Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica
LABORATORIO DE FISICA CLÁSICA.
PRACTICA 5: LEY DE OHM
Alumnos: Ramírez Rodríguez Gilberto Ríos Ramos Miguel Ángel Fernández Cortez Víctor Manuel Jiménez Bazán Jonathan Hernández Mendoza Ángel Lázaro Sánchez Mayoral Miguel Anaya Sabido Eder Urbina González Arturo
Grupo 2CV6
Fecha: 3 de abril del 2013
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ÍNDICE Objetivos………………………………………………………………………………………………..3
Material……………………..……………………..……………………..……………………..………3
Marco Teórico……………………..……………………..……………………..……………………..3
Desarrollo Experimental……………………..……………………..……………………..………….4
Observaciones……………………..……………………..……………………..……………………..7
Cuestionario……………………..……………………..……………………..……………………..…7
Conclusiones……………………..……………………..……………………..……………………..10
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OBJETIVOS
Verificar que la corriente en un resistor ohmico es directamente proporcional a la diferencia de potencial entre sus bornes, dentro de los límites de precisión del experimento. Establecer la relación matemática entre la resistencia de un resistor ohmico y la corriente que lo atraviesa cuando el voltaje permanece constante. Verificar el comportamiento del circuito al variar la resistencia y el voltaje para mantener la corriente constante.
MATERIALES
1 Multimetro S > 20,000 Ω/V 1 interruptor de 1P-1T Fuente regulada de 0-50 V CD 1A Década de resistencias de: 0 - 10000 Ω, ½ Watt y 5% de tolerancia 1 Miliamperímetro 1 juego de cables
MARCO TEÓRICO
Conceptos básicos
Ampere: unidad del SI para la intensidad de corriente eléctrica. Fue nombrado en honor de André-Marie Ampère. Un amperio es la intensidad de corriente que, al circular por dos conductores paralelos, rectilíneos, de longitud infinita, de sección circular despreciable y separados entre sí en el vacío a lo largo de una distancia de un metro, produce una fuerza entre los conductores de 2·10 -7 newton por cada metro de conductor; también se puede conceptualizar como el paso de un Coulomb (6.28 x 1016 electrones) en un segundo a través de un conductor. Se representa con la letra A. Volt: Unidad del SI para el potencial eléctrico, la fuerza electromotriz y el voltaje. Recibe su nombre en honor de Alessandro Volta, quien en 1800 inventó la primera batería química. Es representado simbólicamente por la letra V . Se define como la diferencia de potencial a lo 3
largo de un conductor cuando una corriente con una intensidad de un amperio consume un vatio de potencia.
Ohm: Unidad del SI para la resistencia eléctrica. Se representa con la letra griega Ω. Su nombre deriva del apellido del físico George Simon Ohm, que definió la ley del mismo nombre. Un ohmio es la resistencia eléctrica que presenta una columna de mercurio de 106,3 cm de altura y 1 mm2 de sección transversal, a una temperatura de 0 °C. Se define a un ohmio como la resistencia eléctrica que existe entre dos puntos de un conductor, cuando una diferencia de potencial constante de 1 volt aplicada entre estos dos puntos, produce, en dicho conductor, una corriente de intensidad de 1 ampere. Ley de Ohm: La Ley de Ohm establece que "la intensidad de la corriente eléctrica que circula por un conductor eléctrico es directamente proporcional a la diferencia de potencial aplicada e inversamente proporcional a la resistencia del mismo", se puede expresar matemáticamente en la siguiente fórmula o e cuación:
I = Intensidad en amperes (A) V = Diferencia de potencial en volts (V) R = Resistencia en ohms (Ω).
DESARROLLO EXPERIMENTAL 1. Relación entre voltaje y corriente Arreglo experimental: arme el circuito teniendo la precaución de que el selector del medidor este señalando la escala de 3 mA o mayor y que en la escala de voltaje de la fuente no marque más de 15 volts. Procedimiento: Se armó un circuito teniendo una fuente de alimentación, resistencia variable y un selector bipolar, mostrado en la siguiente imagen. Se tomaron algunas precauciones como por ejemplo que estuviera bien conectado el circuito y que la polaridad del instrumento de medida fuera el correcto. Se prosiguió a cerrar el selector bipolar 4
tratando de que el voltaje estuviera en los valores indicados.
Tabla 1 V (v)
0
2
4
6
8
10
12
14
15
I (mA)
0
.2
.58
.88
1.17
1.47
1.76
2.05
2.20
Podemos decir que en los resistores óhmicos corriente aumenta en la misma proporción que aumenta el voltaje.
2. RELACION ENTRE RESISTENCIA Y CORRIENTE Arreglo experimental: utilice el mismo circuito de la primera parte. Procedimiento: Con el mismo circuito que fue utilizado en la primera parte tomamos la relación entre resistencia y corriente, variando la resistencia y se aplicó un ajuste en el voltaje de salida el cual fue cambiado a 8v. Realizando lo anterior se prosiguió a cerrar el interruptor midiendo la intensidad de corriente y anotándola en la siguiente tabla.
R (KΩ)
3
4
5
6
7
8
9
10
I (mA)
2.66
2
1.6
1.33
1.14
1
.88
.8
En este experimento podemos observar que la resistencia es inversamente proporcional a la corriente eléctrica, se observa debido a que en este experimento los resultados obtenidos fueron los mostrados en la tabla.
5
3. RELACION ENTRE EL VOLTAJE Y LA RESISTENCIA Arreglo experimental: con el mismo circuito utilizado en la primera y segunda parte, realice la medición del voltaje teniendo una resistencia de 2000Ω. Procedimiento: Encienda la fuente regulada y con ayuda de los controles (grueso y fino, si los tiene) del voltaje de salida ajuste este para que marque cero. Ahora cierre el interruptor K y lentamente con ayuda de los controles aumente el voltaje aplicado a la resistencia hasta que en el amperímetro se obtenga una lectura de 2mA. Una vez alcanzado el valor de la corriente, anote el valor del voltaje que muestra el indicador de la fuente regulada (o el multímetro a la salida) en el renglón correspondiente de la tabla 3. (Abra el interruptor K, incremente el valor de la resistencia según lo indicado en la tabla, repita la operación anterior. Repita lo anterior para los restantes valores de resistencia. Terminado el experimento, abra el interruptor K y desconecte (apague) la fuente regulada.
R (KΩ)
2
3
4
5
6
7
8
V (v)
4
6
8
10
12
14
16
R (KΩ)
2
3
4
5
6
7
8
V (v)
4
1.8
1.6
1.4
1.2
1
.8
Confusión de resultados.
6
En este experimento podemos decir que la resistencia es inversamente proporcional al voltaje, mientras que la resistencia aumente el voltaje d isminuirá, y si la resistencia disminuye el voltaje aumentara. ¿Qué clase de curva es la representada en la gráfica de I-R? Es una curva hacia abajo. ¿Hay diferencia? Si ¿A qué se debe? Se debe a que los valores están disparejos en el papel log-log por lo tanto se obtiene una diferencia al graficar.
OBSERVACIONES Cada conductor tiene su constante de conductividad y de resistividad lo cual sirve para juzgar si es bueno o no conduciendo la corriente eléctrica y en base a eso decidir si dicho material sirve para efectuar las conexiones de un circuito eléctrico con calidad, a ello hay que considerar el coste de cada material. En cuanto a los resultados de la practica podemos observar que al aumentar el valor de el voltaje aplicado al circuito eléctrico, la lectura de la corriente eléctrica aumenta también, lo que nos dice que hay una relación de proporción entre dichos valores, así mismo en la relación entre resistencia y corriente eléctrica, notamos también que al aumentar la resistencia eléctrica medida en ohm, en el circuito, la intensidad de corriente va disminuyendo, lo cual nos dice que el resistor esta absorbiendo la corriente y por lo tanto permitiendo que el paso de la mismo por el circuito sea cada vez menor al ir aumentando la resistencia. Por ultimo la relación voltaje-resistencia no es muy diferente a la anterior ya que de igual manera al ir incrementando el valor de la resistencia eléctrica en el circuito, el voltaje medido va disminuyendo.
CUESTIONARIO 1.- Defina los siguientes conceptos: a) Resistividad eléctrica: Es la resistencia eléctrica especifica que presenta cada material para oponerse al paso de la corriente eléctrica, se mide en ohmios por metro y matemáticamente se designa con la letra griega rho minúscula.
En donde R es la resistencia en ohms, S la sección transversal en m² y l la longitud en m. Su valor describe el comportamiento de un material frente al paso de corriente eléctrica, por lo 7
que da una idea de lo buen o mal conductor que es. Un valor alto de resistividad indica que el material es mal conductor mientras que uno bajo indicará que es un buen conductor. b) Conductividad eléctrica: es la medida de la capacidad de un material que deja pasar la corriente eléctrica, su aptitud para dejar circular libremente las cargas eléctricas. La conductividad depende de la estructura atómica y molecular del material, los metales son buenos conductores porque tienen una estructura con muchos electrones con vínculos débiles y esto permite su movimiento. La conductividad también depende de otros factores físicos del propio material y de la temperatura. La conductividad es la inversa de la resistividad, por tanto , y su unidad es el S/m -1 -1 (siemens por metro) o Ω ·m . Usualmente la magnitud de la conductividad (σ) es la proporcionalidad entre el campo eléctrico y la densidad de corriente de conducción :
c) Conductancia: la inversa de la oposición que dicho conductor presenta al movimiento de los electrones en su cuerpo, es decir que la conductancia es la propiedad inversa de la resistencia eléctrica. No debe confundirse con conducción, que es el mecanismo mediante el cual la carga fluye, o con la conductividad, que es la conductancia específica de un material. La unidad de medida de la conductancia en el Sistema internacional de unidades es el siemens.
2.- ¿Como varia la resistencia de un conductor con respecto a su temperatura? R= El valor de la resistencia de un material varía cuando la temperatura cambia. La resistividad de un material metálico aumenta, al aumentar la temperatura, esto se debe a que los iones del conductor vibran con mayor amplitud, lo cual hace más probable que un electrón en movimiento choque con un ión, esto impide el arrastre de los electrones por el conductor y, por tanto, también la corriente. La resistividad de las aleaciones es prácticamente independiente de la temperatura. La resistividad de los no metales disminuye al aumentar la temperatura, puesto que a temperaturas mayores, más electrones son arrancados de los átomos y adquieren movilidad.
3.- ¿Que tipo de grafica representa la variación de resistencia con respecto a la temperatura en termisor? R= Existen dos tipos de termistor:
NTC (Negative Temperature Coefficient) – coeficiente de temperatura negativo PTC (Positive Temperature Coefficient) – coeficiente de temperatura positivo 8
Cuando la temperatura aumenta, los tipo PTC aumentan su resistencia y los NTC la disminuyen.
4.- ¿Que es un resistor? R= Componente electrónico diseñado para introducir una resistencia eléctrica determinada entre dos puntos de un circuito, son conocidos simplemente como resistencias. En otros casos, como en las planchas, calentadores, etc., se emplean resistencias para producir calor aprovechando el efecto Joule. Es un material formado por carbón y otros elementos resistivos para disminuir la corriente que pasa. Se opone al paso de la corriente. La corriente máxima en un resistor viene condicionada por la máxima potencia que pueda disipar su cuerpo. Esta potencia se puede identificar visualmente a partir del diámetro sin que sea necesaria otra indicación. Los valores más comunes son 0,25 W, 0,5 W y 1 W. Existen resistencias de valor variable, que reciben el nombre de potenciómetros.
5.- ¿Como afecta el valor de la resistencia al efecto SKIN? Cuando se presenta el efecto skin (pelicular) en un conductor? R= En corriente continua, la densidad de corriente es similar en todo el conductor, pero en corriente alterna se observa que hay una mayor densidad de corriente en la superficie que en el centro. Este fenómeno se conoce como efecto pelicular o efecto Kelvin. Este fenómeno hace que la resistencia efectiva o de corriente alterna sea mayor que la resistencia óhmicaarochiana o de corriente elevada. Este efecto es el causante de la variación de la resistencia eléctrica, en corriente alterna, de un conductor debido a la variación de la frecuencia de la corriente eléctrica que circula por éste.
El efecto pelicular se debe a que la variación del campo magnético ( ) es mayor en el centro, lo que da lugar a una reactancia inductiva mayor, y, debido a ello, a una intensidad menor en el centro del conductor y mayor en la periferia. Este efecto es apreciable en conductores de grandes secciones, especialmente si son macizos. Aumenta con la frecuencia, en aquellos conductores con cubierta metálica o si están arrollados en un núcleo ferromagnético o huecos. En frecuencias altas los electrones tienden a circular por la zona más externa del conductor, en forma de corona, en vez de hacerlo por toda su sección, con lo que, de hecho, disminuye la sección efectiva por la que circulan estos electrones aumentando la resistencia del conductor. 9
6.- ¿Que importancia tiene el usar una fuente regulada de cc en la demostración de la ley de ohm? R= Para asignarle a la resistencia eléctrica la unidad de ohm, ya que al emplear corriente alterna se denomina a la unidad de resistencia, Impedancia, también para realizar diferentes cálculos a distintos voltajes y amperajes y así observar las variaciones de resistencia.
CONCLUSIONES Anaya Sabido Eder Toda la base teórica de esta práctica está en función de la ley de ohm En los experimentos de esta práctica, se denoto la importancia que tiene la ley fundamental de la electricidad o ley de ohm para la determinación de intensidad de corriente que pasas a través de un circuito eléctrico, conociendo los valores de voltaje y resistencia. Comprender las conexiones en serie, paralelo y serie paralelo es algo básico y fundamental para todo estudiante de electricidad. No se puede proceder a la realización de proyectos eléctricos si no se conocen bien estos conceptos y si no se saben determinar valores de voltaje, resistencia y corriente, así como las relaciones que entre estos valores hay en cualquier tipo de conexión. Esta práctica y el presente reporte se justifican ante la necesidad de aprender los temas mencionados en el párrafo anterior. Al finalizarla, se habrá comprendido bien cómo lo que se estudió teóricamente, es verdadero al llevarlo a la práctica.
Fernández Cortez Víctor Manuel Experimento 1 En este experimento comprobamos que se cumple la ley de ohm con respecto a la variación del aumento del voltaje en rangos de crecimiento igual lo cual hace que la corriente crezca de igual forma en rangos iguales, haciéndonos ver en un experimento físico que la ley se cumple. Experimento 2 Comprobamos la ley de ohm debido a la variación en intervalos iguales de la resistencia, midiendo la intensidad la cual, igual que en el experimento anterior, la intensidad crece en intervalos iguales, debido a que el voltaje es fijo. Experimento 3 10
En este experimento comprobamos la ley de ohm en función que la intensidad es igual a la división del voltaje entre la resistencia, por medio de este experimento, comprobando esta ecuación donde la intensidad era fija, proponiendo valores de resistencia en intervalos de aumento iguales , obteniendo lecturas del voltaje en aumento en intervalos iguales.
Ríos Ramos Miguel Ángel Para esta práctica realizamos un circuito cerrado con el cual pudimos comprobar la ley de ohm que es muy importante para nosotros, ya que a lo largo de nuestra carrera tendremos que realizar muchos circuitos los cuales son comprobables con la ley de ohm. También otra cosa que si es importante saber manejar los instrumentos los cuales se necesitan para hacer todas estas mediciones, desde la fuente de poder hasta el multímetro y amperímetro.
Hernández Mendoza Ángel Lázaro En conclusión de los tres experimentos podemos decir que se comprobó la ley de ohm, ya que en la tabla uno se observó que si se aumentaba el voltaje la corriente también aumentaba, esto quiere decir que la corriente es proporcional al voltaje. En el caso de la segunda tabla no fue así puesto que si la resistencia subía la corriente disminuía, esto quiere decir que la corriente es inversamente proporcional a la resistencia. En la última tabla me quedo un poco de duda, porque se supone que si la resistencia es inversamente proporcional a la corriente, entonces también debe ser inversamente proporcional al voltaje ya que la corriente es proporcional al voltaje, y sin en cambio los resultados fueron diferentes, daban a demostrar lo contrario, y los cambiamos solo por la teoría.
Arturo Urbina González En la practica de forma ya completamente experimental se siguieron tres procedimientos, uno de ellos era escribir en una tabla, la relación entre un voltaje aplicado en ciertas escalas y una corriente medida a dichas escalas de voltaje, otro era la relación de ciertas escalas de resistencia, y la medida de amperaje que se media a dichos valores de resistencia, y el ultimo fue la relación de los valores de resistencia y los medidos de voltaje, en los tres experimentos se pudo notar una proporción entre los tres elementos, esta vez dejando a una lado las constantes de resistividad y conductividad que existen y que presentan cada uno de los diversos materiales conductores que se emplearon en el circuito. Los datos obtenidos de la primera relación nos indica que el voltaje es directamente proporcional ala corriente eléctrica que atraviesa un circuito, ya que en el experimento ambos aumentaron conforme se incrementaba el voltaje aplicado, en el segundo y tercer procedimiento observamos lo contrario ya que al aumentar la resistencia en el circuito se ve disminuida la corriente eléctrica que atraviesa el circuito y también se ve en disminución el voltaje aplicado, lo cual nos indica que la resistencia eléctrica es inversamente proporcional al voltaje y de igual manera a la intensidad de corriente eléctrica, esto se puede observar en la formula matemática de la ley de ohm, la cual nos indica que al calcular la resistencia eléctrica que atraviesa un circuito debemos dividir el voltaje entre la intensidad de corriente, de esta 11
manera obtendremos la resistencia eléctrica, si necesitamos calcular el voltaje en un circuito y contamos con la magnitud de la corriente eléctrica y de la resistencia eléctrica solo debemos multiplicar los valores con los que contamos y obtendremos el voltaje y por ultimo si deseamos conocer la intensidad de corriente que circula por nuestro circuito tendremos que dividir el voltaje entre la resistencia, dicho calculo nos dará la magnitud de la corriente eléctrica.
Jiménez Bazán Jonathan En esta práctica comprendimos como es que la ley de ohm se cumple de manera experimental ante los cambios de voltaje, amperaje y resistencia las cuales causan las respectivas varianzas. Como pudimos notarlo: con una resistencia cte, a mayor voltaje mayor amperaje; con igual voltaje, a mayor resistencia menor amperaje; con amperaje constante, mayor resistencia menor voltaje. Comprender la ley de ohm es un concepto muy básico para los estudiantes de ICE.
Ramírez Rodríguez Gilberto En la práctica la cual se trató de la ley de ohm se vieron muchos puntos importantes, y también la relación que tenía tanto el voltaje, la resistencia y la corriente. Se observó que el voltaje era proporcional a la corriente eléctrica, debido a que en el experimento cuando el voltaje se elevaba la corriente también se elevaba, pero sin en cambio con la resistencia fue diferente, porque cuando se aumentaba la resistencia la corriente disminuía, lo cual quiere decir que la resistencia es inversamente proporcional a la corriente eléctrica.
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