Informe DE Laboratorio N°2 PDF

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA INDUSTRIAL Y DE SISTEMAS ÁREA DE CIENCIAS BASICASLABORATORIO DE FISICA II INFORME N° “Ley de OHM-Curvas características” CURSO: Física II (FB-401)  SECCIÓN: W  JEFE DE LABORATORIO: Tafur Anzualdo Gelacio Albino  ALUMNOS: MINAYA CAMONES, A...

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA INDUSTRIAL Y DE SISTEMAS ÁREA DE CIENCIAS BASICAS

LABORATORIO DE FISICA II INFORME N°2 “Ley de OHM-Curvas características”    

CURSO: Física II (FB-401) SECCIÓN: W JEFE DE LABORATORIO: Tafur Anzualdo Gelacio Albino ALUMNOS: MINAYA CAMONES, Andrea 20182530E PAUCAR AYQUIPA, Wilmer Jesús 20181102J AVILA CHUQUE, Luis Marcelo 20184509C AGAMA SATURNO, Josep 20181223A

LIMA-PERÚ 2020

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Industrial y de Sistemas Departamento de Ciencias Básicas / FÍSICA II (FB- 401W)

ÍNDICE CONTENIDO

PÁGINA

1. OBJETIVOS …………………………………………………………………………….3 2. EQUIPOS………………………………………………………………………….……..3 3. FUNDAMENTO TEÓRICO…………………................................................................6 3.1 Resistencia Eléctrica………………………………………………………….7 3.2 Ley de OHM…………………………………………………………….……7 2.2.1. Material Óhmico……………………………………….…………8 2.2.2. Material No-Óhmico…………………………………….….…….8 3.3 Intensidad de corriente……………………………………………………….9 3.4 Comportamiento de la corriente según el tipo de corriente …..……..………9 2.3.1. En corriente continua……………………………….….….…….10 2.3.2. En corriente alterna………………………………. …..…………10 4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL…………………………………….……….10 5. HOJA DE TRABAJO………………………………………………………………….15 6. CÁLCULOS Y RESULTADOS………………………………………………………22 7. CUESTIONARIO……………..……………………………………………….………30 8. OBSERVACIONES……………………………………………………………………38 9. CONCLUSIONES……………………………………………………………….……..38 10. RECOMENDACIÒN……………………………………………………………….….39 11. BIBLIOGRAFÌA……………………………………………………………………….40

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CURSO CODIGO DOCENTE

Departamento de Ciencias Básicas FISICA II FB401-W SAN BARTOLOME/SALCEDO

CICLO

2020-I

FECHA

03/08/2020

Uso del simulador MULTISIM 14.2 1. OBJETIVOS ● Investigar la dependencia entre la corriente y la tensión aplicada a diversos dispositivos eléctricos: metales puros, aleaciones, semiconductores, electrolitos, etc. ● Verificar experimentalmente la ley de OHM ● Verificar experimentalmente las leyes de Kirchhoff. ● Usar adecuadamente el programa Multisim para las diversas operaciones necesarias ● Obtener las gráficas corriente-voltaje de elementos resistivos y estudiar sus características.

2. EQUIPOS - SIMULADOR DE MATERIALES a) Simulador de osciloscopio: El osciloscopio analógico trabaja directamente con la señal aplicada, esta una vez amplificada desvía un haz de electrones en sentido vertical proporcionalmente a su valor. En contraste, los osciloscopios digitales utilizan previamente un conversor analógico-digital (A/D) para almacenar digitalmente la señal de entrada, reconstruyendo posteriormente esta información en la pantalla. En conclusión, Los analógicos son preferibles cuando es prioritario visualizar señales en alta frecuencia; los digitales, cuando se desea estudiar las señales mediante un conjunto más amplio de funciones de medición, la precisión está en función de la resolución del conversor A/D.

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b) Fuente de alimentación constante. Se comporta como una fuente de voltaje, manteniendo el voltaje en la constante de las terminales de salida, mientras que la salida de corriente varía, dependiendo de las condiciones de carga.

c) Resistencias, reóstato (Regulador de voltaje). Es el dispositivo de un circuito eléctrico que permite modificar su resistencia. A través del movimiento de un cursor o de un eje, el reóstato permite variar el nivel de la corriente. El reóstato regula la intensidad de la corriente, controlando la energía que pasa a la carga. Suelen emplearse en aquellos procesos que necesitan variar la resistencia y controlar la intensidad de la corriente eléctrica, como ocurre cuando arranca un motor.

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d) Punto común (tierra): La Tierra Física es un sistema de protección o seguridad de todas las instalaciones eléctricas. Se llama así porque la instalación eléctrica se conecta a la tierra, esto se hace mediante una varilla normalmente de cobre o aluminio, aunque puede ser cualquier metal y/o aleación que sea altamente conductiva. Esta varilla puede llegar a 2 o 3 metros de largo o estar formada de varias varillas, estas se entierran en la tierra donde se descargan las corrientes eléctricas no deseadas, normalmente se espera sea terreno húmedo o sino se complementa con compuestos minerales que atrapan humedad para una mejor transmisión de la electricidad.

e) Multímetro (Amperímetro y voltímetro, ohmímetro): Es un instrumento de medida que ofrece la posibilidad de medir distintos parámetros eléctricos y magnitudes en el mismo aparato. Las más comunes son las de voltímetro, amperímetro y óhmetro. Sus funciones que se llevan actualmente con ellos son: I. II. III. IV. V. VI. VII.

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Medición de resistencia. Prueba de continuidad. Mediciones de tensiones de Corriente Alterna y Corriente Continua. Mediciones de corrientes alterna y continua. Medición de la capacitancia. Medición de la frecuencia. Detección de la presencia de corriente alterna.

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3. FUNDAMENTO TEÓRICO Para la mayor parte de los materiales encontramos 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. Resultado que se conoce como Ley de Ohm. 𝐼=

𝑉 𝑅

(A)

(1)

Siendo R la resistencia del material, que depende de varios factores: longitud, área de su sección transversal, tipo de material, y temperatura, pero para materiales que cumplen la Ley de Ohm, no depende de la intensidad de corriente I. Los materiales que cumplen la ley de Ohm, entre ellos la mayor parte de los metales, se denominan materiales óhmicos. Un circuito eléctrico es un conjunto de dispositivos eléctricos (resistencias, condensadores, inductores, etc.) y fuentes de corriente o voltaje conectados entre sí. Para describir el comportamiento de las corrientes eléctricas en dichos circuitos eléctricos se utiliza las leyes de Kirchhoff que se expresan como: Ley de Nodos: La suma de todas las intensidades que entran

y

salen por un nodo (empalme) es siempre cero. ∑𝑛𝑘=1

𝐼𝑘 = 𝐼1 + 𝐼2 + ⋯ + 𝐼𝑛 = 0

(2)

Ley de mallas: En toda malla de un circuito la suma de todas las caídas de tensión y las fuentes (subidas de tensión) es igual a cero.

𝑛 ∑𝑘=1

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𝑉𝑘 = 𝑉1 + 𝑉2 + ⋯ + 𝑉𝑛 = 0

(3)

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3.1

Resistencia Eléctrica:

Las resistencia eléctrica es una de las magnitudes fundamentales que se utiliza para medir la electricidad y se define como: la oposición que se presenta al paso de la corriente. La unidad que se utiliza para medir la resistencia es el ohmio (Ω) y se se representa con la letra R. Existen diversos métodos para saber el valor de una resistencia. El primer método y el más fácil de utilizar es con un aparto de medición (óhmetro o multímetro).

Para

medir

con

estos

instrumentos solo es cuestión de poner las puntas en cada un de las terminales y automáticamente te dará su valor.

3.2

Ley de OHM La ley de Ohm, postulada por el físico y matemático alemán Georg Simon Ohm, es una ley básica de los circuitos eléctricos. Establece que la diferencia de potencial V que aplicamos entre los extremos de un conductor determinado es proporcional a la intensidad de la corriente I que circula por el citado conductor. Ohm completó la ley introduciendo la

noción de

resistencia eléctrica R; que es el factor de proporcionalidad que aparece en la relación entre V e I: 7

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La fórmula anterior se conoce como fórmula general de la ley de Ohm, y en la misma, V corresponde a la diferencia de potencial, R a la resistencia e I a la intensidad de la corriente. Las unidades de esas tres magnitudes en el sistema internacional de unidades son, respectivamente, voltios (V), ohmios (Ω) y amperios (A). En física, el término ley de Ohm se usa para referirse a varias generalizaciones de la ley originalmente formulada por Ohm. donde J es la densidad de corriente en una localización dada en el material resistivo, E es el campo eléctrico en esa localización, y σ (sigma) es un parámetro dependiente del material llamado conductividad. Esta reformulación de la ley de Ohm se debe a Gustav Kirchhoff. 3.2.1. Material Óhmico - Es aquel en el cual existe una relación lineal entre la tensión que se le aplica y la corriente que lo atraviesa. - Es óhmico si el voltaje entre sus extremos es directamente proporcional a la intensidad de la corriente que circula por él. - La resistencia no depende de la caída de potencial ni de la intensidad. 3.2.2. Material No-Óhmico - Son aquellos en los cuales existe una relación no lineal entre la tensión aplicada sobre ellos y la corriente que los atraviesa. - Si la resistencia con el cociente V.I no es constante, sino está en función de la intensidad I. - La resistencia depende de la corriente, siendo proporcional a I.

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3.3

Intensidad de corriente

La corriente eléctrica es la circulación de cargas eléctricas en un circuito eléctrico. La intensidad de corriente eléctrica(I) es la cantidad de electricidad o carga eléctrica(Q) que circula por un circuito en la unidad de tiempo(t). Para denominar la Intensidad se utiliza la letra I y su unidad es el Amperio(A). Ejemplo: I=10A

3.4

Comportamiento de la corriente según el tipo de corriente

Básicamente existen dos tipos de corriente eléctrica, la corriente continua y la corriente alterna.

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3.4.1. En corriente continua Corriente Continua(C.C. o D.C.): Circula siempre en el mismo sentido y con un valor constante. La producen dínamos, pilas, baterías, acumuladores. Las siglas D.C. vienen de Direct Current en inglés.

3.4.2. En corriente alterna Corriente

Alterna(C.A.

o

A.C.):

Circula

alternativamente en dos sentidos, variando al mismo tiempo su valor. La producen los generadores de C.A. Las siglas A.C. vienen de Altern Current en inglés.

4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL LEY DE OHM I.

10

Con la fuente apagada instale el circuito mostrado en la siguiente figura.

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II.

Configure el multímetro en modo amperímetro y voltímetro, haciendo doble clic tanto en el amperímetro y voltímetro, tal como se observa en la siguiente ventana:

III.

11

Luego encienda el simulador, haciendo clic en botón verde (run) :

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IV.

En el ejemplo se muestra para el reóstato (regulador de voltaje), en 0%, se observa un voltaje de 3.474V y una corriente de 10.526mA, varíe el reóstato de 10 en 10 hasta el máximo de 100%, luego mida corriente y voltaje, debe tener cuidado de parar el funcionamiento del circuito con el botón rojo(stop), complete la tabla (1):

NOTA: Las pruebas de medición para corriente voltaje para cada caso están adjuntadas en la sección 5 : “HOJA DE TRABAJO” V. VI.

Grafique la intensidad vs voltaje de la tabla y realice un ajuste de la curva obtenida. Determine el valor experimental de la resistencia con su respectivo error porcentual y posteriormente explique sus resultados.

VII.

En el circuito anterior del Diseño 1.1 ; cambie la resistencia por un foquito de 12 voltios, 25w: según el siguiente circuito.

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VIII.

Mida la corriente sobre un foco para diferentes valores del voltaje aplicado. Llene los valores en la tabla (2).

NOTA 2 : Las pruebas de medición para corriente voltaje para cada caso están adjuntadas en la sección 5 : “HOJA DE TRABAJO”

IX.

X. XI.

13

Grafique la intensidad vs voltaje y observe el comportamiento, además realice un ajuste de curvas. Realice un ajuste de curvas a una función cuadrática. Explique sus resultados. En el circuito de la figura (Diseño 2); cambie la resistencia por un led (puede ser un diodo)

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XII.

Mida la corriente en ella para diferentes valores del voltaje aplicado. Llene los valores en la tabla (3). En este caso tener mayor cuidado no aplicar voltaje mayor de 3V

NOTA 3 : Las pruebas de medición para corriente voltaje para cada caso están adjuntadas en la sección 5 : “HOJA DE TRABAJO” XIII.

Grafique la intensidad vs el voltaje, observe el comportamiento y realice un ajuste de curvas.

XIV.

Realice un ajuste de curvas a una función cuadrática. Explique sus resultados.

XV.

XVI.

14

Con las fuentes apagadas instale el circuito mostrado en la figura.

Encienda las fuentes, luego usando un amperímetro identifique el sentido de las corrientes en cada una de las resistencias del circuito. Mida las corrientes y voltajes en todos los elementos del circuito. Anote sus resultados en la tabla (4).

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5. HOJA DE TRABAJO IV. En el ejemplo se muestra para el reóstato (regulador de voltaje), en 0%, se observa un voltaje de 3.474V y una corriente de 10.526mA, varíe el reóstato de 10 en 10 hasta el máximo de 100%, luego mida corriente y voltaje, debe tener cuidado de parar el funcionamiento del circuito con el botón rojo(stop), complete la tabla (1): Tabla (1): Valores de voltaje y corriente en la resistencia de 300Ω.

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V. Grafique la intensidad versus voltaje s, de la tabla (2) y realice un ajuste de la curva obtenida. GRAFICA: INTENSIDAD VS VOLTAJE

AJUSTE LINEAL

Y=3.0302X+0.0007

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VI. Determine el valor experimental de la resistencia con su respectivo error porcentual. Explique sus resultados.

Interpretación: Al ver el error porcentual para cada valor determinado del reóstato (20%, 30%, 40%, …, 100%) se observa que la variación es muy mínima y alrededor a cero, lo cual indicar que para cualquier valor aplicado del reóstato en el Multisim tiene cálculo prácticamente preciso.

B) Comportamiento de la resistencia de tungsteno en un foco de 12V,25W. 17

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Mida la corriente sobre un foco para diferentes valores del voltaje aplicado. Llene los valores en la tabla (2).

VII. Grafique la intensidad versus voltaje, observe el comportamiento y realice un ajuste de

curvas.

18

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Realice un ajuste de curvas a una función cuadrática. Explique sus resultados.

Intensidad (I) vs Voltaje (V) 14 y = 0.006x2 + 5.7471x + 0.0028

12

Voltaje

10 8 6 4 0 -0.5 2

0.5

0

1

1.5

2

2.5

La función polinomial cuadrática presentada indica que se está trabajando con material óhmico, ya que la curva de la relación entre la intensidad de corriente y el voltaje muestra una tendencia a ser realmente lineal, siendo el voltaje directamente proporcional a la intensidad, cumpliéndose, de esta forma, la ley de Ohm. C) Comportamiento del diodo X. En el circuito de la figura (4); cambie la resistencia por un led (puede ser un diodo)

En este caso aplicar pequeños voltajes para observar el comportamiento de I vs V. Tabla (3): Valores de corriente en el diodo 1BH62. Reóstato

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.635

0.647

0.660

0.675

0.693

0.716

0.744

0.785

0.854

2.993

2.941

3.342

3.874

4.612

5.71

7.517

11.07

21.45

49000.

3

5

744

(%) V(voltios) I(mA)

19

2.627

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XII. Grafique la intensidad versus el voltaje, observe el comportamiento y realice un ajuste de curvas. PUNTOS OBTENIDOS DE LA TABLA DE VALORES

GRÁFICA INTENSIDAD VS VOLTAJE(V) Voltaje (V)

3.5

3

2.5

2

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

Intensidad (mA)

DESPUES DE REALIZAR UN AJUSTE LINEAL

3.5

Voltaje (V)

3

GRÁFICA INTENSIDAD VS VOLTAJE(V) y = 5E-05x + 0.7098 R² = 0.991

2

1.5

1

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

Intensidad (mA)

20

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XIII. Realice un ajuste de curvas a una función cuadrática. Explique sus resultados. DESPUES DE REALIZAR UN AJUSTE CUADRATICO:

GRÁFICA INTENSIDAD VS VOLTAJE(V) 1.4

y = -2E-07x2 + 0.0115x + 0.6291

1.2

Voltaje (V)

0.8

R² = 0.9992

0.6

0.4

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 ...