Lab 1.4 Exp5 Ley de Ohm PDF

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Universidad Tecnológica de PanamáFacultad de Ingeniería IndustrialIng. Mecánica IndustrialLaboratorio de Sistemas EléctricosLaboratorio 1 Experimento 5 Ley de Ohm (Expe)Jonatán Ortiz8-960-Ing. Ángel HernándezLunes, 11 de ocutbre, 2020, 10:20am a 11:55amIntroducciónEn este laboratorio aprenderemos a ...

Description

Universidad Tecnológica de Panamá

Facultad de Ingeniería Industrial

Ing. Mecánica Industrial

Laboratorio de Sistemas Eléctricos

Laboratorio 1.4 Experimento 5 Ley de Ohm (Expe)

Jonatán Ortiz

8-960-655

Ing. Ángel Hernández

Lunes, 11 de ocutbre, 2020, 10:20am a 11:55am

Introducción

En este laboratorio aprenderemos a verificar la relación entre la diferencia de potencial, la corriente eléctrica que pasa por dicho elemento de resistencia y la resistencia de un condensador. Aprenderemos la ley de ohm en sus diversas formas, el uso del voltímetro y los amperímetros en c-d. Aprendimos a utilizar el módulo de fuente de energía, módulo de resistencia, módulo de medición de CD. La ley de OHM se considera a menudo como el fundamento del análisis de circuitos y establece que la cantidad de corriente que fluye por un circuito formado por resistencias es directamente proporcional a la fuerza electromotriz aplicada en dicho circuito e inversamente proporcional a la resistencia total del circuito.

Objetivos 1. Aprender la ley de Ohm y sus diversas formas. 2. Familiarizarse con los voltímetros y los amperímetros y los amperímetros de c-d.

Exposición

La resistencia eléctrica es la oposición que existe al flujo de la corriente en un circuito y depende de muchos factores. Ei alambre de cobre, aunque se considera un buen conductor de corriente eléctrica, Presenta cierta resistencia. Un físico alemán, George Simon Ohm (1787-1854), descubrió que para un conductor metálico dado, de una longitud y corte transversal específicos, la relación entre eI voltaje y la corriente era una constante. Esta relación se conoce como resistencia y se expresa en Ia unidad ohm, denominada así en su honor. La Ley de Ohm se considera a menudo como el fundamento del análisis de circuitos y se puede expresar mediante la fórmula: R = E/I en donde, E = Ia diferencia de potencial entre los dos extremos de un elemento de resistencia (que se mide en volts). I = La corriente eléctrica que pasa por dicho elemento de resistencia (Que se mide en amperes). R = la resistencia del mismo elemento (que se mide en ohms) Existen otras dos formas útiles que se pueden derivar de la ecuación y son: I = E/R E=IR Para producir una corriente, primero debe existir un voltaje en la resistencia. Los Primeros experimentadores en este campo, reconocieron el hecho de que una corriente eléctrica constituía un movimiento de cargas a lo largo de un conductor. El sentido del flujo de la corriente no se pudo determinar y desgraciadamente, se convino en forma arbitraria que fuera desde un cuerpo de carga positiva hacia otro de carga negativa (positivo a negativo), y este acuerdo se estableció tan firmemente, que sigue en vigencia hasta nuestros

días. Así pues, la dirección convencional o dirección positiva del flujo de la corriente, es siempre de positivo a negativo. Aunque se sabe ahora que la dirección del flujo electrónico, que en realidad constituye una corriente eléctrica, va de negativo a positivo, Los sistemas de energía eléctrica de los que este programa forma parte, utilizan el "flujo convencional de La corriente" para la corriente eléctrica, En este sistema "convencional" ,la corriente va de la terminal positivo a negativo. El volt es la unidad de la presión o el potencial eléctrico y se mide con un voltímetro. Los voltímetros poseen una alta resistencia eléctrica y siempre se conectan en paralelo con un circuito o componente, por ejemplo, una resistencia. Vea la Figura 5-1.

Cerciórese siempre de que las polaridades concuerden con las marcadas en las terminales del medidor, a fin de obtener una lectura positiva (escala arriba), Si se invierten las conexiones, la aguja se desviará en la dirección negativa. El ampere es la unidad de la corriente eléctrica y se mide con un amperímetro. Los amperímetros tienen una baja resistencia interna y se conectan en serie con el circuito o el componente, por ejemplo, una resistencia. Vea la Figura 5-2.

Las mismas observaciones que se hicieron respectivamente a la polaridad del voltímetro se aplican al amperímetro. La polaridad se debe mantener para obtener la deflexión adecuada de la aguja. Instrumentos y equipo 

Módulo de fuente de energía (0-120V c-d) EMS 8821

   

Módulo de resistencia EMS 8311 Módulo de medición de CD (200V, 500 mA , 2.5A) EMS 8412 Cables de conexión EMS 8941 Otros: Ohmímetro

Bibliografía

-

Experimentos con Equipos Eléctricos Wildi y De Vito

Conclusiones En este laboratorio aprendimos el uso de las fuentes de corriente, conectando cables desde ésta a salidas de cargas resistivas. Aprendimos a ajustar los voltajes en la fuente de alimentación y conectarlos con el voltímetro además qué aprendimos a corroborar la ley de OHM comparando los datos experimentales con los cálculos. Podemos concluir que la ley de ohm se cumple tanto en circuitos en serie como en circuitos en paralelo. La ecuación matemática que describe la relación entre la corriente y el voltaje es I=V/R de la formula podemos concluir que la resistencia es inversamente proporcional a la intensidad de la corriente que circula por un alambre con una diferencia de potencial constante.

Anexo #1 Procedimientos 1. Use el ohmímetro para medir la resistencia entre las terminales del voltímetro de 200V c-d. R = 197.3 kΩ 2. Mida la resistencia del amperímetro de 2.5A c-d. R = 0.03 Ω 3. Mida la resistencia del miliamperímetro de 500mA c-d. R = 0.04 Ω 4. ¿Es mucho mayor la resistencia interna del voltímetro que la de los dos medidores de corriente? ¿Puede explicar por qué? Sí. Porque el amperímetro que mide la corriente que circula por el circuito, su resistencia debe ser lo más cercana a cero posible con el objetivo de que su presencia altere la corriente lo menos posible. Mientras que el voltímetro mide la presencia de tensión, su resistencia debe ser lo más alta posible para evitar que la corriente se desvié por el voltímetro y disminuya el voltaje medido.

5. Use los Módulos EMS de Resistencia, Medición de CD y Fuente de Energía, para conectar el circuito ilustrado en la Figura 5-3. Tenga sumo cuidado al establecer las polaridades. Cerciórese de que el interruptor de alimentación esté abierto, la lámpara indicadora on-off esté apagada y que a la perilla del control del voltaje variable de salida se le ha dado toda la vuelta en sentido contrario al de las manecillas del reloj. El interruptor del voltímetro de la fuente de energía debe estar en la posición de CD y, además, deberá indicar cero volts. (7 es la terminal positiva y N la negativa para la salida de voltaje en c-d de la fuente de energía.)

6. Conecte la fuente de energía y haga girar lentamente la perilla de control del voltaje de salida (en el sentido de las manecillas del reloj) hasta que el voltímetro de 0-200V c-d conectado a la carga de 300 ohms indique 20V c-d. El miliamperímetro de 0-500mA c-d indicará la corriente que pasa por el circuito. Anote este valor en el espacio correspondiente de la tabla. Haga lo mismo para los diferentes voltajes que se indican en la Tabla 5-1. Reduzca el voltaje a cero y desconecte el interruptor de la fuente de energía. (No desconecte el circuito.) VOLTS E

0

20

40

60

80

100

120

AMPS I

0

0.067

0.13

0.2

0.27

0.33

0.4

7. Grafique las corrientes anotadas (a los voltajes indicados) en la Tabla 5-1, sobre la gráfica que aparece en la Figura 5-4. 8. Trace una curva continua por los puntos marcados. ¿Es directamente proporcional la corriente al voltaje (se duplica, triplica, etc., la corriente cuando el voltaje se duplica, triplica, etc.)?

I Vs E 0.4

0.36

0.35

0.3

I en Amperes

0.3 0.24 0.25 0.19 0.2 0.13

0.15 0.1

0.07

0.05 0 0 0

20

40

60

80

100

12 0

E en Volts

9. Con los valores de I y E de la tabla que aparece en el Procedimiento 6, calcule las relaciones de E/I correspondientes a cada caso. Anote sus cálculos en la Tabla.

E

20

40

60

80

100

120

E/I

298.5 Ω

307.7 Ω

300 Ω

296.3 Ω

303.3 Ω

300 Ω

10.El valor promedio de E/I es 300  Observe que la relación entre el voltaje aplicado a la resistencia y la corriente que pasa por ella es un valor constante denominado resistencia. 11. A continuación deberá comprobar que la forma alternativa de la ley de Ohm (I= E/R) es válida. Use el mismo circuito de la Figura 5-3. Conecte la fuente de energía y ajústela a 90V c-d, de acuerdo con la lectura que aparezca en el voltímetro conectado a la resistencia de 300 ohms. Mida y anote la corriente que pasa por esta resistencia. I medida= 0.280 A c-d Reduzca el voltaje a cero y desconecte el interruptor de la fuente de energía. ¿Es I medida = E/R = 90/300? Sí, es de 300mA

12. Ahora verificará que la otra forma de la ley de Ohm (E = I x R) es válida. Utilice el mismo circuito que aparece en la Figura 5-3; sin embargo, en esta ocasión, la resistencia se ajustará a 600 ohms. Conecte la fuente de energía y ajuste el voltaje de salida hasta que el medidor de corriente indique 0.2 amperes. Mida y anote el voltaje a través de la resistencia de 600 ohms. E medida = 130 V c-d Reduzca el voltaje a cero y desconecte el interruptor de la fuente de alimentación. ¿Es E medida = I x R = 0.2 x 600? Sí, es de 120V 13. Ahora deberá medir el valor de una resistencia equivalente sin utilizar el ohmímetro. Emplee el mismo circuito que aparece en la Figura 5-3. Conecte la fuente de energía y ajuste el voltaje de salida a 60V c-d según le indique el voltímetro conectado a la resistencia. Haga variar la resistencia por medio de los interruptores hasta que el medidor de corriente indique aproximadamente 0.3 amperes. Reajuste el control de voltaje si es necesario, a fin de mantener 60 V c-d en la resistencia. a. Aplique la ley de Ohm, el voltaje anterior (60V) y la corriente (0.3A), para calcular la resistencia equivalente que se tiene ahora en el circuito. R equivalente = E/I = 60/0.3 = 200 Ω Reduzca el voltaje a cero y desconecte el interruptor de la fuente de energía. b. Use la fórmula de la resistencia en paralelo y, con las resistencias que conectó en paralelo, calcule R equivalente R equivalente = 200 Ω. ¿Concuerdan más o menos los valores de a) y b)? Sí, la diferencia es poca.

14. Desconecte el circuito sin perturbar la posición de los interruptores de las resistencias. Utilice el ohmímetro para medir la resistencia equivalente del Procedimiento 13. R equivalente = 200 Ω

¿Concuerdan más o menos la lectura correspondiente a R equivalente y el valor de R equivalente calculada en el Procedimiento 13. (b)? Explique por qué. Sí, las 2 resistencias concuerdan aproximadamente porque son maneras experimentales y teóricas de sacar el resultado. Además de que el valor teórico y el valor de las resistencias tienen un porcentaje de error.

Anexo #2 Prueba de Conocimientos 1. Use la ley de Ohm en sus diversas formas, para llenar los espacios en blanco de la Tabla 5-3. No.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

E

6

125

4

9

72

5

12

12

100000

120

I

2

5

0.5

3

6

10

3

30

100

1200

R

3

25

8

3

12

0.5

4

0.4

1000

0.1

1.

R = E/I R=6/2 R = 3 ohms

2. E = I R E = (5)(25) E = 125 V 3. I = E/R I = 4/3 I = 1.33 A 4. R = E/I

R = 9/3 R = 3 ohms 5. E = I*R E = (12) *(6) E = 72 V 6. R = E/I R = 5/10 R = 0.5 ohms 7.

I = E/R I = 12/4 I = 3A

8.

R = E/I R = 12/30 R = 0.4 ohms

9.

E = I*R E = (100) *(1000) E = 1000000 V

10. I = E/R I = 120/0.1 I = 1200 A

2. Un medidor de 3A c-d tiene una resistencia de 0.1 ohm. Si accidentalmente se le conectara a una línea de alimentación de 120V c-d, ¿Cuál sería la corriente que pasaría por el instrumento? I= V/R I = 120V/0.1 Ω I =1200A. Pasarían 1200A por el instrumento.

¿Qué sucedería en tal caso? Puesto que solamente 3 amperes de c-d causando máxima deflexión, la aplicación de 1200 A c-d destruiría el medidor. 3. Un medidor de 3A c-d tiene una resistencia de 0.15 ohm y porta una corriente de 2 amperes. ¿Cuál es el voltaje en sus terminales? E=RI E= 0.15Ω (2A) E = 0.3 V c-d. El voltaje es de 0.3 V. 4. Un medidor de 0-150V c-d tiene una resistencia de 150,000 ohm. ¿Cuál es la corriente que pasa por el instrumento cuando se conecta a una línea de 120V c-d? I= V/R I =120V/150000 I= 0.8 mA. c-d o 8x10-4ª 5. Un experimentador toca accidentalmente una línea de 240V c-d. Si la resistencia de su piel es 10,000 ohm, ¿Cuál es el valor de la corriente que pasa por su cuerpo? ¿Es peligrosa esta corriente? I=V/R I = 240V /10000 Ω I= 24 mA I =0.024A Es peligrosa pero no mortal porque arriba de los 100 mA son fatales; 24 mA puede provocar una sacudida fuerte o incluso una sensación ligera de dolor. Y arriba de los 50 mA provoca respiración trabajosa. 6. Una planta de electrodeposición tiene barras colectoras que portan hasta 10,000 amperes a 6 volts en corriente directa. El medio circundante es muy húmedo debido a un exceso de agua y electrolito. ¿Deben aislarse dichas barras y, de ser necesario, por qué? No tendría sentido el que fueran aisladas si son fijas y ya que la corriente son 6 volts, a menos de que pudiera haber algún contacto entre ellas, si porque hay de por medio 10000 amperes y las líneas se sobrecalentaría al contacto a pesar del bajo voltaje.

7. Se ha visto que las aves pueden pararse en cables de transmisión sin aislar y con voltajes hasta de 2,300 volts, y que aparentemente no sufren ningún daño. ¿Se debe esto a la naturaleza extremadamente seca de sus patas? ¿Por qué? Para que la corriente pase por una de las aves, debe haber una diferencia de potencia o voltaje a través de esta. Mientras las dos patas de la aves estés a 2300 V, no hay ninguna diferencia de potencia entre ellas y por eso ninguna corriente pasa por la ave. Sin embargo, si una pata esté n el alambre donde hay los 2300 V potenciales a través de la ave y un valor alto de corriente, determinada por la resistencia interna del cuerpo, pasará a través de la ave. 8. Un amperímetro que tiene una escala de 0-1A c-d y una resistencia de 1 ohm, se conecta a una fuente de 300 milivolts. ¿Qué valor indicará?

300 mV = 0.3V I=V/R I =0.3V/1 Ω I =0.3A= 300 mA c-d....