Elementos Ohmicos y no Ohmicos PDF

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Cartagena de Indias D. T. y C. junio 11 de 2020 Departamento de Física Facultad de Ciencias Exactas y Naturales Laboratorio de Física II primer periodo académico de 2020

Elementos Ohmicos y no Ohmicos Objetivos Reconocer experimentalmente mediante análisis grafico si elementos como bombillos, diodos, resistencias y alambres cumplen con la ley de Ohm. Calcular mediante análisis grafico la resistencia de diferentes dispositivos eléctricos que cumplen la ley de Ohm. Introducción el sistema consiste en conectar un dispositivo electrónico (resistencia, diodo o bombillo) en paralelo a una fuente de poder (ver grafica 1) que suministra un voltaje DC que junto con el reóstato permiten controlar la corriente en el circuito. Como respuesta, según el dispositivo, por el se establece una corriente eléctrica. Nuestro objetivo será determinar, para diferentes valores de diferencia de potencial, los correspondientes valores en corriente. Luego mediante análisis grafico de voltaje contra corriente determinar el comportamiento de estos materiales.

Grafica 1. Montaje de un circuito (izquierda), formado por una resistencia una fuente de voltaje, para determinar el comportamiento del voltaje contra corriente en dispositivos como diodo, bombillo y resistencia, derecha diagrama del circuito.

Departamento de Física, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales Zaragocilla Avenida del Consulado calle 30 N 48-152 Campus San Paulo Email: [email protected], [email protected] Teléfono: 3015786555 web: ww.unicartagena.edu.co Cartagena de Indias D,T y C - Colombia

Teoría Para establecer la Ley de Ohm en términos de parámetros medible en el laboratorio consideremos un material conductor con resistividad  , por el cual fluye una densidad E , dado por la de corriente, J , en un punto, debido a un campo eléctrico,  siguiente ecuación;  E= ρ J

ec 1

Cuando se cumple la ley de Ohm,  es constante e independiente de la magnitud del campo eléctrico, por lo que  E es directamente proporcional a J . Dado que los parámetros medibles en nuestro laboratorio son la corriente, I, en el conductor en cambio de J , y la diferencia de potencial, V, entre las terminales del conductor en cambio del  E . Suponga que nuestro conductor es un alambre con sección transversal uniforme de área A y longitud L, como se ilustra en la Grafico 2. Sea V la diferencia de potencial entre los extremos de mayor y menor potencial del conductor, de manera que V es positiva. La dirección de la corriente siempre va del extremo de mayor potencial al de menor potencial. Esto se debe a que en un conductor la corriente fluye en dirección de  E sin importar el signo de las cargas en movimiento, y porque apunta en la dirección del potencial eléctrico decreciente. V E

A I

J

L Grafico 2. Elemento conductor de forma cilíndrica con longitud L y área transversal A, sometido a una diferencia de potencial V.

A medida que la corriente fluye a través de la diferencia de potencial, la energía potencial eléctrica se pierde; esta energía se transfiere a los iones del material conductor durante las colisiones en forma de calor. También se puede relacionar el valor de la corriente I con la diferencia de potencial entre los extremos del conductor. Si las magnitudes de la densidad de corriente y el campo eléctrico son uniformes a través Departamento de Física, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales Zaragocilla Avenida del Consulado calle 30 N 48-152 Campus San Paulo Email: [email protected], [email protected] Teléfono: 3015786555 web: ww.unicartagena.edu.co Cartagena de Indias D,T y C - Colombia

del conductor, la corriente total I está dada por I = JA, y la diferencia de potencial V entre los extremos es V = EL. Cuando se despejan J y E, respectivamente, en estas ecuaciones y se sustituyen los resultados en la ecuación (1), se obtiene lo siguiente: I V =ρ A L 1 V =ρ I L A Esto demuestra que cuando  es constante, la corriente total I es proporcional a la diferencia de potencial V. El factor de proporcionalidad entre el V a I para un conductor se llama resistencia, R: V =RI ec. 2 Se observa que la resistencia R de un conductor particular se relaciona con la resistividad  del material mediante la ecuación (relación entre la resistencia y la resistividad) L A Si  es constante, como en el caso de los materiales óhmicos, entonces también lo es R. La ecuación (2) suele identificarse con la ley de Ohm, pero es importante entender que el contenido real de la ley de Ohm es la proporcionalidad directa (para ciertos materiales) de V con respecto a I, o de J con respecto a E y que realmente no es una ley sino una condición de algunos materiales. R= ρ

Figura 1. Comportamiento esperado de V contra I para una resistencia de carbón que cumple con la ley de Ohm izquierda, Diodo emisor de luz elemento no Ohmico derecha. Departamento de Física, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales Zaragocilla Avenida del Consulado calle 30 N 48-152 Campus San Paulo Email: [email protected], [email protected] Teléfono: 3015786555 web: ww.unicartagena.edu.co Cartagena de Indias D,T y C - Colombia

Materiales Una fuente de poder DC Una resistencia Un diodo emisor de luz (Led) Un bombillo dos multímetros digitales Cables de conexión Una protoboar Procedimiento 1-Realice el montaje de la figura 1 para cada dispositivo suministrado. Para valores de voltaje en el rango de 1.0 V hasta 25.0V determine la corriente de respuesta en la resistencia y anote estos valores en una tabla de datos. (estos datos son suministrados) 2-Realice un gráfico de voltaje (en el eje Y) contra corriente (en el eje X). según el grafico discuta la relación entre las variables para cada dispositivo suministrado. 3-Para los elementos Óhmicos haga una regresión lineal y calcule la resistencia del material.

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