Asignase un sentido en el circuito y determine que ramas son caídas de tensión y que rama subidas de tensión.

Las corrientes de malla son:
I1 = 16.104 [mA]
I2= 0.0335 [mA]
I3= 0.0081 [mA]


De la pregunta 10 se tiene:

i1 = I2 = 0.0335 [mA]
i2 = I3 = 0.0081 [mA]
i3 = (I1 - I2)= 16.104 - 0.0335 =16.07055 [mA]
i4 = (I1 - I3)= 16.104 - 0.081 =16.0959 [mA]
i5 = (I3 - I2)= 0.0081 – 0.0335 =I- 0.0254I [mA]



Las tensiones en las resistencias serán:

VR1 = R1* i1= 219*0.0335 = 7.3365 (V)
VR2 = R2* i2= 120*0.0081 = 0.972 (V)
VR3 = R3* i3= 0.46*16.070 = 7.3924 (V)
VR4 = R4* i4= 0.057*16.095 = 0.9174 (V)
VR5= R5* i5= 2.16*0.0254 = 0.05486 (V)

Tabla de voltaje medido y calculado

Resistencia[KΩ] V(medido)[V] V(calculado)[V] Error [V]
R1=219 6.86 7.3365 0.4765
R2=120 0.88 0.972 0.092
R3=0.46 6.88 7.3924 0.5124
R4= 0.057 0.82 0.9174 0.0974
R5=2.16 0.512 0.05486 0.45714

Tomando en cuenta estos datos se tiene:

En la rama de a – c para I1 caída de tensión y para I2 , subida de tensión
En la rama de a – d para I2 caída de tensión
En la rama de c – b para I1 caída de tensión y para I3 , subida de tensión
En la rama de d – b para I3 caída de tensión
En la rama de c – d para I3 subida de tensión y para I2 , caída de tensión

Si las resistencias R1, R2, R3 y R4 son iguales que particularidad tiene el circuito.

Para nuestro caso R1 = R2 = R3 = R4 = 120 [KΩ], R5 = 2.16 [KΩ] y V = 8.31 [V]

Por el método de mallas:

240 I1 – 120 I2 – 120 I3 = 8.31……….... (1)
-120 I1 + 242.16 I2 -2.16 I3 = 0…………........ (2)
-120 I1 – 2.16 I2 + 242.16 I3 = 0…….…… (3)

Resolviendo el sistema por (1), (2) y (3) obtenemos:

I1 = 0.0692 [mA]
I2= 0.0346 [mA]
I3= 0.0346 [mA]

Entonces la corriente en la resistencia R5 será:

IR5 = (I3 - I2)= 0.0346-0.0346 = 0 [mA]
Por la ley OHM:
VR5 =R5 * IR5 = 2.16*(0)= 0 [V]

Y concluimos que si R1, R2, R3 y R4 son iguales con los datos obtenidos obtenemos que en la rama P-N no existe corriente eléctrica ni voltaje.

10.- Como usted explica el sentido de la corriente en la rama P-N.
Tomando los valores conocidos de las resistencias de R1, R2, R3, R4 y R5, con el voltaje de V = 8.31 [V] se obtuvieron las siguientes corrientes, resolviendo el sistema:
I1 = 16.104 [mA]
I2 = 0.0335 [mA]
I3 = 0.0081 [mA]

Por lo tanto las corrientes en las resistencias del circuito serán:

i1 = I2 = 0.0335 [mA]
i2 = I3 = 0.0081 [mA]
i3 = (I1 - I2)= 16.104 - 0.0335 =16.07055 [mA]
i4 = (I1 - I3)= 16.104 - 0.081 =16.0959 [mA]
i5 = (I3 - I2)= 0.0081 – 0.0335 = - 0.0254 [mA]

Por los datos obtenidos concluimos que la corriente en la rama P-N es contrario al asignado arbitrariamente o sea del nodo N al nodo P.

Nodo P
i3+ i5 = i4
(**) 16.07055 + 0.0254 = 16.0959 [mA]
16.0959 [mA] =16.0959 [mA] (corrientes calculados)

14.54 + 0.022 = 15.51 [mA]
(*) 14.54 [mA] Ξ 15.51 [mA] (corrientes medidos)

(*) Como observación tenemos que existe una variación con las corrientes i3+ i5= 14.54 [mA], (corrientes medidas), con referencia i4, una variación de 0.03 [mA].

(**) Y una variación a un mas, comparando las corrientes medidas, con las corrientes calculados del 0.5859 [mA].

Que ocurre si R1 y R3 son iguales en los bornes P-N. Analizando el circuito:

Datos para resolver la malla:

R1	219 [KΩ]
R2	120 [KΩ]
R3	0.46 [KΩ]
R4	0.057 [KΩ]
R5	2.16 [KΩ]
V	8.31[V]

Resolviendo el sistema por el método de mallas.

Para la malla 1: (0.46+0.057) I1 – 0.46 I2 – 0.057 I3 = 8.13…..…….. (1)

Para la malla 2: -0.46 I1 + (219+0.46+2.16) I2 -2.16I3 = 0….......….. (2)

Para la malla 3: -0.057 I1 – 2.16 I2 + (2.16+120+0.057) I3 = 0…….. (3)

El sistema por malla:

0.517 I1 – 0.46 I2 – 0.057 I3 = 8.31……….... (1)
-0.46 I1 + 221.6 I2 -2.16 I3 = 0…………........ (2)
-0.057 I1 – 2.16 I2 + 122.217 I3 = 0…….…… (3)

Resolviendo el sistema por (1), (2) y (3) obtenemos:

I1 = 16.104 [mA]
I2= 0.0335 [mA]
I3= 0.0081 [mA]

La corriente y el voltaje en R5 serán:

IR5 = (I3 - I2)= 0.0081-0.0335 = -0.0254 [mA]
VPN = VR5 =R5 * IR5 = 2.16*(-0.0254) = -0.0548 [V].................. (a)

Haciendo R1 = R3 = 219[KΩ], obtenemos lo siguiente:

219.057 I1 – 219 I2 – 0.057 I3 = 8.31……….... (1)
-219 I1 + 440.274 I2 -2.16 I3 = 0…………........ (2)
-0.057 I1 – 2.16 I2 + 122.217 I3 = 0…….…… (3)

Resolviendo el sistema por (1), (2) y (3) obtenemos:

I1 = 0.0754 [mA]
I2= 0.0375 [mA]
I3= 6.9871*10-4 [mA]

La corriente y voltaje en R5 serán:

IR5 = (I3 - I2)= 6.9871*10-4 - 0.0375 = -0.0368 [mA]
VPN = VR5 =R5 * IR5 =2.16*(-0.0368) = -0.0795 [V].................. (b)

Comparando (a) con (b) llegamos a concluir que si R1y R3 son iguales el voltaje disminuye un voltaje de 0.0247 [V].

El puente de Wheatstone tiene dos aplicaciones fundamentales: Puente de error (II)

A hora veamos que pasa en el medio ciclo negativo. La corriente tendrá la siguiente secuencia:


1. La corriente llega primero al punto D, debido a la polaridad de los diodos pasara por D4 hasta el punto B.
2. Debido a polaridad de D1, la corriente pasara a la resistencia de carga.
3. al llegar al punto C la corriente toma el camino de D2, ya que su ánodo es positivo.
4. Finalmente en el punto A la corriente encontrara el Terminal positivo del transformador.

El puente de Wheatstone tiene dos aplicaciones fundamentales: Puente de error (I)

Si en el último puente dibujado sustituimos R3 por una resistencia dependiente de un parámetro exterior (por ejemplo una LDR, resistencia de pendiente de la luz), se puede utilizar el puente para medir las variaciones de ese parámetro, a través del desequilibrio del puente.
-El circuito mixto cambiando las resistencias por dispositivos pasivos como los diodos rectificadores nos genera corriente continua.
Este circuito trabaja de la siguiente manera:
1. La corriente llega al punto A y pasa entonces a D1; esta no puede pasar por D2, debido a su polarización.
2. Cuando la corriente llega al punto B, esta pasa a la resistencia de carga. No puede pasar por D4, debido a su polarización.
3. Cuando la corriente llega al punto C, encuentra a D3 y D2, entonces pasa por D3, ya que D2 no puede pasar debido a su polarización.
4. Cuando la corriente llega al punto D y encuentra el Terminal superior del transformador, entonces completa el circuito, de ninguna manera pasa por D4.

El puente de Wheatstone tiene dos aplicaciones fundamentales: Medida de resistencias de alta precisión

Tres de las resistencias R1, R2 y R3 son patrones de alta estabilidad y baja tolerancia y una de ellas variables. La cuarta es la resistencia incógnita, a determinar su valor Rx. Observar que entre el punto A y B hemos conectado un galvanómetro, que es un instrumento de medida de alta sensibilidad, el cuál nos indicará si hay paso de corriente a través de él.
Ajustando los patrones R1, R2 y R3 hasta que nuestro galvanómetro indique que no hay paso de corriente, en cuyo momento, claro está, el potencial en el punto A es igual al potencial en el punto B.
VAB = 0 y se cumplirá, que:
R1 / R2 = R3 / R4
Nuestra resistencia incógnita que en vez de R4 la hemos llamado Rx valdrá:
Rx =R3 x R2 / R1

R2 / R1 toma los valores.... 1000, 100, 10, 1, 0.1, 0.01, 0.001.... Es el multiplicador
Rx = R3 Variable. Es el ajustador.

Indique en que se aplica el circuito puente de Wheatstone. El puente de Wheatstone tiene dos aplicaciones fundamentales:

Es el circuito más sensitivo que existe para medir una resistencia. Es un circuito muy interesante y se utiliza para medir el valor de componentes pasivos como ya se dijo como las resistencias. El circuito es el siguiente: (puede conectarse a cualquier voltaje en corriente directa, recomendable no más de 12 voltios).

LEYES DE OHM Y DE KIRCHHOFF - Si el amperímetro de aguja que se usa de referencia en la práctica de pronto marca un sentido negativo, explique la razón de esta deflexión (III)

Un amperímetro analógico o de aguja consiste en un galvanómetro con un shunt o resistencia en paralelo con la bobina, de magnitud lo suficientemente pequeña como para conseguir que prácticamente toda, la corriente se desvíe por ella y que el aparato de medida perturbe lo menos posible las condiciones del circuito. Los amperímetros se conectan en serie con el circuito, es decir, se intercalan entre los puntos en donde se desea medir la intensidad.

Como el amperímetro analógico funciona con imanes, y además es polarizado si se le coloca al revés de su polaridad la aguja tendera a desplazarse hacia el lado izquierdo, esto se debe a la a que el sentido de giro depende del sentido de la corriente y el campo magnético que produce el circuito, si invertimos el sentido el polo sur será el norte y viceversa, con lo que la aguja girara en sentido contrario al establecido

LEYES DE OHM Y DE KIRCHHOFF - Si el amperímetro de aguja que se usa de referencia en la práctica de pronto marca un sentido negativo, explique la razón de esta deflexión (II)

El funcionamiento de un amperímetro consiste básicamente en que aguja solidaria con el bastidor de la bobina hace visible, sobre una escala graduada, el posible movimiento de aquélla. Este movimiento se halla impedido en ausencia de corriente por dos muelles recuperadores o resortes en espiral. Cuando se hace pasar una corriente por la bobina, aparece una fuerza magnética entre la bobina y el imán que desvía la aguja de su posición inicial tanto más cuanto mayor es la intensidad de corriente.

LEYES DE OHM Y DE KIRCHHOFF - Si el amperímetro de aguja que se usa de referencia en la práctica de pronto marca un sentido negativo, explique la razón de esta deflexión

Una bobina recorrida por una corriente y situada en un campo magnético efectúa un giro. El sentido del giro depende del sentido de la corriente en la bobina y del campo magnético.

La bobina recorrida por la corriente es un electroimán, y tiene por tanto un polo norte y un polo sur, como la bobina se encuentra situada en el campo de un imán permanente y polos de igual nombre se repelen y polos de distinto nombre se atraen, sobre la bobina actuaran fuerzas que la harán girar, la bobina solo podrá girar hasta aquella posición en la que coincidan los sentidos de su campo y del imán.

Si invertimos el sentido de la corriente, el polo norte de la bobina se convertirá en polo sur y viceversa, con lo que se invertirá el sentido del giro.

LEYES DE OHM Y DE KIRCHHOFF - Explique el funcionamiento de una lámpara incandescente (III)

Filamento.- Para que una lámpara incandescente emita luz visible, es necesario calentar el filamento hasta temperaturas muy elevadas.

Como la temperatura depende de la resistencia eléctrica es necesario que esta última sea muy elevada. Para conseguirlo podemos actuar de dos formas. En primer lugar, que el filamento esté compuesto por un hilo muy largo y delgado; de esta manera los electrones tendrán más dificultad para pasar por el cable y aumentará la resistencia. Y la segunda posibilidad es emplear un material que tenga una resistividad eléctrica elevada. También es muy importante que el filamento tenga un punto de fusión alto y una velocidad de evaporación lenta que evite un rápido desgaste por desintegración del hilo.

En la actualidad el material más empleado para los filamentos es el tungsteno o wolframio (W) por sus elevadas prestaciones que se ajustan a los requisitos exigidos además de ser una materia prima asequible.

Casquillo.- El casquillo cumple dos importantes funciones en la lámpara. Por un lado, sirve para conectar el filamento a la corriente eléctrica proveniente del portalámparas. Y por el otro, permite la sujeción de la lámpara a la luminaria evitando su deterioro. En su fabricación se usan habitualmente el latón, el aluminio o el níquel.

Ampolla o bulbo.- La ampolla es una cubierta de vidrio que da forma a la lámpara y protege el filamento del aire exterior evitando que se queme. Si no fuera así, el oxígeno del aire oxidaría el material del filamento destruyéndolo de forma inmediata.

Soporte del filamento: vástago, varillas de soporte e hilos conductores.- El filamento está fijado a la lámpara por un conjunto de elementos que tienen misiones de sujeción y conducción de la electricidad.

Los hilos conductores transportan la electricidad desde el casquillo a los hilos de soporte a través del vástago. Para evitar el deterioro de las varillas de soporte es necesario un material, normalmente se usa el molibdeno, que aguante las altas temperaturas y no reaccione químicamente con el tungsteno del filamento.

El vástago es de vidrio con plomo, un material con excelentes propiedades de aislante eléctrico, que mantiene separada la corriente de los dos conductores que lo atraviesan. Además, y gracias a su interior hueco sirve para hacer el vacío en la ampolla y rellenarla de gas (cuando se requiera).

Gas de relleno.- Aunque antiguamente se hacía el vacío en el interior de la ampolla, en la actualidad se rellena con un gas inerte por las ventajas que presenta. Con el gas se consigue reducir la evaporación del filamento e incrementar la temperatura de trabajo de la lámpara y el flujo luminoso emitido. Los gases más utilizados son el nitrógeno en pequeñas proporciones que evitan la formación de arcos y el argón que reduce la velocidad de evaporación del material que forma el filamento. Las proporciones empleadas varían según la aplicación de la lámpara y la tensión de trabajo. Aumentando la presión del gas se consigue, además, disminuir la evaporación del filamento y aumentar la eficacia luminosa y vida de la lámpara.

LEYES DE OHM Y DE KIRCHHOFF - Explique el funcionamiento de una lámpara incandescente (II)

A.– Las cargas eléctricas o electrones fluyen normalmente por el conductor desprendiendo poco calor. B.– Cuando un metal ofrece resistencia al flujo de la corriente, la fricción de las cargas eléctricas. Chocando unas contra otras provocan que su temperatura se eleve. En esas condiciones las moléculas. Del metal se excitan, alcanzan el estado de incandescencia y los electrones pueden llegar a emitir. Fotones de luz.

Cuando las cargas eléctricas atraviesan atropelladamente el metal del filamento de una lámpara incandescente, provocan que la temperatura Del alambre se eleve a 2 500 ºC (4 500 ºF) aproximadamente. A esa temperatura tan alta los electrones que fluyen por el metal de tungsteno comienzan a emitir fotones de luz blanca visible, produciéndose el fenómeno físico de la incandescencia.

La gran excitación que produce la fricción en los átomos del tungsteno o wolframio (W), metal del que está compuesto el filamento, provoca que algunos electrones salgan despedidos de su órbita propia y pasen a ocupar una órbita más externa o nivel superior de energía dentro del propio átomo. Pero la gran atracción que ejerce constantemente el núcleo del átomo sobre sus electrones para impedir que abandonen sus correspondientes órbitas, hace que regresen de inmediato a ocuparlas de nuevo. Al reincorporarse los electrones al lugar de procedencia, emiten fotones de luz visible para liberar la energía extra que adquirieron al ocupar momentáneamente una órbita superior.

LEYES DE OHM Y DE KIRCHHOFF - Explique el funcionamiento de una lámpara incandescente (I)

En la mayoría de los casos junto con la luz se genera también calor, siendo esa la forma más común de excitar los átomos de un filamento para que emita fotones y alcance el estado de incandescencia.
Normalmente cuando la corriente fluye por un cable en un circuito eléctrico cerrado, disipa siempre energía en forma de calor debido a la fricción o choque que se produce entre los electrones en movimiento. Si la temperatura del metal que compone un cable se eleva excesivamente, el forro que lo protege se derrite, los alambres de cobre se unen por la pérdida del aislamiento y se produce un corto circuito. Para evitar que eso ocurra los ingenieros y técnicos electricistas calculan el grosor o área transversal de los cables y el tipo de forro aislante que deben tener, de forma tal que pueda soportar perfectamente la intensidad máxima de corriente en ampere que debe fluir por un circuito eléctrico.

Cuando un cable posee el grosor adecuado las cargas eléctricas fluyen normalmente y la energía que liberan los electrones en forma de calor es despreciable. Sin embargo, todo lo contrario ocurre cuando esas mismas cargas eléctricas o electrones fluyen a través de un alambre de metal extremadamente fino, como es el caso del filamento que emplean las lámparas incandescentes. Al ser ese alambre más fino y ofrecer, por tanto, más resistencia al paso de la corriente, las cargas eléctricas encuentran mayor obstáculo para moverse, incrementándose la fricción.

LEYES DE OHM Y DE KIRCHHOFF - Determinar la temperatura para cada resistencia en los circuitos experimentados 2

CIRCUITO EN SERIE:

DATOS

RESISTENCIAS			T [ºC]
R1	219	235	175.35
R2	120	129	179.66
R3	0.460	0.54	399.47
R4	0.057	0.059	90.97

CIRCUITO EN PARALELO:

DATOS

RESISTENCIAS			T [ºC]
R1	219	240	226.08
R2	120	126	124.11
R3	0.460	0.51	254.54
R4	0.057	0.059	90.97

CIRCUITO MIXTO:

DATOS

RESISTENCIAS			T [ºC]
R1	219	228.6	110.41
R2	120	146.6	505.59
R3	0.460	0.473	75.80
R4	0.057	0.057	13.00
R5	2.16	2.320	117.60