UNIVERSIDAD AUTONOMA DE BAJA CALIFORNIAFACULTAD DE INGENIERIA

CAMPUS MEXICALI

Materia: Electricidad y MagnetismoGrupo: 635

Integrantes:Cadena Ramírez Mario Alberto

Ustoa Pérez Diego JaimeWalter Carrera FernandoZarate Carrillo Ari Daniel

PRACTICA #2.- “COMBINACION DE CONDENSADORES EN SERIE, PARALELO Y MIXTO”

MAESTRA: Fis. Soto Tapiz Mónica Isabel

Mexicali, Baja California; a 24 de Abril del 2012

INTRODUCCION

En este tema 6 de nuestro tercer parcial daremos una continuación de la Unidad 3 (Circuitos Eléctricos) en la que nosotros explicaremos sobre el tema relacionado con la transferencia de energía en donde hablaremos subtemas relacionados, que ene este caso es la Potencia Eléctrica de Un Circuito Eléctrico y El Efecto Joule, Mencionaremos unos conceptos, daremos las formulas que relacionan con el tema y se mostraran unos ejercicios para entender y ampliar la comprensión del tema.

MARCO TEÓRICO

Transformación de la Energía Eléctrica

De manera muy general puede decirse que los aparatos eléctricos son dispositivos que transforman energía eléctrica en otra forma de energía. Por ejemplo en un motor eléctrico la energía eléctrica se transforma en la energía mecánica de rotación de la maquina; un calentador, la energía eléctrica se transforma en calo; en una lámpara de vapor de mercurio, la energía eléctrica se transforma en energía luminosa, etc.

Para entender mejor estas transformaciones, consideremos el circuito mostrado en la imagen, en el cual una batería establece una diferencia de potencial VAB entre estos puntos se conecta un aparato eléctrico cualquiera (como, por ejemplo, uno de los que se muestran en la figura). Como sabemos, siendo VA>VB, una corriente eléctrica i pasara de A hacia B, a través del aparato. Las cargas eléctricas que constituyen la corriente pasaran de un punto donde poseen mayor energía (punto A), a otro donde poseen menor energía (punto B). En otras palabras, las cargas obviamente no desaparece: es transferida al aparato y aparece como otra especie de energía. Como vimos la forma de energía en la cual se transformará la energía eléctrica depende del aparato que está conectado entre A y B.

Trabajo Eléctrico

En toda fuente de tensión se transforma energía en energía eléctrica, dando lugar a la aparición de una carga eléctrica y una tensión eléctrica. La energía así obtenida debe poseer la capacidad de realizar un trabajo. Trabajo es la tensión por intensidad por tiempo como se muestra en la formula:

Trabajo = V*A*t

El trabajo eléctrico es fácil de medir. Para ello se precisan solamente un voltímetro, un amperímetro y un cronometro, pudiéndose obtener el resultado por cálculos simples. Todavía más sencillo es la utilización de un contador eléctrico. Este aparato se compone básicamente de un circuito de tensión (que equivale a un voltímetro) y de un circuito de intensidad (que equivale a un amperímetro). Ambos actúan sobre un dispositivo contador que indica el trabajo teniendo en cuenta el tiempo en conexión.

Potencia Eléctrica

Antes de poder hablar de la potencia eléctrica y de las magnitudes de las que depende debemos retroceder a la magnitud de trabajo. Ejemplo:Se realiza un trabajo cuando una fuerza actúa a lo largo de un camino. Por ejemplo, cuando un peo nube 500 kg de cemento al tercer piso (cada piso mide 2.75m) de un edifico en construcción está realizando un trabajo. Para el transporte de cada uno de los sacos de 50 g debe desarrollar una fuerza de unos 490N. Como debe superar10 veces la diferencia de alturas entre los tres pisos, recorrerá en total un camino h = 82.5

W = F * hW = 490N * 82,5mW = 40425 Nm

Por tanto, el peón ha desarrollado un trabajo de 40425 Nm. Pero, ¿Qué potencia ha desarrollado? Para calcular hay que tener en cuenta además el tiempo tardo. Si se dio prisa habrá desarrollado mas potencia

que si subió muy lentamente las escaleras, Pero en ambos casos habrá realizado

el mismo trabajo.

“La potencia es tanto mayor cuanto menor es el tiempo en que se realiza un trabajo”

Ahora podemos hacer un nuevo razonamiento:

Dos peones transportan durante 30min (1800s) cemento a tercer piso. El primero transporta en este tiempo 500 kg, mientras el segundo peón logra transportar 750 kg. Por tanto, el segundo peón ha realizado en el mismo tiempo más trabajo, o sea que habrá desarrollado una potencia mayor.

“La potencia es tanto mayor cuanto mayor es el trabajo realizado y menor el tiempo necesario para ello”

F = 490Nh = 15*3*2.75m = 123.75mt = 1800s W = 490N * 123.75m = 60637.5Nm

P = W / t = (60637.5Nm) / (1800s) = 33.7Nm/s = 33.7 w

Proseguimos, después de haber dado este ejemplo para determinar lo que es en potencia por la variedad del trabajo o lapsos ya sean de distancias o de tiempo.

FORMULAS

P = W / t

Por lo tanto el resultado de P significa que en cada lapso de 1s, “n” Joule de energía eléctrica se transforman en otra energía.

En dado caso que mencione una diferencia de potencial circuito eléctrico sustituimos en trabajo eléctrico la formula W= qV

P = qV / t lo que es igual P = (q/t) V

Sabemos que I = q/t, sustituimos valores

P= IV

En dado caso que en nuestro circuito eléctrico implique una resistencia sabemos que en la ley de Ohm es R = V / I, despejamos y tenemos que I = V / R sustituimos en nuestra ecuación:

P = (V/R) (V) por lo que P = V2 / R

Ahora, si en la Ley de Ohm se tiene que V= I*R

P= (I*R)2/ R à P= I2*R2/R

Simplificamos y nuestra ecuación queda:

P = I2R

Efecto Joule

Supongamos que el aparato conectado entre los puntos A y B de la imagen fuese un resistor R. En este caso comprobamos que la energía eléctrica perdida por las cargas, al pasar de A hacia B, se transforma íntegramente en energía térmica; es decir, el resistor se calentara pudiendo observarse una transferencia de calor del resistor al ambiente. Este fenómeno fue estudiado en el siglo pasado, por el famoso científico James P. Joule, y en su honor, se denomina efecto Joule. Podemos entender ahora porque se produce el efecto Joule si recordamos que los electrones que constituyen la corriente, al pasar por la resistencia o resistor chocan sucesivamente con los atemos o moléculas del material del cual está construido. Estos choques provocan un aumento en la energía de vibración de dichos átomos, lo cual como ya sabemos, ocasiona un aumento en la temperatura de la sustancia. Así pues, la energía eléctrica de los electrones de la corriente se transmite la resistencia, y aparece como energía térmica.

Ya vimos que la potencia desarrollada en un aparato por el paso de corriente eléctrica a través del está dada por P = iVAB. En el caso particular del efecto Joule tenemos VAB = Ri, dado que se trata de una resistencia R intercalada entre A y B. Entonces, la potencia también podrá expresarse de la siguiente manera:

P = iVAB à P = I*Ri à P = Ri2

Aplicaciones del Efecto Joule

1) Todos los dispositivos eléctricos que s e utilizan para calentamiento que se basan en el efecto Joule. De manera que un radiador, una parrilla, una plancha, un horno eléctrico, una regadera eléctrica, etc., consiste esencialmente en una resistencia que se caliente al ser recorrida por la corriente.

2) Las lámparas de incandescencia, creadas en el siglo pasado por el inventos estadunidense Thomas Edison, también constituyen una aplicaciones del efecto Joule. Sus filamentos generalmente se hacen de tungsteno, que es un metal cuto punto de fusión es muy elevado.

3) Otra aplicación del efecto Joule se encuentra en la construcción de fusiles, elementos que se emplean para limitar la corriente que pasa por un circuito eléctrico; por ejemplo; en un automóvil, una casa, un aparato eléctrico, etc.

4)

EJERCICIOS

1) En una lámpara común encontramos las siguientes especificaciones del fabricante: 60W y 120Va) ¿Cual es el significado de estos valores indicados?-La especificación de 120V indica que el aparato deberá usarse en un sistema de este voltaje. En estas condiciones los 60W significa la potencia con la que la lámpara disparara.

b) Suponiendo que esta lámpara este conectada a 120V determine la intensidad de la corriente que pasa por ella.- P=iV i= P i=60/120 i=0.5 Amperes V

c) ¿Cual es la resistencia del filamento de esta luz?R=V R=120/0.5 R=240 Ω i

2) En un calentador eléctrico se encuentran las siguientes especificaciones del fabricante, 960W y 120V explique:a) Explique el significado de estos valores-Los 960W será la potencia emitida y los 120 V indica que el aparato deberá usarse en un sistema de este voltaje.

b) ¿Suponiendo que el calentador esté conectado a los 120V que corriente pasara a través de el?- P=iV i= P i=960/120 i= 8 Amperes V

c) ¿Cuanto vale la resistencia eléctrica de este calentador?R=V R=120/8 R=15 Ω i

3) Obtener la potencia eléctrica de un tostador de pan cuya resistencia es de 40 Ω y por ella circula una corriente de 3 amperes.

P =? P = I2R.R = 40 Ω I = 3 A P = (3 A)2 x 40 Ω = 360 Watts.

4) Un foco de 100 W se conecta a una diferencia de potencial de 120 V. Determinar: a) la resistencia del filamento. b) La intensidad de la corriente eléctrica que circula por él. P = 100 W V=120a) P = V2/R R = V2/P R = (120 V) 2 = 144 Ω.

100 W

b) P = V*I I = 100 W = 0.83 Amperes. 120 V

5) En los extremos de un conductor hay una diferencia de potencial de 120 voltios cuando lo atraviesa una corriente de 5 amperios. Calcular su potencia V = 120 Volts i = 5 amperesP = V*I P = 120 volts * 5 amp = 600 watts

P = 600 watts

6) Un artefacto eléctrico tiene una resistencia de 50 ohmios. Calcular que intensidad lo atraviesa , si su potencia es 500 watios? R = 50 ohms P = 500 wattsP=i2*R i2= P I= P = 500 R R 50

i = 3.16 amperes

7) Una planta eléctrica genera una corriente de 10 amperios cuando en sus bornes hay una diferencia de potencial de 230 voltios. Un motor está conectado a ella con dos alambres de 0,5 ohmios cada uno. Calcular la potencia que se entrega al motor y el calor desprendido por los alambres en 100 segundos. Calculo de la potencia útil del generador P = ? I = 10 amperes V = 230 voltsP=V*IP = 230 * 10 amp = 2300 watts

P = 2300 watts

8) Un conductor de 80 metros de longitud, tiene una sección de 1,4 mm2 y cuando lo atraviesa una corriente de 10 amp. Tiene una potencia de 180 vatios. Calcular el coeficiente de resistividad ?

L = 80 metros S = 1,4 mm2 ρ = ? P = 180 vatios I = 10 amp.

P=i2*R

R=P/i2 = 180V / (10Amp)2 = 1.8 Ω

R=ρ*L ρ=R*S = 1.8ohm*1.4mm2 = 0.031 Ωmm2/m S L 80m

R=0.031 Ωmm 2 /m

9) Un conductor tiene una potencia de 100 vatios cuando en sus extremos hay una diferencia de potencial de 100 voltios. Calcular su diámetro sabiendo que tiene una longitud de 2 km. Y una resistencia especifica de 17 *

10 – 3 Ω . mm2 / m.

L = 2 km = 2000 m ρ = 17 * 10 – 3 Ω mm2 / m. P = 100 vatios V = 100 volts. d = ?

P=v2/R

R=V2 = (100V)2 = 100 Ω R=100 Ω P 100vatios

R= ρ*L/Sà S= ρ*L = 17*10-3 Ω mm2 / m * 2000m = 0.34mm2

R 100 Ω

S=0.34 mm2 (Área del conductor)

S= πd2 = d2= 4*S d= 4*0.34mm2 = 4*0.34mm2 = 0.433 = 0.65mm 4 π π 3.14

d= 0.65mm (diámetro del conductor)

10) Un efecto conectado a la tensión de 110 V y a 0.5 A de intensidad, esta encendido durante una hora.a) ¿Cuál es la potencia del foco?b) ¿Cuánta energía disipo?

Datos:t = 3600sV = 110VI = 0.5 AP = ?W = ?

a) P = VI = 110V*0.5Ab) P = W/t à W = Pt = 55W*3600s P = 198000J/s*s = 198000J

CONCLUSION

Durante la elaboración del tema nosotros pudimos notar y comprobar que ciertamente que la energía aplicada en un circuito eléctrico, puede convertirse en otros tipos de energía; en la que nosotros explicamos fue de energía eléctrica a energía térmica en donde se explicaba el efecto Joule y su comportamiento dentro del circuito.

REFERENCIAS

Electrotecnia. Curso elemental Electrocinética. Circuitos Eléctricos