LEY DE OHM - Aplicación de la Ley de Ohm en la práctica de electricidad. PDF

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Aplicación de la Ley de Ohm en la práctica de electricidad....

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Universidad de San Carlos de Guatemala Escuela de Formación de Profesores de Enseñanza Media EFPEM Plan sábado Curso: Física IV (Continuación) Catedrático: Ing. Rubén Pérez. Auxiliar: PEM. Manuel Pérez. Sección: “A” Horario: 9:00 a 11:00 horas

Práctica No.1 “LEY DE OHM”

No.

Nombre

No. Carné

1

Victor Abraham Cúmez Perez

201710309

2

Karla Yesenia Alonzo García

201705018

3

Carola Lissette Ramírez Aguilar

201710110

4

Yohana Elizabeth Pérez Tol

201710065

5

201713885 Walther Abisai Valdéz Arévalo

Grupo: 2

Guatemala, 19 de octubre de 2019

INTRODUCCIÓN

En el presente informe se desarrolla la aplicación de la “Ley de Ohm” en un experimento sencillo utilizando resistores con valor de resistencia conocida y aplicando valores de diferencia de potencial. En Electricidad, la resistencia se relaciona con el voltaje y corriente según la Ley de Ohm: “Voltios = Amperios x Ohmios”. La ley de Ohm es básica para el flujo de la corriente que pasa por un circuito eléctrico siguiendo varias leyes definidas. Al aplicar una diferencia de potencial a los extremos de un trozo de material conductor, aparece una corriente eléctrica cuya magnitud depende linealmente de la diferencia de potencial aplicada. Entre la intensidad de corriente y la diferencia de potencial existe una relación de proporcionalidad directa, en este caso se dice que el material es óhmico y la resistencia eléctrica del conductor es independiente de la magnitud y la polaridad de la diferencia de potencial aplicada y por lógica es constante. En el experimento se aplicó un circuito en serie, es aquel 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, y el circuito en paralelo, que es aquel en que los elementos del circuito están colocados de manera tal que tanto los terminales de entrada o bornes de cada uno, como sus terminales de salida, coincidan entre sí, así también se verificaron los datos de las resistencias medidas durante el proceso utilizando el óhmetro.

OBJETIVOS

Generales:  Comprobar experimentalmente la ley de Ohm.  Saber armar un circuito, tanto en serie como en paralelo.  Aplicar los conocimientos sobre la ley de Ohm con circuitos sencillos en serie y paralelo.

Específicos:    

Determinar el valor de 3 resistencias a partir de una serie de medidas. Establecer la relación entre corriente, voltaje y resistencia. Reconocer los conceptos básicos relativos a la ley de Ohm. Aprender el uso del código de colores para las resistencias.

MARCO TEÓRICO LEY DE OHM La ley de Ohm se originó a comienzos del siglo XlX, descubierto por el matemático y físico Georg Simon Ohm, fue un físico alemán cuyos estudios se centraron en la electricidad. Descubrió en 1827 la ley que rige la conducción de la electricidad, la cual la publicó en un folleto denominado “El circuito galvánico examinado matemáticamente”, que se cumple en todos los circuitos de las instalaciones modernas, tanto domésticos como en la conducción de la luz en los cables de alta tensión. La unidad que se utiliza para medir la resistencia eléctrica tiene un nombre en su honor: El Ohmio. Inició realizando experimentos con las propiedades de la electricidad. Esto permite verificar la relación entre la caída de potencial y la intensidad de la corriente en una resistencia y la relación entre la resistencia eléctrica de un conductor y su geometría. El estudio de la ley de Ohm y los circuitos de corriente continua es un excelente método para aprender a manejar conexiones e instrumentos de medida como el voltímetro, amperímetro y fuente de alimentación y darse cuenta de que es fácil confundir una conexión, con lo que la experiencia no funciona. El análisis de esta ley produce medidas de voltaje, intensidad y resistencia, por lo que van a adquirir cierta soltura en el manejo del milímetro. Así mismo tabular todas las medidas realizadas para después hacer su representación gráfica de las medidas diversas. La ley de Ohm es una corriente medida en amperios que circula por un conductor, la cual es igual a la diferencia de voltaje, entre la resistencia que encuentra esa corriente en el conductor. Esto quiere decir, que para que exista una corriente eléctrica en el conductor, es importante que haya un diferencial de voltaje entre dos puntos sometidos para el estudio de la ley de Ohm; ya que en cualquier conductor se observa una resistencia eléctrica las cuales varían desde 0.1 Ohm hasta un millón de Ohm, de acuerdo a la longitud de dicho conductor. Mientras la resistencia sea mayor, menos corriente fluye en el conductor, debido a la oposición al pasar las cargas. Y si la diferencia de potencia, es mayor en cada punta de los conductores, entonces la corriente que fluirá será mayor. Ecuación de la ley de Ohm:

En donde, empleando unidades del Sistema Internacional: I = Intensidad en amperios (A) V = Diferencia de potencial en voltios (V) R = Resistencia en ohmios (Se representa con la letra griega Ω). Gracias a su ecuación se puede ver la relación que hay entre los parámetros más relevantes como lo son: corriente, el voltaje y la resistencia. Es importante porque independientemente de lo sencillo o amplio del circuito, se puede anticipar el comportamiento de la electricidad dentro del mismo antes de conectarlo. Una vez se tenga conocimiento de al menos dos de los parámetros.

Instrumentos que pueden ser utilizados en un circuito donde se aplica la Ley de Ohm Obviamente para trabajar y comprobar el buen funcionamiento de cualquier circuito eléctrico, debes realizar mediciones. Para ello, se debe contar con los siguientes instrumentos: El amperímetro, el voltímetro y óhmetro. Sin embargo, se puede sustituir por el multímetro, que es un aparato más completo. Amperímetro: es un dispositivo que permite realizar la medición de los amperios que tiene la corriente eléctrica. Para comprender con precisión el significado del concepto debemos, por lo tanto, saber qué son los amperios y qué es la corriente eléctrica. La medición consiste en hacer que la corriente eléctrica circule a través del aparato. La resistencia interna del amperímetro es muy pequeña para que no se produzca una caída de tensión a la hora de la medición.

Voltímetro: es un instrumento de medición que permite conocer la diferencia de potencial o voltaje entre dos puntos en un circuito electrónico. La unidad de medida del voltaje es el voltio (V). Están conformados por un galvanómetro al cual se le agrego una resistencia en serie. Dependiendo del rango de voltios que pueda medir será su estructura de cables y aislación

Óhmetro: es un instrumento para medir la resistencia eléctrica. Su diseño se compone de una pequeña batería para aplicar un voltaje a la resistencia de baja medida, para luego, mediante un galvanómetro, medir la corriente que circula a través de la resistencia.

Multímetro: Es un aparato digital o analógico que permite medir las distintas magnitudes o parámetros dentro de un circuito. Entre las más habituales, se puede mencionar: la tensión o corriente o tensión continúa y la corriente alterna, así como también resistencia. Dentro de las posibilidades de este instrumento, está la capacidad para medir los voltios, los ohmios y los amperes. Y esto se logra, al establecer el reloj o perilla del instrumento en la escala necesaria para tal fin.

¡Gracias al descubrimiento de la Ley de Ohm, podemos disfrutar de la tecnología y electrónica moderna!

HIPÓTESIS  Cuanto mayor sea el valor de la resistencia, menor será la corriente que fluya para un voltaje.  La intensidad es posible conocerla con la tensión y resistencia.  Al cambiar de resistencias en una medición, cambia también el voltaje.  Todos los circuitos con resistencias respetan la ley de Ohm. DESARROLLO Materiales y equipo: 6 pilas eléctricas de 1.5 v cada una tipo D 3 resistencias entre 30 a 1200 Ohm 1 voltímetro 1 amperímetro 1 óhmetro 6 alambres de conexión con lagartos. Diagrama:

Baterías de 1.5 V

Resistencias

Voltímetro

Amperímetro

Óhmetro

Alambres de conexión

Magnitudes físicas a medir 1. Diferencia de potencial o voltaje aplicada a un resistor, o volts. 2. Corriente eléctrica en un circuito en amperios 3. Resistencia eléctrica del resistor utilizando ohmios

Procedimiento: 1. Tome el primer resistor y mida su resistencia con el óhmetro. Anote este valor.

2. Utilizando una pila, arme el circuito que se muestra y mida la diferencia de potencial o voltaje en volts, que se aplica al resistor y la corriente respectiva, en amperios que aparece en el circuito. Anote este valor en la tabla 1.

3. Agregue otra pila conectada en serie a la primera, y vuelva a medir la corriente y el voltaje. Luego siga agregando pilas en serie al circuito, y para caso mida la corriente y el voltaje, hasta tener 5 pilas.

Tabla 1 Datos del resistor 1 No. de pilas

Voltaje o diferencia de potencial en voltios

Corriente eléctrica en amperios

1 2 3 4 5 4. Con esta información dibuje la gráfica V (ordenadas) versus I (abscisas) en 1 hoja de papel milimetrado. Calcule la pendiente de esta gráfica. Y describa ¿Qué tipo de gráfica se obtuvo? ¿Qué representa la pendiente de esta gráfica en particular? 5. Se supone que la resistencia medida con el óhmetro (valor teórico) debe ser equivalente a la pendiente de esta curva (valor experimental). Con dichos valores calcule el error porcentual que estos datos presentan. 6. Mida el valor de la segunda resistencia y repita todo el experimento, con su respectiva tabla, su respectiva gráfica y cálculos indicados. 7. Repita la misma operación con el tercer resistor. 8. Explique ¿Considera que se ha obtenido una ley científica y con qué nombre se conoce? Problemas: Utilizando su gráfica No.1, determine la corriente eléctrica cuando su voltaje es de 4.2 V.

Responda la misma pregunta usando las gráficas No.2 y la No3.

TABLAS DE RESULTADOS TABLA 1 Resistencia No. 1 Valor teórico: 1500 Ω = 1.5 KΩ Valor práctico: 1.027 KΩ Error porcentual: 31.5% No. De pilas 1 2 3 4 5

Voltaje o diferencia potencial en voltios 1.51 V 3.10 V 4.67 V 6.21 V 7.99 V

TABLA 2 Resistencia No. 2 Valor teórico: 1200 Ω = 1.2 KΩ Valor práctico: 0.933 KΩ Error porcentual: 22.3% No. De pilas 1 2 3 4 5

TABLA 3 Resistencia No. 3 Valor teórico: 1000 Ω = 1 KΩ Valor práctico: 0.942 KΩ Error porcentual: 6% No. De pilas 1 2 3 4 5

Corriente eléctrica en amperios 1.76 mA 3.12 mA 4.22 mA 6.36 mA 7.88 mA

Voltaje o diferencia potencial en voltios 1.50 V 3.09 V 4.65 V 6.25 V 7.70 V

Corriente eléctrica en amperios 1.09 mA 3.66 mA 4.53 mA 6.39 mA 7.80 mA

Voltaje o diferencia potencial en voltios 1.52 V 3.07 V 4.61 V 6.19 V 7.87 V

Corriente eléctrica en amperios 1.33 mA 3.01 mA 4.93 mA 6.99 mA 8.39 mA

CUESTIONARIO: ¿Qué tipo de gráfica se obtuvo? La gráfica de una función lineal ¿Qué representa la pendiente de esta gráfica en particular? Representa el valor de la resistencia en KΩ. ¿Considera que se ha obtenido una ley científica y con qué nombre se conoce? Sí, es la ley de Ohm. Utilizando su gráfica No.1, determine la corriente eléctrica cuando su voltaje es de 4.2 V. Responda la misma pregunta usando las gráficas No.2 y la No3. Para la gráfica 1:

4.2 V 1500 Ω

= 2.8 mA

4.2 V 1200 Ω

= 3.5 mA

4.2 V 1000 Ω

= 4.2 mA

= Para la gráfica 2:

= Para la gráfica 3:

= DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS Los valores para el primer resistor son: valor teórico de 1500 Ω = 1.5 KΩ, al momento de realizar la práctica con el circuito los resultados variaban de la siguiente manera: utilizando una pila el voltaje fue de 1.51 V, la corriente eléctrica fue de 1.76 mA de manera que al agregar más pilas el valor de ambos fueron incrementando, al utilizar hasta cinco pilas el voltaje fue de 7.99 V y la corriente eléctrica fue de 7.88 mA. La gráfica muestra una pendiente de 1.027 KΩ, el error porcentual fue de 31.5%. Los valores para el segundo resistor son: valor teórico de 1200 Ω = 1.2 KΩ, al momento de realizar la práctica con el circuito los resultados variaban de la siguiente manera: utilizando una pila el voltaje fue de 1.50 V, la corriente eléctrica fue de 1.09 mA de manera que al agregar más pilas el valor de ambos fueron incrementando, al utilizar hasta cinco pilas el voltaje fue de 7.70 V y la corriente eléctrica fue de 7.80 mA. La gráfica muestra una pendiente de 0.933 KΩ, el error porcentual fue de 22.3%.

Los valores para el segundo resistor son: valor teórico de 1000 Ω = 1 KΩ, al momento de realizar la práctica con el circuito los resultados variaban de la siguiente manera: utilizando una pila el voltaje fue de 1.52 V, la corriente eléctrica fue de 1.33 mA de manera que al agregar más pilas el valor de ambos fueron incrementando, al utilizar hasta cinco pilas el voltaje fue de 7.87 V y la corriente eléctrica fue de 8.39 mA. La gráfica muestra una pendiente de 0.942 KΩ, el error porcentual fue de 6%. COMPROBACIÓN DE LAS HIPÓTESIS Cuanto mayor sea el valor de la resistencia, menor será la corriente que fluya para un voltaje según la Ley de Ohm que fue comprobado en la práctica de laboratorio. La corriente es posible conocerla teniendo los datos del voltaje y de la resistencia, luego se aplica la siguiente ecuación para verificar su valor:

Todos los circuitos con resistencias respetan la ley de Ohm porque la intensidad de corriente que circula por un conductor (medida en Amperios) es directamente proporcional a la diferencia de potencial existente entre sus dos bornes (medida en voltios) e inversamente proporcional a la resistencia que presenta ese conductor al paso de dicha corriente (medida en ohmios). BIBLIOGRAFÍAS   

SERWAY, Raymond; JEWETT JR. (2009). Física II (3ª edición). Thomson. TIPLER, Paul Allen; MOSCA, Gene (2010). Física para la ciencia y la tecnología I. España: Reverté Física universitaria con física moderna Volumen II, página 851. Sears y Zemansky, decimosegunda edición. Año 2009.

ANEXOS...