Download - Resistencia en conductores metálicos
Instituto Tecnológico De Costa Rica
Escuela de Ingeniería Electromecánica
Laboratorio de Electricidad I (MI-2202)
RESISTENCIA EN CONDUCTORES METALICOS
Informe N°2
Integrantes:
Sergio Jiménez Navarro 201048920
Kevin Brenes Valverde 201115139
Andrés Montero Alvarado 201281265
Iván Segura Rivera 201139848
Cartago, 20 de Marzo del 2013
1
Índice
Objetivos..............................................................................................................................3
Materiales y equipo............................................................................................................3
Procedimiento.....................................................................................................................3
Resultados Teóricos Y Experimentales..........................................................................4
Circuito Bombilla Incandescente..................................................................................4
Circuito Resistencia 100Ω.............................................................................................5
Datos de resistencias y longitudes a diferentes materiales......................................6
Cálculo de resistividad experimental a diferentes longitudes...............................7
Discusión de resultados....................................................................................................9
Circuito: Bombilla Incandescente.................................................................................9
Circuito Resistencia 100Ω.............................................................................................9
Valores de resistencias y longitudes a diferentes materiales.................................10
Conclusiones.....................................................................................................................10
Anexos............................................................................................................................... 11
Trabajo previo............................................................................................................... 11
Nomenclatura....................................................................................................................14
Bibliografía.........................................................................................................................14
2
Objetivos
Observar mediante medición de tensión y corriente cómo influye la temperatura
sobre el valor de la resistencia.
Medir cómo la longitud y el área transversal de un conductor modifican su
resistencia.
Materiales y equipo
1 socket para bombillos incandescentes.
1 bombillo incandescente.
1 resistencia de 100Ω en 12W.
1 multímetro digital.
1 mili ohmímetro electrónico.
6 tablas de alambre de diversos materiales y grosores.
6 cables conectores pequeños y medianos.
Procedimiento
1. Se arman los circuitos de la figura 1, y utilizando la Ley de Ohm en cada caso, se
calcula la resistencia eléctrica de la carga para 5 distintos valores de voltaje. En cada
caso se grafican y explican los resultados.
Figura 1.Circuitos para medición de resistencia
3
2. Se mide la resistencia a distintos tramos de alambres de diferentes materiales,
calibres y longitudes y se deduce como los datos obtenidos se relacionan con la
resistividad y conductividad en cada caso. Se compara lo obtenido con la información
encontrada en el trabajo previo y se explica el origen de las diferencias.
3. Se grafican en un mismo diagrama las curvas de resistencia versus longitud para cada
material y grosor estudiado.
Resultados Teóricos Y Experimentales
Circuito Bombilla Incandescente
Tabla 1. Datos experimentales de voltajes y corriente de bombilla incandescente. *
Medida Voltaje (V) Corriente (A) Resistencia (Ω)
1 20,1 0,24 83,75
2 29,7 0,29 102,41
3 39,7 0,34 116,76
4 50,2 0,39 128,72
5 60,2 0,42 143,33
6 80,6 0,5 161,2
*Los datos de la tabla 1 fueron realizados con un multímetro digital
4
Circuito Resistencia 100Ω
Tabla 2. Datos experimentales de voltaje y corriente de la resistencia de 100 Ω en
12W. *
Medida Voltaje (V) Corriente (A) Resistencia (Ω)
1 20,3 0,2 101,5
2 30,4 0,3 101,3
3 40,7 0,4 101,75
4 50 0,48 104,16
5 60,4 0,57 105,96
6 80,3 0,72 111,52
*Los datos de la tabla #2 fueron realizados con un multímetro digital
20 30 40 50 60 70 80 900.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
0.5
Grafico 1. Datos CORRIENTE VS VOLTAJE de una bombi-lla incandescente
Voltaje (V)
Corr
ient
e (A
)
5
19 27 35 43 51 59 67 75 830.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
Gráfico 2. Datos CORRIENTE VS VOLTAJE de resis-tencia de 100 Ω en 12 W
Voltaje (V)
Corr
ient
e (I)
Datos de resistencias y longitudes a diferentes materiales
Tabla 3. Datos experimentales de resistencias a diferentes longitudes empleadas en
diferentes materiales.*
Longitud (m) Hierro Galvanizado
De 1.19 mm
Escala (2 Ω)
Cobre
De 0,77mm
Escala (2 Ω)
Nicromo
De 1 mm
Escala (20 Ω)
1 0,117 0,037 1,36
2 0,238 0,076 2,75
3 0,360 0,116 4,15
4 0,481 0,155 5,55
5 0,604 0,195 6,96
10 1,211 0,368 13,99
*Los datos de la tabla 3 fueron realizados con un mili ohmímetro electrónico
6
Cálculo de resistividad experimental a diferentes longitudes
ρ=R∗Al
Hierro galvanizado:
ρ1 = 0.117Ωx π x ¿¿= 1.30x10-7 (Ω•m)
ρ2 = 1.32x10-7 (Ω•m)
ρ3 = 1.33x10-7 (Ω•m)
ρ4 = 1.34x10-7 (Ω•m)
ρ5 = 1.34x10-7 (Ω•m)
ρ10 = 1.35x10-7 (Ω•m)
Promedio resistividad experimental:
1.34 x 10−7=¿ (Ω•m)
% error=|ρT−ρ E|ρT
∗100=|(1.96 x 10−7)−(1.34 x10−7)|
1.96 x10−7 ∗100= 31,63%
Cobre:
ρ1 = 0.037Ωx4.30 x 10−7m2
1m= 1.59x10-8(Ω•m)
ρ2 = 1,63x10-8(Ω•m)
ρ3 = 1.66x10-8 (Ω•m)
ρ4 = 1.67 x10-8 (Ω•m)
ρ5 = 1.68 x10-8 (Ω•m)
ρ10 = 1.58 x10-8 (Ω•m)
Promedio resistividad experimental:
1.64 x 10−8 (Ω•m)
% error=|ρT−ρ E|ρT
∗100=|(1,71 x10−8)−(1,64 x 10−8)|
1,71 x10−8 ∗100= 4,09%
7
Nicromo:
ρ1 = 1,36 x π (2,5x 10−7 )mm
1= 1,07x10-6 (Ω•m)
ρ2 = 1,09x10-6 (Ω•m)
ρ3 = 1,09x10-6 (Ω•m)
ρ4 = 1,09x10-6 (Ω•m)
ρ5 = 1,9x10-6 (Ω•m)
ρ10 = 1,10x10-6 (Ω•m)
Promedio resistividad experimental:
1.95 x10−6¿Ω•m)
% error=|ρT−ρ E|ρT
∗100=|(150 x10−8 )−(195 x10−8 )|
150 x10−8 ∗100=30%
8
0 2 4 6 8 100
2
4
6
8
10
12
14
G ráf ico 3. datos resistencia vs longitud de mate -r iales ut i l iz ados en clase
Hierro GalvanizadoCobreNicromo
Longitud (m)
Re
sist
en
cia
(Ω
)
Discusión de resultados
Circuito: Bombilla Incandescente
Se armó un circuito con un bombillo conectado en serie a una fuente de voltaje, luego de
esto se fueron incrementando los valores de voltaje entre 20 V y 80 V para observar lo
que sucedía con los valores de corriente y resistencia. Se observó que conforme se
aumentaba el voltaje entregado por la fuente, la corriente que fluía por el bombillo iba
incrementando también, además de su luminosidad pero a diferencia del voltaje que fue
aumentando generalmente en valores de 10 V, la corriente aumentaba poco, alrededor de
6 A – 8 A. Conforme se aumentaba el voltaje en la fuente, aumentaba la corriente y de
igual forma la temperatura del bombillo, y al calcular la resistencia en el bombillo por
medio de la Ley de Ohm utilizando los valores de voltaje y corriente observados, se
denotó que la resistencia iba aumentando de igual forma, en valores de alrededor de 15 Ω
– 18 Ω.
Por tanto es de notar que lo investigado en el trabajo previo, acerca de que la resistencia
en un conductor aumenta conforme aumenta la temperatura, se cumple. Para el caso del
bombillo esto se debe a que cuando la corriente entra a este y la temperatura empieza a
aumentar, la resistencia aumenta también para que la corriente se estabilice, y el exceso
de corriente que pasa por el filamento del bombillo (que por lo general es de Tungsteno)
se disipe en forma de luz y calor. Si la resistencia en el bombillo no aumentara conforme
aumenta la temperatura en este, entonces la corriente no encontraría mayor oposición en
su paso y aumentaría sin control provocando que se rompa el filamento.
Circuito Resistencia 100Ω
Al utilizar 5 valores distintos de voltaje se observa cambios en la resistencia; mediante se
aumenta el voltaje la resistencia también aumenta. Esto se puede comprobar con la ley de
ohm y al analizar el grafico #2 se visualiza que conforme aumenta el voltaje aumenta la
resistencia. También se logra observar un calentamiento en la resistencia el cual no se
debe de dar debido a que se excede la capacidad máxima de la resistencia (100Ω), como
se aprecia en el grafico #2, y por el paso de una corriente eléctrica lo cual produce un
calentamiento en ella. Si se excede la capacidad máxima de una resistencia esta puede
colapsar.
9
Valores de resistencias y longitudes a diferentes materiales
Como se conoce del trabajo previo del laboratorio uno en el cuál se investiga sobre los
principales materiales en la fabricación de resistencia se muestra que la cantidad de
níquel presente en un material es directamente proporcional a su resistividad, por este
motivo, se observa en el experimento realizado que el nicromo el cuál es una aleación
80% níquel y 20% cromo es el material con mayores valores de resistencia y resistividad
dentro de los utilizados tal y como se demuestra en el gráfico número 3. Como es de
saberse la resistividad o resistencia es la fuerza que se opone al paso de carga por un
material determinado mientras que la conductividad es la facilidad de un cuerpo u objeto
al flujo de una carga a través de sí esto convierte al nicromo en el material con el menor
valor de conductividad de los tres utilizados en el experimento descrito en el informe
anterior, los datos de conductividad y resistividad de los materiales utilizados se muestran
en el siguiente cuadro.
Tabla 4. Datos teóricos de Resistividad y Conductividad eléctrica en diferentes
materiales.
METAL Resistividad Eléctrica
(20 C -25 C) (Ωm)
Conductividad Eléctrica
(20-25) C S/m
NICROMO 150 x 10-8 9,09 × 105
COBRE 1,71 x 10-8 5,96 × 107
HIERRO 9,71 x 10-8 1,53 × 107
Conclusiones
Al darse un aumento en la tensión del circuito produce que los valores de la
resistencia aumenten, por consiguiente la corriente también. De acuerdo al
propósito del bombillo se entrega energía lumínica y calorífica, aumentando
acorde al voltaje suministrado.
La longitud y el área transversal del conductor influyen en el valor de resistencia,
ya que teniendo mayor longitud y menor área este será un valor pequeño.
Mientras si aumentamos el área y disminuimos el largo obtenemos valores altos.
10
Anexos
Trabajo previo
1. Investigue por qué la temperatura afecta la resistencia de un conductor.
La resistencia de un conductor metálico aumenta al aumentar la temperatura. Dicho
aumento depende de la elevación de la temperatura y del coeficiente térmico de
resistividad.
2. ¿Cómo afecta la frecuencia la capacidad de conducción de un metal?
En el caso de que la onda aplicada sea senoidal, corriente alterna (CA), a bajas
frecuencias se observa que una resistencia real se comportar de forma muy similar a
como lo haría en CC (parecida a una resistencia ideal), siendo despreciables las
diferencias. En altas frecuencias el comportamiento es diferente, aumentando en la
medida en la que aumenta la frecuencia aplicada, lo que se explica fundamentalmente por
los efectos inductivos que producen los materiales que conforman la resistencia real.
3. Investigue sobre la conductividad eléctrica del agua. ¿Es un medio conductor o
aislante?
Agua pura es un buen conductor de la electricidad. El agua destilada ordinaria en
equilibrio con dióxido de carbono en el aire tiene una conductividad aproximadamente de
10 x 10-6 W-1*m-1 (20 dS/m). Debido a que la corriente eléctrica se transporta por medio de
iones en solución, la conductividad aumenta cuando aumenta la concentración de iones.
De tal manera, que la conductividad cuando el agua disuelve compuestos iónicos.
Conductividad en distintos tipos de aguas:
Agua Ultra Pura 5.5 · 10-6 S/m
Agua potable 0.005 – 0.05 S/m
Agua del mar 5 S/m
Podríamos llamar al agua que entre más puro mejor conductor y viceversa.
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4. Liste la resistividad eléctrica del oro, cobre, hierro, plomo, estaño, zinc y
nicromo. Compare éstos datos con sus respectivas conductividades. ¿Analice
qué relación existe entre ambos parámetros?
METAL Resistividad Eléctrica
(en 20 C-25 C)(Ω.m)
Conductividad Eléctrica
(20-25)C (S/m)
ORO 2,35 x 10-8 4,55 × 107
COBRE 1,71 x 10-8 5,96 × 107
HIERRO 9,71 x 10-8 1,53 × 107
PLOMO 5,65 x 10- ---------
ESTAÑO 11,50 x 10-8 ---------
ZINC 10,60 x 10-8 ---------
NICROMO 150 x 10-8 9,09 × 105
5. Investigue que es un dieléctrico y describa las características de cinco tipos
distintos. ¿Por qué la forma constructiva incide en la capacidad de aislamiento?
Un dieléctrico es aquel que es aislante desde el punto de vista eléctrico. No tiene
electrones libres, aunque sí que puede haber un campo eléctrico en estado estacionario.
Entonces se denomina dieléctrico al material mal conductor de electricidad.
Tipos:
Vidrio: El vidrio es un material inorgánico duro, frágil, transparente y amorfo que se
encuentra en la naturaleza aunque también puede ser producido por el hombre; se
obtiene por fusión a unos 1.500 °C de arena de sílice (SiO2), carbonato de sodio
(Na2CO3) y caliza (CaCO3).
Cerámica: La mayoría de los materiales cerámicos no son conductores de cargas
móviles, por lo que no son conductores de electricidad. Esto se debe a que los
enlaces iónico y covalente restringen la movilidad iónica y electrónica, es decir,
son buenos aislantes eléctricos.
Goma: La goma es una sustancia resinosa con un alto peso molecular,
estructuralmente muy compleja, siempre con carácter ácido. Es sólida, aunque su
consistencia varía según su procedencia y las condiciones a las que se somete.
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Porcelana: Es lo que se conoce como cerámica blanda o tierna que es blanca,
compacta, ligera y traslúcida; utilizada también como material para recubrir o
conformar piezas para el uso de aislante eléctrico.
Mica: Las particulares características de elasticidad, flexibilidad y resistencia al
calor de las láminas, al agua, hacen que constituyan un material para la industria
debido a sus propiedades como aislantes eléctricos y térmicos. La mica se utiliza
en aplicaciones de alta responsabilidad como aislamiento de máquinas de alta
tensión y gran potencia, turbogeneradores, motores eléctricos, y algunos tipos de
condensadores.
Dependiendo de la aplicación del dieléctrico es la forma de construcción y diseño de la
misma, tiene que cumplir con características especiales para que cumpla con su objetivo.
6. ¿En qué unidades se mide el calibre de los conductores eléctricos?
La unidad más común de medida es la AWG (American Wire Gauge); se mide en circular
mil, Kcmil, MCM para conductores de gran tamaño.
7. ¿En qué consiste el proceso de galvanizado del hierro y cuál es su función?
Investigue cómo afecta este proceso a la capacidad de conducción del hierro.
El galvanizado o galvanización es el proceso electroquímico por el cual se puede cubrir un
metal con otro. La función del galvanizado es proteger la superficie del metal sobre el cual
se realiza el proceso.
8. Describa las propiedades eléctricas del óxido de hierro.
El óxido de hierro (III) no conduce la electricidad debido a la localización electrónica que
existe en el centro metálico. Se impide la formación de bandas de conducción. Puede
darse semiconducción si se dan fenómenos de no estequiometria.
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Nomenclatura
ρ :Resistividad
R :Resistencia
V :Voltaje
l :Longitud
A : Area
I :Corriente
Ω :Ohmios
Bibliografía
Boylestad, R. (2011). Introducción al análisis de circuitos (12ed) México:
Pearson Educación ; Prentice Hall.
Durbin., S., Kemmerly , J. & Hayt, W. (2007). Análisis de circuitos en ingeniería
(7ed.) México: McGraw Hill.
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