I. Objetivos
Comprobar experimental de la Ley de Ohm mediante la elaboración de circuitos en serie y paralelo de resistencias.
Investigar la relación entre la corriente y el voltaje que hay en el filamento de una pequeña bombilla eléctrica.Medir la resistividad de un alambre.
II. Fundamentación Teórica
Simulación de un circuito simple
Conexión del amperímetro y del voltímetro
La ley de Om
Resistencias en serie
Resistencias en paralelo
Código de colores PREPARA UN RESUMEN DE ESTOS TEMAS
CIRCUITO
Cualquier ruta a lo largo de la cual puedan fluir electrones es un circuito. Para que haya un flujo continuo de electrones debe haber un circuito completo sin aberturas. En un circuito eléctrico puede haber uno o más elementos iguales o diferentes, los símbolos de algunos de los elementos se muestran en la siguiente Figura 1.
Los elementos pasivos, resistencia, bobina y condensador, de los circuitos se definen a partir de la relación concreta entre la tensión (voltaje) y la corriente en cada uno de ellos. Por ejemplo, si la tensión y la corriente para un elemento simple están relacionadas por una constante, se dice que el elemento es una resistencia (también llamado resitor). De forma análoga, si la tensión es la derivada con respecto al tiempo de la intensidad de corriente, entonces el elemento es una bobina (también llamado inductor o inductancia). Finalmente, si la intensidad a través de un elemento es la derivada con respecto al tiempo de la tensión, entonces el elemento es un condensador (también llamado capacitancia o capacitor).
Al tener un conductor por el que circula una corriente I, en su interior existe un campo eléctrico que ejerce una fuerza sobre las cargas libres. Como el campo eléctrico E tiene la dirección de la fuerza que actúa sobre una carga positiva, y la dirección de la corriente I es la de un flujo de cargas positivas, la dirección de la corriente coincide con la del campo eléctrico E.
Si tomamos como referencia dos puntos a y b del conductor separados entre sí por una distancia L y área de sección transversal A podemos establecer que, como el campo eléctrico E está siempre dirigido desde las regiones de mayor potencial hacia las regiones de menor potencial, el potencial en el punto a es mayor que en el punto b. Pero si el segmento de conductor de longitud L comprendido entre los puntos a y b es lo suficientemente corto para despreciar cualquier variación del campo eléctrico E a lo largo de la distancia L la diferencia de potencial V entre los puntos a y b es:
V = Va - Vb = E L (1)
Por otro lado se puede enunciar para la mayor parte de los materiales que: La intensidad de corriente en una porción de alambre es proporcional a la diferencia de potencial que existe entre los extremos de esa porción. Este resultado experimental es lo que se conoce como Ley de Ohm. La constante de proporcionalidad se escribe en la forma 1/R, siendo R una constante llamada Resistencia.
I = V / R (2)
La resistencia de un material depende de varios factores: longitud L, área de su sección transversal S, tipo de material, y temperatura.
R = r L / S (3)
donde r es la resistividad.
Para los materiales que obedecen a la Ley de Ohm, la resistencia no depende de la intensidad de corriente I, es decir, la relación V/I es independiente de R. Estos materiales, entre ellos la mayor parte de los metales, se denominan materiales óhmicos. En estos materiales, la caída de tensión a través de una porción del conductor es proporcional a la corriente:
V = I R (4)
Un resistor es “Óhmico” si cuando se incrementa el voltaje a través del resistor, el gráfico del voltaje versus la corriente resulta ser una línea recta (indicando una resistencia constante). La pendiente de la línea es igual al valor de la resistencia.
Un resistor es “No Óhmico” si el gráfico del voltaje versus la corriente no es una línea recta.
Por ejemplo, si la resistencia cambia cuando varía el voltaje, el gráfico del voltaje versus la corriente será una curva con pendiente variable.
En el primer experimento el estudiante investigará la relación existente entre la corriente y el voltaje en un simple resistor, así como también establecerá las características de los resistores conectados en serie y paralelo. Posteriormente, investigará la relación entre la corriente y el voltaje que hay en el filamento de una pequeña bombilla eléctrica. Y finalizará calculando la resistividad de un alambre.
III. Materiales y Montaje Experimental
Experimento 1. Ley de Ohm. Circuitos en serie y paralelo
· 1 Placa reticular
· 1 Fuente de voltaje continua
· 2 Multímetros (con cables de medición)
· 1 Resistencia R =10 kOhm, 2 W
· 1 Resistencia R =100 kOhm, 2 W
· 1 Resistencia R =470 kOhm, 2 W
· 4 Cables banana
· Enchufes en puente
Experimento 2. Bombilla
· 1 Placa reticular
· 1 Fuente de voltaje continua
· 2 Multímetros (con cables de medición)
· Enchufes en puente
· 1 Bombilla de 12 V
· 4 Cables banana
Experimento 3. Alambre resistivo
· 1 Placa reticular
· 1 Fuente de voltaje continua
· 2 Multímetros (con cables de medición)
· Enchufes en puente
· 1 Resistencia R = 33 Ohm, 5 W (lo trae el alumno)
· 1.2 m Alambre resistivo, 0.25 mm, por lo menos 2 diferentes (lo trae el alumno)
· 1 Madero de 100 x 20 cm (lo trae el alumno)
· 4 Cables banana-caimán
Los calibres que usemos deben se los delgados, 22 a 18 (diámetros de 0.6mm a 1mm).
IV. Reglas de Seguridad
· Antes de iniciar con las mediciones verificar el armado del circuito.
· Cuidar las variables de medición en el multímetro, para no quemar los fusibles.
¡Verificar el armado de tus circuitos antes de suministrar voltaje!
V. Procedimiento Experimental
Experimento 1
Parte 1. Ley de Ohm
Armar el circuito que se muestra a continuación.
Parte 2. Circuitos en serie y paralelo
Reemplazar el resistor simple por combinaciones serie y paralelo.
Medir las corrientes y los voltajes en cada componente.
Repetir el experimento anterior y registre el nuevo valor de la resistencia equivalente (para cada circuito).
Experimento 2. Bombilla
Sustituir al resistor (de la parte 1, del experimento anterior) por la bombilla.
Variar la potencia (voltaje) de la fuente.
Precaución
No aplicar a la bombilla un voltaje mayor que el indicado en la misma.
No sobrepasar el valor nominal de la potencia de los resistores.
Experimento 3. Alambre resistivo
· Medir el diámetro del alambre.
§ Armar el montaje experimental de acuerdo con la figura.
§ Conectar en serie la resistencia de 33 Ohm, 5 watts. Ella se usa para limitar la corriente.
§ Variar la potencia de la fuente, anotando los valores de corriente y voltaje.
VI. Análisis y presentación de resultados:
Experimento 1
Parte 1.
Anotar los valores en una tabla y representarlos gráficamente.
Colocar los valores experimentales en un gráfico V= F(I) y determina la relación entre ellos.
Parte 2.
Comparar el valor de la resistencia obtenida, con el valor nominal.
Colocar los valores experimentales en un gráfico V= F(I) y determinar la relación entre ellos.
Especificar a partir de la experimentación las características de un circuito en serie y paralelo.
Experimento 2
Registrar los valores de I y V en una tabla.
Colocar los valores experimentales en un gráfico I = F(V)
Observar que dicho gráfico no es una línea recta.
Determinar la pendiente en cada punto y calcule la resistencia como el inverso de la pendiente.
Construir un gráfico de R como función de la potencia (P = I V).
Comparar este experimento con la primera del experimento anterior y comentar los análisis e interpretaciones.
Experimento 3
Registrar los valores de I y V en una tabla.
Colocar los valores experimentales en un gráfico V = F(I).
Observar que dicho gráfico es una línea recta.
Determinar la pendiente y calcular la resistencia.
Calcular el valor de la resistividad utilizando la relación (3).
Comparar con los valores usualmente aceptados.
Calcular la sensibilidad (coeficiente de variación del voltaje con la temperatura) y compararla con los valores de tablas.
Material de apoyo
- Presentación para ayudar con el armado y procedimiento de la practica. Presentación práctica de ley de ohm
· ¿Cuál es la dependencia entre la corriente y el voltaje? Exprésalo con tus propias palabras y con una ecuación matemática.
· ¿Cuál es el valor de la pendiente de las gráficas? Interpreta su significado físico.
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