GRUPO HEUREMA. EDUCACIÓN SECUNDARIA

ENSEÑANZA DE LA FÍSICA Y LA QUÍMICA

Potencia de un circuito

Fundamento                                        

En la fig.1 está el esquema de un circuito eléctrico que consta de una resistencia fija R_F y una variable R_V. La pila tiene una fuerza electromotriz e y su resistencia interna es despreciable. V es un voltímetro, A un amperímetro e I  un interruptor.

Fig.1

En el experimento se harán  medidas de la intensidad y del voltaje en función de los distintos valores de R_V.

La potencia consumida en la resistencia variable vale: .

La potencia consumida en la resistencia fija es:            .

La potencia total suministrada por la pila:                     P_T = P_V + P_F.

Los valores I e V de estas ecuaciones, nos los proporcionan las lecturas de los aparatos.

De acuerdo con la ley de Ohm generalizada podemos expresar la potencia en la resistencia variable.

                          

Si derivamos la expresión anterior respecto de la variable R_V e igualamos a cero

    

La consecuencia que se deduce es que la potencia P_V tendrá un máximo o un mínimo, cuando la resistencia variable sea igual a la resistencia fija.

La eficiencia h del circuito se define como el cociente entre  la potencia  P_V, consumida por la resistencia variable, y la potencia total P_T  suministrada por la pila.

A partir de la ley de Ohm generalizada    

 

La última ecuación nos dice que al representar Rv en el eje de ordenadas, frente a  en el eje de abscisas, se obtiene una línea recta cuya pendiente es el valor de la fuerza electromotriz de la pila e  y cuya ordenada en el origen nos da el valor de la resistencia fija R_F.

 

Fotografías

Como resistencia variable se ha utilizado un reóstato y el valor de su resistencia aparece en la fotografía escrito debajo de la misma.

Las lecturas del voltímetro, amperímetro y resistencia, correspondientes  a cada medida, se obtienen de las  imágenes siguientes tituladas: “Conjunto de foto-grafías tomadas de diversas medidas”. Los valores se colocan en la tabla 1 y  a partir de ellos se completan las columnas que allí se indican.

Todos los valores del conjunto de fotografías se colocan en la tabla 1 y se completan  todas las columna 

Fotografía 1

Tabla 1

Resis-tencia variable  RV/W	Intensidad en  mA I/mA	Intensidad en A  I/A	1/I en A-1	Diferencia de potencial DV/V	Potencia en la resistenciavariable/W   PV =I2R	Potencia en la resistencia fija/W   PF=IV	Potencia total PT = PV+PF  PT/W	Eficien-cia

 

Gráficas

Primera parte

a) Represente la resistencia variable R_V en el eje de abscisas frente a la potencia consumida en la resistencia variable P_V  en el eje de ordenadas. Estime si la función presenta un máximo o un mínimo y a partir de ese punto, determine el valor de R. Probablemente necesite ampliar la escala de la gráfica para localizar ese punto y aun así deberá dar el resultado con una cierta incertidumbre.

 

b) Represente en el eje de ordenadas la eficiencia h frente a R_V. Razone cómo debe ser R_V frente a R_F para que la eficiencia sea cada vez mayor.

c) Represente R_V en el eje de ordenadas frene a  en el eje de abscisas. Calcule la ecuación de la recta y determine los valores de e  y  R_F.

 

Segunda parte

d) Confeccione  una tabla de R_V  y  y represente  R_V  en ordenadas frente a en abscisas. Explique el significado de la pendiente de la recta y de la ordenada en el origen. Calcule e y R_F.

e) Confecciones una tabla de R_V     y   . Represente R_V  en el eje de ordenadas frente a  en el eje de abscisas. Explique el significado de la pendiente de la recta obtenida y el de la ordenada en el origen. Calcule e  y  R_F.