UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER Escuela de Física

Laboratorio de Física II

L4. LEY DE OHM INTRODUCCIÓN Ohm descubrió que cuando cambia el voltaje (diferencia de potencial) a través de un elemento resistivo con resistencia, R, la corriente, I, a través del mismo también cambia. OBJETIVOS

• Comprobar experimentalmente la ley de Ohm. • Estudiar la relación entre voltaje y corriente en materiales óhmicos y no óhmicos.

EQUIPO

Fuente de tensión de CC. Reóstato variable de aprox. 1000Ω Reóstato variable de aprox. 45Ω o Resistencias de valores diferentes Voltímetro Amperímetro

FUNDAMENTO TEÓRICO: La ley de Ohm establece que, a una temperatura dada, existe una proporcionalidad directa entre la diferencia del potencial (voltaje) V aplicada entre los extremos de un resistor y la intensidad de la corriente que circula por dicho conductor. La relación matemática que expresa la ley de Ohm, fue descubierta y demostrada por G.S. Ohm en 1827, y se puede escribir como

RVI =

donde R representa la resistencia del resistor, que se mide en ohmios (Ω), siempre que V se mida en voltios (V) e I en amperios (A). La ley de Ohm no es una propiedad general de la materia, ya que no todas las sustancias y dispositivos obedecen la ley de Ohm. Una sustancia que obedece la ley de Ohm se denomina un “conductor óhmico” o “conductor lineal”;

“la corriente es directamente proporcional al voltaje e inversamente proporcional a la resistencia”. En otras palabras, cuando el voltaje se incrementa, también lo hace la corriente siendo la constante de proporcionalidad la resistencia. La corriente es inversamente proporcional a la resistencia. Cuando la resistencia aumenta, la corriente disminuye Si el voltaje a través de un elemento resistivo de tipo óhmico es incrementado, un gráfico de voltaje en función de la corriente mostrará una línea recta (indicando una resistencia constante). La pendiente de esta recta representa entonces el valor de la resistencia. Sin embargo, si la resistencia varía (si la resistencia no es óhmica), el gráfico de voltaje en función de la corriente no será una línea recta. Mostrará, en cambio, una curva de pendiente variable. Un conductor que no obedece la ley de Ohm se denomina “no lineal”. Para una resistencia típica, el valor de su resistencia no varía apreciablemente. Por el contrario, para un bulbo luminoso, la resistencia del filamento variará cuando se caliente y se enfríe. Para altas frecuencias en AC (corriente alterna), el filamento no tiene tiempo de enfriarse, por lo cual permanece aproximadamente a temperatura constante y la resistencia permanece relativamente invariable. Para bajas frecuencias en AC (por ejemplo, menores que 1 Hz) el filamento tiene tiempo de cambiar de temperatura. Como consecuencia, la resistencia del filamento variará drásticamente y el resultado de la variación en la corriente del filamento es interesante de observar. En esta práctica, se estudiará el comportamiento de resistores compactos de uso extenso en los laboratorios y en la técnica, a fin de averiguar si cumplen o no, la ley de Ohm. En la segunda parte se investigará la relación entre corriente y voltaje para distintas resistencias, también se puede investigar dicha relación para el filamento de un pequeño bulbo luminoso TEMAS PARA CONSULTA Conceptos de resistencia, corriente, diferencia de potencial, circuito eléctrico sencillo y ley de Ohm. BIBLIOGRAFIA Física Vol II Serway,Raymond A. Física Vol II Tipler, Paul A Física Vol II Alonso & Finn Física Vol II Halliday & Resnick Física Vol II Sears — Zemansky PROCEDIMIENTO 1. Utilizar el Ohmímetro para medir la resistencia incognita Rx y la de cada una de las resistencias a utilizar. Anotar los resultados en la

columna correspondiente de la Tabla 3. 2. Utilice el reóstato de 1000Ω como resistencia limitadora. En todos los casos anote siempre las escalas de los instrumentos empleadas

para cada medición. PARTE A Relación entre la intensidad y la tensión 3. Conecte los elementos del circuito de acuerdo a la configuración mostrada en la figura 1. La resistencia variable, R, tiene por objeto

limitar la corriente a valores aceptables por la fuente e instrumentos. Póngase atención a que las polaridades de los instrumentos de medida sean las correctas. Se utilizará la resistencia de menor valor (o el reóstato de 45Ω en menos de la mitad de la resistencia), durante toda esta parte de la práctica.

Figura 1

4. Antes de dar tensión al circuito, realice un cálculo de la corriente máxima que, eventualmente, puede circular por el mismo y en base al resultado seleccione la escala adecuada para los instrumentos. Cerrar el circuito (“conectar”) y poner el control de tensión de modo que el voltímetro marque cero. Anotar la intensidad de corriente que circula por el amperímetro.

5. Para poder determinar como está relacionada la resistencia con la corriente y la ddp proceda a tomar diez valores de tensión, Vm, y corriente, Im, variando la posición del cursor de la resistencia limitadora, R, (cada par de valores, Vm, Im, corresponde a una posición del cursor de R). Obtenga por lo menos 10 puntos experimentales. Complete la tabla 1.

6. .Repita el procedimiento anterior cambiando R por una bombilla. Registre los resultados en la tabla 2. PARTE B Relación entre la intensidad y la resistencia. 7. Montar el circuito representado en la fig. 1, utilizando el menor valor de Rx. Durante esta parte de la práctica, se va cambiando el

valor de la resistencia Rx, pero se mantendrá constante la tensión aplicada. 8. Cerrar el interruptor y ajustar el control de tensión hasta que el voltímetro marque 12V o el valor indicado por el instructor. 9. Medir la intensidad de la corriente y anotarla (en mA) en la columna correspondiente de la Tabla 3. 10. Abrir el interruptor (“desconectar”). 11. Repetir las operaciones anteriores para los distintos valores de Rx del reóstato o las resistencias proporcionadas, complete la Tabla 3. 12. Representar gráficamente los resultados experimentales, llevando 1os valores de la resistencia Rx en las abscisas y los de la

intensidad de corriente I (en mA) en las ordenadas. DATOS Y RESULTADOS Escala(s) utilizada(s) del Voltímetro: __________ Escala(s) utilizada(s) del Amperímetro: ______________ Rx utilizada_______________

TABLA 1 No. Medida 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 V [voltios] Imedido [mA]

Icalculado [mA] Resistencia de Bombilla medida_______________

TABLA 2 No. Medida 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 V [voltios] Imedido [mA]

TABLA 3

I[mA] V[voltios] Rx[Ω] Nominal medido Medida Calculada

ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE DATOS 1. Representar gráficamente (en papel milimetrado) los resultados experimentales, llevando la tensión Vm en abscisas y la corriente Im

en las ordenadas Aplique regresión lineal y determine el valor de la resistencia a partir de la gráfica. Interpretar la gráfica que representa los valores de la intensidad de corriente frente a los de la tensión aplicada a la resistencia Rx. ¿Qué relación existe entre I y V? ¿Se puede considerar que la resistencia empleada se comporta como una “resistencia óhmica”?

2. Comparar el valor de la pendiente obtenida con el valor medido con el Ohmímetro. Considere el valor de la resistencia medida inicialmente como el valor teórico y el de la pendiente como la experimental. ¿Cual es la exactitud en cada caso? ¿cuán cerca está el valor de la pendiente del valor de la resistencia y porque la diferencia?

3. Explique las causas de error 4. Utilizando el valor medido de Rx (parte A), calcular la intensidad que corresponde a cada una de las tensiones aplicadas consignadas

en la Tabla 1. Anotar los resultados en la fila Ical (en mA) de la Tabla 1. Representar Ical frente a V (en el mismo gráfico anterior. ¿Cómo son ambas representaciones gráficas? Explicar las discrepancias si las hubiere.

5. Para la bombilla, represente gráficamente V vs. I. ¿La grafica corresponde a una recta? Con un programa de análisis grafico encuentre la función que mas se ajusta a la curva.¿Es constante la resistencia? ¿De que depende?

6. Representar gráficamente los resultados experimentales, llevando 1os valores de la resistencia Rx en las abscisas y los de la intensidad de corriente Im (en mA) en las ordenadas. Interprete la gráfica (Im versus Rx). ¿Qué clase de curva es la presentada en esta gráfica? ¿Qué relación existe entre I y R, cuando V se mantiene constante?

7. Si se mantiene constante la tensión aplicada V, ¿qué efecto produce sobre I: a) reducir la resistencia a la mitad; b) triplicar el valor de la resistencia?

8. Utilizando los valores medidos de Rx, que figuran en la tabla 3, calcular los valores correspondientes de la intensidad de corriente, para V = 12 V, anotando los resultados en la columna Ical. Representar Ical frente a Rmed (en el mismo papel milimetrado anterior). ¿Cómo son ambas representaciones gráficas?. Explicar las discrepancias si las hubiere.

9. Observaciones 10. Conclusiones.

TABLA PARA LA TOMA DE DATOS (sugerida)

L4 . LEY DE OHM fecha:___________grupo_______subgrupo _______ estudiantes ___________________________ Escala(s) utilizada(s) del Voltímetro: __________ Escala(s) utilizada(s) del Amperímetro: ______________ Escala(s) utilizada(s) del Voltímetro: __________ Escala(s) utilizada(s) del Amperímetro: ______________ Rx utilizada_______________

TABLA 1 No. Medida 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 V [voltios] Imedido [mA]

Icalculado [mA] Resistencia de Bombilla medida_______________

TABLA 2 No. Medida 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 V [voltios] Imedido [mA]

TABLA 3

I[mA] V[voltios] Rx[Ω] Nominal medido Medida Calculada

________________________________________ Vo Bo Profesor (firma)