LABORATORIO DE FÍSICA III

EXPERIENCIA Nº3:INSTRUMENTACIÓN Y LEY DE OHM

Profesor: Percy Paz

Grupo: 3

Horario: Jueves 10-12 am

Integrantes:

Paola Mera Fernandez 10140127 Sharon Flores Duran 10140321 Carlos Solis Chavez 12190257 Gisella

INSTRUMENTACIÓN Y LEY DE OHM

A) INSTRUMENTACIÓN

1.- OBJETIVOS

1. Conocer el manejo de instrumentos y materiales de uso de corriente en los experimentos de electricidad y magnetismo.

2. Conocer el área de operación de los instrumentos y determinar sus lecturas.

3. Aprender a montar circuito sencillo y medición de Tensión y corriente eléctrica.

4. Identificación de los valores de Resistencia.

2.- MATERIALES.

SISTEMA UNITR@IN

RESISTENCIAS

3.- FUNDAMENTO TEÓRICO

La corriente o intensidad eléctrica es el flujo de carga por unidad de tiempo que recorre un material. Se debe al movimiento de los electrones en el interior del material. En el Sistema Internacional de Unidades se expresa en C/s (culombios sobre segundo), unidad que se denomina amperio. Una corriente eléctrica, puesto que se trata de un movimiento de cargas, produce un campo magnético, un fenómeno que puede aprovecharse en el electroimán.

El instrumento usado para medir la intensidad de la corriente eléctrica es el galvanómetro que, calibrado en amperios, se llama amperímetro, colocado en serie con el conductor cuya intensidad se desea medir.

Los electrones se pueden mover con mayor velocidad mientras mayor sea la intensidad de la tensión aplicada y menor sea la resistencia que la red de átomos oponga a su paso. La intensidad de corriente I se define como la carga Q que fluye por una 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 con A.)

4.- PROCEDIMIENTO

Experimento 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 empleara el circuito que se encuentra en la parte superior de la tarjeta de Circuito de resistencias SO4203-6A, cuya fuente de tensión continua de 15 V 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.

Medición de Tensión

La tensión eléctrica se mide con el voltímetro. La siguiente representación muestra el símbolo grafico de un voltímetro.

El diagrama de la izquierda representa, en este caso, la

conexión del voltímetro para la medición de la tensión de la fuente; el del centro, la conexión para la medición de la tensión a través del interruptor y, finalmente, el de la derecha, la conexión para la medición de la tensión de carga.

EJECUCION DEL EXPERIMENTO

Monte el circuito experimental representado a continuación:Las figuras siguientes ilustran la estructura de la conexión.

Experimento 1b.

Ajustes del Voltímetro ARango de medición:

20V DC

Modo de operación:

AV

Medición directa de la corriente eléctrica.

La corriente eléctrica se mide con un amperímetro. El diagrama siguiente muestra diferentes posibilidades de integrar el amperímetro al circuito

mostrado.

Medición indirecta de la 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 I que nos interesa se obtiene entonces a partir de la ecuación:

La imagen de la izquierda muestra la medición directa de corriente por medio de un amperímetro, la de la derecha, la medición indirecta por medio de una resistencia R0 y un voltímetro:

Experimento 1c

Ejecución del experimento con la resistencia a medir y el instrumento virtual

Monte el circuito experimental representado a continuación.

Resistencia eléctrica

Si una corriente eléctrica circula a través de un conductor, los portadores de carga 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 enfrenta su movimiento. El conductor opone una resistencia al paso de la corriente eléctrica que debe ser vencida por la tensión.

Ajustes del Amperímetro A

Rango de medición:

200 mA DC

Modo de operación:

AV

Shunt: 10 ohmios

A

l

La constante de material indica la resistencia especifica (Resistividad) del

material conductor en la unidad Ω mm2/m, les la longitud del conductor, en m, y A la seccion transversal del conductor en mm2.

Simbología de las resistencias

Las imágenes siguientes muestran los símbolos gráficos de diferentes tipos de resistencias,

Existen resistencias en muchos diseños.

Codificación por colores de las resistencias.

El siguiente grafico ilustra la codificación.

Para la resistencia representada en la parte superior, a partir de los dos primeros aros (amarillo y violeta), se obtiene un valor decimal de 17 y , a partir del tercer aro (rojo) un factor de 102, con lo que se obtiene un valor total de resistencia de: R=10.102Ω =1000Ω=1KΩ. La codificación de colores para la tolerancia esta indicada en la siguiente tabla:

En la resistencia representada en la página anterior, el aro derecho es de color dorado; la resistencia posee, por tanto, una tolerancia de ±5%.

La tabla siguiente indica los valores codificados de las resistencias:

Color1era Cifra

2da Cifra

Factor

Plateado ----------- ----------- 10-2

Color Tolerancia

Incoloro ±20%

plateado ±10%

dorado ±5%marrón ±1%

rojo ±2%verde ±0.5%azul ±0.25%

violeta ±0.1%

Resistencia común Resistencia variable Resistencia con contacto deslizante

1ra cifra 2da cifra Factor Tolerancia

- ---

Dorado ------------

-------------- 10-1

Negro ------------

0 1

Marrón 1 1 10

Rojo 2 2 102

naranja 3 3 103

Amarillo 4 4 104

Verde 5 5 105

Azul 6 6 106

Violeta 7 7 107

Gris 8 8 108

Blanco 9 9 109

PROCEDIMIENTO

Llenar la tabla 1 con los valores de las resistencias del tablero de resistencias con sus respectivas tolerancias.

*Los valores de la tabla 1 se obtuvieron del siguiente tablero de resistencias:

TABLA 1

B) LEY DE OHM

INTRODUCCION

Circuito eléctrico, trayecto o ruta de una corriente eléctrica. El término se utiliza principalmente para definir un trayecto continuo compuesto por conductores y dispositivos conductores, que incluye una fuente de fuerza electromotriz que transporta la corriente por el circuito. Un circuito de este tipo se denomina circuito cerrado, y aquéllos en los que el trayecto no es continuo se denominan abiertos. Un cortocircuito es un circuito en el que se efectúa una conexión directa, sin resistencia, inductancia ni capacitancia apreciables, entre los terminales de la fuente de fuerza electromotriz.

OBJETIVOS:

Verificar en forma experimental, la Ley de Ohm.

10 Banda 2º Banda 3º Banda 4º Banda Valor de R

1 1 0 1 ±5% 10±5%2 3 3 1 ±5% 33±5%3 3 9 1 ±5% 39±5%4 4 7 1 ±5% 47±5%5 8 2 1 ±5% 82±5%6 1 2 10 ±5% 120±5%

Conocer los principios acerca de intensidad, flujo y densidad de

corriente.

Comprender los principios de resistividad, y resistencia eléctrica.

Conocer el principio y comportamiento de la diferencia de potencial,

y su relación con la Ley de Ohm.

MATERIALES:

1 Amperímetro

1 Voltímetro

1 Fuente

1 Caja de Resistencias

1 Reóstato

1 Transformador de 220 a 110 voltios

1 Interruptor

5 Conexiones

FUNDAMENTO TEORICO:

Nociones Básicas:

1. CIRCUITOS ELÉCTRICOS:

La manera más simple de conectar componentes eléctricos es disponerlos

de forma lineal, uno detrás del otro. Este tipo de circuito se denomina

“circuito en serie”, como el que aparece a la izquierda de la ilustración. Si

una de las bombillas del circuito deja de funcionar, la otra también lo hará

debido a que se interrumpe el paso de corriente por el circuito. Otra

manera de conectarlo sería que cada bombilla tuviera su propio suministro

eléctrico, de forma totalmente independiente, y así, si una de ellas se

funde, la otra puede continuar funcionando. Este circuito se denomina

“circuito en paralelo”, y se muestra a la derecha de la ilustración.

2.

ELEMENTOS DE UN CIRCUITO ELÉCTRICO:

Símbolos de algunos elementos de un circuito eléctrico.

3. LEY DE OHM

La corriente fluye por un circuito eléctrico siguiendo varias leyes

definidas. La ley básica del flujo de la corriente es la ley de Ohm, así

llamada en honor a su descubridor, el físico alemán Georg Ohm. Según la

ley de Ohm, la cantidad de corriente que fluye por un circuito formado por

resistencias puras es directamente proporcional a la fuerza electromotriz

aplicada al circuito, e inversamente proporcional a la resistencia total del

circuito. Esta ley suele expresarse mediante la fórmula I = V/R, siendo I la

intensidad de corriente en amperios, V la fuerza electromotriz en voltios y

R la resistencia en ohmios. La ley de Ohm se aplica a todos los circuitos

eléctricos, tanto a los de corriente continua (CC) como a los de corriente

alterna (CA), aunque para el análisis de circuitos complejos y circuitos de

CA deben emplearse principios adicionales que incluyen inductancias y

capacitancias.

Un circuito en serie es aquél en que los dispositivos o elementos

del circuito están dispuestos de tal manera que la totalidad de la corriente

pasa a través de cada elemento sin división ni derivación en circuitos

paralelos.

Cuando en un circuito hay dos o más resistencias en serie, la resistencia

total se calcula sumando los valores de dichas resistencias. Si las

resistencias están en paralelo, el valor total de la resistencia del circuito se

obtiene mediante la fórmula:

En un circuito en paralelo los dispositivos eléctricos, por ejemplo

las lámparas incandescentes o las celdas de una batería, están dispuestos

de manera que todos los polos, electrodos y terminales positivos (+) se

unen en un único conductor, y todos los negativos (-) en otro, de forma que

cada unidad se encuentra, en realidad, en una derivación paralela. El valor

de dos resistencias iguales en paralelo es igual a la mitad del valor de las

resistencias componentes y, en cada caso, el valor de las resistencias en

paralelo es menor que el valor de la más pequeña de cada una de las

resistencias implicadas. En los circuitos de CA, o circuitos de corrientes

variables, deben considerarse otros componentes del circuito además de la

resistencia.

La intensidad de corriente I aumenta si aumenta la tensión U

y disminuye si aumenta la resistencia R. 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:

Nota: Las resistencias para las que es valida 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.

PROCEDIMIENTO

Los siguientes componentes son necesarios, para la ejecución de

los experimentos expuestos dentro del marco de este curso: LA tarjeta

insertable UniTrain-I de Circuitos de resistencias SO4203-6A permite el

análisis de circuitos de corriente 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.

4. Un máximo de seis resistencias conectadas en grupo.

5. Condensador con resistencia de carga.

6. Bobina de resistencia a carga.

En el siguiente experimento se debe comprobar la relación entre la

corriente y la tensión de acuerdo con la ley de Ohm. Para ello, se aplicarán

diferentes tensiones a la resistencia R1 de la tarjeta de Circuitos de

resistencias y se medirá cada valor resultante de intensidad de corriente.

La intensidad de la corriente se representara a continuación, gráficamente,

en función de la tensión. Abra el instrumento virtual Fuente de tensión

continua y seleccione los ajustes que se detallan en la tabla siguiente.

Encienda a continuación el instrumento por medio de la tecla POWER.

Abra el instrumento virtual Voltímetro A y seleccione los ajustes que de detallan en la tabla

En el caso de que realice la medición de corriente empleando el amperímetro virtual, abra el instrumento Amperímetro B y seleccione los ajustes que se detallan en la tabal siguiente.

Ajustes de la fuente de tensión continua

Rango: 10V

Tensión de salida: 0V

Ajustes de la fuente del voltímetro A

Rango de medición: 10V DC

Modo de operación AV

Ajuste del Amperimetro B

Rango de

medición:10mA DC

Modo de

operación:AV

Shunt 10 ohmios

Ahora ajuste en el instrumento Fuente de tensión continua una tensión de 1V. Mida el valor de la corriente resultante en miliamperios y anote le valor obtenido en la correspondiente fila de la tabla siguiente. Ahora eleve la tensión en pasos de 1V y anote de la misma manera el resultado de la intensidad de corriente medida en la tabla. Si pulsa la pestaña “Diagrama” dela tabla, podrá visualizar gráficamente la característica I/U resultante.

COMPROBACIÓN ANALÓGICA DE LA LEY DE OHM

VARIACIÓN DE VOLTAJE Y CORRIENTE MANTENIENDO LA

RESISTENCIA CONSTANTE

Figura 1

VOLTAJE (V) 0.3 0.61 0.95 1.25 1.55 1.9 2.7INTENSIDAD (A) 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.006 0.007

RESISTENCIA = 30

TABLA 1

VARIACION DE LA CORRIENTE Y LA RESISTENCIA MANTENIENDO

CONSTANTE EL VOLTAJE

Usando el mismo cursor de la figura 1, observe y anote en la tabla 2 los valores de corriente cuando cambian los valores R de la caja de resistencia conservando constante la diferencia de potencial entre los terminales de la misma. Para conseguir esto varié la posición del cursor del reóstato para cada lectura.

TABLA 2

RESISTENCIA () 30 25 20 15 10 5 1INTENSIDAD (A) 0.016 0.021 0.025 0.034 0.048 0.11 0.051

VOLTAJE = 0.5

VARIACION DE LA DIFERENCIA DE POTECIAL Y LA RESISTENCIA MANTENIENDO CONSTANTE LA CORRIENTE

Arme el circuito de la figura 2 varíe los valores de la resistencias en la caja y para cada valor observado anote en la tabla 3 los valores del voltaje, conserve constante un determinado valor de la corriente para las distintas lecturas de V y R, variando la posición del cursor de reóstato.

Figura 2

TABLA 3

RESISTENCIA () 12 10 8 6 4 2 1VOLTAJE (V) 1.15 1 0.75 0.51 0.35 0.17 0.11

INTENSIDAD = 0.1

CUESTIONARIO

1.-¿CUANTAS ESCALAS POSEEN LOS INSTRUMENTOS?(DESCRIBA CADA UNO DE ELLOS),

INDIQUE SU MÍNIMA Y MÁXIMA LECTURA EN CADA ESCALA.

Voltímetro:es un instrumento que se utiliza para medir la diferencia de

potencial entre dos puntos de un circuito eléctrico .Existen varios tipos de

voltímetros según su funcionamiento, como: los voltímetros electromecánicos,

voltímetros digitales, osciloscopios y potenciómetros .El voltímetro siempre

debe colocarse en paralelo con respeto a los elementos que se miden para

efectuar la medida de la tensión. 

El voltímetro con que se trabajo tiene 4 escalas y son las siguientes: 1V, 1.5V,

3V y 30V.

Amperímetro: aparato que, intercalado en un hilo conductor, mide la

intensidad de la corriente eléctrica que circula por él. Consta de un imán fijo

entre cuyos extremos se encuentra una bobina móvil capaz de girar alrededor

de un eje. Al pasar la corriente por la bobina, se crea un campo magnético que

hace moverse a la bobina. Una aguja unida a esta señala en una escala las

desviaciones de la bobina, que son proporcionales a la intensidad de corriente.

El galvanómetro usado en el laboratorio usado para medir la intensidad de

corriente contaba con 4 escalas y son: 1A, 1.5A, 3A y 30A.

2.- INVESTIGUE DE QUE OTRA MANERA SE DETERMINA EL VALOR DE UNA RESISTENCIA.

Otra manera de determinar el valor de la resistencia es el código de marcas, el objetivo

del código de marcas es el marcado del valor nominal y tolerancia del componente y,

aunque se puede aplicar a cualquier tipo de resistencias, es típico encontrarlo en

resistencias bobinadas y variables.

Como valor nominal podemos encontrarnos con tres, cuatro, o cinco caracteres formados por la

combinación de dos, tres, o cuatro números y una letra, de acuerdo con las cifras significativas del

valor nominal. La letra del código sustituye a la coma decimal, y representa el coeficiente

multiplicador según la siguiente correspondencia:

LETRA CÓDIGO R K M G T

COEFICIENTE MULTIPLICADOR x1 x103 x106 x109 x1012

La tolerancia va indicada mediante una letra, según la siguiente tabla. Como se puede apreciar

aparecen tolerancias asimétricas, aunque estas se usan normalmente en el marcado de

condensadores.

TOLERANCIAS TOLERANCIAS

SIMÉTRICAS ASIMÉTRICAS

Tolerancia % Letra código Tolerancia Letra código

+/- 0,1 B +30/-10 Q

+/- 0,25 C +50/-10 T

+/- 0,5 D +50/-20 S

+/- 1 F +80/-20 Z

+/- 2 G - -

+/- 5 J - -

+/- 10 K - -

+/- 20 M - -

+/- 30 N - -

Como ejemplo estas son algunas de los posibles marcados en resistencias a partir del

código demarcas:

Valor de laresistencia en

ohmios

Código de

marcas

Valor de la resistencia en

ohmios

Código de

marcas

0,1 R10 10K 10K

3,32 3R32 2,2M 2M2

59,04 59R04 1G 1G

590,4 590R4 2,2T 2T2

5,90K 5K9 10T 10T

3.- EL VALOR DE LA PENDIENTE ES: 0.003

La ecuación que se forma en la grafica es: y = 0.0282x + 0.0035

4.

5.Considere una lámpara que tiene aproximadamente 50.5 y por la cual pasa una

corriente de 25 Ma ¿Cuál es el voltaje aplicado?¿Se cumplirá la ley de ohm?

Se cumple la ley de ohm , V=IR

VOLTIOS

6.Con respecto a la ley de ohm podemos decir:

i)Se cumple en materiales conductores y semiconductoresii)la pendiente de la grafica voltaje vs intensidad da como resultado el valor de la resistenciaiii)Que la ley matematica que la gobierna es I=V/R y sirve tanto para corriente continua como alterna

A)VVV B)VVF C)FVF D)VVV E)VFF

SOLUCION:

i)(V)

Puesto que la Ley se cumple en la mayor ía de los res is tores metá l i cos a cond ic iones ordinarias

ii)(V)

Según nuestros resultados obtenidos experimentalmente , se cumple

iii)(F)

La ley de ohm solo sirve para corriente continua, ya que en corriente alterna la intensidad varia

Respuesta: B) VVF

CONCLUSIONES

La resistividad eléctricaes directamente proporcional a la densidad de corriente que fluye por un cuerpo, debido a que cuanto mayor sea la resistividad, mayor deberá ser la intensidad de campo eléctrico para tratar de establecer y mantener una cantidad o flujo de corriente atravesando dicho cuerpo.

Existen cierto tipo de elementos cuyas características atómicas permiten el paso con mayor o menor dificultad de la corriente eléctrica, como es el caso de los conductores y aisladores. En los primeros, la fuerza ejercida por

los campos eléctricos pueden romper fácilmente los enlaces covalentes entre los electrones, facilitando el flujo de los mismos por el cuerpo, mientras que en el segundo caso, las fuerzas de cohesión entre estos electrones impiden la ruptura de dichos enlaces.

La relación V = I(R), no es un enunciado de la ley de Ohm. Un conductor cumple con la ley de Ohm sólo si su curva V-I es lineal; esto es si R es independiente de V y de I. La relación dada R = V/I sigue siendo la definición general de la resistencia de un conductor, independientemente de que si éste cumple o no con la ley de Ohm.

Existen ciertos materiales, cuyo comportamiento es relativamente diferente a aquellos que cumplen con la ley de ohm, en donde la resistividad disminuye bruscamente al descender la temperatura, tal es el caso de los superconductores.

Se ha demostrado experimentalmente que en todo circuito simple, la diferencia de potencial V entre dos puntos cualesquiera de un cuerpo, es proporcional a la corriente que pasa a través de este así como a la resistencia ejercida por el mismo.

SUGERENCIAS:

Tener cuidado con el uso de los dispositivos de medición como el voltímetro, amperímetro; evitar mover el instrumento para una correcta lectura ya que dichos dispositivos son muy sensibles a medir.

Previa a la experiencia conocer el manejo adecuado de los instrumentos, para una buena medición y evitar fallas del instrumento.

Para obtener una mejor pendiente en las graficas se necesita un número representativo de datos, aproximadamente 10 datos.

BIBLIOGRAFIA

·        Guía de Laboratorio de Física III

·        Física

Juan Tauro del Pino

Segundo Sáenz Gálvez

Marcelo Alonso – Edward Finn

·         Páginas web visitadas:

http://dieumsnh.qfb.umich.mx/Fisca/ley_ohm.htm

http://www.itlp.edu.mx/publica/tutoriales/lyohmt/tem1_2_.htm

http://usuarios.lycos.es/lafisica/leydeohm.htm

http://www.ucab.edu.ve/ingenieria/informatica/labfisica/practica1.pdf

hhtp://wikipedia.com