GRUPO HEUREMA. EDUCACIÓN SECUNDARIA

ENSEÑANZA DE LA FÍSICA Y LA QUÍMICA

sección: PRÁCTICAS DIGITALES DE FÍSICA
para imprimir(pdf)
volver a inicio

Iniciación a la corriente alterna I

Fundamento  
Un generador de corriente continua se caracteriza porque entre sus bornes se establece una diferencia de potencial constante con el tiempo. Un borne está a mayor potencial que el otro y para señalar esta característica,   al borne de mayor  potencial se le  da signo positivo  y al de menor po-tencial negativo. Si se representa el voltaje frente al tiempo(eje X) se obtiene una línea  recta como indica la fig.1.
SOLUCIÓN

Fig.1

Un generador de corriente alterna senoidal produce un voltaje que varía sinusoidalmente con el tiempo  y en consecuencia cambia de signo cada medio periodo. Si se representa el voltaje frente al tiempo se obtiene una curva como la de la fig. 2.

 

 

 

 

 

 

 

 

Fig.2

En la corriente alterna se definen los siguientes términos:

Voltaje pico a pico, Vpp, es la diferencia entre el máximo positivo y el mínimo negativo. En la fig. 2             Vpp = 2-(-2) = 4  voltios

Voltaje eficaz, Vefz está relacionado con el voltaje pico a pico mediante la ecuación

 

Como veremos en el experimento, el voltaje pico a pico se puede medir utilizando un osciloscopio. Sin embargo, el voltaje eficaz se mide mediante un voltímetro de corriente alterna.

Un ciclo completo supone  que el voltaje comience en un valor como el cero, alcance el máximo  positivo, valga de nuevo cero, alcance el valor máximo negativo y finalmente vuelva a valer cero. En la fig. 2 existen tres ciclos completos y una pequeña iniciación al cuarto.

Periodo, T.  Es el tiempo que transcurre para que se verifique un ciclo completo. En la fig. 2 el periodo es 6,2 milisegundos.

Frecuencia, f , Es el número de ciclos que se verifican en la unidad de tiempo. La frecuencia es el inverso del periodo, medido éste en segundos. La unidad es el hercio, Hz. La frecuencia de la corriente alterna de la fig. 2 es:

 

Frecuencia angular w, está relacionada con la frecuencia f, mediante la ecuación.

La ecuación matemática que representa cómo varía el voltaje de una corriente alterna senoidal es de la forma.

                           

En la ecuación anterior  los ángulos se expresan en radianes.

El voltaje máximo, Vmax es la mitad del voltaje pico a pico y el término j se llama ángulo inicial de fase, su valor depende del  valor que tiene V cuando se elige el instante de tiempo cero. Si cuando el instante de tiempo es t = 0  y sucede que  es V = 0, al sustituir en la ecuación resulta.

Si cuando t = 0,  ,  al sustituir en la ecuación

En la fig. 3 está fotografiado un osciloscopio. Este es un aparato electrónico de gran utilidad en el laboratorio. A pesar del gran número de botones y diales que contiene, para el propósito de nuestra práctica, solamente nos interesa fijarnos en:

Fig.3

La pantalla: Está cuadriculada y cada cuadrado tiene 1 centímetro de lado. Consideramos el eje X como el eje horizontal situado a la mitad de la pantalla y el eje Y el perpendicular al anterior también a la mitad de la misma. Observe que los ejes X e Y tienen divisiones más pequeñas, de 0,2 cm.

 

Time/Div : Ese dial controla el eje X que es donde se miden los tiempos.  Si por ejemplo la raya blanca del dial señala 1 ms (tal como se ve en la fotografía), quiere decir que cada centímetro del eje X equivale a un milisegundo de tiempo. Es un factor de escala de tiempo

 

 

Volts/Div: Este dial actúa según el eje Y. Por ejemplo si la raya blanca del botón señala 0,5 voltios (tal como se ve en la fotografía) quiere decir que cada 1 cm del eje Y  corresponde a 0,5 voltios. Es un factor de escala de voltaje

 

 

 

Fotografías

 

a) Corriente continua. Tal como se explicó en la fig.1 produce una traza horizontal.

Fotografía 1

En la fotografía 1 se ha colocado el osciloscopio, un voltímetro de continua y una batería de corriente continua. Como uno de los bornes de la pila no está conectado el voltímetro indica cero voltios y la traza en el osciloscopio está sobre el eje X.

 

Fotografía 2

En la fotografía 2, ahora se ha conectado la pila y el voltímetro marca 11,44 V. La traza en la pantalla del osciloscopio de la corriente continua, corta al eje Y.

 La distancia  en cm desde el  origen de coordenadas al punto de corte con el eje Y,   L =2,3 cm

La posición de la raya blanca del dial Volts/Div (situado a la izquierda)  es 5 V

     fv = ………….. ( El valor de fv lo señala la rayita blanca del dial , no la flecha  de color rojo)

    

Lectura del voltaje de la pila mediante el osciloscopio  

     Tanto por ciento de diferencia entre V  y la lectura del voltímetro =

 

 

Fotografías

b): Corriente alterna senoidal 

Fotografía 3

La fotografía  3 contiene también un aparato llamado generador de frecuencias que puede producir corrientes alternas de distintas formas de onda,  frecuencias y voltajes. Este aparato se encuentra conectado al osciloscopio y por eso aparece en la pantalla la correspondiente imagen de la corriente alterna sinusoidal.

Anote la distancia, medida sobre el eje Y, en centímetros entre el máximo positivo y el mínimo negativo  DY = ……… 

Anote  la distancia, medida sobre el eje X  de un ciclo de la corriente  DX = …………….

 

c) Base de tiempos y medidas del voltaje

Las fotografías 4a y 4b  son una ampliación con detalles de la  fotografía 3 y a partir de  ella se determinan  los factores de escala  fv  y  ft.

Fotografía 4a

Fotografía 4b

 

 

                                fv =……….      ;                                                       ft = …………….

 

 

Con los datos anteriores calcule el voltaje pico a pico de la corriente y el periodo

 

                     Vpp = fv · DY = …………   ;                                       T = ft · DX  = …………

 

A partir del periodo calcule la frecuencia:     

 

Conocidos los valores anteriores vamos a encontrar la ecuación del voltaje de la corriente alterna . 

 

   (1)

 

En la fotografía 3 determine el valor de V cuando el tiempo es cero, esto es, cuando la curva corta al eje Y, valor que situamos en esta aplicación en el centro de la pantalla. 

 

                                                   V = …………

 

Sustituya este valor en la ecuación (1) y determine el valor de j.     

 

Finalmente, escriba la ecuación del voltaje con los valores numéricos:

V =

 

 

Gráficas

a) En la hoja de cálculo, dé valores a la variable t y dibuje V (eje Y) frente a t, dando a t solamente valores positivos

b) Haga lo mismo que en el apartado a) pero ahora trate de reproducir la misma figura que aparece en la pantalla del osciloscopio en la fotografía 3. Ahora tendrá que dar valores positivos y negativos a la variable t.