UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLÁN
LABORATORIO DE ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO CUARTA PRÁCTICA
LABORATORIO DE ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO DEPARTAMENTO DE FÍSICA PRACTICA N°4
Dos Multímetros. Un puente de Wheatstone. Una fuente de poder. Tres Tres resi resist sten enci cias as (100 (100 , 2.7 2.7 K , 47 K , toda todass a 1/2 1/2 W) W).. Cables de conexión. Un hilo conductor de alambre con su base. Un tablero con conductores de alambre magneto de diferentes calibres. Tres minas de carbón de diferente dureza (HB, 2H y 4H) y longitud igual.
Un termistor. Una parrilla. Un soporte universal y sus accesorios. Un vaso Pírex. Un termómetro digital y/o de bulbo de mercurio. Un vernier.
A) Usando el código de colores identificamos los valores de tres resistencias y registramos los datos de las resistencias de carbón.
B) El profesor describió el uso y manejo del equipo Puente de Wheatstone, que crea un puente (circuito cerrado) donde por medio de apretar dos botones y calcular por medio de ajuste a perilla que cada una son múltiplos para ajustar por medio de aguja que tiene que colocarse en medio de la medición.
C) Realice con el puente de Wheatstone la medición de las tres resistencias indicadas en la tabla y concentre sus resultados en la misma.
) Utilizamos el multímetro en su función de óhmetro, para medir las mismas resistencias
anteriores y registramos los valores en la siguiente tabla.
RESISTENCIA
CODIGO DE COLORES [Ω]
PUENTE DE WHEATSTONE
OHMETRO [Ω]
[Ω]
R 1=100 Ω R 2=2.7 K Ω R 3=47 K Ω
Café, negro, café, dorado Rojo, violeta, rojo, dorado Amarillo, violeta, negro, dorado
98.3
100.2 Ω
2672
2.67 k Ω
47000
46.8 K Ω
Que el equilibrio de los brazos del puente; Estos estén constituidos por cuatro resistencias que forman un circuito cerrado, siendo una de ellas la resistencia bajo medida, que la resistencia cierre el circuito y seguir las especificaciones de fabricante del equipo.
E) Considerando los valores de resistencia dados por el código de colores, calcular el voltaje máximo ( Vmax=√) que se puede aplicar a cada una de ellas y concentre sus resultados en la tabla. R
Vmáx [V]
V entrada
R 1=100 Ω
10.009 v
8v
R 2=2.7 K Ω
36.53 v
20 v
R 3=47 K Ω
216.33 v
20 v
F) Armamos el circuito de la figura 4.5, considerando las resistencias empleadas en el inciso a) una a la vez.
G) Alimentamos el circuito con un voltaje menor o igual al calculado en la tabla anterior para cada resistencia y realizamos mediciones de voltaje e intensidad de corriente y concentramos sus resultados en la tabla siguiente.
RESISTENCIA
VOLTAJE
CORRIENTE
RESISTENCIA
[V]
[A]
[Ω ]
R 1=100 Ω
8.81 v
89.3 mA
98.65 Ω
R 2=2.7 K Ω
20.26 v
7.62 mA
2.65 k Ω
R 3=47 K Ω
20.28 v
0.44 mA
46.09 K Ω
= 1 =
8.81 = 98.65 0.0893
2 =
20.26 = 2′ 658.7 0.00762
3 =
20.26 = 46′ 090.9 0.00044
Conelvoltajemáximoquesuvariaciónsolofuedemilésimas,porotrapartelaleydeohmtenía variacionesdecimales
H) Arme el circuito mostrado en la figura.
I) Para cada caso de voltaje indicado en la tabla 4.4 mida la corriente eléctrica y concentre sus mediciones en la misma.
VOLTAJE
CORRIENTE
[V]
[A]
2
19.20mA
POTENCIA [W]
3.8410−
4 6 8 10 12 14 16 18 20
39.6mA 58mA 78.5mA 97.1mA 118.5mA 140.3mA 161.6mA 189.2mA 206mA
1.58410− 3.4810− 6.2810− 9.7110− 1.42210− 1.964210− 2.585610− 3.405610− 4.1210−
4. Tomando los valores de corriente y voltaje de la tabla 4.4, calcule la potencia y concentre sus resultados en la misma. ¿Coincide la potencia calculada con la especificada por el fabricante? Explique. Calculo de la potencia:
= = (19.2010− )(2) = 3.8410− = (39.610− )(4) = 1.58410 − = (5810− )(6) = 3.4810 − = (78.510− )(8) = 6.2810− = (97.110− )(10) = 9.7110− = (118.510− )(12) = 1.42210− = (140.310− )(14) = 1.964210− = (161.610− )(16) = 2.585610− = (189.210− )(18) = 3.405610− = (20610− )(20) = 4.1210−
250
200
150 CORRIENTE [A] VOLTAJE [V]
100
50
0 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Medición de la resistencia óhmica en función de la longitud del conductor
J) Conecte los elementos como se muestra en la figura 4.7.
K ) De acuerdo a la tabla 4.7 mida la resistencia óhmica en cada caso y concentre los resultados en la misma.
LONGITUD
RESISTENCIA
[cm]
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0.2 1 1.2 1.5 1.7 2.1 2.5 2.7 3.2 3.4 3.8
Resistencia óhmica en función de la longitud.
120 100 80 RESISTENCIA [ W ]
60
LONGITUD [cm] 40 20 0 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11
Que conforme a la longitud del alambre la resistencia aumenta solo que en esta grafica el porcentajeesmínimo
L) Mida el diámetro de sección transversal de los conductores, llene las columnas correspondientes al diámetro y al área en la tabla 4.6
M) Mida la resistencia óhmica de cada uno de los conductores contenidos en el tablero (figura 4.8) y concentre sus valores obtenidos en la tabla 4.6.
Medición de la resistencia óhmica de conductores de diferentes calibres.
CALIBRE
DIÁMETRO [mm]
ÁREA[mm^2]
RESISTENCIA
#
Medido
Tablas
Medido
Tablas
1.56 0.72 0.012
1.45 0.644 0.255
1.91 0.40 1.1x10^4
1.65 0.326 0.0509
15 22 30
0.2 0.6 3.7
Resistencia óhmica en función del área de sección transversal.
Coincidetantoeldiámetro,eláreaademásdelaresistividaddelmaterial
4 3.5 3 2.5 area
2
resistencia
1.5 1 0.5 0 1
2
3
Nuestras el área transversal sea más grande habrá menos oposición al paso de electrones y cuando el área es pequeña la resistencia es muy grande.
N) Conecte las minas, una a la vez como se muestra en la figura 4.9.
Medición de conductividad y resistividad eléctrica.
O) Aplique una diferencia de potencial de 1 [V] a cada una de las minas de carbón, mida la intensidad de corriente eléctrica y concentre sus mediciones en la t abla 4.7; calculando lo que se indica. Minas de Carbó n
Longitu d
Diámetr o
[m]
[m]
rea
Corrient e
[m2 ]
[A]
Densida d de Corrien te
Campo Eléctric o.
Resistivid ad [ -m]
Conductivid ad [1/ -m]
[V/m]
[A/m2]
HB 2H 4H
0.1286 3 0.1286 3 0.1286 3
0.0191
2.8610−
115.21
7.8125
4.48
0.2232
0.0193
32.95m A − 2.9210 42.2mA
144.52
7.8125
3.2128
0.3112
0.0193
2.9210−
139.24
7.8125
3.5072
0.2851
40.66m A
Resistencia 35 25.1 27.4
Conductividad y resistividad eléctrica.
P) Arme el dispositivo que se muestra en la figura 4.9; cuidando de ubicar el sensor de temperatura junto al termistor.
Resistencia en función de la temperatura.
Q) Con el multímetro usado como óhmetro, tome el valor de la resistencia del termistor de acuerdo a los valores de temperatura de la tabla 4.8 y concentre sus resultados en la misma.
T [ºC]
R [Ω]
Temperatura inicial
5.4
30 35 40 45 50 55 60 65 70
3.5 3 2.6 2.3 2 1.7 1.5 1.4 1.1
Resistencia en función de la temperatura.
80 70 60 50 R [Ω]
40
T [ºC]
30 20 10 0 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Siel conductorestácalientepermitirámasfácil elpasode electrones ocorrienteeléctrica, en cambiosiestafriooabajastemperaturas,habrámucharesistenciaeléctricayaqueconelcalor losátomossemuevenmásrápidoymásfrioestosdisminuyensuvelocidad.
La resistencia es una característica importante para materiales y así para los circuitos eléctricos y electrónicos que se opone el flujo eléctrico; conocido como resistencia eléctrica, esta depende de varios factores como área de una materia, longitud, el tipo de material como también la temperatura de este, es muy importante porque de estas bases se rigen el comportamiento del cableado eléctrico que nos proporciona electricidad; conociendo de esta forma otro concepto relacionado a la resistencia que es: la resistividad eléctrica que nos muestra como la resistencia se comporta por metro, que a mayor longitud la resistencia aumenta. Otra característica sería la de la temperatura a mayor temperatura la resistencia es menor y a menor aumenta. De esta forma se cumplen leyes que nos ayudan a conoces resistencia, voltaje y corriente eléctrica (ley de ohm) o voltaje máximo que resiste una resistencia relacionando la potencia eléctrica de las resistencias.
1. Enuncie la Ley de Ohm en su forma escalar, describiendo sus variables y unidades correspondientes.
La ley de Ohm, es una propiedad específica de ciertos materiales. La relación
En donde, empleando unidades del Sistema internacional: I = Intensidad en amperios (A) . V = Diferencia de potencial en voltios (V) R = Resistencia en ohmios (Ω) 2. Los valores de resistencia óhmica se pueden obtener a través de un código de colores. Investigue y muestre en una tabla el mismo.
3. Atendiendo al punto 2 indique el valor de las siguientes resistencias:
4. ¿Qué características nominales proporciona el fabricante de una resistencia óhmica? Algunos de los datos más comunes que nos facilitan los fabricante s de estos elementos son: - Resistencia nominal (Rn): es el valor óhmico que se espera que tenga el componente. - Tolerancia: es el margen de valores que rodean a la resistencia nominal y en el que se encuentra el valor real de la resistencia. Se expresa porcentaje sobre el valor nominal. - Potencia nominal (Pn): es la potencia (en vatios) que la resistencia puede disipar sin deteriorarse. - Tensión nominal (Vn): es la tensión continua que se corresponde con la resistencia y potencia nominal. - Intensidad nominal (In): es la intensidad continua que se corresponde con la resistencia y potencia nominal. - Tensión máxima de funcionamiento (Vmax): es la máxima tensión continua o alterna eficaz que el dispositivo no puede sobrepasar de forma continua a la temperatura nominal de funcionamiento.
5. Considerando los valores nominales de resistencia óhmica, a partir de la expresión de potencia eléctrica, deduzca la fórmula que cuantifique el voltaje máximo que se puede aplicar a la misma. La formula del voltaje máximo es: √ 6. Defina los conceptos: conductividad eléctrica y resistividad eléctrica. La conductividad eléctrica es la medida de la capacidad (o de la aptitud) de un material para dejar pasar (o dejar circular) libremente la corriente eléctrica. 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 resistividad es la resistencia eléctrica específica de cada material para oponerse al paso de una corriente eléctrica. Se designa por la letra griega rho minúscula (ρ) y se mide en ohmios metro (Ω•m).1
en donde es la resistencia en ohms, la sección transversal en m² y la longitud en m. Su valor describe el comportamiento de un material frente al paso de corriente eléctrica, por lo 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.
7. ¿De qué parámetros geométricos y físicos depende la resistencia óhmica de un alambre conductor? Indique la ecuación de resistencia óhmica en función de estos parámetros. Depende de la longuitud, el área del alambre y la resisividad de su material 8. Defina el concepto densidad de corriente eléctrica y escriba su expresión correspondiente. La densidad de corriente, designada por el símbolo J, es la corriente media por unidad de área (sección trasversal) del conductor, es decir, suponiendo una distribución uniforme de la corriente:
En cuanto a sus unidades, J se mide en el S.I. en A/m2 pero es frecuente expresarlo en A/mm2 ya que, evidentemente, al tratarse de la sección de un conductor, es más manejable realizar la medición en mm2.
9. Enuncie la Ley de Ohm en su forma vectorial, describiendo sus variables y unidades correspondientes En su forma vectorial, la Ley de Ohm es: J = σ E, donde J es la densidad de corriente (o corriente por unidad de área), σ es la conductividad del medio, y E la intensidad del campo eléctrico. En esta expresión, tanto J como E son vectores, mientras que σ es un escalar. 10. Escriba la expresión matemática de variación de la resistencia con respecto a la temperatura y defina cada término. La resistividad de cualquier material no es constante, depende de la temperatura y de otras circunstancias como las impurezas o los campos magnéticos a los que está sometido. La resistividad aumenta con la temperatura, de modo que podemos decir que:
Donde : Resistividad. : Coeficiente de variación de la resistividad con la temperatura. T : temperatura
Resistencia eléctrica es toda oposición que encuentra la corriente a su paso por un circuito eléctrico cerrado, atenuando o frenando el libre flujo de circulación de las cargas eléctricas o electrones. La temperatura es una magnitud física que refleja la cantidad de calor, ya sea de un cuerpo, de un objeto o del ambiente.
