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U.M.R.P.S.F.X.CH. FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGIA PRACTICAS DE LABORATORIO VIRTUAL DE FISICA BASICA III

PRÁCTICA No. 5 LA LEY DE OHM 1.1

FUNDAMENTO TEÓRICO. -

La ley de Ohm, postulada por el físico y matemático alemán Georg Simon Ohm, es una Ley fundamental , en su formulación sencilla la Ley expresa que si aplicamos una diferencia de potencial a los extremos de una Resistencia se produce una corriente que es proporcional a dicha diferencia de potencial o voltaje, los experimentos confirman este postulado y la aplicación de diferentes voltajes con un regulador de tensión dará correspondientemente diferentes corrientes y que al graficar Voltaje versus corriente se obtiene una recta cuya pendiente es la Resistencia Eléctrica. Matemáticamente se expresa como:

V =IR Dónde: V= Diferencia de potencial o Voltaje en Voltios I= Corriente eléctrica o Intensidad en Amperios R= Resistencia eléctrica en ohm La Corriente eléctrica o Intensidad I se define como la carga eléctrica por unidad de tiempo que fluye por un conductor, en términos matemáticos queda expresado de la siguiente manera:

I=

dq dt

Donde: q=carga eléctrica en Coulomb t=tiempo en segundos Por tanto, la Corriente eléctrica se mide en Coulomb/seg que se denomina Amperios (A) El Voltaje o diferencia de potencial V es la fuerza motriz que impulsa a los electrones a moverse de una terminal a otra, estableciéndose una corriente electrónica que fluye de la

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y así mismo se establece por convencionalismo el

sentido de la corriente convencional que es aquel sentido en el que se moverían las cargas si fueran positivas, en este caso de la terminal positiva de la Fuente de Voltaje (ej. una batería eléctrica) hacia la terminal negativa. Para fines de la solución de ejercicios se trabaja con la corriente convencional y su sentido indicado. La Resistencia Eléctrica conceptualmente es el obstáculo que ofrece el medio resistivo al paso de la corriente eléctrica se mide en ohm y tiene su inverso que es la Conductancia G

G=

1 R

G se mide en 1/Ohm que equivale a la unidad de Siemen La relación entre Corriente, Voltaje y Resistencia puede expresarse en términos de la Densidad de Corriente J y del Campo Eléctrico existente en ese punto mediante la siguiente relación.

J =σ E Esta reformulación de la ley de Ohm se debe a Gustav Kirchhoff Donde σ es la conductividad, una propiedad del conductor, que representa el inverso de la resistividad

ρ

La densidad de corriente J es igual a la Corriente eléctrica que circula por un conductor dividida entre la sección transversal A

J=

I A

J=Densidad de Corriente eléctrica I=Corriente Eléctrica en Amperios A=Sección transversal o área por el que circula la corriente I Como la relación entre Campo Eléctrico y Diferencia de Potencial V para un tramo de alambre de longitud “L”, estará dada por:

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V =EL Despejando E queda:

E=

V L

Sustituyendo quedará

I / A=σ

V L

Sin embargo, el inverso de la resistividad es la conductividad σ definida como una propiedad del material que indica el grado de cualidad que posee para conducir y dejar pasar los electrones y por ende la corriente eléctrica, se mide en Siemen/m

ρ=

1 σ

Queda:

V ρ∗L = I A Por tanto, comparando con la Ley de Ohm originalmente planteada entonces la Resistencia R será:

R=

ρ∗l A

Quedando:

V =R I Para un conductor:

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Donde ρ

es la resistividad definida como una propiedad intrínseca del material, expresa

el obstáculo al paso de los electrones y depende de la naturaleza del material y de su estructura atómica, se mide en ohm-m. Código de Colores para determinar Resistencia Eléctrica Para determinar el valor de una Resistencia se utiliza el código de colores, de modo que según el color de la franja sea en primera banda, segunda banda o tercera banda se asocia a valores y el color de la cuarta franja que constituye la tolerancia o rango de variación. La siguiente tabla permite asociar el color de la banda con su valor

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6200000 ohm 6200 kohm

6,2 Mohm

Por ejemplo, para una Resistencias de 4700 ohm 4,7 Kohm

El color de la primera banda es amarillo corresponde al valor de 4, el color de la segunda banda es violeta corresponde a 7 y el color de la tercera banda es rojo, corresponde al factor multiplicador de dos ceros, por tanto, la Resistencia es de 4700 ohm, el color de la cuarta franja es dorado entonces la tolerancia es del 5%, es decir: 5% de 4700 es 235, dándonos un rango de entre: 4465 ohm a 4935 ohm. 1.2

OBJETIVOS GENERALES

Verificar la Ley de Ohm experimentalmente y mediante la simulación y modelación

e

identificar el valor de una resistencia mediante el código de colores, midiendo con el multímetro y a través de aplicaciones. 1.3

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

PRUEBA 1: DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA MEDIANTE EL CÓDIGO DE COLORES •

Determinar el valor de 10 resistores en base a los colores de sus franjas

•

Medir experimentalmente con el multímetro los valores de las resistencias

•

Comparar resultados 5

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PRUEBA 2: DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA Y LA CONDUCTANCIA EN UN CIRCUITO DE CORRIENTE CONTÍNUA, VERIFICACIÓN DE LA LEY DE OHM •

Armar el circuito

•

Medir la corriente que circula a través de un resistor, utilizando un multímetro

•

Medir el voltaje en el resistor, utilizando un multímetro

•

Determinar la resistencia aplicando la ley de ohm por 2 métodos: método del promedio de las n corridas y el método de ajuste de mínimos cuadrados (graficar voltaje versus intensidad)

•

Determinar la conductancia en base a la resistencia

•

Comparar resultados

PRUEBA 3: DETERMINACIÓN DE LA RESISTIVIDAD DEL CONSTANTÁN •

Medir el diámetro de un hilo de constatan

•

Medir la longitud de un tramo y la resistencia en ese tramo

•

Determinar la resistividad en base a 4 tramos por 2 métodos: método del promedio de las n corridas y el método de ajuste de mínimos cuadrados (graficar resistencia versus longitud/área)

•

Determinar la conductividad del constantan

•

Comparar resultados

1.4

SOFTWARE UTILIZADO



Software para Circuitos Eléctricos Cocodrile Technology



Aplicación Cod Res (código de colores de resistencias)

1.5

ESQUEMA DE LA PRUEBA 2 6

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1.6

TABULACIÓN DE DATOS

PRUEBA 1. TABLA 1 DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA MEDIANTE EL

.

1ra Banda

2da Banda

3ra Banda

Franja de tolerancia

Color

Color

Color

Color

Valor

Valor

Valor

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

PRUEBA 2 7

Valor

con Resistencia el multímetro medida

No

código Resistencia de colores según

CODIGO DE COLORES (obtener los datos de los colores del video)





Rango según Tolerancia

Valor mínim o

Valor Máxim o

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TABLA 2 DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA Y CONDUCTANCIA DE UN RESISTOR DE 50 ohm (obtener los datos de voltaje e intensidad de corriente del video) G (teórico) No VOLTAJE INTENSIDAD INTENSIDAD R(Calculado) R(nominal) G (Calculado) () (SIEMENS) (SIEMENS) () . (V) (mA) (A) 1.

50

2.

50

3.

50

4.

50 PROMEDIO Error %

PRUEBA 3 TABLA 3 DETERMINACIÓN DE LA RESISTIVIDAD DEL CONSTANTÁN

1.

m)LONGITUD

(m2)ÁREA

No.

(m)DIÁMETRO

(obtener los datos para el diámetro, longitud y resistencia medida del video) R(medida) ()

ρ

(calcu

ρ

(te

lado)

órico)

(m)

(m)

σ (calculado) σ (teórico) Error Erro (siemens/m) (siemens/m) % r% ρ σ

2. 3. 4. PROMEDIO 1.7

APLICACIÓN DE MODELOS MATEMÁTICOS 8

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PRUEBA 1 CÓDIGO DE COLORES

Aplicar la teoría del código de colores y la aplicación CODRES u otra similar PRUEBA 2 DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA MEDIANTE LA LEY DE OHM Aplicando la Ley de Ohm, al circuito mostrado en el esquema, se tiene:

R=

V I

Dónde: R=

Resistencia eléctrica

V=

Voltaje en la resistencia (medido con el multímetro).

I=

Corriente que circula por la resistencia (medido con el multímetro).

Cálculo de la conductancia, con la siguiente expresión:

G=

1 R

Dónde: G=

Conductancia, se mide en siemens.

PRUEBA 3 9

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La resistencia de un tramo de alambre está dada por: R=

ρ∗L A

De donde despejamos: ρ=

RA L

Donde: ρ=¿

Resistividad del constantan en Ω.m

R = Resistencia del tramo, en Ω A= Sección transversal del alambre en metros cuadrados(m2) L=longitud del tramo, en metros (m) D= diámetro del alambre en metros (m) La conductividad es el inverso de la resistividad y se evaluará con la siguiente expresión σ=

1 ρ

Donde: σ = conductividad, se mide en Siemen/m

1.8

ELABORACIÓN DE GRÁFICAS

GRÁFICA No. 1 Elaborar la Gráfica Voltaje en Voltios versus Corriente en Amperios con los datos de la PRUEBA 2, realizar ajuste de curvas e interpretar el significado de la pendiente: V =RI

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y=mx m=R

GRÁFICA No. 2 Elaborar la Gráfica R versus (L/A), realizar ajuste de curvas e interpretar el significado de la pendiente. R=

ρ∗L A

y=mx m=ρ

1.9

USO DE LA APLICACIÓN Y EL SIMULADOR

PRUEBA 1 CON EL CODRES (adjuntar capturas de la determinación del valor de los 10 resistores), una captura por cada resistor. PRUEBA 2 CON CROCODILE (adjuntar circuito armado, grafica con 5 corridas para 2,4,6, 8 y 10 voltios y cuadro de texto con sus nombres) 1.10

INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS Y CONCLUSIONES (Anexar al informe)

1.11

PREGUNTAS REFERIDAS A LA PRÁCTICA 1. Indique si la resistencia eléctrica R, depende del voltaje aplicado a la misma y de la corriente que la atraviesa, según predice la Ley de Ohm (R = V / I). 2. Defina las siguientes magnitudes e indique sus unidades: resistencia, conductancia, resistividad, conductividad, voltaje, corriente eléctrica. 3. Cómo podría construir una resistencia variable (potenciómetro o reóstato). 11

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4. Actualmente existen resistencias con 4, 5 y hasta 6 bandas. Investigue e indique cómo se leen estas y cuáles son sus aplicaciones. 5. El constantan es la aleación de 2 elementos, indique cuáles son estos elementos y en qué proporción se encuentran. 6. Indique si el constantan es mejor conductor que los elementos que lo componen. 4.8

BIBLIOGRAFÍA (Citar referencias bibliográficas, indicando el AUTOR, TÍTULO DEL LIBRO, EDITORIAL, EDICIÓN, LUGAR Y AÑO, y páginas consultadas).

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