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CICLO III ALABORATIO DE FISICA III
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RESISTENCIA EN CIRCUITOS ELÉCTRICOS
1. OBJETIVOS
Investigar cómo responde un circuito con lámpara a varias resistencias.
2. MATERIALES - INSTRUMENTOS
Tableros de conexión Portalámparas E10 Bombilla ,12V/0,1 A, E1, 1PZ Resistencia, 47 Ω Resistencia, 100 Ω Resistencia, 470 Ω Alambre en bloques de conexión Cable de conexión ,25cm, rojo Cable de conexión ,25cm, azul Cable de conexión, 50cm, rojo Cable de conexión, 50cm, azul Fuente de alimentación 0-12V-/6V--,12V-
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3. PRINCIPIOS TEÓRICOS
La resistencia eléctrica es una propiedad que tienen los materiales de oponerse al paso de la corriente. Los conductores tienen baja resistencia eléctrica, mientras que en los aisladores este valor es alto. La resistencia eléctrica se mide en Ohm (Ω).El elemento circuito llamado resistencia se utiliza para ofrecer un determinado valor de resistencia dentro de un circuito.
Conductores: Son los elementos que presentan una oposición muy pequeña al paso de los electrones a través de ellos; es decir, presentan una resistencia eléctrica muy baja. Como ejemplo de buenos conductores eléctricos podemos nombrar a los metales.
Semiconductores: Son un grupo de elementos, o compuestos, que tienen la particularidad de que bajo ciertas condiciones, se comportan como conductores. Cuando estas condiciones no se dan, se comportan como aislantes. Como ejemplo podemos nombrar al germanio, al silicio, al arseniuro de galio.
Aislantes: Son los materiales o elementos que no permiten el paso de los electrones a través de ellos. Como ejemplo podemos nombrar a los plásticos.
Resistencia de un conductor
La resistencia de un material es directamente proporcional a su longitud e inversamente proporcional a su sección. Se calcula multiplicando un valor llamado coeficiente de resistividad (diferente en cada tipo de material) por la longitud del mismo y dividiéndolo por su sección (área).
ρ = Coeficiente de resistividad del materiall = Longitud del conductors = Sección del conductor
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Resistividad
La constante de proporcionalidad ρ se denomina resistividad, que depende del material con que está fabricado el conductor y de la temperatura. A la inversa de la resistividad se le denomina conductividad σ.
Unidades
La unidad de la resistencia eléctrica es el ohmio, que se representa por la letra griega W (omega). El ohmio se define como la resistencia que opone al paso de corriente eléctrica, una columna de mercurio de 106'3 centímetros de longitud y 1 milímetro de sección.
Los múltiplos del W son el kilo-ohmio (KW) que equivale 1.000 W, y el mega-ohmio (MW) que equivale a 1.000 KW, es decir a 1.000.000 W.
Además de los conductores y los aisladores encontramos otros dos tipos de elementos: los semiconductores y los superconductores. En los semiconductores el valor de la resistencia es alto o bajo dependiendo de las condiciones en las que se encuentre el material, mientras que los superconductores no tienen resistencia.
Acoplamiento de resistencias
Las dos formas más comunes de acoplar resistencias son en serie y en paralelo. Acopladas se puede obtener una resistencia equivalente. Además existen otras configuraciones como estrella, triángulo, puente de Wheatstone.
Veamos esto mediante la fórmula de la Ley de Ohm, formula fundamental de los circuitos eléctricos:I = V / R Esta fórmula nos dice que la Intensidad o Intensidad de Corriente Eléctrica que recorre un circuito o que atraviesa cualquier elemento de un circuito, es igual a la Tensión (V) a la que está conectado, dividido por su Resistencia (R).
Según esta fórmula en un circuito o en un receptor que esté sometido a una tensión constante (por ejemplo a la tensión de una pila) la intensidad que lo recorre será menor cuanto más grande sea su resistencia. Comprobamos que la resistencia se opone al paso de la corriente, a más R menos I.
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Todos los elementos de un circuito tienen resistencia eléctrica, excepto los conductores que se considera caso cero (aunque tienen un poco). Se mide en Ohmios (Ω) y se representa con la letra R.
Los elementos de un circuito tienen resistencia eléctrica, pero lógicamente unos tienen más que otros e incluso hay algunos elementos que su única función es precisamente esa, oponerse al paso de la corriente u ofrecer resistencia al paso de la corriente para limitarla y que nunca supere una cantidad de corriente determinada. Un elemento de este tipo también se llama Resistencia Eléctrica. A continuación vemos algunas de las más usadas.
De este tipo de resistencias es de las que vamos hablar a continuación. Hay muchos tipos diferentes y se fabrican de materiales diferentes.
Para el símbolo de la resistencia eléctrica dentro de los circuitos eléctricos podemos usar dos diferentes:
Da igual usar un símbolo u otro
El valor de una resistencia viene determinado por su código de colores. Vemos en la figura anterior de varias resistencias como las resistencias vienen con unas franjas o bandas de colores. Estas franjas, mediante un código, determinan el valor que tiene la resistencia.
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CÓDIGO DE COLORES DE RESISTENCIAS ELÉCTRICAS
Para saber el valor de una resistencia tenemos que fijarnos que tiene 3 bandas de colores seguidas y una cuarta más separada.
Leyendo las bandas de colores de izquierda a derecha las 3 primeras bandas nos dice su valor, la cuarta banda nos indica la tolerancia, es decir el valor + - que puede tener por encima o por debajo del valor que marcan las 3 primeras bandas. Un ejemplo. Si tenemos una Resistencia de 1.000 ohmios (Ω) y su tolerancia es de un 10%, quiere decir que esa resistencia es de 1000Ω pero puede tener un valor en la realidad de +- el 10% de esos 1000Ω, en este caso 100Ω arriba o abajo. En conclusión será de 1000Ω pero en realidad puede tener valores entre 900Ω y 1100Ω debido a la tolerancia.
Los valores si los medimos con un polímetro suelen ser bastante exacto, tengan la tolerancia que tengan.
Ahora vamos a ver como se calcula su valor. El color de la primera banda nos indica la cifra del primer número del valor de la resistencia, el color de la segunda banda la cifra del segundo número del valor de la resistencia y el tercer color nos indica por cuanto tenemos que multiplicar esas dos cifras para obtener el valor, o si nos es más fácil, el número de ceros que hay que añadir a los dos primeros números obtenidos con las dos primeras bandas de colores.
El valor de los colores los tenemos en el siguiente esquema:
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Ejemplo:
Resistencia eléctrica
El primer color nos dice que tiene un valor de 2, el segundo de 7, es decir 27, y el tercer valor es por 100.000 (o añadirle 5 ceros). La resistencia valdrá 2.700.000 ohmios. ¿Fácil no?
¿Cuál será su tolerancia?
pues como es color plata es del 10%. Esa resistencia en la realidad podrá tener valores entre 2.700.000Ω +- el 10% de ese valor. Podrá valer 270.000Ω más o menos del valor teórico que es 2.700.000Ω.
VALOR DE LA RESISTENCIA ENTRE 2 PUNTOS DE UN CABLE
Imaginemos que queremos calcular la resistencia que tendrá el paso de la corriente entre dos puntos de un circuito en el que solo hay cable. Ya dijimos que en los cables casi no hay resistencia, pero en algunos casos hay que calcular la resistencia que tiene el cable, sobre todo en distancias largas o en bobinas de cables. Para estos casos la fórmula para hallar la resistencia es:
Donde L es la longitud del cable, S la sección del cable y p es la resistividad del conductor o cable, un valor que nos da el fabricante del cable. La L se pone en metros, la Sección o diámetro en mm cuadrados y la resistencia nos dará en ohmios.
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TIPOS DE RESISTENCIAS
En función de su funcionamiento tenemos:
Resistencias fijas: Son las que presentan un valor que no podemos modificar. Resistencias variables: Son las que presentan un valor que nosotros podemos
variar modificando la posición de un contacto deslizante. A este tipo de resistencias variables se le llama Potenciómetro.
Resistencias especiales: Son las que varían su valor en función de la estimulación que reciben de un factor externo (luz, temperatura...). Por ejemplo las LDR son las que varían su valor en función de la luz que incide sobre ellas.
4. MONTAJE –PROCEDIMIENTO
PRIMER EXPERIMENTO
Conecte el circuito como se muestra en la figura.1, con dos alambres en bloque de conexión.
Fije la tensión directamente a 12 V y encienda la fuente de alimentación. Observe el brillo de la lámpara y anote. Retire uno de los alambres en bloque de conexión y reemplácelo sucesivamente por
resistencias de 47 Ω, 100 Ω y 470 Ω.Para cada resistencia observe el brillo de la lámpara y compárelo con el brillo original.
Registre las observaciones en la tabla 1. Apague la fuente de alimentación.
Figura.1
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SEGUNDO EXPERIMENTO
Cambie el montaje del experimento al correspondiente con la Fig.2. Fije el rango de medida a 200 mA. Encienda la fuente de alimentación. Mida la corriente y registre el valor en la Tabla 2. Retire un alambre en bloque de conexión y, nuevamente, reemplácelo en forma
sucesiva por resistencias de 47 Ω, 100 Ω y 470 Ω. Mida las respectivas corrientes y registre los valores en la Tabla 2.
Apague la fuente de alimentación.
Figura.2
Observaciones y resultados de las mediciones
Tabla 1
Valor de la resistencia en Ω Brillo de la lámpara--- intenso47 baja
100 débil470 nula
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Tabla 2
Valor de la resistencia en Ω Intensidad I/mA--- 106.247 86.5
100 69.8470 27.4
Figura.3
5. CUESTIONARIO
Evaluación
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1. Resuma las observaciones que ha hecho en el Experimento 1.
2. ¿Qué conclusiones puede hacer a partir de estas observaciones? (Responda la pregunta del encabezado).
3. La palabra “resistencia” es usada para designar tanto a un componente eléctrico como a las características de un conductor eléctrico que obstruye la corriente.Explique la fuente de resistencia en conductores metálicos.
4. Una buena observación de las resistencias usadas en estos experimentos, revelan anillos de diferentes colores.Estos anillos se usan para señalar los valores de la resistencia en Ω (Ohm), de acuerdo a la Fig. 3: Usando estos códigos de color, reconocidos internacionalmente, trate de descifrar los valores de la resistencia usada.
