Potencia

Universidad de Chile Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas Departamento de Física Laboratorio de Física II FI-35 A

Guía 03

Ley de Ohm (II). Potencia Eléctrica. Corriente Alterna.
Objetivos
- Validez de la ley de Ohm. - Potencia Eléctrica para corrientes continuas. - Corriente Alterna. - Familiarización con un osciloscopio y un generador de ondas.

Introducción
Potencia eléctricaInteresa saber cuanta energía puede entregar un circuito eléctrico, y de que depende. Para esto, tomemos un circuito como el de la figura 1, en el cual tengo algún elemento activo que genera una diferencia de potencial (como por ejemplo, una pila, una fuente, etc), y una "caja" que representa algún elemento que va a utilizar la energía. El terminal A, está a mayor potencial que el terminal B. Simuevo un elemento de carga dq de A a B, esta carga disminuirá su energía potencial en dqVAB,, y por conservación de energía, este valor es el que tiene que transformarse, dentro de la caja, a otro tipo de energía. Tenemos entonces: Ahora si queremos saber la rapidez de transmisión

dU = dqV AB = IdtV AB
de la energía, tenemos:

dU = IVAB ≡ P dt

[1]

Fig. 1: Energía eléctrica

P seconoce como potencia eléctrica. Si en la fórmula anterior, I está en ampere y VAB en volts, la potencia eléctrica se mide en watt. (W). La ecuación anterior es válida para corriente continua, y en cualquier instante dado para corriente alterna.

Corriente alterna
La potencia eléctrica que se distribuye para usos domiciliarios e industriales es casi universalmente una señal que tiene variaciónsinusoidal con el tiempo. Se denomina corriente alterna (abreviado CA). Para calcular el promedio temporal de la potencia en CA, la ecuación [1] debe ser modificada para incluir la fase relativa de las sinusoides V(t) e I(t).

1

Para resistencias tales como las usadas en este experimento, V e I están en fase, así que la ecuación [1] se usa sin modificación. El suministro de potencia eléctrica enel laboratorio es en corriente alterna de una frecuencia de 50 Hz, es decir, tiene una forma de onda sinusoidal de período 20 milisegundos. Una manera de caracterizar su voltaje sería midiendo la diferencia entre un máximo y un mínimo de la onda, o sea lo que se conoce como voltaje peakto-peak (VPP). Si la onda es simétrica, la amplitud de la onda corresponde a la mitad de el voltaje peak-to-peak.Otra manera más habitual, es expresar el voltaje a través del valor eficaz, en inglés “root mean square” o RMS. Este valor es la raíz cuadrada del promedio del valor instantáneo del voltaje al cuadrado. Por ejemplo, para un voltaje sinusoidal de amplitud A,

V (t ) = A cos(ωt )
2π 2

1 V (t ) = 2π

∫ ( A cos ωt )
0

2

d (ωt ) =

1 2 A 2
[2]

V RMS = V (t ) 2 =
Análogamente,

A2

I RMS = I (t ) 2

[3]

Por ejemplo, la red eléctrica tiene una amplitud máxima de A = 311 V y un valor eficaz de 220 VRMS. Se puede demostrar que para una onda cuadrada simétrica VRMS = A, y para una triangular simétrica VRMS= A/√ 3. Para ilustrar el significado del término “valor eficaz”, considere la potencia disipada en una resistencia. Una resistencia disipa energía eléctricaconvirtiéndola en calor. La cantidad de potencia perdida se obtiene sustituyendo R=V/I en la ecuación [1] :

P = I2 ⋅R
es
2 P (t ) = I 2 (t ) ⋅ R ≡ I RMS ⋅ R .

[4]

Con la definición [3] vemos que la potencia promedio disipada para una corriente alterna I(t) = A cos(ωt)

La comparación con la ecuación [4], muestra que una corriente alterna de magnitud IRMS tiene el “efecto” de una corrientecontinua de la misma magnitud en el sentido de que la potencia disipada promedio es la misma para ambas. De esta manera de un punto de vista energético, es mejor hablar de voltaje RMS, que de peak-o-peak.

Experimento
PARTE A : Validez de la ley de Ohm
Primero deberá verificar la validez de la ley de Ohm para una ampolleta de automóvil, y luego, estudiará la asociación de ampolletas. MONTAJE...