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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA
FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA
Universidad Nacional de Ingeniería
Facultad de Ingeniería Mecánica
Curso: física III
Sección: E
Profesor: Chávez Javier
Integrantes:
CAICHIHUA VERGARA JORDY 20111119K
2012
FISICA III Página 1
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INDICE
I. RESUMEN
II. FUNDAMENTO
III. PARTE EXPERIMENTAL
PROCEDIMIENTO MATERIALES Y EQUIPOS
IV. CALCULOS YRESULTADOS
V. OBSERVACIONES
VI.CONCLUSIONES
VII.REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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I.- RESUMEN
Los distintos materiales tienen comportamientos diferentes ante un evento
diferente, tal es el caso de materiales llamados óhmicos, los cuales tienen
un comportamiento singular ante el paso de la corriente eléctrica, dando
una relación constante entre las magnitudes corrientes y diferencia de
voltaje. En algunos materiales la resistencia depende de la intensidad de
corriente; en ciertos casos la resistencia aumenta con el aumento de la
intensidad de corriente y en otros casos disminuye con el aumento de
corriente. Es decir, si se duplica la diferencia de potencial la nueva
intensidad de corriente será menor que el doble de la original para ciertos
materiales y para otros la nueva intensidad de corriente será mayor que el
doble de la corriente original.
El objetivo buscado es el de realizar mediciones de voltaje y corriente a
través de distintos tipos de materiales, y obtener curvas características I vs.
V. De aquí, estudiar el tipo de relación entre I y V mediante esto comprobar
la ley de Ohm.
Para alcanzar el objetivo deseado se realizará esta experiencia para la cual
necesitaremos el equipo siguiente: un osciloscopio, un generador de
función, fuente de voltaje constante con varias salidas. El montaje de todos
estos equipos forma un sistema con el cual podemos reconocer diferentes
funciones, utilizando corriente continua y alterna.
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II.- FUNDAMENTO TEORICO
Voltaje o Diferencial de potencial
El voltaje, tensión o diferencia de potencial es la presión que ejerce una fuente de
suministro de energía eléctrica o fuerza electromotriz (FEM) sobre las cargas eléctricas o
electrones en un circuito eléctrico cerrado, para que se establezca el flujo de una corriente
eléctrica. A mayor diferencia de potencial o presión que ejerza una fuente de FEM sobre
las cargas eléctricas o electrones contenidos en un conductor, mayor será el voltaje o
tensión existente en el circuito al que corresponda ese conductor. La diferencia de
potencial entre dos puntos de una fuente de FEM se manifiesta como la acumulación de<
cargas eléctricas negativas (iones negativos o aniones), con exceso de electrones en el
polo negativo (–) < y la acumulación de cargas eléctricas positivas (iones positivos o
cationes), con defecto de electrones< en el polo positivo (+) de la propia fuente de FEM.
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Figura 1. Diferencial de Potencial
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Corriente eléctrica
La corriente eléctrica es el flujo de portadores de carga eléctrica, normalmente a través de
un cable metálico o cualquier otro conductor eléctrico, debido a la diferencia de potencial
creada por un generador de corriente. Una corriente eléctrica, puesto que se trata de un
movimiento de cargas, produce un magnético. En el Sistema Internacional de Unidades,
la unidad de medida de la intensidad de corriente eléctrica es el amperio, representado
con el símbolo A. El aparato utilizado para medir corrientes eléctricas pequeñas es el
galvanómetro. Cuando la intensidad a medir supera el límite que los galvanómetros, que
por sus características, aceptan, se utiliza el Amperímetro.
J: Densidad de corriente
N: Vector normal
Tipos de corriente
Corriente continúa
La corriente continua es el flujo continuo de electrones a través de un conductor entre dos
puntos de distinto potencial. A diferencia de la corriente alterna, en la corriente continua
las cargas eléctricas circulan siempre en la misma dirección (es decir, los terminales de
mayor y de menor potencial son siempre los mismos). Aunque comúnmente se identifica
la corriente continúa con la corriente constante (por ejemplo la suministrada por una
batería), es continua toda corriente que mantenga siempre la misma polaridad.
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Corriente Alterna
Se denomina corriente alterna a la corriente eléctrica en la que la magnitud y dirección
varían cíclicamente. La forma de onda de la corriente alterna más comúnmente utilizada
es la de una onda senoidal (grafico 3), puesto que se consigue una transmisión más
eficiente de la energía. Sin embargo, en ciertas aplicaciones se utilizan otras formas de
onda periódicas, tales como la triangular o la cuadrada. Utilizada genéricamente, la CA se
refiere a la forma en la cual la electricidad llega a los hogares y a las empresas. Sin
embargo, las señales de audio y de radio transmitidas por los cables eléctricos, son
también ejemplos de corriente alterna. En estos usos, el fin más importante suele ser la
transmisión y recuperación de la información codificada (o modulada) sobre la señal de la
CA.
Resistores
Se denomina resistor al componente electrónico diseñado para introducir una resistencia
eléctrica determinada entre dos puntos de un circuito. En el propio argot eléctrico y
electrónico, son conocidos simplemente como resistencias. En otros casos, como en las
planchas, calentadores, etc., se emplean resistencias para producir calor aprovechando el
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Figura 2. Voltaje vs tiempo (corriente continua)
Figura 3. Voltaje vs tiempo (corriente alterna)
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Joule. Es un material formado por carbón y otros elementos resistivos para disminuir la
corriente que pasa. Se opone al paso de la corriente.
TIPOS DE RESISTORES
Reóstato
Es un resistor de resistencia variable. Es por tanto un tipo constructivo concreto de
potenciómetro (resistencia variable) que recibe comúnmente este nombre en vez del de
potenciómetro al tratarse de un dispositivo capaz de soportar tensiones y corrientes
muchísimo mayores, y de disipar potencias muy grandes.
Los reóstatos (ver figura 4.) son usados en ingeniería eléctrica en tareas tales como el
arranque de motores o cualquier tipo de tarea que requiera variación de resistencia en
condiciones de elevada tensión o corriente.
Resistores de Carbón
Los resistores de carbón (ver figura 5.) están construidos con carbón o grafito y son los
más utilizados. Hay dos tipos de resistores de carbón, los resistores aglomerados y
resistores de capa de carbón, que se describen a continuación. Resistores aglomerados.
Los resistores aglomerados se construyen en forma de barra cilíndrica con una mezcla
homogénea de grafito o carbón y resina aglomerante en proporciones adecuadas para
obtener una determinada gama de resistencias. En los extremos de la barra se montan a
presión unos casquillos a los cuales se sueldan los terminales. El conjunto se recubre con
una resina o se plastifica. Sus principales características son:
Robustez mecánica y eléctrica.
Elevado nivel de ruido.
Bajo coeficiente de temperatura.
Resistores de capa de carbón
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Ley de Ohm
La ley de Ohm relaciona el valor de la resistencia de un conductor con la intensidad de
corriente que lo atraviesa y con la diferencia de potencial entre sus extremos. En el gráfico
vemos un circuito con una resistencia y una pila. Observamos un amperímetro que nos
medirá la intensidad de corriente, I. El voltaje que proporciona la pila V, expresado en
voltios, esta intensidad de corriente, medido en amperios, y el valor de la resistencia en
ohmios, se relacionan por la ley de Ohm, que aparece en el centro del circuito. La ley de
ohm está dada por la siguiente fórmula:
Deducción de la Ley de ohm
Como ya se destacó anteriormente, las evidencias empíricas mostraban que (vector
densidad de corriente) es directamente proporcional a (vector campo eléctrico). Para
escribir ésta relación en forma de ecuación es necesario agregar una constante arbitraria,
que posteriormente se llamó factor de conductividad eléctrica y que
Como los vectores y son paralelos su producto escalar coincide con el producto de
sus magnitudes, además integrando ambos miembros en la longitud del conductor:
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Figura 4. Reóstato Figura 5. Resistor de carbón
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:
Donde φ1 − φ2 representa la diferencia de potencial entre los puntos 1 y 2, y ξ representa
la Fem; por tanto, podemos escribir:
Donde U12 representa la caída de potencial entre los puntos 1 y 2.
Donde σ representa la conductividad, y su inversa representa la resistividad ρ = 1/σ
Circuitos Paralelo:
Sedefine un circuito paralelo como aquel circuito en el que la corriente eléctrica se
bifurca en cada nodo. Su característica mas importante es el hecho de que el potencial en
cada elemento del circuito tienen la misma diferencia de potencial.
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Figura 7. Aplicación de la Ley de Ohm
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Donde en general
V1=V2=V3=V4=…….Vn V= Voltaje de la fuente
I= I1+ I2+ I3+ I4+ …......+In I=Corriente de la fuente
Circuitos serie:
Se define un circuito serie como aquel circuito en el que la corriente eléctrica solo tiene
un solo camino para llegar al punto de partida, sin importar los elementos intermedios. En
el caso concreto de solo arreglos de resistencias la corriente eléctrica es la misma en
todos los puntos del circuito.
Donde Ii es la corriente en la resistencia Ri , V el voltaje de la fuente. Aquí observamos
que en general:
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Un circuito es una red eléctrica (interconexión de dos o más componentes, tales como
resistencias, inductores, condensadores, fuentes, interruptores y semiconductores) que
contiene al menos una trayectoria cerrada. Los circuitos que contienen solo fuentes,
componentes lineales (resistores, condensadores, inductores), y elementos de
distribución lineales (líneas de transmisión o cables) pueden analizarse por métodos
algebraicos para determinar su comportamiento en corriente directa o en corriente alterna.
Un circuito que tiene componentes electrónicos es denominado un circuito electrónico.
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III.- PARTE EXPERIMENTAL
MATERIALES Y EQUIPOS
una fuente de corriente continua (6V)
un reóstato para utilizarlo como potenciómetro
un amperímetro de 0 – 1 A
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un voltímetro de 0 – 10 V
una caja con tres elementos para obtener caracterististicas y dos resistencias de valores dados
ocho cables dos hojas de papel milimetrado
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un osciloscopio de dos canales de 25 MHz, Elenco S1325
un transformador 220/6V, 60 Hz
PROCEDIMIENTO
Primera parte: Determinación de las curvas usando voltímetro y amperímetro
1. Indique en la caja de cinco elementos, los elementos incógnita cuyas características
no s proponemos investigar: E1, E2, E3. observe también que hay una resistencia de
1Ω y una de 100 Ω. En esta primera parte solo se usaran E1, E2, E3.
2. Arme el circuito como se muestra en la figura 1 y regule la fuente para que entregue
6V
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3. Gire el cursor del potenciómetro a fin de que la tensión de salida sea nula.
4. Conecte los puntos a y b a la lámpara E1 a fin de averiguar el comportamiento de la
resistencia de su filamento.
5. Varié el cursor del reóstato para medir la intensidad de corriente que circula por el
filamento del foco cuando la diferencia de potencial es de 1 voltio.
6. Mida el valor de la corriente cuando la diferencia de potencial es 2, 3, 4, 5 y 6 V
7. Repetir los pasos 4, 5 y 6 par ala resistencia del carbón E2
8. Repita los pasos 4, 5 y 6 para el diodo E3 pero teniendo cuidado de no pasar de
0.9A, obtenga los datos de voltaje para corrientes de 0.0; 0.1; 0.2,…..0.9.
Segunda parte: observación de las curvas características I vs. V usando el
osciloscopio.
9. Usando el transformador 220/6V,
ensamble el circuito, en este caso R
es la resistencia conocida de 1 Ω.
Coloque 21 del osciloscopio en CHA
para observar la independencia
respecto del tiempo del voltaje a
través del filamento del foco.
Coloque el control 21 en CHB para
observar la dependencia de la
corriente a través del filamento del
foco.
10. Use el osciloscopio en el modo XY,
es decir control 30 en la posición
adentro, 24 en CHA y 21 en CHB. El
control 16 debe estar en posición afuera
observara la dependencia 1 vs. V para el
filamento del foco.
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11. Monte el circuito de la figura mostrada para estudiar la curva característica I vs. V
de la resistencia de carbón .En este circuito R es el elemento E2.
12. Establezca el circuito de la figura mostrada para estudiar la curva característica I vs.
V de un diodo de unión E3.
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IV.- CALCULOS YRESULTADOS
1. Haga una tabla de 3 columnas indicando el voltaje nominal, del multimetro y del osciloscopio de cada salida de la fuente.
VOLTAJE NOMINAL VOLTAJE DEL MULTIMETRO VOLTAJE DEL OSCILOSCOPIO
3v 1.85v 1.85v
4.5v 3.29v 3.25v
6v 4.38v 4.4v
7.v5 6.23v 6.25v
8v 7.7v 7.6v
12v 9.16v 9.25v
14v 13.61v 13.5v
2. ¿Es realmente constante el voltaje dado por cada salida de la fuente?
Con los resultados obtenidos y por lo visto en la tabla el voltaje es constante para el multimetro y el osciloscopio con un pequeño grado de imprecisión pero que no se acercan con el dato del voltaje nominal ya que por fallas del aparato debido al tiempo de uso a bajado su rendimiento.
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3. ¿Cuál es el periodo del voltaje alterno dado por el transformador de 6 voltios .Diga el numero de divisiones cuando el interruptor 28 está en posición 1ms/div, 2ms/div, 5ms/div. Cuál es la frecuencia medida?
Fuente de
voltaje
Osciloscopio(div)Periodo
(ms)Frecuencia
(Hrz)1ms/div 2ms/div 5ms/div
6v 16 8 3.2 18 55.5
4. El graficador xy cuando el interruptor esta en posición "adentro".
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5. El graficador xy cuando el interruptor esta en posición "afuera".
V.- CONCLUSIONES:
Se aprendió el manejo del osciloscopio como instrumento de medición.
Se identificó los controles e interruptores del osciloscopio así como también lasfunciones que desempeñan en el mismo.
Se midió el voltaje de la fuente con ayuda del osciloscopio y estos resultados al ser comparados con los valores nominales (del fabricante) resultaron ser aproximadamente iguales, la interpretación de que el voltaje obtenido por el osciloscopio sea menor que el nominal nos da a entender que la fuente ya sufre de imperfectos debido al desgaste del material.
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VI.- RECOMENDACIONES:
El osciloscopio es un instrumento muy versátil, es por ello que es importante elestudio de su funcionamiento. Un osciloscopio puede medir un gran número defenómenos, si este está provisto del transductor adecuado (un elemento queconvierte una magnitud física en señal eléctrica) será capaz de darnos el valor deuna presión, ritmo cardiaco, potencia de sonido, nivel de vibraciones en un coche,etc.
Se recomienda no demorar mucho al momento de medir el voltaje de la pila, yaque esta se puede gastar con el tiempo de uso (el voltaje disminuye).
Se aconseja estudiar la guía del presente laboratorio ya que al hacer una malaconexión de los cables, los valores obtenidos no serían los correctos y se tendríaque repetir el laboratorio.
VII.- REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS R. A. Serway, FISICA, Tomo II, 5ª. Edición.McGraw Hill, 2000, Secciones
23.5,6 y 25.1,3,6,9.
S. Lea and J. Burke, PHYSICS, The Nature of Things, Brooks/Cole Publishing Company, 1997, Sección 23.2,3 y 25.2,4,6.
P.M. Fishbane, S. Gasiorowicz, S. T. Thornton, PHYSICS For Scientist and Engineers, Prentice Hall, 1996, Secciones 23.2 y 25.2,3,4,5.
Halliday, Resnick, Walker. “Fundamentos de Física“, vol.2 sexta edición.
CECSA.
Edward M. Purcell, “Electricidad y Magnetismo”, segunda edición, Editorial
Reverte S.A.
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