de potencia Resultados  Tabular las características de las mediciones: o Voltaje o Corriente o Potencia aparente

o Potencia real o Potencia reactiva o Factor de potencia Equipo y material  PC con el simulador de circuitos LTSpice. Durante la actividad colaborativa Explicación: La potencia aparente
en VA (Volt Ampere) se compone de la potencia real
en W (Watt) en cuadratura con la potencia reactiva
en VAR (Volt Ampere Reactivo):
En la que
y
Desarrollo de la práctica: En esta práctica se medirá y se calculará la potencia de varios elementos de circuito. Este análisis se llevará a cabo realizando mediciones del voltaje y de la corriente con el LTSpice. Para cada una de las mediciones y cálculos efectuados, se deben agregar enseguida las unidades respectivas, por ejemplo para mediciones de voltaje utiliza mV, V (rms), etc., para las de tiempo s, ms, etc. y para las del ángulo de fase utiliza grados
o rad (según el caso). Cálculo de potencias: circuito 1 1. Implementa el siguiente circuito con el LTSpice: V1 es una fuente senoidal de
Circuito 1: Cálculo de potencia aparente

2. Realiza los cálculos y las mediciones que se indican más adelante. 3. Grafica el voltaje en la fuente ( Nodo_1):
4. Mide los parámetros: a. Voltaje pico
que puede ser medido directamente con los cursores del LTSpice. b. Periodo
que puede ser medido directamente con los cursores del LTSpice. 5. Calcula el voltaje efectivo (RMS) con la fórmula:
a. Registra el resultado en la tabla 1 y comprueba que es
b. Calcula la frecuencia con la fórmula
y comprueba que es
6. Grafica la corriente en la fuente:
a. Mide la corriente pico
que puede ser medido directamente con los cursores del LTSpice. b. Mide el desfasamiento
entre la señal de voltaje
y la de corriente
. c. Comprueba que
7. Calcula la corriente efectiva (RMS) con la fórmula:
8. Registra el resultado en la tabla 1. 9. Repite los pasos 3 a 8 pero con la resistencia solo que en el paso 6.c. comprueba que
10. Repite los pasos 3 a 8 pero con la inductancia solo que en el paso 6.c. comprueba que
11. Calcula la potencia de cada elemento y registra tus cálculos en la tabla 1. 12. Calcula el factor de potencia de cada elemento y registra tus cálculos en la tabla 1.

Elemento Voltaje Corriente Potencia Factor de potencia
Fuente:
Resistencia:
Inductancia:
Tabla 1. Resultados 13. Comprueba que
14. Escribe tus reflexiones finales sobre lo que aprendiste.
1. Utilizando la notación de doble subíndice, calcular
si ,
y
. 2. Convierte la notación del siguiente circuito a notación de doble subíndice:
3. Si a un sistema monofásico de tres hilos se le coloca una carga balanceada
calcular los voltajes y corrientes en cada elemento del circuito. 4. Si a un sistema monofásico de tres hilos se le coloca una carga balanceada
calcular: a. Las potencias entregadas por las fuentes. b. Las potencias en la impedancia. c. Comprueba que la suma de las potencias entregadas por las fuentes es igual a la suma de las potencias recibidas por las impedancias.

Preparación para la actividad colaborativa Objetivos:  Analizar teóricamente y de forma simulada los sistemas monofásicos de tres hilos con carga balanceada utilizando el programa LTSpice. Haz clic en los botones para ver la información. Procedimiento  Utiliza el programa LTSpice para analizar la potencia aparente con los valores efectivos de corriente y voltaje de un sistema monofásico de tres hilos con carga balanceada  Se implementa el circuito 1 y se grafican las siguientes mediciones: o Voltaje o Corriente  Analizar teóricamente la potencia aparente utilizando valores efectivos de corriente y voltaje graficados. Con los datos en la tabla 1 se realizan los siguientes cálculos: o Potencia compleja o Factor de potencia Resultados  Tabular las características de las mediciones: o Voltaje o Corriente o Potencia aparente o Potencia real o Potencia reactiva o Factor de potencia Equipo y material  PC con el simulador de circuitos LTSpice. Durante la actividad colaborativa Explicación: Un sistema monofásico de tres hilos (a, b y n) cuenta con dos fuentes idénticas y con carga balanceada.

Figura 1. Sistema monofásico de tres hilos con carga balanceada En la que
Debido a la propia simetría del sistema, cada fuente entrega la misma energía y cada impedancia recibe también la misma energía:
En la que
y
Desarrollo de la práctica: En esta práctica se medirá y se calculará la potencia de varios elementos de circuito. Este análisis se llevará a cabo realizando mediciones del voltaje y de la corriente con el LTSpice. Para cada una de las mediciones y cálculos efectuados, se deben agregar enseguida las unidades respectivas, por ejemplo para mediciones de voltaje, utiliza mV, V (rms), etc. Para las de tiempo s, ms, etc., y para las del ángulo de fase utiliza grados
o rad (según el caso). Cálculo de potencias: circuito 1 1. Implementa el siguiente circuito con el LTSpice: V1 y V2 son fuentes senoidales de
Circuito 1: Sistema monofásico

2. Realiza los cálculos y las mediciones que se indican más adelante. 3. Grafica el voltaje en la fuente 1 ( Nodo_1):
, que puede ser medido directamente con los cursores del LTSpice. b. Periodo
, que puede ser medido directamente con los cursores del LTSpice. 5. Calcula el voltaje efectivo (RMS) con la fórmula:
y comprueba que es
7. Grafica la corriente en la fuente 1:
que puede ser medido directamente con los cursores del LTSpice. b. Mide el desfasamiento
y la de corriente
. c. Comprueba que
8. Registra el resultado en la tabla 1. 9. Repite los pasos 3 a 8, pero con la resistencia. Solo que en el paso 6.c. comprueba que
10. Repite los pasos 3 a 8 pero con la capacitancia. Solo que en el paso 6.c. comprueba que
11. Calcula la potencia de cada elemento y registra tus cálculos en la tabla 1. 12. Calcula el factor de potencia de cada elemento y registra tus cálculos en la tabla 1.

13. Repite los pasos 3 a 12 pero con la fuente 2. Elemento Voltaje Corriente Potencia Factor de potencia
Fuente V1:
Resistencia:
Inductancia:
Fuente V2:
Resistencia:
Inductancia:
Tabla 1. Resultados 14. Comprueba que la energía entregada por las fuentes
es igual a la disipada por las resistencias
mas la almacenada por los capacitores
de tal forma que
15. Escribe tus reflexiones finales de lo que aprendiste. reparación para la actividad colaborativa Objetivos:  Analizar teóricamente y de forma simulada los sistemas trifásicos con carga balanceada, utilizando el programa LTspice. Haz clic en los botones para ver la información.

Procedimiento  Utiliza el programa LTSpice para analizar la potencia aparente utilizando valores efectivos de corriente y voltaje de un sistema trifásico con carga balanceada  Se implementa el circuito 1 y se grafican las siguientes mediciones: o Voltaje o Corriente  Analizar teóricamente la potencia aparente utilizando valores efectivos de corriente y voltaje graficados. Con los datos en la tabla 1 se realizan los siguientes cálculos: o Potencia compleja o Factor de potencia Resultados  Tabular las características de las mediciones: o Voltaje o Corriente o Potencia aparente o Potencia real o Potencia reactiva o Factor de potencia Equipo y material  PC con el simulador de circuitos LTSpice. Durante la actividad colaborativa Explicación: Un sistema trifásico en estrella consta de cuatro hilos (a, b, c y n). a. En un extremo se encuentran tres fuentes con el mismo voltaje pero desfasadas entre sí 120º y por lo tanto
. b. En el otro extremo se encuentra la carga, que en un sistema balanceado es igual para cada línea. Debido a la propia simetría del sistema, cada fuente entrega la misma energía y cada impedancia recibe también la misma energía:

En la que
y
Desarrollo de la práctica: En esta práctica se medirán los desfasamientos que existen de línea a neutro, los que existen de línea a línea y la relación entre ellos. Este análisis se llevará a cabo realizando mediciones del voltaje y de la corriente con el LTSpice. Para cada una de las mediciones y cálculos efectuados, se deben agregar enseguida las unidades respectivas, por ejemplo: para mediciones de voltaje, utiliza mV, V (rms), etc., para las de tiempo s, ms, etc. y para las del ángulo de fase utiliza grados
o rad (según el caso). Cálculo de voltajes de fase: circuito 1 1. Implementa el siguiente circuito con el LTSpice: V1, V2 y V3 son fuentes senoidales de
y desfasadas 120º entre ellas.
Circuito 1: Sistema trifásico en estrella con referencia a tierra. 2. Realiza los cálculos y las mediciones que se indican más adelante: 3. Grafica el voltaje en la fuente V1 ( Nodo_F1):
que puede ser medido directamente con los cursores del LTSpice.

b. Periodo
que puede ser medido directamente con los cursores del LTSpice. 5. Calcula el voltaje efectivo (RMS) con la fórmula
y comprueba que es
7. Grafica la corriente en la fuente V1:
, puede ser medida directamente con los cursores del LTSpice. b. Mide el desfasamiento
y la de corriente
. c. Comprueba que
8. Registra el resultado en la tabla 1. 9. Repite los pasos 3 a 8 pero con la fuente V2 (Nodo_F2) comprueba que respecto a V1. 10. Repite los pasos 3 a 8 pero con la fuente V3 (Nodo_F3), comprueba que
respecto a V1. 11. Calcula la potencia de cada elemento y registra tus cálculos en la tabla 1. 12. Calcula el factor de potencia de cada elemento y registra tus cálculos en la tabla 1. Elemento Voltaje Corriente Potencia Factor de potencia

Fuente V1:
Resistencia:
Fuente V2:
Resistencia:
Fuente V3:
Resistencia:
Tabla 1. Resultados. 13. Comprueba que la energía entregada por las fuentes
es igual a la disipada por las resistencias
. Cálculo de voltajes de línea: circuito 2 1. Implementa el siguiente circuito con el LTSpice: V1, V2 y V3 son fuentes senoidales de
y desfasadas 120º entre ellas.

Circuito 2: Sistema trifásico en estrella con referencia a una fase. 2. Grafica el voltaje del nodo común respecto a la referencia (F1). 3. Grafica el voltaje del nodo F2 respecto a la referencia (F1). 4. Comprueba que existe un desfasamiento de 30º entre ambas señales. 5. Escribe tus reflexiones finales de lo que aprendiste. Examina circuitos monofásicos y trifásicos, calcula su potencia y comprueba resultados con el simulador analógico de circuitos (LTSpice). Instrucciones para realizar evidencia: 1. Una fuente de voltaje de aceleración
se aplica a una resistencia ; para un tiempo instantáneo
, a. Calcula la potencia entregada por la fuente. b. Calcula la potencia disipada por la resistencia. c. Comprueba que se cumpla el principio de conservación de la energía. 2. Calcula la potencia promedio si se toman 10 muestras de voltaje de la señal de aceleración del problema anterior, con un periodo de muestreo en el intervalo
. 3. Calcular el valor efectivo
de la señal periódica
mostrada en la figura:

Sugerencia: divide la integral en tres intervalos. 4. Calcula la corriente
de una empresa que consume una potencia de
si la alimentación es de
. 5. Una empresa desea corregir su factor de potencia a
ya que tiene 12 motores de CA de 2HP cada uno alimentados con un voltaje
a una frecuencia
y con un factor de potencia de
. 6. Un dispositivo industrial se modela con un resistor
y se alimenta con un voltaje de CA
a una frecuencia
obten: a. Los voltajes y corrientes en cada elemento del circuito. b. La potencia aparente que entrega en la fuente. c. La potencia en cada elemento. d. El factor de potencia de la fuente. Elemento Voltaje Corriente Potencia Factor de potencia
Fuente
R
C
7. Utilizando la notación de doble subíndice, calcula
si
, ,
y
. 8. Si a un sistema monofásicos de tres hilos se le coloca una carga balanceada de
calcula: a. Las potencias entregadas por las fuentes. b. Las potencias en las impedancias.

c. Comprueba que la suma de las potencias entregadas por las fuentes es igual a la suma de las potencias recibidas por las impedancias. 9. Calcula las corrientes de línea
,
e
en un sistema trifásico balanceado con voltajes
conectados en delta (
) y carga
. 10. A un sistema trifásico en estrella con secuencia de fase negativa y
se le conectan tres cargas balanceadas
, calcula: a. Los voltajes de fase
b. Los voltajes de línea
c. Las corrientes en la carga. d. Las corrientes en las fuentes. e. La potencia en las fuentes. f. La potencia en la carga.

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