Universidad Nacional de IngenieraFacultad de Ingeniera Qumica y Textil

rea acadmica de ciencias bsicas

Informe N 3Curvas caractersticasVoltaje - Corriente

FI-403ARealizado por: Mesa: H2Cuicapuza Araujo, Rafael Soto Moreno, Miguel EduardoWong Muoz, Carlos Esteban NOTA DEL INFORMEProfesores responsables de la prctica:Altuna Daz, Isaac GabrielReyes Guerrero, Reynaldo Gregorino

Periodo Acadmico: 2012-1Fecha de realizacin de la prctica: 23/04/12Fecha de presentacin del informe: 21/05/12

Lima - Per1. OBJETIVO. Realizar la medicin de voltaje y corriente a travs de distintos elementos resistivos, para as obtener sus grficas y estudiar sus caractersticas. Comprobar si los elementos resistivos cumplen o no la ley de Ohm.

2. FUNDAMENTO TERICO.Corriente elctricaLa corriente o intensidad elctrica es el flujo de carga por unidad de tiempo que recorre un material. Se debe al movimiento de los electrones en el interior del material. En el Sistema Internacional de Unidades se expresa en C/s (culombios sobre segundo), unidad que se denomina amperio. El instrumento usado para medir la intensidad de la corriente elctrica es el galvanmetro que, calibrado en amperios, se llama ampermetro, colocado en serie con el conductor cuya intensidad se desea medir.

Conduccin elctricaUn material conductor posee gran cantidad de electrones libres, por lo que es posible el paso de la electricidad a travs del mismo. Los electrones libres, aunque existen en el material, no se puede decir que pertenezcan a algn tomo determinado.Una corriente de electricidad existe en un lugar cuando una carga neta se transporta desde ese lugar a otro en dicha regin. Supongamos que la carga se mueve a travs de un alambre. Si la carga q se transporta a travs de una seccin transversal dada del alambre, en un tiempo t, entonces la intensidad de corriente I, a travs del alambre es: Aqu q est dada en culombios, t en segundos, e I en amperios. Por lo cual, la equivalencia es: Si la intensidad permanece constante, en cuyo caso se denota Im, utilizando incrementos finitos de tiempo se puede definir como: Si la intensidad es variable la frmula anterior da el valor medio de la intensidad en el intervalo de tiempo considerado.ResistenciaLa 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 ().

DIODO Un diodo es un componente electrnico de dos terminales que permite la circulacin de la corriente elctrica a travs de l en un solo sentido. Este trmino generalmente se usa para referirse al diodo semiconductor, el ms comn en la actualidad; consta de una pieza de cristal semiconductor conectada a dos terminales elctricos. El diodo de vaco (que actualmente ya no se usa, excepto para tecnologas de alta potencia) es un tubo de vaco con dos electrodos: una lmina como nodo, y un ctodo.De forma simplificada, la curva caracterstica de un diodo (I-V) consta de dos regiones: por debajo de cierta diferencia de potencial, se comporta como un circuito abierto (no conduce), y por encima de ella como un circuito cerrado con una resistencia elctrica muy pequea. Debido a este comportamiento, se les suele denominar rectificadores, ya que son dispositivos capaces de suprimir la parte negativa de cualquier seal, como paso inicial para convertir una corriente alterna en corriente continua. I aumenta de forma exponencial con el incremento de V; para potenciales negativos, la corriente es extremadamente pequea. As, una diferencia de potencial positiva V ocasiona que la corriente fluya en la direccin positiva, pero una diferencia de potencial negativa origina poca o ninguna corriente.

ResistoresSon dispositivos electrnicos que poseen un valor especfico de resistencia. Segn el material del cual estn hechos pueden ser: Resistores de alambre: alambre de nicromo enrollado alrededor de un ncleo aislante. Resistores de carbn: Se construyen de carbn o de grafito granulado que se encierra en un tubo de plstico endurecido.Adems existen resistores que pueden varan el valor de su resistencia, estos se denominan resistencia variable. Potencimetro: cuando se conecta en serie a un circuito elctrico, mediante este es posible regular el voltaje. Restato: Se conecta en paralelo a un circuito elctrico de tal manera que regula la corriente que pasa por l.3. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Y DATOS OBTENIDOS.3.1. Equipos y materiales: Una fuente de corriente continua (6V) Un restato que es utilizado como potencimetro Un ampermetro de 0 1 A Un voltmetro de 0 10 V Una caja con tres elementos y dos resistencias de valores dados Ocho cables Un transformador 220/6V, 60 Hz3.2. Procedimiento experimental.3.2.1. Determinacin de las curvas usando voltmetro y ampermetro. Primero identificamos los elementos incgnita cuyas curvas caractersticas nos proponemos a investigar; un foco, un diodo y una resistencia. Luego armamos el circuito como se muestra en la figura regulando la fuente para que entregue 6V. Giramos el cursor del restato a fin de que el voltaje medido sea nulo. Al tener el sistema listo, conectamos los puntos a y b al foco a fin de averiguar el comportamiento de la resistencia de su filamento. Variamos el cursor del restato para medir la intensidad de corriente que circula por el filamento del foquito cuando la diferencia de potencial va de 0 a 6V as llenando los valores de las intensidades de corriente medidas por el multitster en la tabla adjunta. Repetimos los pasos anteriores para la resistencia. Por ltimo repetimos los ltimo pasos para el diodo pero teniendo cuidado de no pasar de 0.9A, ya que el diodo se quema. As obtuvimos los datos de voltaje para corrientes que varan de 0.01 hasta 0.9 A.

3.3. Datos obtenidos:Universidad Nacional de IngenieraFacultad de Ingeniera Qumica y Textil

Laboratorio N 3 Curvas caractersticas Voltaje - corrientePgina 6

Elemento: FOCOVoltaje Aplicado (En Voltios)Corriente(En Amperios)

0.00.00

1.00.11

2.00.16

2.50.18

3.00.20

3.50.21

4.00.23

4.50.25

5.00.26

6.00.29

Elemento: RESISTENCIA 47 Voltaje Aplicado (En Voltios)Corriente(En Amperios)

0.00.00

1.00.02

2.00.04

2.50.05

3.00.06

3.50.07

4.00.08

4.50.09

5.00.10

6.00.13

Elemento: DIODOVoltaje Aplicado (En Voltios)Corriente(En Amperios)

0.5500.01

0.6000.02

0.6300.04

0.6500.06

0.6800.08

0.7000.10

0.7500.20

0.7750.30

0.8000.60

0.8250.90

4. CLCULOS Y ERRORES.Para la resistenciaLa resistencia utilizada tena como valor dado 47 , segn nuestros datos, la recta ajustada que cumple con la ley de ohm sera:I = 0.0209V - 0.0019 ADespreciando el -0.0019, tendramos que la resistencia experimental es 47.847 . Con esto podemos calcular un error.Error = 1,8%Para el diodoEl modelo matemtico ms empleado es el de Shockley (en honor a William Bradford Shockley) que permite aproximar el comportamiento del diodo en la mayora de las aplicaciones. La ecuacin que liga la intensidad de corriente y la diferencia de potencial es: Donde: I es la intensidad de la corriente que atraviesa el diodo VD es la diferencia de tensin entre sus extremos. IS es la corriente de saturacin (aproximadamente ) n es el coeficiente de emisin, dependiente del proceso de fabricacin del diodo y que suele adoptar valores entre 1 (para el germanio) y del orden de 2 (para el silicio). El Voltaje trmico VT es aproximadamente 25.85mV en 300K, una temperatura cercana a la temperatura ambiente. Para cada temperatura existe una constante conocida definida por:Con y .Para voltajes pequeos en la regin de polarizacin directa, se puede eliminar el -1 de la ecuacin, quedando como resultado:

Se observa claramente que la ecuacin tiene la forma I = a e V/b, tomando logaritmo neperiano para obtener los coeficiente a y b, la expresin quedara Ln(I) = V/b + Ln (a)Que vendra a ser la ecuacin de una recta.

V(Voltios)I (Amperios)Ln (I)

0,550,01-4,60517019

0,60,02-3,91202301

0,630,04-3,21887582

0,650,06-2,81341072

0,680,08-2,52572864

0,70,1-2,30258509

0,750,2-1,60943791

0,7750,3-1,2039728

0,80,6-0,51082562

0,8250,9-0,10536052

La ecuacin quedara: De la ecuacin obtenemos que 1/b = 15.865 por lo tanto b = 0.0630 y a = e-13.322 = 1.6381x10-6. El comportamiento del diodo estara dado por la expresin: I = 1.638x10-6(eV/0.0630)

Comparando esta ecuacin con la ecuacin del comportamiento de un diodo ideal tendramos lo siguiente:T = 27 C, IS = 1.2x10-11A, n = 1 nos quedara la expresin:

(Ecuacin del comportamiento ideal del diodo)I = 1.2x10-12(eV/0.026 -1)

5. GRFICAS.Curva caracterstica del foco

Curva caracterstica de la resistencia

Curva aproximada de Shockley para el diodo

Comparacin en el diodo entre ideal y experimentalUniversidad Nacional de IngenieraFacultad de Ingeniera Qumica y Textil

a. Laboratorio N 3 Curvas caractersticas Voltaje - corrientePgina 10

Universidad Nacional de IngenieraFacultad de Ingeniera Qumica y Textil

Laboratorio N 3 Curvas caractersticas Voltaje - corrientePgina 11

Curva caracterstica del diodo y anlisis de tensiones

Se observa claramente que el diodo posee una tensin umbral (0.65V) a partir de la cual variando muy poco el valor de la tensin aumenta mucho la intensidad, tambin posee una tensin mxima de 0.825V.Podemos determinar aproximadamente su resistencia interna de la siguiente manera:

Universidad Nacional de IngenieraFacultad de Ingeniera Qumica y Textil

Laboratorio N 3 Curvas caractersticas Voltaje - corrientePgina 11

RB = RB = (0.175/0.84) RB = 0.21

6. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES. Si el dispositivo mide voltaje y no pasa corriente entonces se debe invertir lapolaridad. Tanto el foco como la resistencia de carbn son materiales hmicos El hecho de que la grafica del Diodo sea una curva nos dice que no obedece a la ley de Ohm y que la resistencia del diodo cambia en cada punto diferente de la curva, esto es, mientras ms inclinada sea la curva menor ser la resistencia. La grafica tambin nos dice que con mnima necesidad de tensin, circula gran cantidad de corriente. El diodo puede soportar una intensidad mxima de 0.9 A a 0.825 V, la potencia que disipa el diodo en forma de calor es PMAX= 0.74W. Si el diodo llegara a conducir una corriente mayor a 0.9 A, el diodo se fundira por el efecto Joule. 8. BIBLIOGRAFA Sears, Zemansky; Young, Fredman Fsica Universitaria Vol. 2Undcima edicin.Pg. 943-953 RESNICK, Robert; HOLLIDAY DavidFsica para Ciencias e Ingeniera (Volumen 2)Pginas: 127-137 http://www.laserfocusworld.com/articles/print/volume-48/issue-04/features/smart-photonic-textiles-begin-to-weave-their-magic.html D. Graham-Rowe, Nature Photon., 1, 1, 67 (2007). K.L. Yi Yang et al., Light-Emitting Diodes: Research, Manufacturing, and Applications IX, Proc. SPIE, Vol. 5739 (Mar. 7, 2005). K.H. Cherenack et al., IEEE Electron Dev. Lett., 31, 7, 740742 (2010). www.photonics21.org/uploads/4Y4g2K7ElX.pdf

Laboratorio N 3 Curvas caractersticas Voltaje - corrientePgina 12