ESTUDIO DEL COMPORTAMIENTO DE LA RESISTENCIA, CORRIENTE Y VOLTAJE EN CIRCUITOS MIXTOS
ESTUDIO DEL COMPORTAMIENTO DE LA RESISTENCIA, CORRIENTE Y
VOLTAJE EN CIRCUITOS MIXTOS
RESUMEN
Este proyecto de investigación se propone examinar en
profundidad diversas configuraciones de circuitos eléctricos con el objetivo de
comprender a fondo las características inherentes de los componentes esenciales
de dichos sistemas, tales como resistencias y fuentes de energía. Para alcanzar
este objetivo, se llevará a cabo un análisis exhaustivo de tres tipos
principales de circuitos: serie, paralelo y mixto, considerando la disposición
particular de sus elementos.
El enfoque principal de la investigación será la combinación
de estas configuraciones, explorando cómo la variación en la disposición de los
elementos impacta en la resistencia equivalente del circuito. Se abordarán
detalladamente las interacciones y relaciones entre los componentes,
proporcionando una visión más clara y completa de los fenómenos eléctricos
involucrados. Con este enfoque, se espera contribuir significativamente al
entendimiento y conocimiento de las configuraciones de circuitos eléctricos, con
posibles aplicaciones prácticas en el diseño y optimización de sistemas
eléctricos.
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
La resistencia eléctrica, es una propiedad de un objeto o
sustancia que hace que se resista al paso de una corriente eléctrica. La
resistencia de un circuito eléctrico determina (según ley de Ohm) cuánta
corriente fluye en el circuito cuando se le aplica un voltaje determinado. Las
resistencias, tienen la capacidad de disipar la energía eléctrica en el
circuito en forma de calor. En los circuitos, las resistencias se pueden
conectar de formas variadas. Entonces, se plantean las preguntas de
investigación ¿Qué relaciones hay entre el voltaje, la corriente y la
resistencia para circuitos en serie, paralelo y mixto? ¿Cuál es la resistencia
equivalente en cada circuito?
OBJETIVO GENERAL
Experimentalmente, determinar las resistencias equivalentes
en circuitos eléctricos de distintas configuraciones (serie, paralelo y mixto),
con el fin de profundizar en los conceptos teóricos relativos a las relaciones
entre voltaje, corriente y resistencia. Además, se busca mejorar la comprensión
práctica de los modos de conexión de las resistencias equivalentes en variados
configuraciones de circuitos
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Construir
y analizar circuitos eléctricos en configuración serie, enfocándose en la
medición precisa de voltajes y corrientes para verificar la igualdad de
intensidad a lo largo de las resistencias.
Investigar
la resistencia equivalente en circuitos paralelos, realizando mediciones
detalladas de corrientes y tensiones para confirmar la relación entre
intensidades y la suma inversa de resistencias.
Evaluar
experimentalmente circuitos mixtos, simplificando las configuraciones para
determinar la resistencia equivalente y comprobar la validez de los modos de
conexión, tanto en serie como en paralelo.
Sintetizar
y comparar los resultados experimentales con los valores teóricos calculados a
través de las ecuaciones del marco teórico, identificando posibles diferencias
y justificando cualquier desviación encontrada.
MARCO TEÓRICO
Resistencia
eléctrica
La resistencia
eléctrica representa la oposición que encuentran los electrones al desplazarse
a través de un conductor, materializada mediante componentes electrónicos
conocidos como resistores. Esta propiedad es esencial para controlar y limitar
el flujo de corriente en un circuito. La medición de la resistencia se lleva a
cabo mediante diversos métodos, siendo uno de los más comunes el uso de un
óhmetro o multímetro, como se ilustra en la figura 1 (Wikipedia, 2016).
Figura 1 medición de la resistencia con un
multímetro
Cuando la
resistencia se mantiene constante en un rango de voltaje, es posible aplicar la
ley de Ohm para prever el comportamiento del material en cuestión
Ley de Ohm:
La ley de Ohm
establece una relación fundamental entre la corriente eléctrica (I), el
voltaje o tensión eléctrica (V), y la resistencia eléctrica (R)
en un circuito. Su formulación es expresada por la ecuación:
Donde:
I representa la
corriente eléctrica (Unidad: Amperio,A),
V denota el
voltaje o tensión eléctrica (Unidad: Voltio,V),
R es la
resistencia eléctrica (Unidad: Ohmio,
Determinación
de resistencia, corriente y voltaje
Uno de los
instrumentos empleado, para la determinación de las magnitudes mencionadas es
el multímetro: el cual contiene tres configuraciones en si (voltímetro,
amperímetro y óhmetro). Voltímetro:
mide la diferencia de potencial (Voltaje) aplicada a los extremos de cualquier
elemento de un circuito, se debe conectar en paralelo. Amperímetro: mide la intensidad de corriente eléctrica que circula
a través de un elemento de un circuito. Se debe conectar en serie. Y el Óhmetro: descrito anteriormente.
Figura 2 medición de la corriente con un
multímetro
Resistencia
equivalente
En un circuito
formado por varias resistencias se llama resistencia
equivalente a aquella que, sustituye a las anteriores. La determinación de
la resistencia equivalente permite simplificar el cálculo de circuitos al
sustituir ramas y mallas complejas por una sola
resistencia equivalente. Una vez calculada la diferencia de potencial y la
intensidad en la resistencia equivalente se pueden determinar las resistencias
del circuito original (Electrotécnica, 2016).
Existen diversos
tipos de resistencias, según los materiales, potencia, precisión etc., las más
comunes son las resistencias de encapsulado axial, su valor óhmico se presenta
por medio de un código de colores (figura 3).
Figura3 resistencia de encapsulado axial
Cada color tiene
una equivalencia numérica. La franja más cercana a la orilla se considera la
primera cifra y representa el dígito más significativo, la segunda franja
representa el dígito menos significativo, la tercera indica el multiplicador y
la última, la tolerancia o el rango de variación que nos asegura el fabricante.
Todo esto puede apreciarse en la tabla 1.
Tabla 1 código de colores de resistencias
Potencia
Representa la tasa a la cual la energía se convierte de energía eléctrica del movimiento de cargas a alguna otra forma, tales como calor, energía mecánica o energía almacenada en campos magnéticos o campos eléctricos. La potencia está dada por el producto del voltaje aplicado y la intensidad de corriente eléctrica, su unidad es el vatio (watt): la Potencia disipada en un resistor
Resistencia en
series
𝑃 = 𝐼) ∗ 𝑅 = 𝑉2
Un grupo de resistencias
está conectado en serie cuando ofrece un camino único al paso de la corriente.
En este tipo de conexión, el extremo de entrada de una resistencia está
conectado con el extremo de salida de la anterior y así sucesivamente.
(Lopez33, 2016)
Figura 4 Montaje en serie
La intensidad de
corriente es la misma en todas las resistencias de la conexión serie. Y la
diferencia de potencial en los extremos de la rama1 será la suma de las caídas de potencial en cada
una de las resistencias que la componen.
𝑅𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝑅2 + 𝑅) (3)
Conexiones
paralelo
Un grupo de
resistencias está conectado en paralelo cuando los extremos de entrada y de la
salida de las resistencias están conectados entre sí. La intensidad total que
entra en las resistencias en paralelo es igual a la suma de las intensidades
que circulan por cada una de las resistencias. La tensión en bornes de las
resistencias es igual a la tensión a la que está sometido el acoplamiento
paralelo.
1 el conjunto de elementos comprendidos entre dos nudos consecutivos
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Figura 5 Montaje en paralelo
Conexión mixta
Circuitos mixtos
son aquellos en los que existen conexiones serie y paralelo en el mismo
circuito. Para determinar la resistencia equivalente primero se simplifican las
resistencias serie y paralelo parciales, hasta que se llegue a un circuito
simple del que se determina su resistencia equivalente.
METODOLOGÍA
Este proyecto de
investigación se realizó en tres etapas metodológicas: Primero, se determinará
la resistencia equivalente de un circuito en serie y se corrobora el
comportamiento de la corriente (I) y la diferencia de potencial (V). En segundo
lugar, la resistencia equivalente de un circuito paralelo y sus propiedades.
Para finalizar en la tercera fase se comprobará la validez de los modos de
conexión de la resistencia equivalente tanto en serie como en paralelo armando
un circuito mixto.
Etapa 1:
En esta primera
fase se determinará la resistencia equivalente de un circuito en serie,en la
cual se armó el circuito de la figura(1). En esta etapa se medirá las diferencias de
potenciales en los extremos del circuito, y la corriente que pasa en cada
resistencia.De tal modo que se pueda siga las siguientes indicaciones: primero,
se corrobora el valor real de cada una de las resistencias que se van a
utilizar entre los puntos A y B.Luego, se utiliza el multímetro en voltios,
para poder encontrar la diferencia de potencial que existe entre el punto A y
B, para luego utilizar la escala del multímetro en Amperio para determinar la
corriente que hay en cada uno de los elementos del circuito. Finalmente, se
apaga la fuente de energía, y se desarma el circuito.
Etapa 2:
En esta etapa se
determinará la resistencia equivalente de un circuito en paralelo y se
estudiarán las propiedades del circuito, para ello se necesita armar el
siguiente circuito de la figura(2),y el procedimiento
será análogo al anterior con algunas variantes, la corriente del circuito se
determinará fijando uno de los terminales del multímetro en el punto A
mientras, que el otro terminal se moverá por diferentes puntos del circuito. De
tal modo que se pueda ver que el voltaje a través de cada una de las
resistencias es constante. Por otra parte, la corriente total del circuito se
obtiene mediante la suma de las corrientes que circulan a través de cada uno de
los nodos en los que se divide. Para finalmente desmontar el circuito.
Etapa 3:
En esta etapa, se
procederá a determinar la resistencia equivalente de un circuito mixto. Para
ello, se montará el circuito de la Figura (3) y se seguirán los siguientes pasos. Primero, se
medirá la resistencia R1(100 ohm),R2(150
ohm) abriendo el circuito, luego de
resolver esto, se medirá la resistencia R1(100ohm), R2(150ohm) ,R3(220 ohm) al conectar los terminales entre
los puntos. Tercero, se medirá la resistencia R1(100 ohm),R2(150 ohm),R3(220 ohm),R4(330 ohm) entre los puntos A y B. Luego, se determinará la diferencia de
potencial a través de cada resistencia y en los extremos del circuito. Por
último, se medirá la intensidad de corriente que circula a través de cada una
de las resistencias en el circuito. Recordar al final desmontar el circuito.
1.
¿Cuál es el valor de la resistencia en un corto
circuito y en un circuito abierto?
·
Corto Circuito: La resistencia en un corto
circuito tiende a cero ohmios, ya que se produce un camino de baja resistencia,
permitiendo que la corriente fluya sin restricciones.
·
Circuito Abierto: En un circuito abierto, la
resistencia es prácticamente infinita, ya que no hay un camino conductor
continuo y la corriente no puede fluir.
2.
Si tengo tres resistencias de 300 Ω, tres de 600
Ω y tres de 1200 Ω, ¿cómo podría conectarlas para obtener resistencias
equivalentes de 120 Ω, 171.4 Ω y 57.1 Ω?
·
Para obtener una resistencia equivalente de 120
Ω: Puedes conectar en paralelo tres resistencias de 360 Ω (300 Ω en serie).
·
Para obtener una resistencia equivalente de
171.4 Ω: Combina dos resistencias en serie (600 Ω) en paralelo con otras dos en
serie (300 Ω), y conecta este conjunto en serie con una tercera resistencia de
300 Ω.
·
Para obtener una resistencia equivalente de 57.1
Ω: Conecta en paralelo tres resistencias de 171.4 Ω (dos en serie de 600 Ω y
dos en serie de 300 Ω).
RESULTADOS ESPERADOS
1. Fortalecimiento de Conocimientos Teóricos:
Se espera que los participantes del proyecto consoliden sus
conocimientos teóricos en las leyes fundamentales de la electricidad,
particularmente en la aplicación de la ley de Ohm. La relación entre voltaje,
corriente y resistencia constituye un pilar esencial para el análisis de
circuitos eléctricos.
2. Mejora de la Comprensión de Modos de Conexión:
El proyecto tiene como objetivo elucidar las diferentes
configuraciones de circuitos, especialmente aquellos en serie, paralelo y
mixto. A través de la práctica experimental, los participantes podrán
visualizar y comprender cómo se comportan las resistencias en estas
configuraciones particulares. La determinación de resistencias equivalentes
contribuirá a simplificar el análisis de circuitos complejos.
3. Corroboración del Comportamiento de la Corriente
Eléctrica:
El proyecto proporcionará la oportunidad de corroborar
experimentalmente el comportamiento de la corriente eléctrica en circuitos. Al
realizar mediciones precisas y comparar los resultados con los cálculos
teóricos, se busca reforzar la comprensión de cómo la corriente fluye a través
de diferentes elementos en un circuito.
BIBLIOGRAFÍA
Electrotécnica. (18 de Abril de 2016). Análisis de circitos
Eléctrico. Obtenido de
http://iesmjuancalero.juntaextremadura.net/archivos_insti/recurdptos/tecnolog/elect
rotenia/t3.htm#0
MATERIAL COMPLEMENTARIO
Curso: FISICA II: 2023-2-22953-F1B&F1A (Laboratorio),
Tema: Proyecto 04 (uis.edu.co)
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