UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE
SAN MARCOS (Universidad del Perú, Decana de América)
FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS
Experiencia N°3:
INSTRUMENTACIÓN Y LEY DE OHM
Profesora:
Mirian Esther Mejía Santillán
Alumnos:
David Alonso De La Cruz Huallpa
Turno:
Sección 1
Horario:
10:00 – 13:00
12130124
[LABORATORIO DE FÍSICA 3]
I.
[UNMSM]
OBJETIVOS •
Conocer el manejo de instrumentos y materiales de uso corriente en los experimentos de electricidad y magnetismo.
•
Conocer el área de operación de los instrumentos y determinar sus lecturas.
•
Aprender amontar circuitos sencillos y medición de Tensión y corriente eléctrica.
•
Identificación de los valores de resistencia.
•
Verificar experimentalmente la Ley de Ohm.
•
Obtener los datos de voltaje y corriente eléctrica en elementos resistivos con el fin de iniciar el estudio de circuitos simples.
•
Diseñar y montar circuitos eléctricos con resistencias en serie y paralelo.
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II .
[UNMSM]
MATERIALES VISTOS EN CLASE
Tablero de resistencia
Reostato
Caja de resistencia
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Amperímetro
Sistema Unitr@in
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PRIMERA PARTE: INSTRUMENTACIÓN I. FUNDAMENTOS TEÓRICOS Corriente Eléctrica Los electrones se pueden mover con mayor velocidad mientras mayor sea la intensidad de la tensión y menor sea la resistencia que la red de átomos oponga a su paso. La intensidad de corriente se define como la carga que fluye por unidad de tiempo a través de una sección transversal del conductor, esto es:
La unidad con la que se designa la intensidad de la corriente es el amperio (que se abrevia A).
II . PROCEDIMIENTO EXPERIENCIA 1A Circuito sencillo de corriente En el siguiente experimento se debe mostrar, en primer lugar, que una corriente puede circular cuando el circuito de corriente se encuentra cerrado. Para ello se empleará el circuito que se encuentra en la parte superior de la tarjeta de Circuito de resistencias SO4203-6A, cuya fuente de tensión continua de 15V se activa automáticamente una vez que la tarjeta se ha insertado en el experimentador. Una lámpara incandescente servirá como carga de este circuito. El circuito de corriente se puede abrir o cerrar por medio de la inserción de diferentes conectores. 5
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Medición de Tensión La tensión eléctrica se mide con el voltímetro. La siguiente representación muestra el símbolo gráfico de un voltímetro.
EXPERIENCIA 1B Medición directa de la corriente e léctrica La corriente eléctrica se mide con un amperímetro.
Medición indirecta de corriente Si no se tiene a disposición un amperímetro, sino únicamente un voltímetro, se puede determinar también de manera indirecta la intensidad de la corriente por medio de una medición de tensión. Para ello se aprovecha la relación que existe entre la corriente y la tensión en una carga
–
esto es, la Ley de Ohm. La intensidad de corriente que nos
interesa se obtiene entonces a partir de la ecuación:
Siendo:
R (resistencia) V (tensión eléctrica)
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EXPERIENCIA 1C Ejecución del experimento con la resistencia de medición y el instrumento virtual Monte el circuito experimental representado a continuación como muestra nuestra guía.
Resistencia eléctrica Si una corriente eléctrica circula a través de un conductor, los portadores de cargas libres (electrones libres) se mueven entre los átomos de la red. En este caso siempre se producen colisiones entre los átomos, por lo cual, los electrones libres se ven rechazados y, de esta manera, se frena su movimiento. El conductor opone una resistencia a la corriente eléctrica que debe ser vencida por la tensión.
La constante de material indica la resistencia específica del material conductor en la unidad ⁄, es la longitud del conductor, en
, y la sección transversal del conductor en .
Diseños de las resistencias Las imágenes siguientes muestran los símbolos gráficos de diferentes tipos de resistencias.
Resistencia Común
Resistencia Variable
Resistencia con Contacto Deslizante
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Codificación por colores de las resistencias El siguiente ilustra la codificación.
La banda 1 indica la primera cifra. La banda 2 indica la segunda cifra. La banda 3 indica el factor. La banda 4 indica la tolerancia.
La codificación de colores para las cifras, factores y tolerancia está indicada en la siguiente tabla: Color Plata Dorado Negro Marrón Rojo Naranja Amarillo Verde Azul Violeta Gris Blanco
1ra cifra
2da cifra
---
---
---
---
---
0
1
---
1
1
2
2
3
3
4
4
5
5
6
6
7
7
8
8
9
9
Factor
Tolerancia
-----
---
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Llenar la Tabla 1 con los valores de las resistencias del tablero de resistencia con sus respectivas tolerancias.
Tabla 1 1° Banda 1 (C) 2 (B) 3 (D) 4 (E) 5 (F) 6 (A)
Naranja Naranja Amarillo Gris Marrón
2° Banda
3° Banda
4° Banda
Blanco Negro Dorado Naranja Negro Dorado Violeta Negro Dorado Rojo Negro Dorado Rojo Marrón Dorado No se realizó debido a que estaba quemado
Valor de R
SEGUNDA PARTE: LEY DE OHM I.
FUNDAMENTOS TEÓRICOS
Si se quiere resumir por medio del cálculo los procesos electrónicos que ocurren en un circuito sencillo de corriente, o en circuitos más complejos, es necesario conocer, por una parte, la dependencia que existe entre la intensidad de corriente y la resistencia . Esta dependencia está descrita por la Ley de Ohm, que debe su nombre al famoso físico alemán. Para ello se observará, en primer lugar, el circuito sencillo de corriente representado anteriormente Ley de Ohm:
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La intensidad de corriente aumenta si aumenta la tensión y disminuye si aumenta la resistencia Aquí, la intensidad de corriente varía proporcionalmente a la tensión y de manera inversamente proporcional a la resistencia.
La Ley de Ohm se puede entonces expresar por medio de la siguiente fórmula:
o
y
Nota: Las resistencias para las que es válida la ley de Ohm (esto es, la proporcionalidad entre la corriente y la tensión) se denomina resistencias
óhmicas. Los conductores metálicos son, por lo general, resistencias óhmicas, mientras que, por ejemplo, las resistencias de fluidos conductores no cumplen con la Ley de Ohm.
II . PROCEDIMIENTO Los siguientes componentes son necesarios, para la ejecución de los experimentos expuestos dentro del marco de este curso: La tarjeta insertable “Circuitos de resistencias”.
La tarjeta insertable UniTrain-I de Circuitos de resistencias SA4203-6A permite el análisis de circuitos de corrientes sencillos. Para ello, la tarjeta se ha dividido en seis sectores.
1. Circuito sencillo de corriente con tensión continua y lámpara incandescente con carga resistiva. 2. Circuito en serie compuesto por un máximo de tres resistencias. 3. Circuito en paralelo compuesto por un máximo de tres resistencias. 10
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4. Un máximo de seis resistencias conectadas en grupo. 5. Condensadores con resistencia de carga. 6. Bobina de resistencia a carga.
COMPROBACIÓN ANALÓGICA DE LA LEY DE OHM
Variación de voltaje y corriente manteniendo la resistencia constante Tabla 1 Voltaje ( ) Intensidad ()
1 0.025
1.2 0.027
1.4 0.032
1.6 0.036
1.8 0.044
2 0.049
2.5 0.062
Variación de corriente y resistencia manteniendo el voltaje constante Tabla 2 Resistencia () Intensidad ()
45 0.044
50 0.041
60 0.034
70 0.029
80 0.026
90 0.023
100 0.021
Variación de diferencial de potencial y resistencia manteniendo la corriente constante Tabla 3 Resistencia () Voltaje ()
10 1
12 1.3
14 1.48
16 1.67
18 1.85
20 2.15
22 2.22 11
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III.
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CUESTIONARIO 1. ¿Cuántas escalas poseen los instrumentos? (describa cada uno de ellos), indique su mínima y máxima lectura en cada escala.
•
Amperímetro: es un instrumento que sirve para medir la intensidad de corriente que está circulando por un circuito eléctrico y tiene 3 escalas, su lectura es de 0.001 – 0.15 A, 0.02 – 1 A y 0.1 – 15 A.
•
Voltímetro: es un instrumento que sirve para medir la diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito eléctrico, y tiene 3 escalas, su lectura es de 0.1 – 3 V, 0.5 – 15 V y 0.2 – 10 V.
•
Caja de Resistencia: es una resistencia que nos permite variar el valor que nosotros queremos desde 1 hasta 999.
2. Investigue de que otra manera se determina el valor de una resistencia. (sin código de colores). Otra manera de hallar el valor de una resistencia sería por medio de un multímetro o con la Ley de Ohm, sabiendo la tensión y la corriente, usando la siguiente ecuación:
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3. Grafique en un papel milimetrado e interprete V vs I, usando los valores de la Tabla 1, determine el valor de la pendiente de la misma. Usando la ecuación de la pendiente:
∑ ∑ ∑ ∑ (∑ )
Con ayuda de Excel podemos aplicar la fórmula anterior y tendríamos: 4. Grafique e interprete V vs I, I vs R y V vs R, en papel milimetrado, y compare los valores encontrados a partir del análisis del gráfico con los valores de R, I y V de las Tablas 1, 2 y 3.
La grafica de R versus I tiene pe ndiente negativa debido a que son inversamente proporciona
les y la gráfica de
V versus
I, es una recta, tiene pendiente positiva debido a que son directam ente proporcional es.
5. Considere una lámpara que tiene aproximadamente 50.5
y
po r la cu al pasa una corrient e de 25 ¿Cuál es el voltaje aplicado? ¿Se cumple la Ley de Ohm?
Usando la Ley de Ohm:
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El voltaje aplicado debería ser 1.2625 voltios pero no siempre sucede esto ya que la tensión decae por el consumo de corriente.
6. Con respecto a la Ley de
Ohm podemos decir:
a. Se cumple en materiales conductores y semiconductores. Si la Ley de Ohm cumple para materiales conductores y semiconductores. b. La pendiente de la gráfica voltaje vs intensidad da como resultado el valor de la resistencia. Si, la pendiente de la gráfica da el valor 35
de la resistencia.
Voltaje vs Intesidad
30 25 je 20 a lt o 15 V
10 5 0 0
10
20
30
40
Intensidad
Como se puede ver en
la gráfica Voltaje vs Intensidad.
c. Que la Ley de matemática que la gobierna es
⁄ y
sirve tanto para corriente continua como alterna. No cumple para corr iente alterna ya que la intensidad de corriente varía.
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IV . CONCLUSIÓN:
Con los aparatos de medición se puede determinar la intensidad, el voltaje y la capacidad de la resistencia para una correcta instalació n del circuit o eléctrico.
Los instrumentos de medición son de uso primordial para conocer el funcionamiento de un
I.
circuit o eléctrico.
RECOMENDACIONES :
Debemos tener mucho cuidado al momento de hacer las conexiones puesto que una mala conexión puede averiar cualquiera de los instrumentos de medición ya sea el voltímetro o el amperímetro.
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