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Diferencias de potencial y corrientes en una red - Monografía



 
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Electrónica. Voltaje. Corriente



Introducción



En este trabajo analizamos la diferencia de potencial y corrientes en  un circuito cerrado en dos puntos cualquiera de este.
También calculamos cada resistencia incluida en el circuito en las cuales se repiten dos de ellas, una de estas está conectada en serie y otra en paralelo.
Luego, desconectaremos el sistema en algunos puntos determinados, así se inserta el amperímetro en cada punto para así medir la corriente en cada uno de ellos.

Procedimiento Experimental



Para analizar mejor el experimento tenemos que tener claro algunos conceptos. Nos sirve mucho analizar la trayectoria como si fuera un camino montañoso, por ejemplo, cuando los electrones salen de la terminal negativa se encuentran en la cumbre de la montaña.   Los electrones tienen energía potencial, a medida que van cuesta abajo  pierden energía que se convierte en calor hasta llegar al piso donde empiezan otra vez otra vez a trepar hasta llegar a la cumbre..
Sabemos que el voltímetro mide la diferencia de potencial entre los terminales de la batería. La diferencia de potencial se llama fem. El voltímetro también mide el potencial en el resto del circuito, la diferencia entre el paso de dos resistencias conectadas en serie se llama caída de potencial. Sabemos que la que la caída de potencial también se calcula por la ley de Ohm R = V/I. Esto medirá la diferencia de potencial y la corriente en varios puntos de un circuito que tenga resistores tanto en serie como en paralelo.

Los elementos que se usan para este experimento son:

- Pilas Secas
- Fuente de Poder
- 4 Resistores Conocidos (Iguales Dos de Ellos (R2 = R3))
- Interruptor de Navaja
- Alambres de Conexión
- Amperímetro
- Voltímetro

La situación es la siguiente:

104652.gif

Los supuestos que tomamos en cuenta para este experimento son los siguientes:

- Los aparatos utilizados están bien calibrados.
- El voltaje y la Corriente que ocupamos en el experimento son los correctos.

Luego, continuando con el experimento, mido la diferencia de potencial del circuito entre dos puntos cualquiera. Para esto uso un voltímetro con puntas para medirlo fácilmente en cada uno de estos puntos. Es importante destacar que conviene usar un alambre rojo en la terminal positiva y uno negro en la negativa. La terminal negativa del medidor es por donde entra el flujo de electrones; la terminal positiva es por donde salen. Es mejor que lo ilustremos gráficamente:
104653.gif
Luego cierro el interruptor del circuito, con el fin de medir en cada punto la diferencia de potencial a través de la batería.
También medimos con el voltímetro cuanto es el potencial que entra al sistema y es de 11.91   0.03

En R1 el potencial es: 1.82   0.03 Volt
En R2 el potencial es: 8.57   0.03 Volt
En R3 el potencial es: 1.51   0.03 Volt
En R4 el potencial es: 1.51   0.03 Volt
Entre R1 y R2 el potencial es: 6.75   0.03 Volt

Ahora, análogamente realizo el mismo paso, pero en este caso para medir la corriente en los puntos antes señalados. Para esto rompo el circuito en estos puntos. Hay que tomar en cuenta que al igual que en el voltímetro, los electrones entran al amperímetro por la terminal negativa.

Los resultados son los siguientes:

En a: 3.88   0.03 mA
En b: 3.88   0.03 mA
Entre R2 y c: 3.89   0.03 mA
Entre c y d: 0.66   0.03 mA
Entre d y f: 3.20   0.03 mA
Entre d y el interruptor: 3.88   0.03 mA

Hay que tener presente que todos estos resultados están sujetos a un cierto grado de error, por lo que si sucede que la diferencia entre  dos medidas  es suficientemente pequeña para que se deba a un error experimental; de ser así las medidas se pueden considerar iguales.

Si nos damos cuenta la corriente que entra a R1, después entra a R2 y luego sale de esta misma; es la misma, por lo que se puede deducir que la corriente que pasa por dos resistores conectados en serie no varía. En cambio, si miramos la corriente que entra a R2 y R3 son distintas, por lo que se deduce que la corriente que pasa por dos resistores ubicados en paralela no es la misma.
Para explicar toda esta situación más didácticamente, ocuparemos el ejemplo del agua que entra por una cañería. Si conectamos dos cañerías de distinto radio una después de la otra la cantidad de agua que entra por la primera cañería es la misma que sale por la segunda, por lo tanto no hay perdida de agua. En cambio, si uno dos cañerías de distinto radio a una misma cañería por donde llega el agua, saldrá más agua por la cañería que tiene mayor radio, pues permite el paso del agua más en mayor cantidad que la cañería que posee un menor radio. Por lo tanto la corriente que pasa por dos resistores en paralelo no es la misma, pues el que tenga una resistencia menor tendrá mayor fluidez de corriente que la que tiene una resistencia mayor, permite un menor paso de corriente.

Si vemos los resultados, en el que pasa mayor corriente es en R4 con 3.20   0.03 mA, a diferencia con R3 que pasa una corriente de 0.66   0.03 mA.

Si analizamos la resistencia de cada uno nos damos cuenta que R3 = 2.20   0.03 K   , y R4 = 0.46   0.03 K

Entonces esto confirma lo deducido anteriormente.

El punto donde se unen varios alambres, en un circuito (puntos c y d), se llama nodo o nudo. Se supone positiva la corriente que llega a un nodo y negativa la que sale.
Analizando más en profundidad el punto c, me di cuenta, por lo deducido anteriormente que la corriente que pasa por este punto, por llamarlo de alguna manera, se divide en dos corrientes, una que se va por R3 y otra por R4. Si sumamos las corrientes en el punto c, la que llega y las que salen nos da:

A -B - C

Donde A es igual a la corriente que llega al nodo; y B y C son las corrientes que salen del nodo.

(3.88   0.03) - (3.20   0.03) - (0.66   0.03) = 0.02   0.03 mA

Análogamente para el punto d el resultado es:

0.02   0.03 mA

Estos resultados, son iguales o sea lo que podemos concluir que la corriente que entra a un nudo es la misma que la suma de las corrientes que salen de ella. Si miro más cerca los resultados obtenidos que los dos tienden a cero pues el resultado es menor que la incerteza y por lo dicho anteriormente sobre los resultados con su margen de error me atrevo a deducir que la suma de las corrientes que influyen en el nodo es cero, por esta misma razón que la cantidad de corriente que entra al nodo es la suma de las corrientes que salen de esta. Esta conclusión es la llamada  la primera regla de Kirchhoff.

Como he observado anteriormente las caídas de potencial dependen de la resistencia por las cuales pasa. Si     miró más detenidamente los resultados de las caídas de potencial y el dibujo de mi circuito, me doy cuenta que hay caídas de potencial cuando el circuito está en serie. Y no hay diferencias cuando el circuito es paralelo.

Vemos que R2 = 8.57   0.03 volts y R1 = 1.82   0.03 volts, la diferencia de potencial es más notoria cundo pasa por R2, pues el valor es mayor. Es más, Viéndolo analíticamente, la ley de Ohm (V = I*R)  apoya esta tesis, pues si la corriente es la misma y la resistencia es muy alta, la diferencia de voltaje aumenta en comparación como si tuviera una resistencia menor.

 Autor:

Felipe Grüttner





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