INFORME 10 de F3-Capacitancia e Inductancia en Ckto de Corriente Alterna CA

F A C UL T A D DE I NGE NI E RÍ A E L E C T R ÓNI C A Y E L É C T R I C AINFORME 10 DE FÍSICA III PROFESOR: PERCY PAZ HORARIO: MARTES DE 10-12 INTEGRANTES:  CÁRDENAS SANDOVAL HENRY AARÓN 12190143  QUISPE CALDERÓN LADDY CECILIA 12190136  MIRANDA TAMAYO HUGO EDWIN 12190251  VILLACORTA BECERRA LUIS MIGUEL 12190122  BULLÓN ROMERO SERGIO ARTURO 12190061 Universidad Nacional Mayor De San Marcos Decana de América UNMSM Página 1 Capacitancia e inductancia en circuitos de corriente alterna OBJETIVOS: El objetivo fundamental en este experimento es el estudio de la corriente alterna en un circuito RC y RL. Fundamento teorico: En electrónica y electrotecnia, se denomina reactancia a la oposición ofrecida al paso de la corriente alterna por inductores (bobinas) y condensadores, se mide en Ohmios y su símbolo es Ω. Junto a la resistencia eléctrica determinan la impedancia total de un componente o circuito, de tal forma que la reactancia (X) es la parte imaginaria de la impedancia (Z) y la resistencia (R) es la parte real, según la igualdad: CONDENSADOR CON TENSIÓN ALTERNA SINUSOIDAL Reactancia de un condensador El condensador posee, en lugar de una resistencia efectiva una reactancia Xc (capacitiva) que viene dada por los cocientes resultantes del valor eficaz de tensión U y el valor eficaz de corriente I: De igual manera que lo que ocurre con la resistencia efectiva, la unidad que expresa la reactancia es el ohmio. Como se insinuó anteriormente, un condensador “conduce” corriente alterna, y lo hace de mejor manera mientras mayor sea su frecuencia y mayor la capacidad del condensador menor es la amplitud, a continuación se expone la fórmula de la reactancia capacitiva: Si se realiza el montaje de un divisor de tensión empleando una resistencia R y un condensador C, el circuito presentara también un comportamiento dependiente de la frecuencia. Si la frecuencia aumenta, la resistencia del condensador disminuye. En consecuencia, la tensión Uc(f) disminuye cuando la frecuencia aumenta. Universidad Nacional Mayor De San Marcos Decana de América UNMSM Página 2 Ajustes del osciloscopio: Canal A: 5v/div Canal B: 500 mv/ div Base de tiempo: 2ms/div Modo de operación: x/t ,AC Trigger: calan A / flanco ascendente / SINGLE /Pre-trigger 25% Arrastre el oscilograma obtenido hacia la siguiente ventana: ¿Qué puede observar con relación al desfase existente entre la corriente y la tensión?, explique detalladamente a) No existe ningún desfase b) La corriente adelanta a la tensión en 90° c) La corriente adelanta a la tensión en 45° d) La corriente sigue a la tensión en 90° e) La corriente sigue a la tensión en 45° Aumente ahora a frecuencia del generador de funciones a 1khz y adecue el barrido de exploración y la sensibilidad del osciloscopio de manera que pueda obtener una representación aprovechable de las señales. Arrastre el oscilograma obtenido hacia la siguiente ventana. ¿Qué relación puede reconocer entre la frecuencia y el valor de cresta de la intensidad de corriente? a) La intensidad de corriente no depende de la frecuencia b) La intensidad de corriente desciende si la frecuencia aumenta c) La intensidad de corriente se incrementa si la frecuencia aumenta Determinación de la capacidad mediante mediciones de tensión: para una frecuencia “cualquiera”, se mide la amplitud de la tensión de entrada y de la tensión en el condensador. Luego , si se conoce e valor de la resistencia conectada a la entrada del circuito, se puede calcular el valor de la capacidad del condensador mediante: √ ( ) Universidad Nacional Mayor De San Marcos Decana de América UNMSM Página 3 la capacidad del condensador también se puede determinar mediante el desplazamiento de fases: () ( ángulo en grados) () ( ángulo en radianes) ∆t representa la distancia en el eje de tiempo, entre los puntos de cruce por cero de las dos curvas de tensión alterna. *hallando la capacidad del condensador: () () BOBINA CON TENSIÓN ALTERNA SINUSOIDAL Las inductancias se confeccionan arrollando un conductor de modo que una espira siga a la otra. En general, se cumple que la inductividad aumenta cuando se aumenta el número de espiras de la bobina. Es valido lo siguiente: µ: permeabilidad magnética en el vacío µr: permeabilidad magnética relativa n: número de espiras l: longitud de la bonina A: sección transversal de la bobina Para aumentar el valor de la inductancia se requiere aumentar la cantidad de alambre. En general se cumple la siguiente regla: Mientras más grande sea el valor de la inductancia de una bobina, mayor será el de su resistencia óhmica. Universidad Nacional Mayor De San Marcos Decana de América UNMSM Página 4 Determinación De Inductancia De Una Bobina En Divisor De Tensión Rl Una bobina es un componente que depende de la frecuencia. Bajo el efecto de la corriente continua, una inductancia presenta solo su componente de resistencia óhmica. Cuando la frecuencia aumenta, la bobina presenta una resistencia que también aumenta. La impedancia de la inductancia se obtiene mediante la siguiente formula: Si se aplica corriente continua al circuito, la impedancia de la inductancia es nula, de modo que se tendrá un divisor de tensión puramente resistivo con R y Rs (componente resistiva de L). sin embargo, a medida que se aumenta la frecuencia, la inductancia tendrá cada vez un valor de resistencia mayor, e consecuencia, la tensión Ul(f) aumenta también cuando la frecuencia aumenta. La inductividad también se puede determinar mediante el desplazamiento de fases: La frecuencia debe ser lo suficientemente grande de modo que se pueda despreciar la componente de resistencia óhmica. () (Ángulo en grados) () (Ángulo en radianes) ∆t representa la distancia en el eje del tiempo, entre dos puntos de cruce, de sendas curvas de tensión alterna. EXPERIMENTO En el experimento siguiente debe determinar el valor de la inductancia de un componente RL sobre la base de un desfase entre la tensión de la bobina y la tensión de alimentación. Monte el siguiente arreglo experimental: transfiera todo el circuito realizado para condensadores a la parte de la tarjeta que contiene la bobina y haga los ajustes. Abra el instrumento virtual generado r de funciones a través de la opción de menú instrumentos | fuentes de tensión|. Encienda el instrumento. Amplitud= 70% con 1:1 Frecuencia = 1 Hz Modo de operación sinusoidal (SINE) Power = On Universidad Nacional Mayor De San Marcos Decana de América UNMSM Página 5 Abra el osciloscopio del menú instrumentos y realice los ajustes correspondientes.  Canal A: 2v/div, AC  Canal B: 2v/div, AC  Time base: 20 ms/div  Trigger: off  Mode: x/t, AC Registre con el osciloscopio y transfiera el oscilograma a la casilla adjunta. Introduzca también los ajustes del osciloscopio en las casillas previstas para ello. Determine el desfase mediante el valor de ∆t y, a partir de ello, calcule el valor de la inductancia empleando la siguiente formula: T=100 ms ∆T=8* f= Hz () Universidad Nacional Mayor De San Marcos Decana de América UNMSM Página 6 () () CUESTIONARIO 1. ¿Qué ocurre con la tensión del condensador? Al conectar una CA senoidal v (t) a un condensador circulará una corriente i (t), también senoidal, que lo cargará, originando en sus bornes una caída de tensión, -v c (t), cuyo valor absoluto puede demostrase que es igual al de v (t). Al decir que por el condensador circula una corriente, se debe puntualizar que, en realidad, dicha corriente nunca atraviesa su dieléctrico. Lo que sucede es que el condensador se carga y descarga al ritmo de la frecuencia de v (t), por lo que la corriente circula externamente entre sus armaduras. *Esto a su vez origina que La tensión del condensador disminuye cuando la intensidad aumenta. 2. ¿Qué se puede observar en comparación con medición continua? Se observó que en la corriente alterna (CA o AC), los electrones no se desplazan de un polo a otro, sino que a partir de su posición fija en el cable (centro), oscilan de un lado al otro de su centro, dentro de un mismo entorno o amplitud, a una frecuencia determinada (número de oscilaciones por segundo) a diferencia que la corriente continua (CC o DC) se genera a partir de un flujo continuo de electrones (cargas negativas) siempre en el mismo sentido, el cual es desde el polo negativo de la fuente al polo positivo. Al desplazarse en este sentido los electrones, los huecos o ausencias de electrones (cargas positivas) lo hacen en sentido contrario, es decir, desde el polo positivo al negativo. La corriente continua se caracteriza por su tensión, porque, al tener un flujo de electrones prefijado pero continuo en el tiempo, proporciona un valor fijo de ésta (de signo continuo), y en la gráfica V-t (tensión tiempo) se representa como una línea recta de valor V. CORRIENTE CONTINUA Universidad Nacional Mayor De San Marcos Decana de América UNMSM Página 7 Ej: Corriente de +1v CORRIENTE ALTERNA Ej: Corriente de 2Vpp (pico a pico) de amplitud, frecuencia 476'2 Hz (oscil/seg) 3. ¿Cómo se crea la corriente alterna? La corriente alterna es el tipo de corriente eléctrica que no siempre fluye en la misma dirección, sino que alterna y fluye primero hacia una dirección y luego se invierte y fluye hacia la otra. A este tipo de corriente se le llama corriente alterna o c-a. La corriente alternada puede ser generada por generadores de corriente alternada que consisten en el principio de un campo magnético fijo y bobinas que concatenadas convenientemente cortan líneas de fuerzas de ese campo magnético, como el movimiento es circular, el corte de esas Universidad Nacional Mayor De San Marcos Decana de América UNMSM Página 8 líneas varía en forma senoidal, teniendo por expresión la generación de corriente alternada, una componente sinusoidal. 4. ¿Qué es la corriente monofásica y trifásica? CORRIENTE MONOFÁSICA: Corriente eléctrica alterna en la cual existe una sola tensión variable, capaz de ser transmitida mediante 2 conductores. Representa la forma en que generalmente es distribuida la energía eléctrica para uso doméstico y es la corriente producida por las magnetos. El uso de la distribución de la corriente monofásica (generalmente doméstico) en el que la electricidad "viaja" por un sólo conductor o cable hasta el punto de alimentación (enchufe). Es de uso generalmente doméstico porque esa línea o fase no da un ancho de voltaje muy poderoso, de 230v ± 10%, (rango en el que entra la española de 220v . CORRIENTE TRIFÁSICA: La tensión trifásica, es esencialmente un sistema de tres tensiones alternas, acopladas, (se producen simultáneamente las 3 en un generador), y desfasadas 120º entre si (o sea un tercio del Periodo). Estas tensiones se transportan por un sistema de 3 conductores (3 fases), o de cuatro (tres fases + un neutro). Por convención las fases se denominan R , S, T, y N para el conductor neutro si existe. Universidad Nacional Mayor De San Marcos Decana de América UNMSM Página 9 Sistema de tres tensiones trifásicas Las corrientes alternas trifásicas son muy usadas en la industria. Tiene grandes ventajas frente a las corrientes continuas para el transporte de la energía. Es mas fácil elevar la tensión con transformadores para el transporte en líneas de larga distancia con fin de reducir las perdidas por efecto Joule. Otra ventaja reside en un mejor uso de la potencia en motores de alterna frente a una alimentación monofásica. 5. Determine el valor de la reactancia capacitiva Ecuación de la reactancia capactiva: Datos: f= 13 En la ecuación: 6. Determine el valor de la reactancia inductiva Datos: f= L=3.2747 x En la ecuación: 3.2747 x Universidad Nacional Mayor De San Marcos Decana de América UNMSM Página 10 7. Determine el valor de la impedancia para el circuito RC y RL 8. ¿Qué utilidad tiene un circuito RC y RL? Circuito RC Los circuitos RC pueden usarse para filtrar una señal, al bloquear ciertas frecuencias y dejar pasar otras. Los filtros RC más comunes son el filtro paso alto, filtro paso bajo, filtro paso banda, y el filtro elimina banda. Entre las características de los circuitos RC está la propiedad de ser sistemas lineales e invariantes en el tiempo; reciben el nombre de filtros debido a que son capaces de filtrar señales eléctricas de acuerdo a su frecuencia. Este mismo circuito tiene además una utilidad de regulación de tensión, y en tal caso se encuentran configuraciones en paralelo de ambos, la resistencia y el condensador, o alternativamente, como limitador de subidas y bajas bruscas de tensión con una configuración de ambos componentes en serie. Circuito RL Realmente los circuitos RL no son muy utilizados porque es físicamente mas sencillo variar la capacidad de un condensador que la inductancia de una bobina, el henrio es una unidad difícil de manipular mientras que el capacitor (Faradio) solo con cambiar la distancia entre las placas ya se varia su capacidad Sugerencias y conclusiones