Comportamiento de una Pila Eléctrica (Fiz020)

Comportamiento de una Pila Eléctrica

Objetivo

Estudiar el comportamiento de una pila seca cuando ella entrega energía a un circuito externo, y a partir de la información obtenida, calcular el valor de parámetros importantes de la misma, $LaTeX: \epsilon$ y $LaTeX: R_i$.

Equipamiento

- Circuito Resistencia Interna de una Pila

- Un multímetro

- 2 Sensores de Voltaje

- Pinza retractil

Teoría

El voltaje V a través de una resistencia R, se relaciona con la corriente I que circula por la resistencia de acuerdo con la Ley de Ohm:

$LaTeX: V = I \cdot R \qquad\qquad\qquad (1)$

Una pila se puede representar por una fuente de fuerza electromotriz (fem) ε, conectada en serie con una resistencia Ri, que corresponde a la resistencia interna de la pila. Así, si la pila entrega una corriente I, la caída de tensión V a través de la pila esta se relaciona con la fem y la resistencia interna, mediante la ecuación:

$LaTeX: V = \epsilon - I \cdot R_i \qquad\qquad\qquad (2)$

Montaje Experimental

Disponga los materiales y equipos conformando el circuito que muestra la figura 1.

A es un amperímetro de C.C con un alcance máximo de $LaTeX: 1A$, $LaTeX: V$ es un voltímetro electrónico y $LaTeX: R_v$ es un reóstato variable adecuado que está conectado en serie con cada pila y el amperímetro, a través de resistencias.

Figura 1: Diagrama de una línea del experimento.

Configuración Software Data Studio

1.- Ponga en ejecución el programa Data Studio.

2.- Para calibrar el canal A (para que lea voltajes), del menú de iconos seleccione Voltaje Sensor (Sensor de Voltaje)

3.- Presione la tecla Options (opciones) y seleccione:

- la opción de Keyboard (Teclado)

- Ingrese Corriente en el cuadro de name (nombre)

- Ingrese mA en cuadro de Units (unidades)

Procedimiento Experimental

Para el circuito de la Pila D (pila grande). Figura 2.

1.- Conecte el sensor de voltaje en los conectores respectivos (rojo- negro). En el multímetro utilice la escala de $LaTeX: 400 mA$ para la medición de la corriente.

2.- Ud. deberá posicionar la pinza sobre una de las puntas de prueba. Comience por la tercera (PPD13) cercana a la Pila, inmediatamente presione el Pulsador (botón blanco) sin soltarlo, hasta después de haber realizado todas las mediciones.

3.- En este momento aparecerá en la pantalla una ventana que indica corriente, ingrese por el teclado el valor que indica el amperímetro. Presione Conservar (keep). Repita para todas las posiciones de la línea del circuito.

4.- Una vez finalizada la toma de datos, suelte el botón blanco.

5.- Para graficar los datos obtenidos arrastre el icono que indica el gráfico y llévelo hasta el canal A. Seleccione en el eje vertical el voltaje y en el horizontal la corriente.

Figura 2: Montaje Experimental con Pila Grande.

Circuito de la Pila AA (pila Chica).

Conecte la pila chica y cambie el sensor de voltaje a los conectores respectivos (amarillo-negro). Repita el mismo procedimiento anterior. Para graficar los datos obtenidos arrastre el icono que indica el gráfico y llévelo hasta el canal A. Seleccione en el eje vertical el voltaje y en el horizontal la corriente.

Análisis de Datos

1.- Escriba, a partir de la Ley de Ohm, una ecuación que describa el circuito usado en el experimento, incluyendo los términos de fem, resistencia interna de cada pila, resistencia externa y voltaje y corriente medidos.

2.- Grafique V en volts versus I en amperes.

3.- Obtenga el valor de la pendiente y del intercepto de la curva graficada. Interprete físicamente el resultado.

4.- Utilizando el Gráfico y la ecuación que describe el circuito, responda las siguientes preguntas:

- ¿Cuánto vale $LaTeX: \epsilon$ ? para cada pila.

- ¿Cuánto vale $LaTeX: R_i$ ? para cada pila

Preguntas

• ¿Cómo es la $LaTeX: R_i$ de ambas pilas?. Comente.

• ¿Cuánto vale $LaTeX: I$ para $LaTeX: V=0$?. Discuta su resultado para cada pila.

• A una pila nueva y sin uso se le mide voltímetro y luego la misma pila conectada le mide nuevamente su voltaje, mientras circuito. ¿Qué cree Ud. que marcaría el situaciones?. Explique