laboratorio de fisica 3

Laboratorio de Instrumentación y Ley de OHM Experiencia Nº 3

INSTRUMENTACIÓN Y LEY DE OHMEXPERIENCIA Nº 3

- INSTRUMENTACIÓN

OBJETIVOS:

1. Conocer el manejo de instrumentos y materiales de uso corriente en los experimentos de electricidad y magnetismo.

2. Conocer el área de operación de los instrumentos y determinar sus lecturas.3. Aprender a montar circuitos sencillos y medición de tensión y corriente

eléctrica.4. Identificación de los valores de Resistencia.

MATERIALES:

- Sistema UNITR@IN, en el cual podemos tener los instrumentos virtuales como una fuente de corriente continua, voltímetro, amperímetro, osciloscopio.

FUNDAMENTO TEÓRICO:

Resistencia Eléctrica.

Un conductor con una resistencia escasa es un buen conductor de corriente eléctrica, mientras que uno con una resistencia mayor la conduce con menor solvencia. La unidad en la que se expresa la resistencia eléctrica lleva el nombre del físico alemán Georg Simon Ohm. Es válido lo siguiente:

La resistencia eléctrica (representada con una R en las fórmulas) posee la unidad denominada ohmio (símbolo de la unidad: ).

El valor inverso de la resistencia es la conductancia:

La conductancia eléctrica (representada con una G en las fórmulas) posee la unidad denominada siemens (símbolo de unidad: S).

Por lo tanto, es válido:

1


La unidad de la conductancia debe su nombre al ingeniero alemán Werner von Siemens. Un material con una resistencia escasa tiene, por tanto, un alto valor de conductancia y viceversa. Los no conductores tienen una resistencia extremadamente elevada.

Todo conductor y toda carga poseen una resistencia eléctrica. En el caso de los conductores, la resistencia es, por lo general, no deseada. La resistencia de un conductor depende del material, de la longitud l del conductor y de su sección transversal (superficie A). En este caso, es válida la fórmula:

La constante de material indica la resistencia específica del material conductor en la unidad ·mm2/m, l es la longitud del conductor, en m, y A la sección transversal del conductor en mm2. Por ejemplo, la resistencia específica de la plata es de 0,0167 ·mm2/m, y la del cobre es de 0,0178 ·mm2/m.

A partir de las ecuaciones anteriores se pueden deducir las siguientes conclusiones cualitativas:

La resistencia de un conductor es mayor mientras mayor sea su resistencia específica. Crece en relación proporcional con la longitud del conductor y es, además, más grande mientras menor sea la sección transversal del conductor.

Por otra parte, la resistencia de un conductor también depende de la temperatura; esta relación se examinará con mayor detenimiento más adelante.

Diseños de las resistencias.

En general, define la propiedad de los conductores eléctricos de oponerse al movimiento de los electrones; en este caso, se habla de la resistencia eléctrica de un conductor. Este significado ya fue explicado en capítulos anteriores del curso.

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Diseño:

Las resistencias de capa se componen de un delgado tubito cerámico sobre el que se ha colocado una delgada capa de carbón, óxido metálico o metal. Un recubrimiento aislante de laca protege esta capa de la resistencia. El valor de la resistencia se caracteriza por medio de aros de colores (véase más adelante).

PROCEDIMIENTO:

1. Llenar la tabla 1 con los valores de las resistencias del tablero de resistencia con sus respectivas tolerancias:

Tabla 1 1º Cifra 2º Cifra Factor Tol. Valor de RT Valor de RE

1 Azul Gris Negro Dorado 68x10 ± 5% 67.6 Ω

2 Naranja Naranja Negro Plateado 33x1 ± 10% 33.1 Ω

3 Naranja Blanco Negro Marron 39x1 ± 1% 38.5 Ω

4 Amarillo Violeta Negro Dorado 47x1 ± 5% 47.0 Ω

5 Blanco Rojo Negro Dorado 92x1 ± 10% 82.2 Ω

6 Negro Marron Rojo Marron 1x100 ± 1% 118.6 Ω

RT: Valor de la resistencia obtenida de forma teórica.RE: Valor de la resistencia obtenida en el experimento.

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Observando la tabla nos damos cuenta que los valores de las resistencias obtenidos experimentalmente (RE) están dentro del valor esperado, es decir el teórico (RT).

- LEY DE OHM

OBJETIVOS:

- Verificar experimentalmente la ley de Ohm.- Obtener los datos de voltaje y corriente eléctrica en elementos resistivos con el

fin de iniciar el estudio de circuitos eléctricos simples.- Diseñar y montar circuitos eléctricos con resistencias en serie, paralelo.

MATERIALES:

- Multímetro MetraHit con una resistencia (shunt) o con una entrada de medición de interfaz UniTrain-I y el amperímetro virtual.

FUNDAMENTO TEÓRICO:

Ley de Ohm.

Si se quiere resumir por medio del cálculo los procesos electrónicos que ocurren en un circuito sencillo de corriente, o en circuitos más complejos, es necesario conocer, por una parte, la dependencia que existe entre la intensidad de corriente I y la tensión U y, por otra parte, entre la corriente I y la resistencia R. Esta dependencia está descrita por la ley de Ohm, que debe su nombre al famoso físico alemán. Para ello se observará, en primer lugar, el circuito sencillo de corriente representado a continuación.

4


Si en este circuito de corriente se eleva la tensión, por ejemplo, al doble de su valor, se establecerá que también la intensidad de corriente se eleva al doble. Si, con una tensión constante, se eleva la resistencia al doble de su valor, la intensidad de la corriente disminuye a la mitad. Ambas observaciones se pueden resumir en conjunto por medio de la ley de Ohm:

La intensidad de corriente I aumenta si aumenta la tensión U y disminuye si aumenta la resistencia R. Aquí, la intensidad de corriente varía proporcionalmente a la tensión y de manera inversamente proporcional a la resistencia.

La ley de Ohm se puede entonces expresar por medio de la siguiente fórmula:

Si en la ecuación se despeja la tensión U, se obtiene la fórmula:

la cual describe la caída de tensión en una resistencia por la que circula una corriente I. Si se despeja la ecuación de manera que en el lado izquierdo aparezca la resistencia R, se obtiene la relación:

la cual permite el cálculo del valor de la resistencia a partir de la corriente y la tensión.

Nota: Las resistencias para las que es válida la ley de Ohm (esto es, la proporcionalidad entre la corriente y la tensión) se denominan resistencias óhmicas. Los conductores metálicos son, por lo general, resistencias óhmicas, mientras que, por ejemplo, las resistencias de fluidos conductores no cumplen con la ley de Ohm.

PROCEDIMIENTO:

- En el siguiente experimento se debe comprobar la relación entre la corriente y la tensión de acuerdo con la ley de Ohm. Para ello, se aplicarán diferentes tensiones a la resistencia R1 de la tarjeta de Circuitos de resistencias y se medirá cada valor resultante de la intensidad de corriente. La intensidad de la corriente se representa a continuación, gráficamente en función de la tensión.

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- Abra el instrumento de virtual Fuente de Tensión continua y seleccione los ajustes que se detallan en la tabla siguiente. Encienda a continuación el instrumento por medio de la tecla POWER.

- Abra el instrumento virtual Voltímetro A y seleccione los ajustes que se detallan en la tabla siguiente.

- En el caso de que realice la medición de corriente empleando el amperímetro virtual, abra el instrumento Amperímetro B y seleccione los ajustes que se detallan en la tabla siguiente.

- Ahora, ajuste en el instrumento Fuente de tensión continua una tensión de 1 V. Mida el valor de la corriente resultante en miliamperios y anote el valor

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obtenido en la correspondiente fila de la tabla siguiente. Ahora, eleve la tensión en pasos de 1 V y anote de la misma manera el resultado de la intensidad de corriente medida en la tabla. Si pulsa la pestaña "Diagrama" de la tabla, podrá visualizar gráficamente la característica I/U resultante.

Tabla de valores Diagrama

Observamos que la tensión y la intensidad aumentan de manera proporcional tal como lo detalla la ley de Ohm.

COMPROBACIÓN DE LA LEY DE OHM

Variación de voltaje y corriente manteniendo la resistencia constante:

TABLA 1

Voltaje(V) 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5Intensidad(A

)0 0.01

90.03

10.04

20.06

20.07

70.09

40.10

70.02

70.14

0.147

Resistencia: 10

Variación de la corriente y la resistencia, manteniendo constante el voltaje

Usando el mismo circuito, observe y anote en la Tabla 2 los valores de corriente cuando cambian los valores de R de la caja de resistencias

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conservando constante la diferencia de potencial entre los terminales de la misma. Para conseguir esto varié la posición del cursor del reóstato para cada lectura.

TABLA 2

Voltaje: 1V

Variación de la diferencia de potencial y la resistencia manteniendo constante la corriente

Varié los valores de las resistencias en la caja y para cada valor observado anote en la Tabla 3 los valores del voltaje, conservando constante un determinado valor de la corriente para las distintas lecturas de V y R, variando la posición del cursor del reóstato.

TABLA 3Intensidad: 0.1AResistencia() 5 10 15 20 25 30 35

Voltaje(V) 0.5 1.025 1.5 2 2.5 3 3.5

CUESTIONARIO:

1. ¿Cuantas escalas poseen los instrumento? (describa cada uno de ellos), indique su mínima y máxima lectura en cada escala. Error sistemático: Lectura mínima /2

Voltímetro:Escala 1.5:Lectura Mínima: 0.025Error sistemático: 0.0125Escala 3.0:Lectura Mínima: 0.050Error sistemático: 0.025

8

Resistencia () 5 10 15 20 25 30 35Intensidad(A) 0.028 0.016 0.011 0.009 0.007 0.006 0.005


Escala 30:Lectura Mínima: 0.500Error sistemático: 0.250

Amperímetro:Escala 0.15:Lectura Mínima: 0.001Error sistemático: 0.0005Escala 3.00:Lectura Mínima: 0.020Error sistemático: 0.0100Escala 15.0Lectura Mínima: 0.100Error sistemático: 0.0500

2. Investigue de que otra manera se determina el valor de una resistencia. (sin código de colores).

Aquí mostramos 2 maneras distintas:Codificación de los Resistores en SMT

Esta imagen muestra cuatro resistores de montaje de superficie (el componente en la parte superior izquierda es un condensador) incluyendo dos resistores de cero ohmios. Los enlaces de cero ohmios son usados a menudo en vez de enlaces de alambre .A los resistores cuando se encuentran en circuitos con tecnología de montaje de superficie se les imprimen valores numéricos en un código similar al usado en los resistores axiales.Los resistores de tolerancia estándar en estos tipos de montajes (Standard-tolerance Surface Mount Technology (SMT)) son marcados con un código de tres dígitos, en el cual los primeros dos dígitos representan los primeros dos dígitos significativos y el tercer dígito representa una potencia de diez (el número de ceros).Por ejemplo: "334" 33 × 10,000 ohmios = 330 kiloohmios"222" 22 × 100 ohmios = 2.2 kiloohmios"473" 47 × 1,000 ohmios = 47 kiloohmios"105" 10 × 100,000 ohmios = 1 megaohmios

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http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Zero_ohm_resistors_cropped.jpg

http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Zero_ohm_resistors_cropped.jpg


Los resistores de menos de 100 ohmios se escriben: 100, 220, 470. El número cero final representa diez a la portencia de cero, lo cual es 1.Por ejemplo: "100" = 10 × 1 ohmios = 10 ohmios"220" = 22 × 1 ohmios = 22 ohmios

Algunas veces estos valores se marcan como "10" o "22" para prevenir errores.Los resistores menores de 10 ohmios tienen una 'R' para indicar la posición del punto decimal.Por ejemplo: "4R7" = 4.7 ohmios"0R22" = 0.22 ohmios"0R01" = 0.01 ohmios

Los resistores de precisión son marcados con códigos de cuatro dígitos, en los cuales los primeros tres dígitos son los números significativos y el cuarto es la potencia de diez.Por ejemplo: "1001" = 100 × 10 ohmios = 1 kiloohmio"4992" = 499 × 100 ohmios = 49.9 kiloohmios"1000" = 100 × 1 ohmios = 100 ohmios

Los valores "000" y "0000" aparecen en algunas ocasiones en los enlaces de montajes de superficie, debido a que tienen (una resistencia aproximada a cero).Codificación para uso Industrial Formato: XX 99999 ó XX 9999X [dos letras]<espacio>[valor del resistor (tres/cuatro dígitos)]<sinespacio>[código de tolerancia(númerico/alfanúmerico - un dígito/una letra)]

Código de Tolerancia

10

Power Rating at 70 °C

Type No.Powerrating(watts)

MIL-R-11

Norma

MIL-R-39008Norma

BB 1/8 RC05 RCR05

CB ¼ RC07 RCR07

EB ½ RC20 RCR20

GB 1 RC32 RCR32

HB 2 RC42 RCR42

GM 3 - -

HM 4 - -

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=MIL-R-39008&action=edit&redlink=1




Designación Industrial

Tolerancia Designación MIL

5 ±5% J

2 ±20% M

1 ±10% K

- ±2% G

- ±1% F

- ±0.5% D

- ±0.25% C

- ±0.1% B

El rango de la temperatura operacional distingue los tipos comercial, industrial y militar de los componentes.Tipo Comercial : 0 °C a 70 °C Tipo Industrial : −40 °C a 85 °C (en ocasiones −25 °C a 85 °C) Tipo Militar : −55 °C a 125 °C (en ocasiones -65 °C a 275 °C) Tipo Estándar: -5°C a 60°C

3. Grafique e interprete V versus I, usando los valores de la Tabla 1. Determine el valor de la pendiente de la misma y compare este valor con el considerado en la caja de resistencias.

La línea recta resultante significa que la resistencia de este conductor es independiente del voltaje aplicado para medirla. Se ha supuesto que la temperatura del conductor se mantiene constante durante todas las mediciones.

0 1 2 3 4 5 60

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

V versus I

11

http://es.wikipedia.org/wiki/Comercio

http://es.wikipedia.org/wiki/Temperatura


Para hallar la pendiente usamos el método de mínimos cuadrados:

V I V*I I*I0 0 0 0

0.5 0.019 0.095 0.0003611 0.031 0.031 0.000961

1.5 0.042 0.063 0.0017642 0.062 0.124 0.003844

2.5 0.077 0.1925 0.0059293 0.094 0.282 0.008836

3.5

0.107 0.374

5 0.0114494 0.135 0.54 0.018225

4.5 0.140 0.63 0.01965 0.147 0.735 0.021609

= 26.5 = 0.7325 =3.067 =0.092578

m =

% error =

4. Grafique e interprete I versus R usando los valores de la Tabla 2. ¿Bajo qué arreglo de la variable R será una línea recta?. Grafique los datos obtenidos y calcule la pendiente de la recta que se mantuvo constante para la obtención de los datos.

0 5 10 15 20 25 30 35 400

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.03

I versus R

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Primero observamos que si la diferencia de potencial se mantiene constante entonces en virtud de la Ley de Ohm, el producto de la variable R por I nos representa una curva hiperbólica equilátera, es decir tiene la forma cartesiana XY = C. Entonces la relación existente entre I y R corresponde a la forma I = K (R’)n, donde n y K son constantes y seguramente que el valor de “n” será negativo (aprox. 1 por errores experimentales) para que pueda operar el primer miembro con la variable I y pueda satisfacer la ley de Ohm.

Luego tomando logaritmo resulta: Log (I) = nLog(R) + Log K, lo cual representa una recta en el papel logarítmico y donde el valor de LogK (amperios) debe ser aproximadamente cero. El valor de n representa la pendiente en el papel logarítmico relacionado la variable R con I y se calculará tomándole el logaritmo a cada uno de los valores de R e I con el fin de acomodar los valores en un papel logarítmico y en la fórmula:

n = 7 7 Log R i Log Ii - 7 LogR i 7 LogI i

77 (Log Ri)2 - (7 Log Ri)2

n =

Ahora calculamos el LogK, donde representa un elemento de la recta:

Log I = nLog R + Log K

donde:

Log K = Entonces la ecuación de la recta de papel logarítmico es:

Log (I) = nLog(R) + Log KLog(I) =

% error =

5. Grafique e interprete V versus R usando los valores de la Tabla 3. Determine el valor de la pendiente y compare este valor con la intensidad de corriente que se consideró como constante.

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0 5 10 15 20 25 30 35 400

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

R versus V

Hallaremos la pendiente por el método de mínimos cuadrados:

Resistencia() 5 10 15 20 25 30 35Voltaje(V) 0.5 1.025 1.5 2 2.5 3 3.5

R V R*V R*R

5 0.5 2.5 25

10 1.025 10.25 100

15 1.5 22.5 225

20 2 40 400

25 2.5 62.5 625 3

0 3 90 900

35 3.5 122.5 1225

=140 =14.025 =350.25 =3500

m =

m = 0.0096

% error =

b =

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Entonces la ecuación de la recta es: V = mR + b

V =

6. Considere una lámpara que tiene aproximadamente 50.5 y por lo cual pasa una corriente de 25mA. ¿Cuál es el voltaje aplicado? ¿Se cumplirá la ley de Ohm? Explique.

R = V I

R*I = V

50.5 x 0.025 A = 1.2625V

No se cumple, porque la ley de Ohm implica que la relación entre V e I es un valor constante llamado R, si graficamos esto, se obtendría una recta cuya pendiente sería Tg = R, pero en el caso de la lámpara esta relación sólo se cumple en un pequeño intervalo, luego aumenta la corriente debido a que el material del filamento del foco cede electrones, haciendo que la resistencia varié, si graficamos esto, obtendríamos una curva semejante a una función exponencial.

CONCLUSIONES:

Cuando la electricidad circula, puede ir de un lugar a otro. A medida que la electricidad avanza, va encontrando una resistencia, cuya cantidad depende de la sustancia con que tropieza.

La gravedad de la descarga eléctrica no viene determinada solamente por el voltaje, sino también depende de la cantidad de corriente que circule por el cuerpo, el camino que recorre la corriente que circule por el cuerpo y la duración de la permanencia del cuerpo formando el circuito.

La cantidad de corriente que circule por el cuerpo. La corriente es el factor de mayor importancia y varía de acuerdo con las diferencias de resistencia del cuerpo

Un instrumento digital reduciría notablemente los errores de medición encontrado con uno analógico.

En esta práctica aprendimos diversas características de ciertos instrumentos que son usados comúnmente en diferentes mediciones, como lo son: el voltaje, la resistencia, la frecuencia, etc.

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Debemos conocer ciertas formulas y Leyes en las que tengamos que vaciar los Datos de Medición para obtener resultados confiables y por consiguiente, un óptimo resultado.

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