Practica de la Ley de Ohm (con circuitos) PDF

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OBJETIVO:El alumno comprobará la Ley de Ohm, y su no generalidad en los elementos electrónicos, por medio de gráficas de voltaje y corriente.I. INTRODUCCIÓNEn los inicios del siglo XIX, George Simon Ohm da un gran impulso a los estudios de la electricidad al desarrollar la ley que hoy lleva su nombr...

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OBJETIVO: El alumno comprobará la Ley de Ohm, y su no generalidad en los elementos electrónicos, por medio de gráficas de voltaje y corriente.

I. INTRODUCCIÓN En los inicios del siglo XIX, George Simon Ohm da un gran impulso a los estudios de la electricidad al desarrollar la ley que hoy lleva su nombre; esta ley relaciona el voltaje, la corriente y la resistencia en un circuito eléctrico.

1.1 Postulado general de la

Ley de Ohm

El flujo de corriente en amperes que circula por un circuito eléctrico cerrado es directamente proporcional a la tensión o voltaje aplicado, e inversamente proporcional a la resistencia en ohm de la carga que tiene conectada.

1.2 Fórmula matemática general de la Ley de Ohm Desde el punto de vista matemático el postulado anterior se puede representar por medio de la siguiente Fórmula General de la Ley de Ohm: � �= � Donde, I es la corriente que pasa a través del objeto en amperios, V es la diferencia de potencial de las terminales del objeto en voltios, y R es la resistencia en ohmios (Ω). Esta ley no es de carácter general, ya que sólo se cumple para ciertos elementos. Es decir, que si a un elemento conductor se le aplica un voltaje se tendrá entonces una corriente fluyendo a través de él. Si este voltaje se varía se tendrán diferentes valores de corriente. Haciendo las gráficas de voltaje contra corriente en los experimentos siguientes, se podrá observar que:

a) La primera gráfica resultante será una línea recta, lo que nos indica que las variaciones de corriente son proporcionales al voltaje aplicado y, por lo tanto, se cumple la Ley de Ohm , y a este elemento se le llama OHMICO o RESISTIVO.

b) La gráfica resultante será una curva: Esto significa que para diferentes valores de voltaje se tiene determinados valores de corriente, sin tener una relación proporcional; o sea, no se cumple la Ley de Ohm, a estos elementos se les llama NO OHMICOS.

2 . M AT E R I A L Y E Q U I P O . Batería de 5, 10, 15, 20, 25 V.

Amperímetro

Resistencias de 680, 1000 y 2200 Ohms.

Voltímetro

Fuente de Corriente Directa

1 diodo

3. DESARROLLO EXPERIMENTAL:

3.1 DEPENDENCIA DE LA CORRIENTE (I) CON LA RESISTENCIA (R) A TENSION CONSTANTE (V). 3.1.1 Medir con el Óhmetro las resistencias con los valores nominales indicados en la tabla 1; anotando los valores medidos en la columna correspondiente. 3.1.2 Con los valores medidos de cada una de las tres resistencias y utilizando la ecuación de la Ley de Ohm, calcular la corriente del circuito de la Figura 1,

considerando una tensión E = 10 volts para cada caso. Anotar los resultados en la columna “Valor Calculado” de la tabla 1.

Valores Calculados:

Figura 1

3.1.3 Construir el circuito mostrados en la Figura 1, considerando para R cada uno de los tres valores indicados en la tabla 1 y medir con el amperímetro la intensidad de corriente para cada una de las resistencias. Anotar los valores obtenidos en la columna “Valor medido” de la tabla 1. TABLA 1 RESISTENCIA Valor Nominal (Ω)

Valor Medido (Ω)

Valor Calculado (mA)

Valor Medido (mA)

R1

680 Ω

680 Ω

14.7

14.7

R2

1000 Ω

1000 Ω

10.0

10.0

R3

2200 Ω

2200 Ω

4.55

4.55

Valores Medidos: 680 Ω:

CORRIENTE

1000 Ω:

2200 Ω:

a) ¿Los valores de corriente calculados son iguales de los valores medidos? ¿Por qué? Sí, porque los valores calculados se obtuvieron mediante la Ley de Ohm, y al medir la corriente en el simulador, arrojaron números iguales, demostrando que la Ley es correcta además debemos tomar en cuenta que el circuito medido es ideal y no presenta ningún comportamiento real de perdida.

b) ¿En un circuito, con una resistencia como carga, se puede saber el valor de la corriente conociendo el voltaje de la fuente y el valor de la resistencia? Sí, mediante la aplicación de la Ley de Ohm, en donde la corriente es igual al valor del voltaje sobre el valor de la resistencia.

3.2 DEPENDENCIA DE LA CORRIENTE (I) CON LA TENSION (V) A RESISTENCIA CONSTANTE (R) CONSTANTE.

3.2.1 Utilizando el circuito de la figura 1 y considerando un valor de R= 680Ω, calcular la corriente para los valores de voltaje indicados en la Tabla 2, anotando los resultados en la columna “Corriente Calculada”

3.2.2 Armar el circuito de la figura 1 considerando para R y E los valores indicados en el punto anterior y medir la Intensidad de Corriente (I) para cada Tensión (V). Registrar los valores en la columna “Corriente Medida” de la tabla 2.

E (VOLTS)

5

5 V:

10 V:

TABLA 2 CORRIENTE CALCULADA (mA) 7.35

CORRIENTE MEDIDA (mA) 7.35

10

14.70

14.70

15

22.05

22.06

20

29.41

29.41

25

36.76

36.76

15 V:

20 V:

25 V:

a) ¿La corriente aumentó cuando el voltaje aumentó? ¿Por qué? Sí, porque la Ley de Ohm indica que la Intensidad de Corriente es directamente proporcional al valor de la Corriente. b) ¿En este caso se dice que la corriente es directa o inversamente proporcional al voltaje? La corriente es directamente proporcional al voltaje. c) Para el caso de la Tabla 1, ¿La corriente aumentó cuando la resistencia aumento? Sí ________ No ___X___ ¿Por qué?

Porque son inversamente proporcionales. d) ¿En este caso se dice que la corriente es directa o inversamente proporcional a la resistencia? Para este caso la corriente es inversamente proporcional a la resistencia. e)

Existe

CORRIENTE MEDIDA (mA) PARA: V (Volts)

R = 680 Ω

R = 1000 Ω

R = 2200 Ω

5 10 15 20 25

7.35 14.70 22.06 29.41 36.76

5 10 15 20 25

2.27 4.55 6.82 9.09 11.36

también

una

proporcionalidad entre el voltaje y la resistencia que se puede expresar en la forma siguiente: El voltaje es DIRECTAMENTE proporcional a la resistencia. E=R*I Complete los siguientes enunciados poniendo la palabra MAYOR O MENOR en los espacios indicados: Para aclarar los conceptos inversamente proporcional y directamente proporcionales se puede decir que:

•

A voltaje constante, una mayor resistencia implica una menor corriente; y una menor resistencia implica una mayor corriente. (INVERSAMENTE PROPORCIONAL)

•

A corriente constante, una mayor resistencia implica un mayor voltaje. (DIRECTAMENTE PROPORCIONAL)

•

A resistencia constante, una Mayor corriente implica un mayor voltaje; y una menor corriente implica un menor voltaje. (DIRECTAMENTE PROPORCIONAL).

3.3 LEY DE OHM EN FORMA GRÁFICA 3.3.1 A partir del circuito de la figura 1 armado con anterioridad, medir la intensidad de corriente para cada una de las resistencias y tensiones indicadas en la tabla 3, anotando los valores para cada caso. TABLA 3

Para 680 Ω: 5V:

10V:

15V:

20 V:

25V:

Para 1000 Ω: 5V:

10V:

15V:

20V:

25V:

Para 2200 Ω:

5V:

10V:

15 V:

20V:

25 V:

3.3.2 Con los datos obtenidos en la Tabla 3, realizar la gráfica para cada una de las resistencias, utilizando para tal efecto las coordenadas indicadas en la Figura 2. 3.4.2 Colocar el Amperímetro y el Voltímetro como se indica para medir la corriente y el voltaje en el diodo (ID y VD). (Siga las instrucciones de su profesor para este punto).

a) ¿Qué tipo de curva se obtuvo? No se obtuvo ninguna curva, el comportamiento es lineal. Explique por qué. Matemáticamente podemos decir que debido a la estructura de la ecuación que representa la ley de Ohm, que nos brinda el resultado del cociente de dos variables con incremento constante y sin alteraciones, es decir que forzosamente se mueven sobre una recta de valores continuos el resultado grafico tendrá la forma de una recta uniforme, continua y sin saltos b) ¿Qué pasaría, gráficamente, si la resistencia del circuito fuera mayor de 2?2 KΩ? Se formaría la recta de igual forma, sólo que con valores diferentes.

c) ¿Qué pasaría gráficamente, si la resistencia del circuito fuera menor de 680 Ω? De igual forma, se forma una recta, sólo que con valores menores.

d) ¿Se formaría una gráfica similar a las obtenidas si la resistencia del circuito fuera de 1 MΩ y la fuente variara entra 0 y 100 volts? Si ¿Por qué? Porque tenemos las mismas condiciones para generar los datos de graficacion, la resistencia permanece constante y el voltaje es quien incrementa al igual que en los ejercicios anteriores. e) La representación gráfica de la Ley de Ohm es: Lineal Esto se debe a: La estructura de la ecuación que representa la ley de Ohm.

3.4 Análisis Gráfico de un dispositivo No Óhmico 3.4.1 Construir el circuito de la Figura 3, considerando un diodo IN4001 o IN4004 de silicio y ajustando la fuente a su valor mínimo de voltaje. 3.4.2 Colocar el Amperímetro y el Voltímetro como se indica para medir la corriente y el voltaje en el diodo (ID y VD). (Siga las instrucciones de su profesor para este punto).

Figura 3 3.4.3 Ajustar la fuente hasta obtener una lectura de 1 mA en el Amperímetro y registrar la lectura mostrada por el Voltímetro (VD) en la tabla 4. 3.4.4 Continuar variando la fuente hasta obtener cada una de las corrientes I D indicadas en la Tabla 4, y anotar las lecturas correspondientes de VD. Cuidar de no exceder de 10mA el valor de la corriente del circuito. 1 mA:

2 mA:

4 mA:

6 mA:

8 mA:

10 mA:

TABLA 4 ID (mA)

1

2

4

6

8

10

VD (V)

1.66

2.67

4.69

6.7

8.71

10.71

3.4.5 A partir de los datos de la tabla 4 realizar una gráfica en el espacio de la Figura 4.

a) Observando la gráfica, ¿se puede decir que se cumple la Ley de Ohm para el diodo rectificador? Sí ____ No X ¿Por qué? Debido a que el diodo rectificador no es un componente óhmico por tanto no respeta la ley de ohm. b) ¿La resistencia del diodo rectificador depende de la corriente aplicada? Si X No Explique: Porque dicha propiedad es inversamente proporcional a la de la resistencia. 3.4.6 Investigue si el diodo rectificador se puede utilizar como un dispositivo lineal. Solamente cuando se manejan intensidades de corriente muy bajas adquiere un comportamiento “casi” lineal, como se puede observar en la gráfica. 3.4.7 Investigue en qué dispositivo, al ocurrir un aumento en el voltaje, ocurre una disminución en la corriente. En los transformadores y reguladores de tensión ¿Para qué se utilizan? Para mantener una tensión constante o indicada para alimentar un circuito pues el circuito podría requerir valores específicos que si los sobrepasamos podrían dañar el circuito....