7/29/2019 L4BoR4ToR10 3 - F1S1C4 3.doc

1/19

[ LEY DE OHM]Fundamentalmente, los circuitos elctricos son un medio de transportar energa de un lugar a otro. A medida que laspartculas se desplazan por un circuito, la energa potencial elctrica se transfiere de una fuente (como una batera oun generador) a un dispositivo en el que se almacena o se convierte en otra forma: sonido en un equipoestereofnico, o calor y luz en un tostador.Para poder estudiarlos y obtener cantidades medible como corriente voltaje y resistencia que son componentes queintervienen en un circuito son factibles gracias a la ley de ohm.

7/29/2019 L4BoR4ToR10 3 - F1S1C4 3.doc

2/19

LABORATORIO N 3

(LEY OHM)

1. OBJETIVOS:

Comprobar la ley de Ohm, que es demostrad con la ayuda de un alambre cromo

nquel y una resistencia.

Medir resistencias elctricas usando voltajes y corrientes.

Determinar la resistividad de conductores ohmicos.

2. EQUIPOS Y MATERIALES

EQUIPOS PROBABLES A USAR:

Fuente de poder:

Este dispositivo es capas de generar una diferencia potencial que permita generar unacorriente elctrica por los bornes este siempre tendr un borne positivo y un bornenegativa adicionalmente se le incluir un borne mas que actuara como tierra.

Multmetro digital:

Equipo de medicin diseado para medir corriente elctrica, para medir de forma

correcta la corriente que fluye por los dispositivos elctricos o circuito es necesariohacer la medicin colocando cada uno de sus extremos en serie todo ampermetro ensu interior cuenta con una pequea resistencia interna con una mnima de medicin queevita la cada de tensin.

Hojas de papel milimetrado:

El papel milimetrado es papel impreso con finas lneas entrecruzadas, separadas segnuna distancia determinada (normalmente 1 mm en la escala regular). Estas lneas seusan como guas de dibujo, especialmente para graficar funciones matemticas o datosexperimentales y diagramas. Se emplean en la enseanza de matemticas e ingeniera.

El Voltmetro:

Es un instrumento diseado especficamente para realizar la medicin de una diferenciapotencial, esta tambin posee una resistencia interna igual que el ampermetro con la

7/29/2019 L4BoR4ToR10 3 - F1S1C4 3.doc

3/19

diferencia de en vez de ser mnima esta deber ser mxima para realizar una correctamedicin de la diferencia potencial esta se debe hacer en forma paralela.

Tablero para conexiones (Protoboard Leybold):

Son placas de prueba con orificios conectados elctricamente entre s, habitualmentesiguiendo patrones de lneas, en el cual se pueden insertar componentes electrnicos ycables para el armado y prototipo de circuitos electrnicos y sistemas similares. Esthecho de dos materiales, un aislante, generalmente un plstico, y un conductor queconecta los diversos orificios entre s. Uno de sus usos principales es la creacin ycomprobacin de prototipos de circuitos electrnicos antes de llegar a la impresinmecnica del circuito en sistemas de produccin comercial.

Puente de Conexin:Permite la continuidad del circuito.

Resistencias (47,100)

Introduce una resistencia elctrica determinada entre dos puntos de un circuitoelctrico. Es un material formado por carbn y otros elementos resistivos para disminuirla corriente que pasa por los dispositivos electrnicos para evitar as su calentamiento yfuturo corto. La corriente mxima en un resistor viene condicionada por la mximapotencia que pueda disipar su cuerpo. Esta potencia se puede identificar visualmente a

partir del dimetro sin que sea necesaria otra indicacin. Se puede ver identificar elvalor de la resistencia identificando la banda de colores que poseen.

Interruptores

Es un dispositivo que permite desviar o interrumpir el curso de una corriente elctrica.En el mundo moderno sus tipos y aplicaciones son innumerables, van desde un simpleinterruptor que apaga o enciende un bombillo, hasta un complicado selector detransferencia automtico de mltiples capas controlado por computadora.Alambre de micrn

El nicromo o nicrom es una aleacin de nquel, cromo. La aleacin tipo est compuestade un 80% de nquel y un 20% de cromo. Es de color gris y resistente a la corrosin,con un punto de fusin cercano a los 1400 C. Por su gran resistividad y su difciloxidacin a altas temperaturas, es muy utilizado en la confeccin de resistencias paraelementos calefactores, como secadores de pelo, hornos elctricos, cautin y tostadoras.

http://es.wikipedia.org/wiki/Componente_electr%C3%B3nicohttp://es.wikipedia.org/wiki/Componente_electr%C3%B3nico

7/29/2019 L4BoR4ToR10 3 - F1S1C4 3.doc

4/19

Normalmente se enrolla en bobinas para desarrollar una resistencia elctrica quegenere el calor.Este material est conformado por distintos elementos que le permiten tener un puntode fusin elevado y poder por medio del fuego ser muy resistente.

3. FUNDAMENTOS TEORICOS:

LA CORRIENTE ELECTRICA:

Una corriente elctrica es todo movimiento de carga de una regin a otra. La granmayora de aplicaciones tecnolgicas de cargas en movimiento implican corrientes.

En la electrosttica el campo elctrico dentro de un conductor es igual a cero, y no haycorriente. Sin embargo, esto no significa que todas las cargas en el interior delconductor estn en reposo. En un metal comn, como el cobre o el aluminio, algunosde los electrones estn en libertad para moverse dentro del material conductor.No obstante, los electrones no escapan del material conductor, ya que son atradoshacia los iones positivos del material. El movimiento de los electrones es aleatorio, porlo que no hay un flujo neto de carga en ninguna direccin y, por consiguiente, no existecorriente.

Pero una partcula con carga en

movimiento en un conductor experimentacolisiones frecuentes con los iones masivosy casi estacionarios del material. En cadacolisin, la direccin en que se mueve lapartcula sufre un cambio aleatorio.

Este movimiento queda descrito entrminos de la velocidad de deriva de laspartculas. Como resultado, existe unacorriente neta en el conductor.

La razn es que el campo elctrico seestablece en el alambre conductor conuna rapidez cercana a la de la luz, y loselectrones comienzan a desplazarse a todolo largo del alambre casi al mismo tiempo.

7/29/2019 L4BoR4ToR10 3 - F1S1C4 3.doc

5/19

En realidad no es muy relevante el tiempo que toma a cualquier electrn individualtrasladarse del interruptor a la bombilla.

Fuerza Estable F= qE

DIRECCION DEL FLUJO DE CORRIENTE

La deriva de las cargas en movimiento a travs de un conductor puede interpretarse entrminos de trabajo y energa. El campo elctrico efecta trabajo sobre las cargas enmovimiento. La energa cintica resultante se transfiere al material del conductor pormedio de colisiones con los iones, los cuales vibran en torno a sus posiciones deequilibrio en la estructura cristalina del conductor. Esta transferencia de energa

incrementa la energa media de vibracin de los iones y, por lo tanto, la temperatura delmaterial. As, gran parte del trabajo realizado por el campo elctrico se dedica acalentar el conductor, no a hacer que las cargas se muevan cada vez ms rpido. Estecalentamiento a veces resulta til, como en el caso de un tostador elctrico, pero enmuchas situaciones es tan slo un subproducto inevitable del flujo de la corriente.

En distintos materiales que conducen corriente, las cargas de las partculas enmovimiento son positivas o negativas. En los metales las cargas en movimiento siempreson electrones (negativos), mientras que en un gas ionizado (plasma) o una solucininica, las cargas en movimiento incluyen tanto electrones como iones con carga

positiva.

Si las cargas en movimiento son positivas, la fuerza elctrica ocurre en la mismadireccin que y la velocidad de deriva es de izquierda a derecha. Si las cargas sonnegativas, la fuerza elctrica es opuesta y la velocidad de deriva es de derecha aizquierda. En ambos casos hay un flujo neto de carga positiva de izquierda a derecha, ylas cargas positivas terminan a la derecha de las negativas.

Definimos que la corriente, denotada por I, va en la direccin en la que hay un flujo decarga positiva. Por ello, las corrientes se describen como si consistieran por completo

en un flujo de cargas positivas, aun en los casos en que se sabe que la corriente real sedebe a electrones. Esta convencin sobre la direccin del flujo de la corriente se llamacorriente convencional.

Aunque la direccin de la corriente convencional no es necesariamente la misma enque se desplazan en realidad las partculas con carga, veremos que el signo de lascargas en movimiento tiene poca importancia en el anlisis de los circuitos elctricos.

7/29/2019 L4BoR4ToR10 3 - F1S1C4 3.doc

6/19

Definimos la corriente a travs del rea de seccin transversal A como la carga netaque fluye a travs del rea por unidad de tiempo. De esta forma, si una carga neta dQfluye a travs de un rea en el tiempo dt, la corriente I a travs del rea es

I = dQ / dt

RESISTIVIDAD

La resistividad de un material se define como la razn de las magnitudes del campoelctrico y la densidad de corriente:

Cuanto mayor sea la resistividad, tanto mayor ser el campo necesario para causar unadensidad de corriente dada, o tanto menor la densidad de corriente ocasionada por uncampo dado.El recproco de la resistividad es la conductividad.

RESITENCIA

Para un conductor con resistividad , con densidad de corriente en un punto, el campoelctrico est dado por

Cuando se cumple la ley de Ohm, es constante e independiente de la magnitud delcampo elctrico, por lo que es directamente proporcional J Sin embargo, es frecuenteque estemos ms interesados en el total de corriente en un conductor que en J, ytambin que tengamos ms inters en la diferencia de potencial entre las terminales del

7/29/2019 L4BoR4ToR10 3 - F1S1C4 3.doc

7/19

conductor que en E. Esto se debe en buena parte a que la corriente y la diferencia depotencial son mucho ms fciles de medir que J y E.

Suponga que nuestro conductor es un alambre con seccin transversal uniforme derea A y longitud L. Sea V la diferencia de potencial entre los extremos de mayor y

menor potencial del conductor, de manera que V es positiva.

La direccin de la corriente siempre va del extremo de mayor potencial al de menorpotencial. Esto se debe a que en un conductor la corriente fluye en direccin de sinimportar el signo de las cargas en movimiento, y porque apunta en la direccin delpotencial elctrico decreciente. A medida quela corriente fluye a travs de la diferencia depotencial, la energa potencial elctrica sepierde; esta

energa se transfiere a los iones del materialconductor durante las colisiones.

Tambin se puede relacionar el valor de lacorriente I con la diferencia de potencial entrelos extremos del conductor. Si las magnitudesde la densidad de corriente y el campoelctrico son uniformes a travs del conductor,la corriente total I est dada por I = JA, y ladiferencia de potencial V entre los extremos

es V = EL. Cuando se despejan J y E, respectivamente, en estas ecuaciones y sesustituyen los resultados en la ecuacin E= J, se obtiene lo siguiente:

La razn de V a I para un conductor particular se llama resistencia R:

R= V/IAl comprar esta definicin de R con la ecuacin, se observa que la resistencia R de unconductor particular se relaciona con la resistividad del material mediante laecuacin.

7/29/2019 L4BoR4ToR10 3 - F1S1C4 3.doc

8/19

FUERZA ELECTROMOTRIZ

En un circuito elctrico debe haber en algn punto de la espira un dispositivo que actecomo la bomba hidrulica de la fuente. En este dispositivo una carga viaja haciaarriba, del lugar donde hay menos energa potencial hacia donde hay ms, aun cuando

la fuerza electrosttica trate de llevarla de la mayor energa potencial a la menor. Ladireccin de la corriente en ese dispositivo es del potencial ms bajo al ms alto,exactamente lo opuesto de lo que ocurre en un conductor ordinario.

La influencia que hace que la corriente fluya del potencial menor al mayor se llamafuerza electromotriz (se abrevia fem). ste es un trmino inadecuado porque la fem noes una fuerza, sino una cantidad de energa por unidad de carga, como el potencial.

Todo circuito completo con corriente constante debe incluir algn dispositivo que proveauna fem. Tal dispositivo recibe el nombre de fuente de fem.

Todos estos dispositivos convierten energa de alguna forma (mecnica, qumica,trmica, etctera) en energa potencial elctrica y la transfieren al circuito al que estconectado el dispositivo.LEY DE OHM

Es una de las leyes fundamentales de la electrodinmica, estrechamente vinculada alos valores de las unidades bsicas presentes en cualquier circuito elctrico como son:

Tensin o voltaje "E", en volt (V). Intensidad de la corriente " I ", en ampere (A). Resistencia "R" en ohm () de la carga o consumidor conectado al circuito.

Teniendo en cuenta que es solo un modelo idealizado que describe muy bien elcomportamiento de ciertos materiales, pero no es una descripcin general de toda lamateria.

Debido a la existencia de materiales que dificultan ms que otros el paso de la corrienteelctrica a travs de los mismos, cuando el valor de su resistencia vara, el valor de la

intensidad de corriente en ampere tambin vara de forma inversamente proporcional.Es decir, a medida que la resistencia aumenta la corriente disminuye y, viceversa,cuando la resistencia al paso de la corriente disminuye la corriente aumenta, siempreque para ambos casos el valor de la tensin o voltaje se mantenga constante.

Por otro lado y de acuerdo con la propia Ley, el valor de la tensin o voltaje esdirectamente proporcional a la intensidad de la corriente; por tanto, si el voltaje aumenta

7/29/2019 L4BoR4ToR10 3 - F1S1C4 3.doc

9/19

o disminuye, el amperaje de la corriente que circula por el circuito aumentar odisminuir en la misma proporcin, siempre y cuando el valor de la resistenciaconectada al circuito se mantenga constante.

Postulado general de la Ley de Ohm

El flujo de corriente en ampere que circula por un circuito elctrico cerrado, esdirectamente proporcional a la tensin o voltaje aplicado, e inversamente proporcional ala resistencia en ohm de la carga que tiene conectada.

Frmula Matemtica General De Representacin De La Ley De Ohm

Desde el punto de vista matemtico el postulado anterior se

puede representar por medio de la siguiente FrmulaGeneral de la Ley de Ohm:

Variante prctica:

Aquellas personas menos relacionadas con el despeje de frmulas matemticaspueden realizar tambin los clculos de tensin, corriente y resistenciacorrespondientes a la Ley de Ohm, de una forma ms fcil utilizando el siguienterecurso prctico:

Con esta variante slo ser necesario tapar con un dedo la letra que representa el valorde la incgnita que queremos conocer y de inmediato quedar indicada con las otrasdos letras cul es la operacin matemtica que ser necesario realizar.

4. PROCEDIMIENTO:

1. Asegrese que el alambre de Nicrom, se encuentra enroscado en la porta-muestracermica, y lo llamaremos R, segn el circuito.

2. Arme el circuito mostrado en la figura N2, el interruptor debe estar en 0 (off).

I = E/ R

V = I X R

7/29/2019 L4BoR4ToR10 3 - F1S1C4 3.doc

10/19

3. Hacer un chequeo minucioso de todos los instrumentos de medicin y que estoshayan sido correctamente conectados.

4. Cierre el interruptor (s) del circuito.

5. Active la fuente y seleccione un nivel de voltaje U, anote este valor en la tabla N 1.

6. Mida con el voltmetro la cada de potencial (el voltaje a travs de resistencias),anote su resultado en la tabla N1.

7. Mida la corriente con el ampermetro que circula por la resistencia anote susresultados en la tabla.

7/29/2019 L4BoR4ToR10 3 - F1S1C4 3.doc

11/19

8. Repita los pasos (6) y (7) para varias lecturas de U, anote sus resultados en latabla.

9. En una hoja de papel milimetrado coloque los valores de voltaje (v) en el eje de lasordenadas y las corrientes (I) en las abscisas.

(ANEXOS HOJA MILIMETRADA 1)

10. Ponga el voltaje a cero y desactive la fuente.

11. Reemplace en el circuito de la figura N2, el portamuestra cermico de resistenciaR, con una resistencia de valor conocida por el ejemplo de 100 .

12. Active la fuente y repita las lecturas anteriores en la tabla N 2.

7/29/2019 L4BoR4ToR10 3 - F1S1C4 3.doc

12/19

13. En la misma hoja de papel milimetrado, grafique los valores de la tabla N2, usandopara el mismo un color distinto para su tazo.

(ANEXOS HOJA MILIMETRADA 2)

14. Reemplace en el circuito de la figura N3, la resistencia de 100 , por unaresistencia de valor conocida, por ejemplo de 47 .

15. Active la fuente y repita todas las lecturas anteriores en la tabla N 3 similar a latabla N 2.

7/29/2019 L4BoR4ToR10 3 - F1S1C4 3.doc

13/19

16. En la misma hoja de papel milimetrado, grafique los valores de la tabla N 3,usando para el mismo un color distinto para su trazo.

(ANEXOS HOJA MILIMETRADA 3)

5. CUESTENARIO:

1. Cmo cambia la corriente I a travs de un alambre (Nicrom) si se triplica el

voltaje V?

La intensidad de la corriente cambia proporcionalmente al voltaje aplicadocuando la resistencia y la temperatura del conductor mantienen su valor.

Si se triplica el voltaje podremos observar que se triplicara la corriente que pasapor el alambre de Nicrom.

Lo que si deber tener en cuenta es que si el conductor se calienta aumentar suresistencia interna haciendo que la corriente disminuya (sabemos que lacorriente en un circuito no se pierde si no solo se transforma).

En el caso del Nicrom el coeficiente de temperatura a 0 C es de 0.003 y que conla siguiente ecuacin podrs determinar la resistencia real del alambre en funcinde la temperatura que alcance R=Resistencia que tiene el alambre a 0 C(tendras que medirla) x (1+(0.003 x temperatura que alcanza)).

7/29/2019 L4BoR4ToR10 3 - F1S1C4 3.doc

14/19

2. Cul es la relacin entre el voltaje V y la intensidad de corriente I usando

los valores de la tablas N 1y N2?. Calcule el promedio de estos cocientes

para cada muestra. (Para los clculos use la teora de Propagacin de

errores)

RPROM = (38.41 + 40.91 + 41.18 + 41.14 + 40.58 + 40.65)/ 6

RPORM = 40.49

RPROM = (131 + 113.25 + 96.14 + 96.55 + 95.73 + 97.69)/ 6

RPORM = 105.11

7/29/2019 L4BoR4ToR10 3 - F1S1C4 3.doc

15/19

3. Qu condicin debe satisfacer el valor de R en el alambre de Nicrom,

sometido al ensayo elctrico?

El valor de R nos indica la resistencia del alambre de Nicrom medida en .Por lo tanto la condicin que debe satisfacer la R es de que a mayor seccin

transversal A mayor es la resistencia del alambre de Nicrom es decir sondirectamente proporcionales.

Primera condicin:

Segunda condicin:

4. La relacin entre la corriente I, voltaje V y resistencia elctrica R,

represntelos como una ecuacin, Es lineal o cuadrtica?.

Dnde:R : resistencia ()I : corriente (A)V : diferencia de potencial (V)

Es una ecuacin lineal.

7/29/2019 L4BoR4ToR10 3 - F1S1C4 3.doc

16/19

En un circuito al aplicarle un voltaje alto, ste tiende a mover una gran cantidadde electrones por los conductores, ya que es mucha la fuerza elctrica que losempujar a circular; en cambio si el voltaje es pequeo, tendr a provocar unacorriente de electrones muy baja.

Pero si se aplica el voltaje a un material aislante, posiblemente no har mover alos electrones, ya que los tomos de estos materiales ejercen una fuerza deatraccin muy fuerte que no los dejan circular. Por tal motivo, la corriente quepuede circular por un circuito o conductor, depender del voltaje aplicado y delvalor de la resistencia elctrica.

En un circuito al aumentar voltaje tambin aumentar la corriente elctrica,manteniendo fijo el valor de la resistencia, si aumenta el doble tambinaumentar al doble la corriente elctrica, es decir, la corriente varia en proporcindirecta al voltaje.

En cambio, si se mantiene fijo el voltaje y se aumenta la resistencia del circuito,la corriente disminuye, ya que existe una mayor oposicin a que fluyan loselectrones, por el contrario, si disminuye la resistencia aumentara la corriente;por que la corriente vara en proporcin inversa al valor de la resistencia. Esto eslo que establece la ley de ohm, la corriente vara en proporcin directa al voltaje,e inversamente al valor de la resistencia.

5. De la experiencia de este laboratorio. Opine usted;Qu significa resistencia

elctrica?

Resistencia elctrica es toda oposicin que encuentra la corriente a su paso por

un circuito elctrico cerrado, atenuando o frenando el libre flujo de circulacin delas cargas elctricas o electrones.Cualquier dispositivo o consumidorconectado a un circuito elctricorepresenta en s una carga, resistencia uobstculo para la circulacin de lacorriente elctrica.

Descubierta por Georg Ohm en 1827, laresistencia elctrica tiene un parecido conceptual a la friccin en la fsicamecnica. La unidad de la resistencia en el Sistema Internacional de Unidades esel ohmio (). Para su medicin en la prctica existen diversos mtodos, entre losque se encuentra el uso de un ohmmetro. Adems, su cantidad recproca es laconductancia, medida en Siemens.

Para una gran cantidad de materiales y condiciones, la resistencia elctrica nodepende de la corriente elctrica que pasa a travs de un objeto o de la tensin en

7/29/2019 L4BoR4ToR10 3 - F1S1C4 3.doc

17/19

los terminales de este. Esto significa que, dada una temperatura y un material, laresistencia es un valor que se mantendr constante. Adems, de acuerdo con laley de Ohm la resistencia de un objeto puede definirse como la razn de la tensiny la corriente, as:

Segn sea la magnitud de esta medida, los materiales se pueden clasificar enconductores, aislantes y semiconductores. Existen adems ciertos materiales enlos que, en determinadas condiciones de temperatura, aparece un fenmenodenominado superconductividad, en el que el valor de la resistencia esprcticamente nulo.

6. Usando las tablas N1 y N2, evale los errores: absoluto, relativo y

porcentual.

7/29/2019 L4BoR4ToR10 3 - F1S1C4 3.doc

18/19

7. Usando el valor promedio de la resistencia observada y tabulada en tabla N1

del alambre Nicrom, determine mediante la ecuacin (10) su resistividad y

compare con el valor de la resistividad de la tabla que se encuentran en los

textos del curso de Fsica.

9. OBSERVACIONES

Se requiere calibrar previamente el generador, instrumento, etc.

En un circuito al aumentar voltaje tambin aumentar la corriente elctrica,

manteniendo fijo el valor de la resistencia.

En cambio, si se mantiene fijo el voltaje y se aumenta la resistencia del circuito,

la corriente disminuye.

10. CONCLUSIONES

Hemos logrado comprobar la ley de ohm, donde se afirma que la corriente que

circula por un conductor elctrico es directamente proporcional a la tensin einversamente proporcional a la resistencia siempre y cuando su temperatura semantenga constante.

11. RECOMENDACIONES

Calibrar previamente los equipos.

Para medir corriente elctrica se debe conectar el multmetro en serie con el

circuito o los elementos del circuito en donde se quiere hacer la medicin.

7/29/2019 L4BoR4ToR10 3 - F1S1C4 3.doc

19/19

Para medir voltaje el multmetro se conecta en paralelo con el circuito o los

elementos en donde se quiere hacer la medicin.

Para medir la resistencia elctrica el multmetro tambin se conecta en paralelo

con la resistencia que se va a medir.