26.6 Exploración: Desfase y potencia

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Suponga un generador de tensión ideal. El gráfico muestra, en función del tiempo, el voltaje (rojo) suministrado por la fuente y la corriente (negro) a través del circuito (voltaje en voltios, corriente en miliamperios y tiempo en segundos). (Nota: en el gráfico, la corriente inicial no está centrada alrededor de cero debido al estado inicial del condensador y de la autoinducción. Deje que transcurra algún tiempo para alcanzar el estacionario).  Reinicio.

Como ya hemos comentado, para calcular en nuestro caso la potencia suministrada (y disipada en el circuito), no se puede utilizar simplemente la expresión  V_ef I_ef, dado que el voltaje suministrado y la corriente no están en fase (a diferencia de lo que ocurriría si la carga fuera puramente resistiva). Estamos con un circuito  circuito RLC serie y el condensador y la autoinducción introducen desfases. Al tratarse de un circuito serie, la corriente por cada elemento es la misma; por ello, las tensiones en los diferentes elementos presentan un cierto desfase entre ellas. La expresión a utilizar para el cálculo de la potencia es:

P = I_ef²R = I_efV_efcos(φ) = I_ef²Zcos(φ),

donde Z es la impedancia del circuito serie, (V_ef / I_ef) y  φ es el desfase entre la tensión y la corriente, definidos como: 

Z = (R² + (ωL - 1/ωC)²)^1/2     y     cosφ = R/Z,

siendo ω = 2πƒ.

1. Seleccione un valor para la frecuencia. Determine la impedancia a partir del cociente  V_ef / I_ef .
2. Compare el valor obtenido con el dado por la expresión anteriormente presentada.
3. Calcule el desfase.
4. Compare el desfase calculado con el medido directamente sobre el gráfico. Para ello, como un período (1 / f ) representa un desfase de 2π, mida la diferencia de tiempos entre picos de voltaje y corriente consecutivos y divida por el período (el tiempo entre picos consecutivos de voltaje o entre picos consecutivos de corriente), para encontrar el porcentaje de 2π  por el que la corriente está desfasada respecto a la tensión.
5. ¿Cuál es la potencia disipada?

Exploración creada por Anne J. Cox.
Script creado por  Wolfgang Christian y  Anne J. Cox.
© 2004 Pearson Educación S. A.