N° Vsc Vcc A (mA) RL (Ω) Ri(Ω)1 4.72 2.10 60 35.60 43.672 4.15 2.60 50 55.50 31.003 4.05 2.84 43 75.00 28.144 3.92 1.90 35 94.70 57.715 4.22 2.80 30 115.0 46.676 4.28 3.83 25 134.8 18.007 4.27 3.95 22 155.0 14.548 4.40 3.99 20 179.8 25.00

N° Vsc Vcc A (mA) RL (Ω) Ri(Ω)1 1.24 1.16 66.0 17.2 1.212 1.22 1.17 44.0 26.8 1.143 1.22 1.18 32.0 37.0 1.254 1.22 1.19 25.0 47.0 1.205 1.22 1.19 20.1 57.1 1.496 1.24 1.19 16.8 67.3 2.987 1.23 1.20 14.6 77.0 2.058 1.23 1.20 14.4 80.2 2.08

1. ¿Qué pasa con el valor del voltaje terminal (voltaje en la resistencia de carga) con el aumento de la corriente del circuito para ambas tablas?

Para determinar el voltaje que circula por la resistencia de carga aplicamos la ley de Ohm, entonces se obtendría:

Tabla 1 (Batería de 9V)

N° A (mA) RL (Ω) VRL

1 60 35.60 2.1362 50 55.50 2.7753 43 75.00 3.2254 35 94.70 3.3155 30 115.0 3.4506 25 134.8 3.3707 22 155.0 3.4108 20 179.8 3.596

15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 650

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

El voltaje terminal o el voltaje en la resistencia de carga para la batería de 9V, presenta una tendencia descendente cuando la corriente del circuito aumenta, como se puede observar en la gráfica se obtiene el mayor voltaje terminal cuando la corriente es la mínima (I = 20mA; VRL = 3.596) y en el último punto donde la lectura de la medida nos da la mayor corriente que circula por el circuito empleando la ley de Ohm obtenemos el voltaje terminal más bajo (I = 60mA; VRL= 2.136V).

VRL (V)

I (mA)

Tabla 2 (Pilas 1.5 V)

N° A (mA) RL (Ω) VRL

1 66.0 17.2 1.13522 44.0 26.8 1.17923 32.0 37.0 1.18404 25.0 47.0 1.17505 20.1 57.1 1.14776 16.8 67.3 1.13067 14.6 77.0 1.12428 14.4 80.2 1.1549

10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.01.09

1.1

1.11

1.12

1.13

1.14

1.15

1.16

1.17

1.18

1.19

VRL (V)

I (mA)

2. ¿Cuáles son las partes principales de una pila y que tipos de pilas existen?

Básicamente es un sistema en el que la energía de una reacción química se transforma en energía eléctrica. En general, las pilas se componen de celdas electrolíticas en las que dos placas eléctricas de metales distintos forman las terminales positiva y negativa (cátodo y ánodo) y están separadas entre sí por una solución denominada electrolito, que es el medio capaz de conducir electrones entre ambas placas y por tanto de producir energía eléctrica. Estos elementos están contenidos en un envase o recipiente metálico o de plástico.Para obtener energía eléctrica es necesario conectar las terminales de la pila al aparato que se desee hacer funcionar, normalmente colocando las pilas dentro de un compartimiento especialmente diseñado para ello.

Tipos de Pilas

Pilas ácidas, pilas salinas, tipo Leclanché, o de cinc/carbono (Zn/C), o “Pilas secas” basadas en la oxidación del cinc en medio ligeramente ácido, están compuestas por cinc metálico, cloruro de amonio y dióxido de manganeso. Son las llamadas pilas comunes. Sirven para aparatos sencillos y de poco consumo.

Pilas alcalinas o de cinc/dióxido de manganeso (Zn/MnO2): la diferencia con la pila seca es el electrolito utilizado, en este caso, hidróxido de potasio, en vez de cloruro de amonio, y el cinc está en polvo. Son las de larga duración. Casi todas vienen blindadas, lo que dificulta el derramamiento de los constituyentes. Sin embargo, este blindaje no tiene duración ilimitada.

Pilas de litio: Producen tres veces más energía que las pilas alcalinas, considerando tamaños equivalentes, y poseen también mayor voltaje inicial que estos (3 voltios). Se utilizan en relojes, calculadoras, flashes de cámaras fotográficas y memorias de computadoras.

Pilas de monofluoruro de litio-carbono: Estas han sido una de las pilas de litios mas comercialmente exitosas, de larga vida, alta densidad energética, buena adaptación a temperaturas y con un voltaje de 3.2 volts. Sin embargo, el costo de monofluoruro de carbono es alto.

Pilas de Litio-thionyl (lithium-thionyl): Este tipo de pila provee la más alta densidad energética disponible comercialmente. El cloruro de thionyl no sirve solo como un solvente del electrolito sino que también como material del cátodo. Su funcionamiento es impresionante, ya sea a temperatura ambiente o hasta -54 grados Celsius, por muy debajo del punto donde sistemas líquidos dejan de funcionar. Se usa en equipos militares, vehículos Aero-espaciales.

Pilas de dióxido de litio-sulfuro: Este tipo de pila ha sido extensivamente usado en los sistemas de energía de emergencia de muchos aviones entre otros usos. El cátodo consiste en un gas bajo presión con otro químico como electrodo salino; muy parecido al funcionamiento del sistema anterior.

Pilas tipo Botón: Son llamadas así, las pilas de tamaño reducido, de forma chata y redonda. El mercado de artículos electrónicos requiere cada vez más de ellas. Son imprescindibles para audífonos, marcapasos, relojes, calculadoras y aparatos médicos de precisión. Su composición es variada.

o Pilas botón alcalinas de manganeso: Las mismas características que las estándar del mismo tipo.

o Pilas de óxido mercúrico: Son las más tóxicas, contienen un 30 % aprox. de mercurio. Deben manipularse con precaución en los hogares, dado que su ingestión accidental, lo que es factible por su forma y tamaño, puede resultar letal.

o Pilas de óxido de plata: Son de tamaño pequeño, usualmente de tipo botón. Contienen 1 % de mercurio aproximadamente por lo que tienen efectos tóxicos sobre el ambiente.

o Pilas de cinc-aire: Se las distingue por tener gran cantidad de agujeros diminutos en su superficie. Tienen mucha capacidad y una vez en funcionamiento su producción de electricidad es continua. Contienen más del 1 % de mercurio, por lo que presentan graves problemas residuales.

o Pilas botón de litio y dióxido de manganeso: Tienen de 2 a 4 veces más potencia que las alcalinas de manganeso. Ligeras.

3. ¿Qué parte de la pila viene a constituir físicamente la resistencia interna? ¿Qué sucede con su valor numérico con respecto al tiempo de uso?

4. ¿Cuáles son las partes principales de una batería y que tipos de baterías existen?

Se denomina batería, batería eléctrica, acumulador eléctrico o simplemente acumulador, al dispositivo que almacena energía eléctrica, usando procedimientos electroquímicos y que posteriormente la devuelve casi en su totalidad; este ciclo puede repetirse por un determinado número de veces. Se trata de un generador eléctrico secundario; es decir, un generador que no puede funcionar sin que se le haya suministrado electricidad previamente, mediante lo que se denomina proceso de carga.

Tipos de Baterías

Baterías plomo/ácido: Normalmente utilizadas en automóviles, sus elementos constitutivos son pilas individualmente formadas por un ánodo de plomo, un cátodo de óxido de plomo y ácido sulfúrico como medio electrolítico. No deben ser descargadas totalmente.

Baterías herméticas de plomo: Son como las de arranque de automoción pero de menor peso y tamaño, para arranque de pequeñas maquinas.

Baterías de níquel/cadmio (Ni/Cd): Están basadas en un sistema formado por hidróxido de níquel, hidróxido de potasio y cadmio metálico. Poseen ciclos de vida múltiples, presentando la desventaja de su relativamente baja tensión. Pueden ser recargadas hasta 1000 veces y alcanzan a durar decenas de años. No contienen mercurio, pero el cadmio es un metal con características tóxicas. Cada vez se usan menos, debido a su efecto memoria y al cadmio, muy contaminante. Sin embargo, tienen una mayor capacidad de corriente de las Ni/MH. Por el mencionado efecto memoria, deben ser descargadas completamente de vez en cuando para recuperar la carga total. Son las que se usaban en los primeros móviles.

Utilizan un cátodo de hidróxido de níquel y un ánodo de un compuesto de cadmio. El electrolito es de hidróxido de potasio. Esta configuración de materiales permite recargar la batería una vez está agotada, para su reutilización. Sin embargo, su densidad de energía es de tan sólo 50 Wh/kg, lo que hace que tengan poca capacidad. Admiten sobrecargas, se pueden seguir cargando cuando ya no admiten más carga, aunque no la almacena. Admiten un gran rango de temperaturas de funcionamiento.

o Voltaje proporcionado: 1,2 Vo Densidad de energía: 50 Wh/Kgo Capacidad usual: 0,5 a 1,0 A (en pilas tipo AA)o Efecto memoria: muy alto

Baterías de níquel/hidruro metálico (Ni/MH): Son pilas secundarias como las de níquel/cadmio, pero donde el cadmio ha sido reemplazado por una aleación metálica capaz de almacenar hidrógeno, que cumple el papel de ánodo. El cátodo es óxido de níquel y el electrolito hidróxido de potasio. La densidad de energía producida por las pilas Ni/MH es el doble de la producida por las Ni/Cd, a voltajes operativos similares, por lo que representan la nueva generación de pilas recargables que reemplazará a estas últimas. Son más caras que las de Ni-Cd, tienen aproximadamente un 50 % más de energía a igualdad de peso, pero al igual que éstas tienen efecto memoria, aunque menos importante. Se usan también en teléfonos móviles.

Utilizan un ánodo de hidróxido de níquel y un cátodo de una aleación de hidruro metálico. Este tipo de baterías se encuentran menos afectadas por el llamado efecto memoria. No admiten bien el frío extremo, reduciendo drásticamente la potencia eficaz que puede entregar.

o Voltaje proporcionado: 1,2 Vo Densidad de energía: 80 Wh/Kgo Capacidad usual: 0,5 a 2,8 A (en pilas tipo AA)o Efecto memoria: bajo

Baterías de litio: Emplean el litio como ánodo. Dentro de este tipo podemos hablar también de las pilas de ion-litio, que tienen un electrolito con sales de litio, además de que su ánodo es también de este material. Las baterías Li-Ion son baterías que no sufren el llamado efecto memoria y que cuentan con una gran capacidad específica. Actualmente se han extendido mucho en muchos aparatos electrónicos de consumo. No se deben descargar del todo habitualmente. Sí que se debe hacer una descarga completa una vez al mes. No hay que vaciarla completamente, con que estén muy vacías es suficiente. Aunque no tienen efecto memoria, es mejor no cargarlas cuando tienen más de un 50% de carga. Cuando se vayan a almacenar mucho tiempo, se recomienda dejarlas con carga intermedia.Si el aparato que la usa, se puede usar enchufado a la red y mientras también la carga, se debe evitar que esté enchufado y con la batería ya llena, pues disminuye su capacidad. La primera carga es la que más afecta a la duración de la batería. No está muy claro lo que hay que hacer, pero algunas recomendaciones son: que su primera carga sea bastante larga (de 10 a 15 horas) y usarla normalmente. O lo anterior, más una descarga total y cargarla normalmente, para dar el uso habitual. Las baterías de litio tienen la desventaja de que independientemente de su uso, sólo tienen una vida útil de 3 años. Se pueden cargar entre 300 y 600 veces, menos que una batería de Ni-Cd o Ni-H. Son más caras.

Las baterías de iones de litio (Li-ion) utilizan un ánodo de grafito y un cátodo de óxido de cobalto, trifilina (LiFePO4) u óxido de manganeso. Su desarrollo es más reciente, y permite llegar a altas densidades de capacidad. No admiten descargas y sufren mucho cuando estas suceden; por lo que suelen llevar acoplada circuitería adicional para conocer el estado de la batería, y evitar así tanto la carga excesiva, como la descarga completa. Apenas sufren el efecto memoria y pueden cargarse sin necesidad de estar descargadas completamente, sin reducción de su vida útil. No admiten bien los cambios de temperatura.

o Voltaje proporcionado: A Plena carga: entre 4,2 V y 4,3 V dependiendo del fabricante

A carga nominal: entre 3,6 V y 3,7 V dependiendo del fabricante A baja carga: entre 2,65 V y 2,75 V dependiendo del fabricante

(este valor no es un límite, se recomienda)o Densidad de energía: 115 Wh/Kgo Capacidad usual: 1,5 a 2,8 A (en pilas tipo AA)o Efecto memoria: muy bajo

Baterías de Polímeros de Litio: Utilizadas inicialmente por Ericsson y ahora difundidas por los demás fabricantes, son muy semejantes a las baterías de Litio ya conocidas, siendo la flexibilidad su principal ventaja, prometiendo revolucionar no apenas el mercado de las baterías sino también el diseño futuro de los teléfonos móviles, ya que estas nuevas “perlas” moldeables podrán ser producidas en láminas con el espesor de un milímetro, lo que se traducirá posiblemente en teléfonos móviles con un diseño más vanguardista. Poseen además un ciclo de carga / descarga superior a su congénere rígida, o sea menos espacio, menos peso y más autonomía.

5. ¿Qué parte de la batería viene a constituir físicamente la resistencia interna? ¿Qué sucede con su valor numérico con respecto al tiempo de uso?

6. ¿Qué es una fuente de tensión ideal?

Es una fuente que proporciona a un par de terminales, una tensión fija cuya unidad de medida es el voltio. Aquella en la que el valor de su voltaje es independiente del valor o dirección de la corriente que lo atraviesa.Impone el voltaje en sus bornes, pero la corriente que lo atraviesa estará impuesta por la red o circuito al que esté conectado.

Una fuente de tensión ideal es la que nos suministra una tensión constante independientemente del valor de la intensidad que suministra, es una fuente cuya resistencia interna es 0.

Representación Grafica

Cuando el voltaje es nulo, la característica I-V es igual a la de una resistencia nula (cortocircuito). Es decir, anular un generador de voltaje ideal es sustituirlo por un cortocircuito, o bien, la resistencia interna de un generador ideal de voltaje es nula.

7. ¿Qué es una fuente de tensión real?

Son las fuentes de tensión que tenemos en la realidad, no existe una fuente ideal de tensión, ninguna fuente real de tensión puede producir una corriente infinita, ya que en toda fuente real tiene cierta resistencia interna.

Una fuente real de tensión, físicamente está constituido por una fuente ideal de tensión de f.e.m “E” conectado en serie con una resistencia “R i”, al cual se le denomina resistencia interna de la fuente de tensión.

Para determinar la resistencia interna: Se mide la tensión en los terminales del generador sin carga (sin RL). La tensión

medida será Vsc (tensión sin carga)

Se conecta una carga y se mide la tensión que cae entre sus bornes (tensión aplicada a la carga). La tensión medida será será Vcc (tensión con carga)

Se mide la corriente que circula a través de la carga. La corriente medida será I.

Una vez que se tienen estos valores se aplica la siguiente ecuación:

Ri=V sc−V cc

I8. ¿Qué diferencias existen entre una fuente real de tensión y una fuente ideal?

En una fuente de tensión ideal no existe una resistencia interna, en cambio en una fuente de tensión real hay una resistencia interna conectada en serie a la fuente.En una fuente de tensión ideal no hay potencia disipada, pero en una fuente de tensión real la resistencia interna conectada en serie produce una disipación de potencia (potencia perdida).En una fuente de tensión ideal, el voltaje es independiente del valor de la corriente y su dirección; pero en la fuente de tensión real el valor del voltaje será afectado por la corriente por la presencia de una resistencia interna.

Se muestra una fuente de tensión ideal con una carga; en la siguiente grafica se muestra la representación de la corriente, tensión y potencia en función de la resistencia de carga.

En la siguiente grafica se muestra una fuente real de tensión conectada a una carga, luego se da la representación de la corriente, tensión y potencia en función de la resistencia de carga.

9. Con los datos tomados en el laboratorio, graficar la curva de resistencia interna para cada una de las fuentes, tomando como abscisa la corriente y como ordenada la tensión Ri. Realice un comentario sobre el grafico obtenido anteriormente. Haga una gráfica para cada tabla.

Tabla 1: Batería de 9 V

A (mA) Ri(Ω) VRi

1 60 43.67 2.6202 50 31.00 1.5503 43 28.14 1.2104 35 57.71 2.0205 30 46.67 1.4006 25 18.00 0.4507 22 14.54 0.3208 20 25.00 0.500

15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 650.000

0.500

1.000

1.500

2.000

2.500

3.000

La gráfica del voltaje de la resistencia interna versus la corriente nos muestra una serie de puntos que no siguen un orden determinado pero si una tendencia: a mayor corriente que circula por nuestra fuente real de tensión, el voltaje interno de la fuente de tensión será mayor. En los puntos iniciales se puede ver que con una corriente aproximada de 23-25mA el voltaje interno de la fuente es 0.5 V, alcanzado el mayor voltaje cuando se aplica la más alta corriente que es en el último punto donde la corriente es de 60mA y el voltaje es de 2.62V. Los puntos se encuentran dispersos porque cuando se aplicó una carga al circuito el valor del voltaje de la batería variaba en gran diferencia con la medición anterior.

Tabla 2: Pilas de 1.5 V

A (mA) Ri(Ω) VRi

1 66.0 1.21 0.07992 44.0 1.14 0.05023 32.0 1.25 0.04004 25.0 1.20 0.03005 20.1 1.49 0.02996 16.8 2.98 0.05017 14.6 2.05 0.02998 14.4 2.08 0.0300

Vri (V)

I (mA)

10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.00.0000

0.0100

0.0200

0.0300

0.0400

0.0500

0.0600

0.0700

0.0800

0.0900

A diferencia con la anterior grafica de la batería de 9V, el voltaje de la resistencia interna de una fuente real de tensión de una pila de 1.5 V presenta sus puntos de manera más ordenada debido a que no hubo grandes variaciones en el voltaje de la fuente real cuando se le aplicaba la carga, se puede observar de manera más clara la tendencia de que si circula mayor corriente en el circuito el voltaje de la resistencia interna es mayor. En los dos primeros puntos el voltaje es casi el mismo 0.03V cuando se aplica una corriente de 14.5mA; el voltaje mayor se alcanza cuando se obtuvo la mayor lectura del miliamperímetro que es en el último punto (Vri = 0.0799; I = 66mA).

Observaciones

El amperímetro se conecta en serie al circuito. El voltímetro se conecta en paralelo al circuito. Se debe usar la escala adecuada en el miliamperímetro para obtener una medida

más precisa. En el miliamperímetro la lectura de la medición se realiza de manera horizontal

para evitar el error de paralaje. Conclusiones

Vri (V)

I (mA)

Fuente de tensión ideal es la que tiene una resistencia interna igual a 0 y produce en la salida un voltaje constante.

Fuente de tensión real es la que tiene una determinada resistencia interna; lo que produce una caída en la tensión del circuito.

Para ambas fuentes de tensión (batería y pila) el voltaje de la resistencia interna aumenta cuando el valor de la corriente se eleva.

Bibliografía

http://www.consumidor.gob.mx/wordpress/wp-content/uploads/2012/04/RC-325-pilas-alcalinas.pdf

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Pagina2.htm http://gco.tel.uva.es/tutorial_cir/tema2/fuentes.htm http://gemini.udistrital.edu.co/comunidad/grupos/gispud/RAIZDC/

contenidoprogramatico/capitulo3/fuentes%20de%20tension%20y%20corriente%20ideales%20y%20reales.html