UNI-FIM INFORME DE LABORATORIO FISICA III
NDICE
OBJETIVOS..2
FUNDAMENTO TERICO....3
PROCEDIMIENTO......6
HOJA DE DATOS..11
CLCULOS Y RESULTADOS.12
CUESTIONARIO14
CONCLUSIONES17
BIBLIOGRAFA.18
INFORME DE LABORATORIO N3CURVAS CARACTERSTICAS
VOLTAJE-CORRIENTE
OBJETIVOSEn este experimento, se busca obtener las diversas
grficas voltaje-corriente de elementos resistivos y a partir de las
cuales analizar las caractersticas fundamentales de cada elemento,
as como la funcin.Finalmente, con los resultados obtenidos,
destacar los tipos de ondas que existen para diferentes voltajes y
corrientes.
FUNDAMENTO TERICOPotencial elctricoLa diferencia de potencial
entre dos puntos A y B de un campo elctrico es un valor escalar que
indica el trabajo que se debe realizar para mover una carga q0
desde A hasta B. La unidad en la que se mide el potencial es el
Voltio o Volt.
El potencial es una medida que se suele usar de forma relativa
(entre dos puntos) y por eso se la llama diferencia de potencial.
Tambin es posible definir al potencial absoluto en un punto como el
trabajo para mover una carga desde el infinito hasta ese punto.Si
dos puntos entre los cuales hay una diferencia de potencial estn
unidos por un conductor, se produce un movimiento de cargas
elctricas generando una corriente elctrica.
Corriente elctricaAlgunos materiales como los "conductores"
tienen electrones libres que pasan con facilidad de un tomo a
otro.Estos electrones libres, si se mueven en una misma direccin
conforme saltan de un tomo a tomo, se vuelven en su conjunto, una
corriente elctrica.Para lograr que este movimiento de electrones se
de en un sentido o direccin, es necesario una fuente de energa
externa.Cuando se coloca un material elctricamente neutro entre dos
cuerpos cargados con diferente potencial (tienen diferente carga),
los electrones se movern desde el cuerpo con potencial ms negativo
hacia el cuerpo con potencia ms positivo. (Ver la figura 1)
Figura 1. Movimiento de los electrones
Resistencia elctricaLa resistencia elctrica de un objeto es una
medida de su oposicin al paso de corriente. La resistencia de
cualquier objeto depende nicamente de su geometra y de su
resistividad, por geometra se entiende a la longitud y el rea del
objeto mientras que la resistividad es un parmetro que depende del
material del objeto y de la temperatura a la cual se encuentra
sometido. Esto significa que, dada una temperatura y un material,
la resistencia es un valor que se mantendr constante. Adems, de
acuerdo con la ley de Ohm establece que la intensidad elctrica que
circula entre dos puntos de un circuito elctrico es directamente
proporcional a la tensin elctrica entre dichos puntos, existiendo
una constante de proporcionalidad entre estas dos magnitudes. Dicha
constante de proporcionalidad es la conductancia elctrica, que es
inversa a la resistencia elctrica. La ecuacin matemtica que
describe esta relacin es:=.=Donde, I es la corriente que pasa a
travs del objeto en amperios, V es la diferencia de potencial de
las terminales del objeto en voltios, G es la conductancia en
siemens y R es la resistencia en ohmios (). Ley de Ohm Consideremos
un conductor cuya seccin transversal tiene un rea A, que conduce
una corriente I. Podemos definir la Densidad de Corriente J como la
corriente que circula por el conductor por unidad de rea, es decir:
| |= Cuando se mantiene una diferencia de potencial entre los
extremos de un conductor, se establece en l una densidad de
corriente J. La Ley de Ohm establece que en algunos materiales,
(denominados lineales, en los cuales estn incluidos la mayora de
los metales) se cumple una relacin lineal entre el campo elctrico E
y la densidad de corriente J de la forma: = Donde es la
conductividad del conductor y es independiente del campo elctrico
que produce la corriente. A los materiales que cumplen la ley de
Ohm, se les llama hmicos. Una forma alternativa de la Ley de Ohm
(til en aplicaciones prcticas) puede obtenerse considerando un
segmento de alambre recto de rea de seccin transversal A y longitud
L. Entonces si se establece una diferencia de potencial V = Vb Va
entre los extremos del alambre, se genera un campo elctrico que
provocar una corriente por el conductor. Si el campo elctrico en el
conductor se supone uniforme, la diferencia de potencial se
relaciona con el campo elctrico por medio de la relacin: = .Por lo
tanto, podemos expresar la densidad de corriente en el conductor en
la forma = = / En trminos de la corriente la diferencia de
potencial puede escribirse como: ==()Definiendo la resistencia del
conductor como: =A Se obtiene la ley de Ohm para un conductor
hmico: = .
Elementos hmicos Son todos aquellos que verifican la ley de Ohm;
existe una relacin Lineal entre el voltaje y la corriente; la
pendiente de la grfica obtenida es la resistencia que permanece
constante
Figura 2. Comportamiento hmico de un material
Elementos No hmicos Son todos aquellos que no verifican la ley
de Ohm; no existe una relacin Lineal entre el voltaje y la
intensidad de corriente; por ello la pendiente de estas graficas no
es constante y esto implica que la resistencia sea variable.
Figura 3. Comportamiento no hmico de un material
PROCEDIMIENTO
Primera parte: Determinacin de las curvas usando voltmetro y
ampermetro
1. Indique en la caja de cinco elementos, los elementos incgnita
cuyas caractersticas no s proponemos investigar: E1, E2, E3.
Observe tambin que hay una resistencia de 1 y una de 100 . En esta
primera parte solo se usaran E1, E2, E3. (Ver figura 8)
Definimos el elemento E1 como el filamento de un foco. Definimos
el elemento E2 como el resistor de carbn. Definimos el elemento E3
como el Diodo.
Figura 4. Caja con distintos elementos descritos en el punto
uno.
2. Arme el circuito como se muestra en la figura y regule la
fuente para que entregue 6V.Se observa que la tensin de salida es
6v como se indica en la gua. (Ver figura 9)
Figura 5. Medicin de la tensin de salida usando el voltmetro
3. Gire el cursor del potencimetro a fin de que la tensin de
salida sea nula. Esto se puede apreciar en la figura 10.
Figura 6. Potencimetro marcando 0.7
4. Conecte los puntos a y b a la lmpara E1 a fin de averiguar el
comportamiento de la resistencia de su filamento. La intensidad del
foco aumenta5. Vari el cursor del restato (Ver figura 11 Y 12) para
medir la intensidad de corriente que circula por el filamento del
foco cuando la diferencia de potencial es de 1 voltio.
Figura 8: Reostato,vista de perfil.
Figura 7: Reostato.
6. Mida el valor de la corriente cuando la diferencia de
potencial es 2, 3, 4, 5 y 6 V Como se muestra en la figura 13, la
corriente es 0.16A para una diferencia de potencial de 2V, el mismo
proceso se dar para una diferencia de potencial de 3,4,5 y 6 V
Figura 9. Corriente elctrica para 2V
7. Repetir los pasos 4, 5 y 6 para la resistencia del carbn E2.
Determinando las corrientes para la resistencia de carbn. Ver
figura 14
Figura. 10. Corriente elctrica para una diferencia de potencial
de 6V
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: observacin de las curvas caractersticas 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 . Coloque 21 del
osciloscopio en CHA para observar la independencia respecto del
tiempo del voltaje a travs del filamento del foco. Coloque el
control 21 en CHB para observar la dependencia de la corriente a
travs del filamento del foco. (Ver figura 15.)
Figura 11. Circuito con transformador y osciloscopio para
determinar la curva caracterstica I vs V de un filamento de
tungsteno.
10. Use el osciloscopio en el modo XY, es decir control 30 en la
posicin adentro, 24 en CHA y 21 en CHB. El control 16 debe estar en
posicin afuera observara la dependencia I vs. V para el filamento
del foco. (Ver figura 16)
Figura 12. Grfica I vs V que genera el osciloscopio
11. Monte el circuito de la figura mostrada para estudiar la
curva caracterstica I vs. V de la resistencia de carbn .En este
circuito R es el elemento E2.
Figura 13. Grafica que genera el osciloscopio
12. Establezca el circuito de la figura mostrada para estudiar
la curva caracterstica I vs. V de un diodo de unin E3. (Ver figura
18)
Figura 14. Grafica que genera el osciloscopio.
HOJA DE DATOS
CLCULOS Y RESULTADOSGrfica 1. I vs V para la resistencia 1
R1 = 1.667
Grfica 2. I vs V para la resistencia 2
R2 = 118.02
Grfica 3. I vs V para el foco
R3 = 1.0624
CUESTIONARIO1. Grafique con los valores obtenidos en los pasos
4, 5, 6 y 7 del manual del laboratorio. (Ver clculos y resultados)
2. En cul de los elementos se cumple la ley de Ohm y en cual no?
Explique su respuesta. Segn la graficas 1, 2 y 3 se concluye que
tanto E1, E 2 y E3 son materiales hmicos, pero el diodo no. La ley
de Ohm establece una relacin de proporcionalidad directa entre
voltaje y corriente para ciertos materiales, se dice que un
conductor es hmico cuando la curva caracterstica de este resulta
ser una recta que pasa por el origen. 3. Para una diferencia de
potencial de 0.8 voltios. Halle la resistencia de los tres
elementos E1, E 2 y E3.Segn las grficas hallamos el valor promedio
de los dos primero elementos:I1(0.8)=0.024(0.8) + 0.1193=0.1385
AR1=1/0.024= 41,67 I2 (0.8) = 0.0223(0.8) - 0.0047 = 0.01314
AR2=44.84 El valor de la resistencia del tercer elemento (diodo) se
halla utilizando la grficaI3 (0.8) = (e17.769*0.8)4*10-7A = 0.5965
A R3=0.8/0.5965=1.34
4. En el o los casos en que la curva obtenida en el osciloscopio
sea una recta. Determine el valor de la pendiente de la recta y por
lo tanto la resistencia del elemento. Compare con el valor obtenido
manualmente con el voltmetro y el ampermetro.
Grfica del Foco
Grfica Resistencia
Grfica DiodoNo tenemos nada que comparar puesto que el
osciloscopio no funciona como debera ya que no se obtienen rectas
con pendientes apropiadas.
5. En el caso del diodo. Existe un valor crtico a partir del
cual empieza a conducir corriente? Si es as cual es ese valor?Segn
la grafica del diodo vemos que existe un valor a partir del cual la
curva asciende bruscamente. Esto ocurre en el intervalo [0.62; 0.9]
V. Entonces existe un voltaje crtico para el diodo, el cual es 0.62
V.
CONCLUSIONES
Para cargas puntuales en cualquier extremo, las curvas
equipotenciales cercanas tienden a ser elpticas.
Para cargas en forma de anillo, las curvas equipotenciales
cercanas tienden a ser elpticas pero ms cerradas alrededor del
anillo.
Para cargas en forma de placa, las curvas equipotenciales
cercanas tienden a ser paralelas a la placa.
Para combinaciones de cargas, las curvas equipotenciales
cercanas a los extremos tienden a tomar forma a lo anterior
descrito apacigundose tomando forma de transicin en los puntos
medios entre las cargas.
BIBLIOGRAFA
1. Manual de laboratorio de fsica general. Lima FC UNI 2004.
Pg.: Desde 114 hasta 119.
2. Sears Zemansky Young Freedman Fsica Universitaria Vol. 2 Pg.
890, 891 undcima edicin Pearson educacin, Inc. 2004.
3.
http://www.monografias.com/trabajos47/curvas-equipotenciales/curvas-equipotenciales2.shtml#procedim5
