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Resistencia Y LEY DE OHM...

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RESISTENCIA Y LEY DE OHM 1. OBJETIVOS 

Aprender a utilizar el código de colores de la E.I.A.



Aprender a armar algunos circuitos simples en el tablero de pruebas.



Practicar el manejo del multímetro en la medida de resistencias, voltajes y

corrientes.



Verificar la ley de Ohm y comparar resultados prácticos con teóricos.



Analizar la limitación de corriente y voltaje en una fuente de alimentación.

2. INTRODUCCIÓN La resistencia de un conductor, es según Alcade San Miguel (2010) la unidad de medida que indica si un cuerpo puede ser conductor o no. Tener una resistencia grande significa que el cuerpo no es buen conductor, ya que impide el paso de corriente. Los buenos conductores, tienen una resistencia muy baja, permitiendo fácilmente el traslado de la corriente eléctrica. Las resistencias de uso industrial son un tipo de cuerpos llamados resistivos, los cuales presentan cierto grado de resistencia y conductividad, utilizados para controlar las diferencias de potencial o tensión en ciertas áreas de los circuitos o aparatos eléctricos. Las resistencias transforman la energía eléctrica en calórica, por esto son muy utilizadas en aparatos domésticos e industriales relacionados al calor, como las duchas o las planchas eléctricas. La resistencia de un alambre se mide a partir de: Material, longitud, área transversal y temperatura. Por lo tanto, la resistencia que opone un cuerpo al paso de corriente eléctrica varía con los cambios en la temperatura, además del material del cuerpo. La ley de Ohm dice que, para un conductor dado, la resistencia se tiene como: R=

ρL A

(1) 1

Donde, R es la resistencia, ρ es la resistividad, L la longitud y A el área. La resistividad se puede dividir en: Resistencia lineal, la cual presenta un valor fijo; resistencia variable, cuyo valor varía en un intervalo y resistencia no lineal, que varía de acuerdo a las condiciones del entorno. Según Wolf, Smith y González (1992) para leer el valor de una resistencia, se utiliza el código internacional de colores, en el cual: la primer y segunda banda indican los 2 números significativos, la tercera banda proporciona el número de ceros que se deben agregar a los números significativos y la cuarta banda dice la tolerancia que soporta dicha resistencia. Según Fowler (1987) la ley de Ohm también relaciona la intensidad de corriente eléctrica con la diferencia de potencial, como se ve en la siguiente ecuación: V =I R

(2)

Donde V es la diferencia de potencial, I es la intensidad de corriente eléctrica y R es la resistencia del cuerpo.

3. MATERIALES Y MÉTODOS: MATERIALES Tablero de conexiones Cables de conexión Fuente de corriente directa variable Resistencias Multímetro PROCEDIMIENTO o Armar el circuito, usar una fuente de corriente directa variable. Usar dos resistencias de tercera banda igual.

2

o Determinar el valor de cada una de las resistencias por medio del código de colores, medir también su valor con el multímetro. o Variar el voltaje de la fuente de 1 en 1 hasta 10 voltios y, para cada uno medir la corriente y el voltaje. o Repetir los puntos anteriores para otro par de resistencias. o Repetir los puntos del 1 al 3, pero usando un par de resistencias bobinadas cementadas.

4. MUESTRA DE CÁLCULOS Para el porcentaje de error se utiliza como valor teórico el determinado por medio del código de colores, y el experimental tanto el determinado por el multímetro como por la ley de Ohm. % de error =

(

V . Teórico −V . Experimental ) *100 V . Teórico

% de error =

(

(330,000 ±16,500)−323,790 ) *100 (330 ±16,500)

% de error = 0 %

% de error =

(

(330,000 ±16,500)−323,790 ) *100 (330 ±16,500) % de error = 0 %

5. RESULTADOS Y ANÁLISIS

Tabla 1. Código de colores

3

Fuente: Manual de Laboratorio de Física General II

Primeramente el voltaje de la fuente fue variando de un voltio en un voltio, comenzando en 1V y finalizando con 10V respectivamente para cada uno de los 10 pares de datos, para realizar el análisis de datos recolectados en las tablas y gráficas anteriores. Se trabajó con dos multímetros ya que uno indicaba el voltaje mientras el otro la corriente eléctrica que pasaba por la resistencia.

Tabla 2: Evaluación de la Ley de Ohm para una resistencia de 560,000 Ω 0,42

0,74

1,15 1,53

1,88

2,17

2,59

2,94

3,32

3,69

0 0,00

0 0 0,00 0,00

0 0,00

0 0,00

0 0,00

0 0,00

0 0,01

0

Corriente I

0 0,00

(A)

1

2

8

9

0

Voltaje V (V)

4 5 6 7 Fuente: Estudiantes

0,011

Gráfica 1: Resistencia de 560,000

4

7.000 6.000

f(x) = 552.61 x + 0.01 R² = 1

Voltaje V (V)

5.000 4.000 3.000 2.000 1.000 0.000 0.000

0.002

0.004

0.006

0.008

0.010

0.012

Corriente I (A)

Fuente: Estudiantes Al momento de realizar el análisis para la gráfica de la resistencia de 560  se puede notar que existe una tendencia lineal de crecimiento conforme se aumenta el voltaje de la fuente, el voltaje del circuito aumenta y la corriente eléctrica que pasa por el mismo sigue la misma tendencia, por lo que el grafico 1 la pendiente o “m” es el voltaje obtenido por medio de la Ley de Ohm, obteniéndose un valor de 552,610. Este comportamiento es el esperado debido a que cuando se considera un valor de resistencia constante, y la relación entre voltaje e intensidad es lineal. Tabla 3: Evaluación de la Ley de Ohm para una resistencia de 330,000 Ω 0,64

1,30

1,86 2,45

3,20

3,75

4,31

4,99

5,71

6,28

0 0,00

0 0,00

0 0 0,00 0,00

0 0,00

0 0,00

0 0,00

0 0,00

0 0,01

0

Corriente I (A)

1

2

8

9

0

Voltaje V (V)

3 4 6 7 Fuente: Estudiantes

0,011

Gráfica 2: Resistencia de 330,000

5

4.000 3.500

f(x) = 323.79 x + 0.01 R² = 1

Voltaje V (V)

3.000 2.500 2.000 1.500 1.000 0.500 0.000 0.000

0.002

0.004

0.006

0.008

0.010

0.012

Corriente I (A)

Fuente: Estudiantes Para el caso de la resistencia de 330, es mismo análisis que para la tabla 2 y la gráfica 1,ya que tiene un valor de resistencia constante, y la relación entre voltaje e intensidad es lineal presenta una tendencia lineal de crecimiento conforme se aumenta el voltaje de la fuente, el voltaje del circuito aumenta y la corriente eléctrica que pasa por el mismo sigue la misma tendencia, para el grafico 2 la pendiente es el voltaje obtenido por medio de la Ley de Ohm y se obtiene un valor de 323,790. Tabla 4: Evaluación de la Ley de Ohm para una resistencia de 1500,000 Ω 0,51

1,06

1,57 2,04

2,45

2,95

3,47

4,01

4,54

4,95

Corriente I

0 0,00

0 0,00

0 0 0,00 0,00

0 0,00

0 0,00

0 0,00

0 0,00

0 0,00

0 0,00

(A)

0

1

2

3

3

3

Voltaje V (V)

1 1 2 2 Fuente: Estudiantes

Gráfica 3: Resistencia cementada de 1500,000

6

6.000

Voltaje V (V)

5.000 4.000

f(x) = 1472.71 x − 0 R² = 1

3.000 2.000 1.000 0.000 0.000 0.001 0.001 0.002 0.002 0.003 0.003 0.004 0.004

Corriente I (A)

Fuente: Estudiantes

Para el caso de las resistencias cementadas, primero se observa que presentan una resistencia teórica de 1500, de igual manera que en el análisis de la tabla 2 y 3 y la gráfica 1 tanto como la gráfica 2. Se presenta una relación lineal ya que acorde como se aumenta el voltaje de la fuente, el voltaje del circuito aumenta y la corriente eléctrica que pasa por el mismo sigue la misma tendencia, ya que si el valor de la resistencia es constante la relación entre intensidad y voltaje es lineal para el grafico 3 la pendiente o “m” es el voltaje obtenido por medio de la Ley de Ohm, se obtiene un valor de 1472,700.

Tabla 5: Comparación de los valores de las resistencias obtenidos

7

Resistencia código Resistenci Resistenci % de error a de colores R (Ω) a Ley de Multímetro Ohm R R Toleranci Multímetr Ley de Ley de Valor multímetro a o Ohm Ohm (Ω) (Ω) 560,000 28,000 558,000 552,610 0,000 0,000 330,000 16,500 328,000 323,790 0,000 0,000 1500,00 1491,000 1472,700 0,600 1,820 0 Fuente: Estudiantes

A la hora de realizar el análisis final y pasar al cálculo del porcentaje de error de los datos obtenidos se aplica la formula común que consiste en que él % de error =

(

V . Teórico−V . Experimental ) *100; donde para todos los casos el valor V . Teórico

teórico corresponde al valor de la resistencia que indica en su código de colores, para la resistencia con un valor de 560 según el código de colores su porcentaje de error respecto a la resistencia indicada por el multímetro y por la Ley de Ohm es 0% ya que la resistencia en su código de colores presenta una tolerancia de +28,000, y la resistencia con el multímetro indica un valor de 558,000, el cual está en el rango de tolerancia indicado por el código de colores y es el mismo caso para la Ley de Ohm ya que se tiene un valor de 552,610, el cual se encuentra dentro del intervalo permitido por la tolerancia. Es el mismo análisis para la resistencia de 330,000, ya que tanto el valor de la resistencia obtenido por el multímetro y por la Ley de Ohm se encuentran dentro del rango de tolerancia. Para el caso de las resistencias cementadas, estas no cuentan con un valor de tolerancia pero el porcentaje de error por medio del multímetro es de apenas 0,600 % y para la Ley de Ohm es de 1,820 %, y estos valores son muy pequeños. Por lo que se cumple con el objetivo de la práctica. 8

6. CONCLUSIONES

Una vez analizados los resultados podemos obtener las siguientes conclusiones: 

Un elemento óhmico presenta una resistencia constante, no presenta una variación de diferencia de potencial.



Se pudo analizar la proporcionalidad entre la diferencia de voltaje V y la corriente eléctrica I donde es directamente proporcional para elementos óhmicos e inversamente proporcional para elementos no óhmicos.



Se pudo estudiar y utilizar correctamente el código de colores de la E.I.A para las resistencias. Así como el correcto armado de un circuito simple en el tablero. 7. CUESTIONARIO

1) La ley de Ohm dice que la resistencia es independiente de la diferencia de potencial y de la intensidad de corriente eléctrica, además en la ecuación 2 de la ley de Ohm, la diferencia de potencial es directamente proporcional a la intensidad de corriente, en una proporción lineal. Las tablas 2, 3 y 4 demuestran que la relación experimental es lineal, directamente proporcional entre ambas variables. 2) Debido a que las resistencias transforman la energía eléctrica que reciben en energía calórica, al realizar la práctica de laboratorio estas se calientan poco a poco, el uso de dos resistencias ayuda a prevenir un sobrecalentamiento de ambas resistencias.

3) Como se comprobó, el voltaje es directamente proporcional a la intensidad de la corriente eléctrica que pasa por el circuito, si dicha intensidad tiende a

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cero, el voltaje también lo hará. Esto ocurre debido a que el valor de la resistencia es constante mientras no se cambie el circuito, entonces según la ecuación 2 el voltaje depende de la intensidad de corriente eléctrica.

4) Según Bueche (1988) en los conductores los electrones están libres para moverse de un lugar a otro, gracias a ello es fácil que transmitan la energía transmitiéndola de electrón a electrón, pero en los aislantes no hay cargas libres para moverse, por lo tanto no pueden transmitir electricidad. 5) Los circuitos eléctricos conectan diferentes componentes de un equipo o sistema eléctrico, las resistencias se colocan en el camino como obstáculos para controlar los voltajes de la corriente que se transfiere de un componente a otro, esto para evitar daños o mal funcionamiento de las partes. 6) Antes de utilizar las resistencias en la práctica del laboratorio, hay que estudiar de antemano lo se espera que ocurra, en este caso el calentamiento de las resistencias al hacer circular la corriente eléctrica. Debido a ello, se debe tomar en cuenta el tiempo que se tarda en la recolección de los datos para evitar lesiones por quemaduras o daños a los equipos.

8. BIBLIOGRAFÍA 1) Alcade San Miguel, P. (2010). Electrónica aplicada. Paraninfo. 2) Bueche, F. J. (1988). Ciencias físicas. Barcelona: Editorial Reverté. 10

3) Figueroa, R. (2010). Manual de Laboratorio de Física II. Escuela de Física, Universidad de Costa Rica. 4) Fowler, R. J. (1987). Electricidad: Principios y aplicaciones. Barcelona: Reverté. 5) Wolf, S., Smith, R. F. M., & González, P. V. (1992). Guía para mediciones electrónicas y prcticas de laboratorio. México: Prentice-Hall Hispanoamericana. Aspecto a evaluar

Puntos

Puntos

máximos obtenidos Presentación general Organización 3 Presentación 3 Redacción y ortografía 4 Introducción Nota teórica 10 Objetivos 1 Trabajo previo* 4 Materiales y métodos Materiales y equipo 1 Procedimiento 1 Resultados Presentación de tablas y datos tomados

5

Muestra de cálculos solicitados Resultados

10 10

Gráficos construidos cuando corresponda**

10

Observaci ones

Discusión y conclusiones Interpretación de resultados 13 Discusión de grado de aproximación con los 10 resultados esperados Conclusiones 10 Bibliografía Referencias 5 Total 100 *En caso de no haber, los puntos se le asignan al apartado de nota teórica. ** En caso de no solicitarse, los puntos se le 11

asignan al apartado de resultados.

12...