Monografía de física Resonancia en circuito RLC en serie


Monografía de Física Resonancia en circuitos RLC en serie (relacionada a la electricidad)
















Índice










Imagen Introductoria: Onda sinusoidal




Resonancia en circuitos RLC en serie

1. Introducción:

Como vimos en el curso de Física, una onda mecánica entra en resonancia cuando su frecuencia natural se encuentra con otra muy similar aella. En electricidad, decimos que un circuito eléctrico esta en resonancia cuando actúa como solo resistivo. La tensión en la resistencia se encuentra en fase con la tensión de excitación y la corriente es máxima, por lo tanto, la potencia también. Como sabemos, en el caso de circuitos RLC en serie la frecuencia angular () está dada por la inductancia, representada por la letra L, y por lacapacitancia, representada por la letra C; la formula es la siguiente:



Como también pudimos corroborar en el laboratorio de electricidad, el campo magnético que se produce en una bobina puede ser afectado por diversas razones, una de ellas puede ser la cercanía de un inductor. En esta monografía aplicaremos los conocimientos utilizados en el curso de Física I para investigar y aprender que ocurrecuando un circuito RLC en serie entra en resonancia.








2. Objetivos
Determinar la diferencia entre resonancia eléctrica y resonancia mecánica, ya que a pesar de que ambos trabajan con movimientos ondulatorios, poseen algunas diferencias entre sí.

Aplicar los conocimientos respecto a movimiento ondulatorio, específicamente de resonancia, que hemos aprendido en el curso de Físicay aplicarlos a nuestra especialidad, el área eléctrica.


Demostrar que alcanzando la resonancia a los 60 Hz, aumenta la potencia, la tensión y la corriente.

Medir los parámetros de una señal alterna: frecuencia, período, valor máximo, valor rms o eficaz.


Determinar la relación entre la intensidad de corriente y la frecuencia en un circuito RLC serie, y a partir de allí determinar lafrecuencia de resonancia del circuito.

Determinar la relación entre el voltaje en el condensador y la frecuencia.


Comprobar que bajo resonancia, la amplitud de voltaje en el condensador es igual a la amplitud de voltaje en la bobina.





Imagen 2.1. Resonancia mecánica


Fundamento teórico

Circuito RLC en serie

Un circuito RLC donde sus componentes están conectados en serieson aquellas que principalmente están conectadas o constan de tres elementos, donde R es un resistor, L es una inductancia o bobina y además C es un capacitor, de forma que la corriente que pasa por cada uno de los componentes es la misma. Al utilizar la corriente como una especie de guía referencial, las tensiones parciales de los elementos o componentes que actúan en el circuito tienen undesfase con respecto a ella que es evidente en el diagrama de vectores.





Figura Circuito RLC



En los siguientes diagramas vectoriales podremos entender mejor los conceptos anteriores:



Figura Diagrama Vectorial del Circuito RLC en Serie


Si queremos encontrar el voltaje total aplicamos la siguiente formula:


Utilizamos ley de ohm donde la resistencia es igual al voltajesobre la intensidad así se puede hallar la impedancia (Z) al dividir el voltaje inicial con la corriente


El ángulo que se forma entre la corriente y la tensión que son totales, se le denomina ángulo de desfase, el cual se puede hallar con la siguiente formula:


Finalmente las ecuaciones fundamentales de la tensión y la corriente en un circuito son las siguientes expresiones:Grafico 3.1. Grafico Tensión (U) y Corriente (I) vs Tiempo (t)
de un circuito RLC en serie con w=1.1wo


Resonancia de un circuito RLC en serie

La condición más importante de la resonancia es donde la frecuencia generadora es igual o muy cercana a la frecuencia natural propia del circuito, la cual se puede expresar de la siguiente manera con la ayuda de esta...