UNIVERSIDAD DE ANTOFAGASTA Ingeniera Civil en Procesos de Minerales

Comportamiento de una pila elctrica (Laboratorio Fsica II)

Integrante: Christopher Davis Rebolledo

Profesor: Dr. Freddy Lastra Fecha de Entrega: 15/06/2012

Objetivos

-Objetivo N1:

Estudiar el comportamiento de una pila seca cuando se conecta a un circuito externo.

-Objetivo N2:

Determinar la fuerza electromotriz de la pila y su resistencia interna.

Introduccin

Contexto Histrico

Fue en 1800cuando se invento la pila, por el fsico italiano Alessandro Volta. En los mas de 200 aos transcurridos desde entonces se han construido muchos modelos de pilas, pero todas ellas se basan en el mismo principio que la pila de Volta.

La pila elctrica esta constituida por 3 componentes bsicos: el anodo o electrodo negativo, el catodo o electrodo positivo y un electrolito que es el medio que permite la transferencia de carga elctrica. Las pilas se pueden clasificar en primarias y secundarias. Las pilas primarias son desechables, no recargables y el electrolito esta contenido por un absolvedor o separador. Tambien se les denomina pilas secas. Sus ventajas generales son : tiempo e vida largo, alta densidad de energa a tasa de descarga baja o moderada, casi no requiere mantencin y facilidad para su uso.

En esta experiencia se estudiara el comportamiento de una pila seca y se medira sus parmetros caracteristicos (FEM y Resistencia interna).

ndice

Objetivos Pag. 2

Introduccin Pag. 3

Aspectos Tericos.Pag. 5

Materiales y Montaje.Pag. 6-11

Datos, Grficos y Anlisis.Pag. 12-14

Anlisis de ResultadoPag. 15

Conclusin.Pag. 16

Aspectos Teoricos

Voltaje [Volt]

Pendiente presenta la Resistencia [ohm]Ley de Ohm:

Intensidad [A]

Donde: V= Voltaje [Volt]I= Intensidad de corriente [A]R= Resistencia [ohm]

Una pila seca se puede representar como una fuente ideal, de fuerza electromotriz (FEM), conectada en serie a sus resistencia interna (Ri). Al conectar una carga a la pila, circulara una corriente I que le producir una cada de potencial V. Si la carga es una resistencia, como en el experimento a desarrollar, la cada de potencial estar dada por la Ley de OHM.De acuerdo a una de las leyes de Kirchhiff, que establece que la suma de las diferencias de potencial a travs de todo los elementos de un circuito cerrado debe ser cero, se puede relacionar V con la Fem y la resistencia interna de la pila por la relacin:

MaterialesPila de 1,5V

Una pila esta constituida por 3 componentes, un electrodo positivo, un electrodo negativo y un electrolito que actua como medio que permite la transferencia de carga elctrica. En este laboratorio usaremos una pila primaria, denominada tambin por el nombre de pila seca.

Conectores

Los Cables son necesarios para construir los puentes entre resistencias, fuentes de poder, ampermetros, voltmetros, etc. Existen cables de una conexin y otros que pueden conectarse a otros cables entre s, en este laboratorio se usaron pocos cables, ya que el circuito no tenia mayor complicacin y tantos elementos, como en laboratorios anteriores.

Computador Personal

Computador comn de mesa en el que estaba instalado el programa Graphical Analisys, que nos perimitio con los datos obtenidos, graficar y obtener un ajuste lineal, para medir la pendiente o mas bien la resistenca interna de la pila, en funcin de voltaje versus la intensidad de corriente que se presentaran posteriormente en este informe.

Amperimetro y Voltimetro

Voltmetro y Ampermetro, respectivamenteComo ya se a explicado en informes anteriores, el ampermetro y voltimetro son elementos esenciales para medir amperes y voltajes, respectivamente. En este laboratorio se uso el voltmetro para calcular el voltaje, valga la redundancia, de la pila seca del circuito.

Reostato

Un reostato (o restato) es un resistor de resistencia variable.Es por tanto un tipo constructivo concreto de potencimetro que recibe comnmente este nombre en vez del de potencimetro al tratarse de un dispositivo capaz de soportar tensiones y corrientes muchsimo mayores, y de disipar potencias muy grandes.Los reostatos son usados en Ingeniera Elctrica en tareas tales como el arranque de motores o cualquier tipo de tarea que requiera variacin de resistencia en condiciones de elevada tensin o corriente.

Montaje o Armado de Circuito.Primero que todo, hay que montar el experimento, conectar la pila en serie con el ampermetro y el restato. Un voltmetro se conecta en paralelo entre los electrodos de la pila. El interruptor ser simplemente un cable conectado o desconectado. Antes de empezar a realizar el experimento debemos dejar desconectado el cable para que no se descargue la pila. Debemos de tener el voltmetro en una escala de 20V, y medir el voltaje de la pila (que posteriormente servir para realizar el anlisis). Luego debemos colocar el ampermetro en la escala de 200 mili ampere (mA) o en una superior (250mA, 500mA). Despus de tener los elementos con sus respectivas escalas, tenemos que proseguir a con el experimento, comenzamos a medir con valores altos del restato, de acuerdo a lo que nos permita el Amperimetro, si se puso en la escala de 200mA, debemos tener el cuidado de no pasarnos de ese valor, porque podramos quemar el ampermetro. Con mucho cuidado y con cierta rapidez debemos de registrar los valores e voltaje e intensidad en la hoja de informe, ya que si nos demoramos mucho, la pila empezara a descargarse. Antes de finalizar debemos calcular el voltaje de la pila con el circuito abierto denuevo, resultado que tambin nos servir en el informe de anlisis. Por ultimo utilizar el graphical analisys para crear una tabla con los valores que registramos en la tabla de valores de corriente y voltaje, realizar un ajuste lineal a la grafica y finalizamos. Datos, Grficos y Anlisis Antes que nada, dejare expresado la tabla de valores del infome de laboratorio que adems se adjuntara al informe general, en formato Excel, para que no se produzca ninguna confusin con los datos, tambin agregare un grafico Excel para notar el ajuste que se realizo en este experimento, para luego proceder al anlisis del grafico con sus respectivos datos y/o valores.

Aqu se presenta el grafico que resulto del programa Graphical Analisys, en la imagen se aprecia que la recta posee una pendiente negativa, por lo que se explicara mas adelante.

Queda en manifiesto que la grafica presenta una pendiente negativa y presenta la funcin de: Con m < 1donde se da a entender que la pendiente m es la resistencia, adems de lograr observar que tal como propuso Georg Simon Ohm, el voltaje es directamente proporcional a la intensidad de corriente y la resistencia se mantiene constante, ya que es hay material hmico, y como se vio en el laboratorio pasado, los materiales hmicos obedecen la Ley de Ohm, en la tabla de datos que se presento anteriormente, se nota que hay unas celdas en rojo, esto es para demostrar que el restato no estaba del todo bueno, ya que no hacia contacto muy bien, por lo que me arrojo un dato errneo y con lo que me haca imposible determinar un ajuste lineal del grafico, as que opte por despreciar ese valor, pero deba explicar porque sali ese valor.El ajuste que se utilizo para esta grafica fue bastante claro, se le llama ajuste lineal y presento los siguientes valores sin su margen de error, ya que al Graphical Analisys, no le encontr una funcin que me permitiera encontrar los mrgenes de errores correspondientes, pero tambin dejare expresada la correlacin. Ajuste lineal

Pendiente (m)-0,0002312

Coef. De posicion (b)1,503

Correlation-0,9975

Desgraciadamente la correlacin no fue exactamente 1, lo ms probable es que se deba a que tena pocos datos, pero me era imposible seguir calculando ms datos, ya que si lo intentaba, corra el peligro de causar la destruccin del instrumento, en este caso el ampermetro.El coeficiente de posicin (b) es la Fem de la pila, y la pendiente es la resistencia interna de la pila, gracias al Graphical Analisys, pude obtener los valores de la pendiente (resistencia interna) y el coeficiente de posicin (Fem) de la pila, sin necesidad de calcular mediante la formula.Si bien, en el grafico se aprecia que la recta va en picada (pendiente negativa) se debe a que la pila con el tiempo se va descargando, por lo que significa que si voltaje va disminuyendo a medida que pasa el tiempo, adems con el restato que hacamos que variara de una resistencia alta a resistencia menor, demostrbamos que la intensidad suba a medida que el voltaje bajaba con el tiempo.En el caso de que hubisemos dejado por equivocacin la pila conectada, lo ms probable es que se descargara, por lo que sera muy difcil calcular valores a tan bajo voltaje, aunque gracias al voltmetro y el ampermetro, no sera imposible hacerlo, pero siempre es mejor hacerlo lo ms rpido posible. Hubo muchos problemas al principio del experimento, pensado tal vez de que algn ampermetro o voltmetro estaba malo, o que el circuito estaba mal construido, pero al final el problema estaba en que el restato no hacia contacto y dando por hecho la imposibilidad de calcular la intensidad y adems que como pasaba el tiempo buscando el problema, la pila se iba descargando a medida que no se encontraba el problema.

Anlisis de Resultado (Errores)Todos los datos sacados tienen un margen de error o incertidumbre que afecta directamente al experimento realizado en el laboratorio, en este caso, el ampermetro tenia una incertidumbre que variaba entre un 0,1% y el voltmetro variaba entre un 0,0001% del que mostraba el aparato..Por Ejemplo:Volt: 10 V 0.1%, por lo tanto podemos deducir que el valor del voltaje que es 10[V], debera variar entre 10.01 y 9.99 [V] respectivamente. (Regla de 3 simples)

Por otra parte debo agregar que el Restato del laboratorio, no estaba en muy buen estado, como explique anteriormente, desgraciadamente el restato me marco un valor fuera de lo normal que debera haberme marcado, por lo que me cost un valor ms, lamentablemente solo pude trabajar con 8 valores de voltaje e intensidad, pero eso no imposibilito que pudiese determinar la resistencia interna y la Fem, que es lo primordial en este laboratorio y adems que cumple con los objetivos del mismo.

Conclusin

En este laboratorio deduje que a medida de que el tiempo pase, y la pila este conectada a un circuito, esta bajara su voltaje, por lo que queda demostrado que la pila se descarga, por otro lado aprend que el restato es un instrumento capaz de cambiar su resistencia, y sirven para aguantar condiciones de elevadas tensiones o corrientes, como se demostr en este laboratorio. Adems que de acuerdo a la materia que se est viendo en la clase terica, quedo demostrado que luego de desconectar la pila y despus de un cierto tiempo esta se volvi a cargar, por lo que se entiende que la fuerza electromotriz es una bomba de carga, porque se retroalimenta, significando en pocas palabras de que en cierta manera los electrones que la fem expulso en direccin contraria a la intensidad, realizando un trabajo para lograrlo, se devuelven. Es por lo anterior que la pendiente en este grafico, es negativa a los otros que hemos visto.Esta experiencia me ayudo a entender mejor el funcionamiento de las pilas primarias, denominadas tambin pilas secas, y adems de un nuevo elemento para mi llamado Restato, por lo que podra decir que el laboratorio fue satisfactorio y muy bien aprovechado.