tercer informe de fisica iii UNI

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CURVAS CARACTERISTICAS VOLTAJE - CORRIENTE

INFORME Nº2 FISICA III

“Año de la integración nacional y del reconocimiento de nuestra diversidad”

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERIA MECÁNICA FISICA III -INFORME N°3

TEMA: CURVAS CARACTERISTICAS VOLTAJE CORRIENTE

DOCENTE: VENEGAS, José

ALUMNOS: BUITRÓN PONTE, José Luis

20110047F

MOSQUERA PANDURO, Horacio Arturo

20091053J

ABERGA FARRO, Juan de Dios

SECCIÓN: “C”

PERIODO: 2012 - Lima – Perú

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CURVAS CARACTERISTICAS VOLTAJE - CORRIENTE

INFORME Nº3 FISICA III

INDICE

I. RESUMEN

3

II. CUERPO

4

1.1. ANTECEDENTES EXPERIMENTALES

4

1.2. FUNDAMENTO

9

1.3. PARTE EXPERIMENTAL

21

1.3.1. MATERIALES Y EQUIPOS

21

1.3.2. PROCEDIMIENTO

25

1.4. RESULTADOS

27

1.5. DISCUSIÓN DE RESULTADOS

30

1.6. CONCLUSIONES

31

1.7. SUGERENCIAS

32

1.8. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

33

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INFORME Nº3 FISICA III

I.

RESUMEN

Diversos materiales tienen comportamientos diferentes ante un evento diferente, tal es el caso de materiales llamados óhmicos, los cuales tienen un comportamiento singular ante el paso de la corriente eléctrica, dando una relación constante entre las magnitudes corrientes y diferencia de voltaje. En algunos materiales la resistencia depende de la intensidad de corriente; en ciertos casos la resistencia aumenta con el aumento de la intensidad de corriente y en otros casos disminuye con el aumento de corriente. Es decir, si se duplica la diferencia de potencial la nueva intensidad de corriente será menor que el doble de la original para ciertos materiales y para otros la nueva intensidad de corriente será mayor que el doble de la corriente original. El objetivo buscado es el de realizar mediciones de voltaje y corriente a través de distintos tipos de materiales, y obtener curvas características I vs. V. De aquí, estudiar el tipo de relación entre I y V mediante esto comprobar la ley de Ohm. Para alcanzar el objetivo deseado se realizará esta experiencia para la cual necesitaremos el equipo siguiente: un osciloscopio, un generador de función, fuente de voltaje constante con varias salidas. El montaje de todos estos equipos forma un sistema con el cual podemos reconocer diferentes funciones, utilizando corriente continua y alterna. Palabras claves:  Corriente.  Voltaje.  Resistencia.

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INFORME Nº3 FISICA III

CURVAS CARACTERISTICAS VOLTAJECORRIENTE 1.1. ANTECEDENTES EXPERIMENTALES FACULTAD:

CIENCIAS

CURSO:

FÍSICA GENERAL III

INFORME:

LABORATORIO Nº 4

TITULO:

CURVAS CARACTERÍSTICAS VOLTAJE-CORRIENTE

ALUMNO:

Lazo Hoyos Darío Eder

20042198H

Objetivo: 

Obtener las graficas voltaje-corriente de elementos resistivos y estudiar sus características.

Materiales:

    

Una fuente de corriente continua (6V) Un reóstato para utilizarlo como potenciómetro Un amperímetro un voltímetro Una caja con tres elementos para obtener características y dos resistencias de valores dados. Ocho cables.

Procedimiento: 1. Identificar las resistencias que se encuentran en el interior de la caja (R1, R2, R3, etc). 2. Armar el circuito como se indica en la figura y regular la fuente para que entregue 6v. 3. Girar el potenciómetro o reóstato con el objetivo de que la t5ension de salida es nula. 4. Conectar los puntos a y b al foquito con el fin de averiguar el comportamiento de la resistencia de su filamento. 5. Graduar el potenciómetro la salida del potencial y así observar y medir la intensidad de corriente que circula por el filamento del foquito. 6. Al realizar el paso 5 anotar los valores obtenidos en la medición del amperaje y voltaje, realizar por lo menos 15 anotaciones de datos diferentes. 7. Repetir los pasos 4 y 5 con la resistencia de carbón. 8. Repetir los pasos 4 y 5 para el diodo, pero teniendo en cuenta de no pasar de 0,9 A (Se estropea el diodo), en este caso obtener los datos del voltaje para corrientes inferiores a 0,9 A.

4


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INFORME Nº3 FISICA III

Resultados: Tabla1: resistencia de tungsteno

Intensidad (A) Margen de error

0.02

1.11

1.05

1.11

1.17

1.25

1.31

1

1.5

2

2.5

3

±0.01 Voltaje (V) Margen de error ±0.05

0

0.5

5


INFORME Nº3

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FISICA III Tabla2: resistencia de carbono (rojo, negro, rojo, dorado)

Intensidad (A) Margen de error ±0.01

0.01

0.44

0.81

1.26

1.70

2.20

0

0.5

1

1.5

2

2.5

1.57

5.52

2.60

0.6

0.7

Voltaje (V) Margen de error ±0.05

Tabla3: resistencia de diodo para un sentido

Intensidad (A) Margen de error ±0.01 Voltaje (V) Margen de error

0

0.01

0.34

0

0.2

0.4

0.5

±0.05

Tabla4: resistencia de diodo para el otro sentido

Intensidad (A) Margen de error 0.01 ±0.01 Voltaje (V) Margen de error ±0.05

0

0.01

0.01

0.01

0.01

0.01

0.2

0.4

0.5

0.6

0.7

0.02

1

0.04

0.06

0.07

1.5

2

2.5

6


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INFORME N潞3 FISICA III

Figura 2. Grafica voltaje vs intensidad del tungsteno.

Figura 3. Grafica voltaje vs intensidad del carb贸n.

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INFORME Nยบ3 FISICA III

Figura 4. Grafica voltaje vs intensidad del diodo en un sentido.

Figura 5. Grafica voltaje vs intensidad del diodo en el otro sentido.

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Discusiones: 

En nuestra figura 2 se observa que hay bastante diferencia entre la resistencia experimental y la resistencia medida con el multímetro (observar Tabla1) en el laboratorio, esto se podría justificar teniendo en cuenta que la resistencia de un conductor depende de diversos factores: tratamientos térmicos sufridos por el conductor, impurezas, presencia de campos magnéticos etc.

En concreto, la resistencia en muchos casos varía con la temperatura ,y en nuestro caso el filamento del foco esta sometido a elevadas temperaturas, dado un conductor longitud L y sección S, se cumple:

Donde ρ es la resistividad del conductor. 

Experimentalmente se ha comprobado que la resistividad es una característica del material que varía con la temperatura según la expresión:

Siendo ρo la resistividad a una determinada temperatura de referencia T0; ∆T la resistividad a una temperatura. T grados más alta que T0; y a, b, constantes características del material. En primera aproximación, la ecuación anterior se puede escribir como:

Luego muy posiblemente si se hubiera tomado los valores de temperatura y obteniendo los datos teóricos de a, podríamos obtener el verdadero valor de la resistencia del foco. 

A pesar de que en la figura 3 de la resistencia de carbón no se observa una tendencia o comportamiento lineal por parte de la resistencia el ajuste de curva (promedio de desviaciones) nos proporciona el valor de una resistencia muy aproximada a la resistencia real: Ajuste de curva: 91,8 Ω Medición con el multímetro: 99 Ω Luego se le podría considerar a la resistencia de carbono como un conductor óhmico a pesar de que al observar su grafica no presenta una tendencia lineal como las que presentan el foco u otras resistencias que son considerados conductores óhmicos, algo que cabe de destacar de la resistencia de carbono es que a determinados valores de voltaje mantenía la intensidad constante

En la grafica3 aquí ya no se observa una relación lineal sino una relación logarítmica, lo que era de esperarse ya que teóricamente el diodo presenta la relación mostrada en el recuadro, se observa que aquí se presenta una relación exponencial pero de nuestro ajuste de curva obtenido :

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V = 0,0534Ln(I) + 0,8626 sacando exponencial a ambos lados obtendríamos una relación similar en operadores a la del recuadro.

Resistencia (Ω)

Error ±0,8% +1

Foquito

1,1

± 1,088

Resistencia de carbón

100

± 9,00

Diodo

0,459

± 1,03672

Conclusiones: 

Se concluye que los conductores óhmicos presentan una grafica que es ajustable a una recta, cuya pendiente, representa el valor de la resistencia equivalente a aquella resistencia por lo que se concluye que aquel conductor que sea óhmico guarda la relación R=V/I, mientras que aquellos conductores no óhmicos se alejan de la linealidad por lo que su resistencia es variable y no puede ser calculada directamente de una gráfica como en el caso de los conductores óhmicos.

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1.2. FUNDAMENTO TEORICO Voltaje o Diferencial de potencial El voltaje, tensión o diferencia de potencial es la presión que ejerce una fuente de suministro de energía eléctrica o fuerza electromotriz (FEM) sobre las cargas eléctricas o electrones en un circuito eléctrico cerrado, para que se establezca el flujo de una corriente eléctrica. A mayor diferencia de potencial o presión que ejerza una fuente de FEM sobre las cargas eléctricas o electrones contenidos en un conductor, mayor será el voltaje o tensión existente en el circuito al que corresponda ese conductor. La diferencia de potencial entre dos puntos de una fuente de FEM se manifiesta como la acumulación de< cargas eléctricas negativas (iones negativos o aniones), con exceso de electrones en el polo negativo (–) < y la acumulación de cargas eléctricas positivas (iones positivos o cationes), con defecto de electrones< en el polo positivo (+) de la propia fuente de FEM.

Figura 1. Diferencial de Potencial Corriente eléctrica La corriente eléctrica es el flujo de portadores de carga eléctrica, normalmente a través de un cable metálico o cualquier otro conductor eléctrico, debido a la diferencia de potencial creada por un generador de corriente. Una corriente eléctrica, puesto que se trata de un movimiento de cargas, produce un magnético. En el Sistema Internacional de Unidades, la unidad de medida de la intensidad de corriente eléctrica es el amperio, representado con el símbolo A. El aparato utilizado para medir corrientes eléctricas pequeñas es el galvanómetro. Cuando la intensidad a medir supera el límite que los galvanómetros, que por sus características, aceptan, se utiliza el Amperímetro. J: Densidad de corriente N: Vector normal

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Tipos de corriente Corriente continúa La corriente continua es el flujo continuo de electrones a través de un conductor entre dos puntos de distinto potencial. A diferencia de la corriente alterna, en la corriente continua las cargas eléctricas circulan siempre en la misma dirección (es decir, los terminales de mayor y de menor potencial son siempre los mismos). Aunque comúnmente se identifica la corriente continúa con la corriente constante (por ejemplo la suministrada por una batería), es continua toda corriente que mantenga siempre la misma polaridad.

Figura 2. Voltaje vs tiempo (corriente continua)

Corriente Alterna Se denomina corriente alterna a la corriente eléctrica en la que la magnitud y dirección varían cíclicamente. La forma de onda de la corriente alterna más comúnmente utilizada es la de una onda senoidal (grafico 3), puesto que se consigue una transmisión más eficiente de la energía. Sin embargo, en ciertas aplicaciones se utilizan otras formas de onda periódicas, tales como la triangular o la cuadrada. Utilizada genéricamente, la CA se refiere a la forma en la cual la electricidad llega a los hogares y a las empresas. Sin embargo, las señales de audio y de radio transmitidas por los cables eléctricos, son también ejemplos de corriente alterna. En estos usos, el fin más importante suele ser la transmisión y recuperación de la información codificada (o modulada) sobre la señal de la CA.

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Figura 3. Voltaje vs tiempo (corriente alterna) Resistores Se denomina resistor al componente electrónico diseñado para introducir una resistencia eléctrica determinada entre dos puntos de un circuito. En el propio argot eléctrico y electrónico, son conocidos simplemente como resistencias. En otros casos, como en las planchas, calentadores, etc., se emplean resistencias para producir calor aprovechando el Joule. Es un material formado por carbón y otros elementos resistivos para disminuir la corriente que pasa. Se opone al paso de la corriente.

TIPOS DE RESISTORES Reóstato Es un resistor de resistencia variable. Es por tanto un tipo constructivo concreto de potenciómetro (resistencia variable) que recibe comúnmente este nombre en vez del de potenciómetro al tratarse de un dispositivo capaz de soportar tensiones y corrientes muchísimo mayores, y de disipar potencias muy grandes. Los reóstatos (ver figura 4.) son usados en ingeniería eléctrica en tareas tales como el arranque de motores o cualquier tipo de tarea que requiera variación de resistencia en condiciones de elevada tensión o corriente.

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Resistores de Carbón Los resistores de carbón (ver figura 5.) están construidos con carbón o grafito y son los más utilizados. Hay dos tipos de resistores de carbón, los resistores aglomerados y resistores de capa de carbón, que se describen a continuación. Resistores aglomerados. Los resistores aglomerados se construyen en forma de barra cilíndrica con una mezcla homogénea de grafito o carbón y resina aglomerante en proporciones adecuadas para obtener una determinada gama de resistencias. En los extremos de la barra se montan a presión unos casquillos a los cuales se sueldan los terminales. El conjunto se recubre con una resina o se plastifica. Sus principales características son:  Robustez mecánica y eléctrica.  Elevado nivel de ruido.  Bajo coeficiente de temperatura.  Resistores de capa de carbón

Figura 4. Reóstato

Figura 5. Resistor de carbón

Ley de Ohm La ley de Ohm relaciona el valor de la resistencia de un conductor con la intensidad de corriente que lo atraviesa y con la diferencia de potencial entre sus extremos. En el gráfico vemos un circuito con una resistencia y una pila. Observamos un amperímetro que nos medirá la intensidad de corriente, I. El voltaje que proporciona la pila V, expresado en voltios, esta intensidad de corriente, medido en amperios, y el valor de la resistencia en ohmios, se relacionan por la ley de Ohm, que aparece en el centro del circuito. La ley de ohm está dada por la siguiente fórmula:

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Deducción de la Ley de ohm Como ya se destacó anteriormente, las evidencias empíricas mostraban que densidad de corriente) es directamente proporcional a

(vector

(vector campo eléctrico). Para

escribir ésta relación en forma de ecuación es necesario agregar una constante arbitraria, que posteriormente se llamó factor de conductividad eléctrica y que

Como los vectores

y

son paralelos su producto escalar coincide con el producto de

sus magnitudes, además integrando ambos miembros en la longitud del conductor:

:

Donde φ1 − φ2 representa la diferencia de potencial entre los puntos 1 y 2, y ξ representa la Fem; por tanto, podemos escribir:

Donde U12 representa la caída de potencial entre los puntos 1 y 2. Donde σ representa la conductividad, y su inversa representa la resistividad ρ = 1/σ

Figura 7. Aplicación de la Ley de Ohm

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Circuitos Paralelo: Sedefine un circuito paralelo como aquel circuito en el que la corriente eléctrica se bifurca en cada nodo. Su característica mas importante es el hecho de que el potencial en cada elemento del circuito tienen la misma diferencia de potencial.

Donde en general V1=V2=V3=V4=…….Vn I= I1+ I2+ I3+ I4+ …......+In

V= Voltaje de la fuente I=Corriente de la fuente

Circuitos serie: Se define un circuito serie como aquel circuito en el que la corriente eléctrica solo tiene un solo camino para llegar al punto de partida, sin importar los elementos intermedios. En el caso concreto de solo arreglos de resistencias la corriente eléctrica es la misma en todos los puntos del circuito.

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Donde Ii es la corriente en la resistencia Ri , V el voltaje de la fuente. Aquí observamos que en general:

Un circuito es una red eléctrica (interconexión de dos o más componentes, tales como resistencias, inductores, condensadores, fuentes, interruptores y semiconductores) que contiene al menos una trayectoria cerrada. Los circuitos que contienen solo fuentes, componentes lineales (resistores, condensadores, inductores), y elementos de distribución lineales (líneas de transmisión o cables) pueden analizarse por métodos algebraicos para determinar su comportamiento en corriente directa o en corriente alterna. Un circuito que tiene componentes electrónicos es denominado un circuito electrónico.

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1.3. PARTE EXPERIMENTAL 1.3.1. MATERIALES Y EQUIPOS 

una fuente de corriente continua (6V)

un reóstato para utilizarlo como potenciómetro

un amperímetro de 0 – 1 A

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un voltímetro de 0 – 10 V

una caja con tres elementos para obtener caracterististicas y dos resistencias de valores dados

  

ocho cables dos hojas de papel milimetrado un osciloscopio de dos canales de 25 MHz, Elenco S1325

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un transformador 220/6V, 60 Hz

1.3.2. PROCEDIMIENTO Primera parte: Determinación de las curvas usando voltímetro y amperímetro 1. Indique en la caja de cinco elementos, los elementos incógnita cuyas características no s proponemos investigar: E1, E2, E3. observe también que hay una resistencia de 1Ω y una de 100 Ω. En esta primera parte solo se usaran E1, E2, E3. 2. Arme el circuito como se muestra en la figura 1 y regule la fuente para que entregue 6V 3. Gire el cursor del potenciómetro a fin de que la tensión de salida sea nula. 4. Conecte los puntos a y b a la lámpara E1 a fin de averiguar el comportamiento de la resistencia de su filamento. 5. Varié el cursor del reóstato para medir la intensidad de corriente que circula por el filamento del foco cuando la diferencia de potencial es de 1 voltio. 6. Mida el valor de la corriente cuando la diferencia de potencial es 2, 3, 4, 5 y 6 V 7. Repetir los pasos 4, 5 y 6 par ala resistencia del carbón E2 8. Repita los pasos

4, 5 y 6 para el diodo E3 pero teniendo cuidado de no pasar de

0.9A, obtenga los datos de voltaje para corrientes de 0.0; 0.1; 0.2,…..0.9.

Segunda parte: observación de las curvas características I vs. V usando el osciloscopio.

9. Usando el transformador 220/6V, ensamble el circuito, en este caso R es la resistencia conocida de 1 Ω. Coloque 21 del osciloscopio en CHA para observar la independencia respecto del tiempo del voltaje a través del filamento del foco. Coloque el control 21 en CHB para observar la dependencia de la corriente a través del filamento del foco.

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INFORME Nº3 FISICA III

10. Use el osciloscopio en el modo XY, es decir control 30 en la posición adentro, 24 en CHA

y 21 en CHB. El control 16 debe estar en posición

afuera observara la

dependencia 1 vs. V para el filamento del foco. 11. Monte el circuito de la figura mostrada para estudiar la curva característica I vs. V de la resistencia de carbón .En este circuito R es el elemento E2.

12. Establezca el circuito de la figura mostrada para estudiar la curva característica I vs. V de un diodo de unión E3.

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INFORME Nº3

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FISICA III

1.4. RESULTADOS Tabla 5: resistencia del foco (E1) Intensidad 0.11 Voltaje 1

0.18 1.5

0.16 2

0.2 3

0.23 4

0.26 5

0.29 6

Tabla 6: resistencia del carbón 47 Ω (E3) Intensidad Voltaje

0.02 1

0.04 2

0.06 3

0.08 4

0.1 5

0.13 6

0.03 3

0.04 4

0.05 5

0.06 6

Tabla 7: resistencia de 100 Ω (E2) Intensidad Voltaje

0.01 1

0.02 2

1.5. DISCUSIÓN DE RESULTADOS 1. Grafique I=f(V) con los valores obtenidos en las tablas

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Corriente (I)

Gráfico Nº 01: V vs I EN UN FILAMENTO DE UN FOCO (E1) 0.25 0.2

0.17

0.15

0.14

0.18

0.19

2.5

3

0.15 0.1 0.1

0.05 0 0

0.5

1

1.5

2

3.5

Voltaje (V)

Corriente (I)

Gráfico Nº 02: V vs I EN UNA RESISTEMCIOA DE CARBÓN (E2) 0.06 0.05 0.045

0.05 0.04 0.035

0.04 0.03 0.025

0.03 0.02 0.015

0.02 0.01 0.005

0.01 0 0

1

2

3

4

5

6

Voltaje (V)

Gráfico Nº 03: I vs A EN UN DIODO (E3)

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INFORME Nº3

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FISICA III

Corriente (I)

0.6 0.5

0.5

0.4

0.4

0.3

0.3

0.2

0.2

0.1

0.1

0 0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

Voltaje (V) 2. ¿En cuál de los elementos se cumple la ley de Ohm y en cuáles no? Explique su respuesta  De acuerdo con los resultados de nuestro experimento, y con la ayuda de los gráficos y la fórmula aproximada obtenida, el único elemento que cumple con la ley de Ohm es el de la resistencia de carbón (E2), ya que como vemos, el voltaje depende linealmente de la corriente que pasa por este elemento, es decir, el grafico de de V vs I es una línea recta (casi perfecta) con una pendiente positiva.  Los otros dos elementos, el filamento del foco (E1) y el diodo (E3), no presentan un comportamiento similar al de la resistencia de carbón, ya que sus curvas no son unas rectas, esto quiere decir que el voltaje no depende linealmente de la corriente. En el diodo se ve más bien un comportamiento exponencial. 3. Para una diferencia de 0.8V, halle las resistencias de los tres elementos.  Según las formulas halladas en los gráficos tenemos: E1: E2: E3:

(La última parte se asemeja a una cuadrática así que asumimos)

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1.6. CONCLUSIONES  

 

Tanto E1 , E2 y E3 son materiales ohmmicos . El diodo rectificador aparte de estar diseñado para dejar circular corriente en un solo sentido , también limita totalmente el paso de corriente para un determinado valor de voltaje . El osciloscopio resulta de gran utilidad porque nos permite visualizar directamente las curvas características de los materiales . Aunque que nuestro error experimental si es considerable , podemos garantizar que :

RE1 = 2.3 Ohm

RE2 = 47.8 Ohm

RE3 = 110.8 Ohm 

Dependiendo de la forma en que se conecta una resistencia variable , esta se puede usar como potenciómetro o reóstato .

1.7. SUGERENCIAS

1.8. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 

 

Halliday/Resnick - Física, tomo II, pp. 125,126. 2006 I.V.Saveliev – Curso de Física General (Tomo 2) – Pág. 29 - 30 – Primera [ 2] García Villarreal , José ; García Villarreal , Juan : DISPOSITIVOS Y COMPONENTES ELECTRÓNICOS . vol I : Lima : Consorcio integrado de electrónica e informática CIEI .1992 Paginas : 5-6-7-8.

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INFORME Nยบ3 FISICA III

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CURVAS CARACTERISTICAS VOLTAJE - CORRIENTE

INFORME Nยบ3 FISICA III

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CURVAS CARACTERISTICAS VOLTAJE - CORRIENTE

INFORME Nยบ2 FISICA III

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