Medición de la Resistencia eléctrica laboratorio de física 3 PDF

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habla sobre la medición de la resistencia eléctrica contiene lo que es los objetivos el marco teórico el desarrollo de la parte practica con simulador virtual...

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UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGIA

LABORATORIO DE FISICA III

Docente: Ing. Moreira Calizaya Rene Materia: Laboratorio Física III Estudiantes: Cumaly Tejerina Eric Aldair

Fecha: 13/05/2021

Cochabamba-Bolivia

INTRODUCCION En este experimento conoceremos y verificaremos los distintos métodos para realizar la medición de la resistencia eléctrica, para esto utilizaremos el simulador PHET de la Universidad de Colorado para después realizar la comparación de los distintos resultados.

OBJETIVOS • Determinar por diferentes métodos el valor de la resistencia eléctrica. • Determinar la resistencia equivalente de combinaciones en serie y paralelo.

FUNDAMENTO TEORICO La resistencia eléctrica de un material es una medida de la oposición al paso de la corriente eléctrica, su unidad en el sistema internacional es el ohmio (Ω), y su valor depende de su geometría y de factores externos, como ser la temperatura. La resistencia eléctrica de un alambre de longitud 𝐿 y sección transversal 𝐴 es: 𝑅=𝜌𝐿𝐴 Donde 𝜌 es la resistividad eléctrica y su unidad es [Ω.m], su valor depende del tipo de material. Existen diferentes métodos para la medición de la resistencia eléctrica, algunas de ellas son:

Método I.- (VOLTIMETRO Y AMPERIMETRO)

Si se conoce la corriente que circula por un conductor, y la diferencia de potencial entre sus extremos, entonces a partir de la ley de Ohm, se puede conocer el valor de la resistencia eléctrica del conductor: 𝑅 = 𝑉/𝐼

Método II.- (OHMIMETRO) El ohmímetro (óhmetro) es un dispositivo electrónico que sirve para medir resistencias eléctricas. Generalmente, en los multímetros los ohmímetros están integrados (figura 4.1), y además de poder medirla resistencia eléctrica, se puede probar continuidad en los componentes eléctricos. Para medir la resistencia eléctrica, se debe asegurar que no circule corriente eléctrica por el circuito, o si es posible aislar el resistor. Luego escoger la escala adecuada para realizar la medición (se comienza siempre en la escala mayor).

Método III.- (CODIGO DE COLORES) Una forma de conocer el valor de una resistencia eléctrica de carbón es por medio de código de colores, donde se observa un resistor con cuatro franjas. Los diferentes colores tienen un valor numérico, el valor de la resistencia eléctrica es: 𝑅 = 𝑎𝑏 × 10𝑐[Ω] y con el valor de la tolerancia se puede encontrar el valor de su error. (TABLA 1)

Método IV.- (PUENTE DE WHEATSTONE) El puente de Wheatstone es un circuito compuesto por cuatro resistores, se utiliza para encontrar valores precisos de la resistencia eléctrica. El puente de Wheatstone está en equilibrio cuando la diferencia de potencial entre a y b es cero y/o cuando la corriente que circula por el galvanómetro es cero: 𝐼𝐺 = 𝑉𝑎𝑏 = 0 La condición indica que la corriente I1 es igual a I2, así mismo la corriente I3 es igual a I4. Por tanto, en el equilibrio se tiene: 𝑉𝑐𝑎 = 𝑉𝑐𝑏; 𝑅1 𝐼1 = 𝑅3 𝐼2 𝑉𝑎𝑑 = 𝑉𝑏𝑑; 𝑅2 𝐼1 = 𝑅4 𝐼4 Si Rx=R1 (resistencia desconocida), y utilizando las ecuaciones se tiene: 𝑅𝑥 = 𝑅2 (R3 / 𝑅4)

COMBINACIONES DE RESISTENCIA ELÉCTRICA Combinación en serie. La resistencia equivalente para una combinación en serie de n resistencias es: 𝑅𝑒𝑞 = 𝑅1 + 𝑅2 + 𝑅3 + ⋯ + 𝑅𝑛 Combinación en paralelo. – La resistencia equivalente para una combinación en paralelo de n resistores es: 1/ 𝑅𝑒𝑞 = 1 /𝑅1 + 1 /𝑅2 + 1/ 𝑅3 + ⋯ + 1 /𝑅𝑛

MATERIALES: • Simuladores: https://phet.colorado.edu/sims/html/circuit-construction-kitdc/latest/circuit-construction-kit-dc_en.html • Calculadora científica.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL: • Ingresamos al enlace de nuestro simulador y configuramos de acuerdo nuestro requerimiento para realizar nuestra medición. • De la misma manera con ayuda de nuestro simulador, para realizar las mediciones de resistencia eléctrica, utilizamos un voltímetro y un amperímetro, El voltímetro (V) mide la

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diferencia de potencial, El amperímetro (A) mide la corriente que circula por la carga R pero no la total. Para los métodos utilizamos tres resistores. Para el primer método que es el código de colores solo cambiamos los valores de los resistores y así formamos la tabla correspondiente. Para el segundo método armamos un circuito con cada resistor sucesivamente, también para el valor teórico de resistencia, armamos circuitos en serie y paralelo. Finalmente comparamos los resultados de cada método, ya que el propósito es que salgan los mismos resultados por los diferentes métodos.

REGISTRO Y ANALISIS DE DATOS. – Método I.- (VOLTIMETRO Y AMPERIMETRO) PARA EL RESITOR 1:

R1 1 2 3 4 5 6 7 8 9

I (A)

V (V)

0,04 0,06 0,09 0,11 0,14 0,16 0,19 0,21 0,24

2,84 4,73 6,63 8,52 10,41 12,31 14,2 16,09 17,98

Utilizando una hoja de cálculo de Excel con los datos recabados, tenemos:

A B

Coeficientes Error típico 0,00394083 0,16760204 75,6011834 1,10141681

PARA EL RESITOR 2:

𝐴 = (−0,004 ± 0,17)[𝑉]; 2%

B = (75,6 ± 1,1)[𝛺]; 1,5%

R2 1 2 3 4 5 6 7 8 9

I (A)

V (V)

0,04 0,08 0,13 0,17 0,21 0,25 0,29 0,33 0,38

1,8 3,6 5,4 7,2 9 10,8 12,6 14,4 16,2

Utilizando una hoja de cálculo de Excel con los datos recabados, tenemos: 𝐴 = (0,02 ± 0,11)[𝑉]; 550% A B

Coeficientes Error típico 0,01941214 0,11014431 42,9921759 0,46833421

PARA EL RESITOR 3:

B = (43 ± 0.5)[𝛺]; 1%

R3 1 2 3 4 5 6 7 8 9

I (A)

V (V)

0,06 0,12 0,18 0,24 0,3 0,35 0,41 0,47 0,56

1,72 3,43 5,15 6,87 8,58 10,3 12,02 13,73 16,31

Utilizando una hoja de cálculo de Excel con los datos recabados, tenemos:

A B

𝐴 = (−0,10 ± 0,06)[𝑉]; 60%

Coeficientes Error típico 0,10445481 0,06132439 29,3866518 0,18188439

B = (29 ± 0,2)[𝛺]; 1%

Método III.- (CODIGO DE COLORES)

Según la TABLA 1 (pag4) podemos definir los valores de la resistencia como: i R1 R2 R3

R(Ω) 75±5% 43±5% 29±5%

COMBINACION EN SERIE: REALIZAMOS UN CIRCUITO EN SERIE EN EL SIMULADOR PHET

TOMANDO DATOS Y HACIENDO LOS CALCULOS POR EL METODO VOLTIMETRO Y AMPERIMETRO:

R1+R2 1 2 3 4 5 6 7 8 9

A B

I (A)

V (V)

0,04 0,07 0,11 0,15 0,18 0,22 0,26 0,29 0,33

1,83 3,67 5,5 7,33 9,17 11 12,83 14,67 16,5

Coeficientes Error típico -0,0350625 0,11374423 50,19125 0,55174055

𝐴 = (−0,04 ± 0,11)[𝑉]; 275%

B = (50,1 ± 1)[𝛺]; 0,02%

POR EL METODO DE CODIGO DE COLORES (TABLA1), DETERMINAMOS:

I R1 R2

R(Ω) 30±5% 20±5%

SABEMOS QUE:

𝑅𝑒𝑞 = 𝑅1 + 𝑅2 + 𝑅3 + ⋯ + 𝑅𝑛 ENTONCES:

𝑅𝑒𝑞 = (30±5%) + (20±5%) = ((50±5%) COMBINACION EN PARALELO: REALIZAMOS UN CIRCUITO EN PARALELO EN EL SIMULADOR PHET:

TOMANDO DATOS Y HACIENDO LOS CALCULOS POR EL METODO VOLTIMETRO Y AMPERIMETRO:

R1+R2 1 2 3 4 5 6 7 8 9

I (A)

V (V)

0,13 0,26 0,39 0,52 0,65 0,78 0,91 1,04 1,17

1,56 3,13 4,69 6,25 7,82 9,38 10,94 12,51 14,07

𝐴 = (−0,04 ± 0,11)[𝑉]; 275%

𝐁 = (𝟏𝟐, 𝟎𝟑 ± 𝟎. 𝟎𝟎𝟑)[𝜴]; 𝟎, 𝟎𝟐%

Coeficientes Error típico 0,00083333 0,00221377 12,0269231 0,00302614

A B

SABEMOS QUE:

1/ 𝑅𝑒𝑞 = 1 /𝑅1 + 1 /𝑅2 + 1/ 𝑅3 + ⋯ + 1 /𝑅𝑛 ENTONCES:

1 1 1 1 = + = 𝑅𝑒𝑞 30 20 12

CONCLUSIONES. – • Las resistencias son en teoría los componentes más utilizados en la electricidad y electrónica, por lo tanto, es totalmente necesario comprender y dominar los métodos las cuales nos permiten identificar su valor para poder utilizarlas de la manera más adecuada posible. • Es necesario conocer el funcionamiento adecuado de cada instrumento de medición para que a la hora de realizar los cálculos correspondientes las respuestas sean efectivas.

• Se observó también que los valores entre los métodos utilizados no son exactos, pero si se aproximan entre ellos....