preinforme 4(corriente alterno)

7/26/2019 preinforme 4(corriente alterno)

1/18

UNIVERSIDAD NACIONAL DEINGENIERIA

FACULTAD DE INGENIERA INDUSTRIAL Y DE SISTEMAS

PRE-INFORME N5 DE LABORATORIO

Corriente alterna

CURSO: FISICA II

ALUMNO: OSCAR FERNANDO SANTA CRUZ UAMAN!"#$!%&!A


2/18

!"#%O'(ETIVO

Familiarizar al estudiante con al unos conce!tos de la corrientealterna "#alores e$caces % relaciones #ectoriales&'

Estudiar el com!ortamiento de una l(m!ara )uorescente'

E)UI*O

*na l(m!ara )uorescente'

Fi ' +, L(m!ara)uorescente se conectar(mediante un circuito !ara

!render dic.a l(m!ara'

*n arrancador'


3/18

Fi ' /, Componenteelctrico que servir para el

encendido correcto de la lmpara.*n reactor'

Fi ' 0, Instrumento que provee reactancia inductiva.

*n #olt1metro de corriente alterna "//23&'


4/18

Fi ' 4, Instrumento para medir en voltios ladiferencia de potencial elctrico entre dos puntos de un circuito.

*n am!er1metro de corriente alterna "2-+ A&

Fi ' 5, Ampermetro,

medir la corriente que circula por el circuito elctrico.

*n mult1metro di ital'


5/18

Fi ' , Mult1metro di ital mide #ariosti!os de unidades 61sicas'

*n trans!ortador'

Fi ' 7, Trans!ortador sir#e !ara medir (n ulos se8a esimales entre

dos rectas'


6/18

FUNDAMENTO TE+RICO

La realizacin del experimento requiere del conocimiento previo de algunosconceptos sicos de la corriente alterna que se exponen a continuacin!

"l volta#e producido por los alternadores es sinusoidal $ su valor instantneo %puede expresarse mediante

V = V M Sent

Figura 1


7/18

&onde % ' es el valor mximo del volta#e, expresado en voltios, $ es la

frecuencia angular expresada en radianes por segundo. La frecuencia angular est relacionada con la frecuencia f mediante = 2 f . "n el (er)

f vale *+ z. -i dic o volta#e se aplica a los extremos de una resistencia

mica la corriente en dic a resistencia varia sinusoidalmente como semuestra en la /ig. 0, $ se encuentra 1en fase2 con el volta#e.

%alores instantneos del volta#e $ la corriente en una resistencia.

"l valor instantneo de i se o tiene mediante la relacin!

i= V R

=V M R

Sent = I M Sent

La corriente $ el volta#e invierten su direccin al mismo tiempo e igualmentealcanzan sus valores mximos $ sus valores mnimos simultneamente.

V M = I M R

"s conveniente pensar en el volta#e $ en la corriente en circuitos de corrientealterna en funcin de la idea de un vector rotante. As por e#emplo tracemos un

vector de longitud I M a lo largo del e#e 3 e imaginemos que este vector rota

en el plano 345 con una velocidad angular , en sentido contrario a las

agu#as del relo#. "l valor instantneo de la corriente i est dado por lapro$eccin de este vector so re el e#e de las 5. As, si el vector corriente est

dirigido a lo largo del e#e 3 cuando t6+, el valor instantneo de i en dic otiempo es i6+ como se muestra en la /ig.7.

Figura 2


8/18

"ste valor est de acuerdo con la "c. 899.0:. &espus de alg)n tiempo t el

vector corriente a r rotado alg)n t , $ la pro$eccin del vector so re el

e#e de las 5 tendr un valor!i= I M Sent

;ue es el mismo valor de 899.7:. "l volta#e % entre los extremos de la

resistencia es igualmente la pro$eccin de un vector de longitud V M so re el

e#e de las 5< dic o vector gira con la misma velocidad angular . Como el

volta#e $ la corriente se encuentran 1en fase2, los vectores V M e I M rotan

#untos.

VALORES EFICACES DE CORRIENTE Y VOLTAJE

=no de los efectos importantes de la corriente en una resistencia es laproduccin de calor. "ste efecto calorfico se usa para definir el valor eficaz deuna corriente alterna en comparacin a una corriente continua.

"l valor eficaz de una corriente alterna I ef es igual al valor de una corriente

continua que desarrollara el mismo calor en una resistencia en un tiempo igualal periodo 8>: de la se?al.

(ara encontrar el valor eficaz de la corriente, se calcula el calor desarrollado enuna resistencia en una ciclo completo 8periodo:. La produccin de calor porunidad de tiempo est dada por potencia instantnea (!

P= i2 R= I M 2 R Sen2 t

$ el calor desarrollado en un periodo T =2 est dado por!

W =0

T

I M 2 R Sen2 t dt

luego


9/18

W =1

2 I M

2 RT

A ora, el calor que desarrolla una corriente continua I ef 8denominada

corriente eficaz: en el mismo tiempo es!

W = I ef 2

RT

igualando am os valores, encontramos

I ef 2 =

1

2 I M

2

es decir que la corriente eficaz $ el valor I M 8valor mximo de I: se

relacionan seg)n!

I ef = I M 2

= 0.707 I M

"l valor calculado de I ef es la raz cuadrada del promedio del cuadrado de la

corriente instantnea evaluado en un periodo.

%erificar que I ef es la raz cuadrada del valor medio del cuadrado de la

corriente instantnea en un periodo completo.

%alor medio del cuadrado de I!

I

(2 )m= 1T i

2 (t )dt

"l valor eficaz del volta#e entre los extremos de una resistencia puedeencontrarse de manera similar $a que la potencia instantnea puedeexpresarse en funcin del volta#e como!

P= V 2

R = V M

2

R Sen

2t

(or ello


10/18

V ef =V M 2

= 0.707 V M

&e e enfatizarse que los valores eficaces dados por las "c. 89*.@: $ 89*. : son

correctos solamente cuando la corriente $ el volta#e varan sinusoidalmente. "nLima la corriente alterna que se suministra es de 77+%,*+ z< esto significa quelos generadores elctricos generan volta#es cu$a frecuencia es de *+ z $ queel volta#e eficaz en las casas es de 77+%. el volta#e mximo es entonces de900%.

La potencia media consumida por una resistencia B en un circuito de corrientealterna es!

Pm=1

2 I M

2 R= I ef 2 R= V ef . I ef

INDUCTANCIA EN UN CIRCUITO DE CORRIENTE ALTERNA

-i se aplica un volta#e instantneo a una inductancia L, entonces!

V = L didt

-i el volta#e es sinusoidal, entonces la corriente ser tam in senoidal. (orconveniencia supongamos que!

i I M Sent

Luego

V = LI M Cost

V = LI M wSen (t + 2

)

"sta ecuacin puede expresarse como

V = V M Sen(t + 2

)

donde V M es el valor mximo de volta#e a travs del conductor.


11/18

"s costum re utilizar el sm olo Z L , denominado reactancia inductiva $

definido por

Z L= L = 2 fL

para descri ir el comportamiento de un inductor.

La reactancia inductiva se expresa en m cuando la inductancia se expresaen enrios $ la frecuencia en ertz.

&e e notarse que el valor mximo de la corriente en el inductor $ el valormximo de la diferencia de potencial 8volta#e: entre sus extremos no ocurren enel mismo tiempo. As el volta#e es mximo cuando la corriente es cero.

Figura 3

-e descri en estas relaciones de fase sa iendo que 1el volta#e a travs de uninductor est adelantado en D+E con respecto a la corriente2.

La pala ra 1adelantado2 es asociada con el ec o de que para el tiempo t

cuando el ngulo de fase para la corriente es de t , el ngulo de fase para el

volta#e est dado por t + 2 .

"sta relacin de fases puede descri irse con la a$uda de vectores apropiados.-i el valor mximo de la corriente se representa por un vector en la direccinF3, el valor mximo del volta#e a travs del inductor se representa por un vector en la direccin F5. si am os rotan en sentido contrario a las agu#as del relo#, encualquier instante t, su pro$eccin so re el e#e 5 nos dar valores instantneosde i $ de %.


12/18

Figura 4

CONDENSADOR EN UN CIRCUITO DE CORRIENTE ALTERNA

-i se aplica un volta#e alterna a los extremos de un condensador, este se carga$ descarga peridicamente, $ se dice que flu$e una corriente 1a travs2 delcondensador a pesar de que realmente no pasan electrones a travs deldielctrico que separa las placas del condensador.

-i la carga en una placa del condensador es en cualquier instante q, ladiferencia de potencial entre sus placas es en dic o instante % $ est dado por!

V = qC

siendo C la capacidad del condensador.

La carga en la placa del condensador es igual a la integral de la corrientedurante el tiempo en que flu$e la carga acia el condensador, de modo que

VC = q= idt

-i la corriente es sinusoidal


13/18

i= I M Sent

5

CV = I M Sent dt

V = I M C

Sen(t 2

)

La carga inicial del condensador se a supuesto igual a cero. Luego ladiferencia de potencial % puede expresarse como!

V = V M Sen (t 2

)

donde

V M = I M C

reemplazando V M $ I M en funcin de sus valores eficaces

tenemos!

V ef = I ef C

"s usual representar por el sm olo Z c la reactancia capacitiva, definida por

Z c= 1

C = 1

2 fC

para descri ir el comportamiento de un condensador en un circuito decorriente alterna.


14/18

Figura 5

-i el valor mximo de la corriente se representa por un vector F3, el valormximo del volta#e puede representarse como un vector trazado en la direccinF5. =na vez ms, los valores instantneos de i $ de % se encuentranexaminando las pro$ecciones de estos vectores en el e#e 5, cuando rotan ensentido contrario a las agu#as del relo# con velocidad angular G.


15/18

Figura 6

CIRCUITO EN SERIE

-i una corriente alterna flu$e en un circuito en serie constituido por unaresistencia B, una inductancia L $ un condensador C, entonces, si la corrientevara sinusoidalmente!

I = I M Sent

"l volta#e a travs de cada uno de los elementos ser!

V R= I M R Sen t

V L= I M LSen(t + 2

)

V C = I M C

Sen(t 2

)

5 el valor del volta#e a travs del generador en cualquier instante ser la sumade Vr+Vl+Vc de acuerdo a la segunda le$ de Hirc off. =na manera fcil deencontrar dic o valor se logra aciendo uso del diagrama vectorial.

-i se traza un vector que representa el valor mximo de la corriente I M a lo

largo del e#e F3, los vectores que representan los valores mximos de losvolta#es se muestran en la /ig. .

-e supo e que los vectores rotan en el sentido contrario a las agu#as del relo#

con velocidad angular . el valor instantneo de la corriente $ el volta#e a

travs de cada elemento se encuentra determinado la pro$eccin del vectorapropiado a lo lardo del e#e 5. As el valor instantneo del volta#e del generadorse encuentra sumando las componentes 5 de los tras vectores.

"l concepto de la adicin vectorial nos dice que la suma de los componentesde los tres vectores es igual a la componente de su resultante. As se puedesumar los tres volta#es vectoriales $ tener un nuevo diagrama.


16/18

de la fig. J!

V M = {( I M R)2 +[ I M ( X L X C )]2 }1

2

V M = I M [ R2 ( X L X C )2 ]1

2

de la cantidad dentro del corc ete se denomina impedancia K delcircuito.

As Z = [ R2 ( X L X C )2 ]1

2

"l valor mximo del volta#e esV M = I M Z

5 V ef = I ef Z

"sta ecuacin puede tomarse como la definicin de la impedancia en cualquiercircuito de C.A.

"l valor instantneo del volta#e puede verde del a fig. J que es!

V = V M Sen(t + )

donde el ngulo de fase est dado por!

= arc t ( X L X C

R )

La potencia consumida es el producto del valor eficaz del volta#eV R

$ lacorriente eficaz

P= V Ref I ef

P= (V R) M I M 2

&e la fig. J.


17/18

(V R) M = V M cos

P=V M I M cos

2

P= V ef I ef cos

"l factorcos

es el factor de potencia. &e e notarse que los diagramas

vectoriales se pueden trazar con los valores eficaces en lugar de con losvalores mximos de volta#e $ corriente.

EL CIRCUITO DE LA LMPARA FLUORESCENTE(ara acer funcionar una lmpara fluorescente se requiere de un reactor $ deun arrancador.

"l reactor est constituido por una inductancia L que est ec a de alam re deco re $ por lo tanto tiene en si una resistencia B. el arrancador es unaampolladle vidrio que contiene gas nen $ dos electrodos, siendo uno de ellosimetlico. "sta ampolla se encuentra montada dentro de un cilindro metlico.

La lmpara fluorescente est constituida por un tu o de vidrio que contiene dosfilamentos de Golframio 8resistencias:, argn $ mercurio a a#a presin. Lapared interna del tu o de vidrio est cu ierta por una capa delgada de materialfluorescente. -ustancia que emite luz visi le cuando incide so re ella la luzultravioleta que surge cuando los electrones c ocan con los tomos demercurio contenido en la lmpara. Las sustancias ms usuales son el orato decadmio, para el rosa el silicato de zinc para el verde, el Golframio de calcio parael azul $ mezclas de estos para el lanco.

*ROCEDIMIENTO

'I'LIOGRAFA

Bo%lestad Introducci9n al an(lisis de circuitos - :a!itulo +0 :a!itulo+4 - !a inas 575-5;7 ++- +5'


18/18

Manual de la

preinforme 4(corriente alterno)

Documents

Transcript of preinforme 4(corriente alterno)