Labo 3 Instrumentacion y Ley de Ohm

Laboratorio de Física III

Instrumentación y Ley de Ohm

UNMSM

INDICE

INSTRUMENTACION Y LEY DE OHM.............................................................................2

A. INSTRUMENTACION:............................................................................................2

I. OBJETIVOS:...................................................................................................................2

II. MATERIALES:.................................................................................................................2

III. FUNDAMENTO TEORICO:..............................................................................................3

A.CORRIENTE ELECTRICA:..............................................................................................3

IV. PROCEDIMIENTO:..............................................................................................4

A.Experimento 1a:........................................................................................................4

MEDICION DE TENSIÓN:.........................................................................................5

EJECUCION DEL EXPERIMENTO:.............................................................................6

B.Experimento 1b:........................................................................................................6

MEDICIÓN DIRECTA DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA:................................................6

MEDICION INDIRECTA DE CORRIENTE:...................................................................7

C.Experimento 1C:........................................................................................................8

RESISTENCIA ELECTRICA:........................................................................................8

DISEÑOS DE LAS RESISTENCIAS:.............................................................................9

CODIFICACION POR COLORES DE LAS RESISTENCIAS:.............................................9

B. LEY DE OHM:......................................................................................................11

I. OBJETIVOS:......................................................................................................11

II. MATERIALES:...................................................................................................11

III. FUNDAMENTO TEORICO:.................................................................................12

Definición de la Ley de Ohm:......................................................................................12

IV. PROCEDIMIENTO:............................................................................................13

C. CUESTIONARIO:..................................................................................................16

D. CONCLUSIONES:.................................................................................................21

E. SUGERENCIAS:....................................................................................................21

F. BIBLIOGRAFIA:....................................................................................................22

G. ENLACES:............................................................................................................23

1



UNMSM

INSTRUMENTACION Y LEY DE OHM

EXPERIENCIA 3

A. INSTRUMENTACION:

I. OBJETIVOS:

Poder conocer el manejo de los instrumentos y materiales de uso de corriente en los experimentos.

Poder conocer el área de operaciones de los instrumentos y poder determinar sus lecturas.

Identificar los valores que presentan las resistencias. Aprender a mostrar circuitos sencillos y medición de la tensión y

corriente eléctrica.

II. MATERIALES:

SISTEMA UNITR@IN: En el cual podemos tener los instrumentos Virtuales como una fuente de corriente continua, Voltímetro, Amperímetro, Osciloscopio.

III.FUNDAMENTO TEORICO:



UNMSM

A. CORRIENTE ELECTRICA: La corriente eléctrica o intensidad eléctrica es el flujo de carga eléctrica por unidad de tiempo que recorre un material conocido como conductor. Esto se debe al movimiento de las cargas (que vendrían hacer los movimientos que realizan los electrones) en el interior del conductor. En el Sistema Internacional de Unidades van a expresar a la corriente eléctrica en culombios por segundo (C/S).Una corriente eléctrica, como se trata de movimiento de carga, produce un campo magnético, un fenómeno que puede aprovecharse en el electroimán.El instrumento usado para que podamos medir la intensidad de la corriente eléctrica es el galvanómetro que calibrado en amperios, se llama amperímetro, colocado en serie con el conductor cuya intensidad se debe medir.En la corriente eléctrica vamos a poder identificar 2 tipos de comportamiento que pueda mostrar la corriente para nuestro caso en el experimento:

a. Corriente Continua:Denominaremos corriente continua o corriente directa al flujo que se presentara en donde las cargas eléctricas no cambian de sentido con el tiempo. La corriente eléctrica a través de un material se establece entre dos puntos de distinto potencial. Cuando existe corriente continua, los terminales de mayor y menor potencial no se intercambian entre sí.

b. Corriente Alterna:



UNMSM

Denominaremos corriente alterna a la corriente en la que la magnitud y dirección varían cíclicamente. La forma de onda de la corriente alterna as comúnmente utiliza es la de una onda sinoidal.

Observación:Los electrones se pueden mover con mayor velocidad mientras mayor sea la intensidad de la tensión aplicada y menor sea la resistencia que la red de átomos oponga a su paso. La intensidad de corriente I se define como la carga Q que fluye por unidad de tiempo a través de una sección transversal del conductor, esto es:

IV. PROCEDIMIENTO:

A. Experimento 1a:Circuito sencillo de corrienteEn el siguiente experimento se debe mostrar, en primer lugar, que una corriente pueda circular cuando el circuito de corriente se encuentra cerrado. Para ello se empleara el circuito que se encuentra en la parte superior de la tarjeta de Circuito de resistencias SO4203-6A, cuya fuente de tensión continua de 15 V se activa automáticamente un vez que la tarjeta se ha insertado en el experimentador. Una lámpara incandescente servirá como carga de este circuito. El de corriente se puede abrir o cerrar por medio de la inserción de diferentes conectores.

I=Qt

La unidad con la que se designa la intensidad de la corriente es el amperio (que se abrevia con A)



UNMSM

MEDICION DE TENSIÓN:La tensión eléctrica se mide con el voltímetro. La siguiente representación muestra el símbolo grafico de un voltímetro.

El diagrama de la izquierda representa, en este caso, la conexión del voltímetro para la medición de la tensión de la fuente; el del centro, la conexión para la medición de la tensión a través del interruptor y, finalmente, el de la derecha, la conexión para la medición de la tensión de carga.



UNMSM

EJECUCION DEL EXPERIMENTO: Monte el circuito experimental representado a continuación: Las figuras siguientes ilustran la estructura de la conexión.

Ajustes del voltímetro A

Rango de medición: 20 V DC

Modo de operación:

AV

B. Experimento 1b:

MEDICIÓN DIRECTA DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA:La corriente eléctrica se mide con un amperímetro. El diagrama siguiente presenta diferentes posibilidades de integrar el amperímetro al circuito mostrado.



UNMSM

MEDICION INDIRECTA DE CORRIENTE: Si no se tiene a disposición un amperímetro, sino únicamente un voltímetro, se puede determinar también de manera indirecta la intensidad de la corriente por medio de una medición de la tensión.Para ello se aprovecha la relación que existe ente la corriente y la tensión en una carga, esto es la ley de Ohm. La intensidad de corriente I que nos interesa se obtiene entonces a partir de la ecuación que mostramos a continuación:

I=UM

RM

La imagen de la izquierda muestra la medición directa de corriente por medio de un amperímetro, la de la derecha, la medición indirecta por medio de una resistencia RM y un voltímetro.



UNMSM

C. Experimento 1C:

Ejecución del experimento con la resistencia de medición y el instrumento virtual:

Monte el circuito experimental representado a continuación. La animación siguiente ilustra la estructura de la conexión:

Ajustes del Amperímetro A

Rango de medición: 200 mA DC



UNMSM

Modo de operación: AV

Shunt: 10 ohmios

RESISTENCIA ELECTRICA:Si una corriente eléctrica circula a través de un conductor, los portadores de carga libre (electrones libres) se mueven entre los átomos de la red. En este caso siempre se producen colisiones entre los atamos, por lo cual, los electrones libres se ven rechazados y, de esta manera, se frena su movimiento. El conductor opone una resistencia a la corriente eléctrica que debe ser vencida por la tensión:

R=ρ . lA

La constante de material ρ indica la resistencia específica del material

conductor en la unidad Ω. mm2/m, l es la longitud del conductor, en m, y A la sección transversal del conductor en mm2.

DISEÑOS DE LAS RESISTENCIAS:Las imágenes siguientes muestran los símbolos gráficos de diferentes tipos de resistencias.

Resistencia Común Resistencia Variable Resistencia con contacto deslizante



UNMSM

CODIFICACION POR COLORES DE LAS RESISTENCIAS:El siguiente grafico ilustra la codificación. Para la resistencia representada en la parte superior, a partir de los dos primeros aros (marrón y negro), se obtiene un valor total de resistencia de: R = 10.103 Ω = 10000 Ω = 10KΩ. En la resistencia representada al inicio de la página, el arco es de color dorado; la resistencia posee, por tanto, una tolerancia de ±5%.

La tabla siguiente indica los valores codificados de las resistencias:

Color 1º Cifra 2º Cifra Factor

plata ----- ----- 10-2

dorado ----- ----- 10-1

negro ----- 0 1

marrón 1 1 10

rojo 2 2 102

naranja 3 3 103

amarillo 4 4 104



UNMSM

verde 5 5 105

azul 6 6 106

violeta 7 7 107

gris 8 8 108

blanco 9 9 109

Color Tolerancia

incoloro ±20 %

plateado ±10 %

dorado ±5 %

marrón ±1 %

rojo ±2 %

verde ±0.5 %

azul ±0.25%

violeta ±0.1 %

B. LEY DE OHM:

I.OBJETIVOS:

Poder verificar experimentalmente la Ley de Ohm. Poder obtener experimentalmente los datos del voltaje y corriente

eléctrica en elementos que presenta resistencia con el fin de poder iniciar el estudio de circuitos eléctricos simples.



UNMSM

Poder diseñar y montar circuitos eléctricos que presenten resistencias en Serie y en Paralelo.

II. MATERIALES:

En esta parte del experimento utilizaremos un Milímetro MetraHit (si disponemos de él), con una resistencia (shunt), o con una entrada de medición de la interfaz Uni-Train-I y el amperímetro virtual.

III.FUNDAMENTO TEORICO:

Definición de la Ley de Ohm:La Ley de Ohm nos dice que la intensidad de corriente que pueda circular entre dos puntos de un circuito eléctrico es proporcional a la tensión eléctrica que pueda existir en esos dichos puntos.

La inversa de la corriente que circula por un circuito dado es directamente proporcional a la tensión aplicada e inversamente proporcional a la resistencia del mismo. Cabe recordar que esta ley es una propiedad específica de ciertos materiales y no es una ley general del electromagnetismo como la Ley de Gauss, por ejemplo.



UNMSM

Para poder resumir la Ley de Ohm podemos decir que a partir de los cálculos los procesos electrónicos que ocurren en un circuito sencillo de corriente, o en un circuito más complejo, es necesario conocer, por una parte, la dependencia que existe entre la intensidad de corriente I y a tensión U, por otra parte, entre la corriente I y la resistencia R. Esta dependencia esta descrita por la Ley de Ohm, que debe su nombre al famoso físico alemán. Para ello se observara, en primer lugar, el circuito sencillo de corriente representado anteriormente.

La ley de Ohm se puede expresar por medio de las siguientes formulas:

O Y

Nota:Las resistencias para las que es válida la ley de 3Ohm (esto es, la proporcionalidad entre la corriente y la tensión) se denominan resistencias óhmicas, mientras que, por ejemplo, las resistencias de fluidos conductores no cumple con la Ley de Ohm.

IV. PROCEDIMIENTO:

Los siguientes componentes son necesarios, ara la ejecución de los experimentos expuestos dentro del marco de este curso:La tarjeta insertable “Circuito de resistencias”.La tarjeta insertable UniTrain-I de Circuito de resistencia SO42036A permite el análisis de circuitos de corriente sencillos. Para ello, la tarjeta se ha dividido en seis sectores.

1. Circuito sencillo de corriente con tensión continua y lámpara incandescente con carga resistiva.

2. Circuito en serie compuesto por un máximo de tres resistencias.3. Circuito en paralelo compuesto por un máximo de tres resistencias.4. Un máximo de seis resistencias conectadas en grupo.5. Condensador con resistencia de carga.6. Bobina de resistencia a carga.

I=UR

U=I ∙R R=UI



UNMSM

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 aplicara diferentes tensiones a la resistencia R1 de la tarjeta de Circuitos de resistencias y se medirá cada valor resultante de intensidad de corriente. La intensidad de la corriente se representa continuación, gráficamente, en función de la tensión.

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

Ajustes de la fuente de tensión continua

Rango: 10 V

Tensión de salida: 0 V

Abra el instrumento virtual Voltímetro A y selecciones los ajuste que se detallan en la tabla siguiente.

Ajustes del voltímetro A

Rango de medición: 10 V DC


ln-vi:35

ln-vi:61



UNMSM

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.

Ajustes del Amperímetro B

Rango de medición: 10 mA DC


Shunt: 10 ohmios

Ahora, ajuste en el instrumento Fuente de tensión continua una tensión de 1V. Mida el valor de la corriente resultante en miliamperios y anote el valor obtenido en la correspondiente fila de la tabla siguiente. Ahora, eleve la tensión en pasos de 1V y anote de la misma manera el resultado de la intensidad de corriente medid en la tabla. Si pulsa la pestaña “Diagrama” de la tabla, podrá visualizar gráficamente la característica I/U resultante.

ln-vi:64



UNMSM

C. CUESTIONARIO:

1. ¿Cuántas escalas poseen los instrumentos? (describa cada uno de ellos), indique su mínima y máxima lectura en cada escala.

El voltímetro es un instrumento que sirve para medir la diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito eléctrico. Tenía tres escalas:

La primera: (0 – 0.25 – 0.50 – 0.75 - … -1.50) V, donde la mínima lectura es 0 V y la máxima 1.50 V.

La segunda: (0 – 0.5 – 1.0 - … - 3.0) V, donde la lectura mínima es 0 V y la máxima 3.0 V.

La tercera: (0 – 5.0 – 10.0 - … - 30.0) V donde la mínima lectura es 0 V y la máxima es 30.0 V

El amperímetro es un instrumento que sirve para medir la intensidad de corriente que está circulando por un circuito eléctrico. También tenía tres escalas:

La primera: (0 – 1.00 – 2.00 – 3.00 - … - 15.0) A, donde la mínima lectura es 0 A y la máxima 15.0 A.

La segunda: (0 – 0.2 – 0.4 - … - 3.0) A, donde la lectura mínima es 0 A y la máxima 3.0 A.

La tercera: (0 – 0.001 – 0.002 - … - 0.15) A donde la mínima lectura es 0 A y la máxima es 0.15 A.

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



UNMSM

Se tiene una fuente de voltaje de 24 voltios corriente directa (24 V DC) conectada a los terminales de una resistencia. Mediante un amperímetro conectado en serie en el circuito se mide la corriente y se obtiene una lectura de 2 Amperios. ¿Cuál es la resistencia que existe en el circuito? Aplicando la ley de Ohm tenemos que:

Entonces reemplazamos: 24 / 2 = R

R=12 (ohmios)

El valor de una resistencia la obtenemos a partir de la ley de ohm y para esto tenemos que medir el voltaje y corriente... y usar la relación:

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

V = I x RI = 0.025 AR = 50.5 Ω

Empleando la formula siguiente:

Reemplazando los datos:

V= (0.025 )∗(50.5 )

V=1.2625 voltios

Como podemos observar el resultado que hemos obtenido solo se

mantendrá por un momento ya que realmente no se cumple la ley

R=VI

R=VI

V=I ∙R



UNMSM

de Ohm debido a que la resistencia en un conductor depende de la

longitud, de su sección transversal y de la temperatura a la que

está funcionando.

Cuando se trata de una lámpara, al calentarse esta aumenta la

resistencia del f i lamento del conductor.

4. Con respecto a la ley de Ohm podemos decir:I. Se cumple en materiales conductores y semiconductores.

II. La pendiente de la grafica Voltaje vs. Intensidad da como resultado el valor de la resistencia.

III. Que la ley de matemática que lo gobierna es I = V / R y sirve tanto para corriente continua como alterna.

A) VVV B) VVF C) FVF D) VFF

Solución:

La ley de ohm establece que la intensidad de la corriente eléctrica que circula por un dispositivo es directamente proporcional a la diferencia de potencial aplicada e inversamente proporcional a la resistencia del mismo, según expresa la formula siguiente:

En donde, empleando unidades del Sistema Internacional:

I = intensidad en amperios (A)

V = diferencia de potencial en voltios (V)

R = resistencia en ohmios (Ω), la ley de ohm dice que tiene varias cargas eléctricas magnetizadas

Deducción de la Ley de Ohm

I=VR



UNMSM

La relación J = σ . E, que relaciona la densidad de corriente con la conductividad para un Campo eléctrico dado, es la fundamental de la conducción eléctrica pero es mas como trabajar con tensiones e intensidades que con densidades y campos eléctricos por lo que si consideramos un conductor de longitud L y sección constante A por el que circula una corriente de intensidad I y sea Va y Vb los potenciales en sus extremos y si la conductividad σ es independiente de la densidades corriente J, tendremos un enlace iónico en condiciones normales que:

Al factor σ ∙ AL

se le denomina conductancia del hilo conductor. La

inversa de la conductancia es la resistencia, es decir:

Como la inversa de la conductibilidad (o conductividad) es la resistividad tendremos que:

Por lo que la resistencia será:

Por lo que ahora podemos poner la intensidad en función de R, quedando:

I=σ ∙ AL∙ (Va−Vb )

R= Lσ ∙ A

ρ=1σ

R=ρ∙ LA

I=(Va−Vb )R



UNMSM

Si Va – Vb (la diferencia de potencial), le llamamos V tendremos que:

I=VR

De acuerdo a esto, las proposiciones planteadas en la pregunta, serian:

I. Se cumple en materiales conductores y semiconductores. (V)II. La pendiente de la grafica Voltaje vs. Intensidad da como

resultado el valor de la resistencia (V)

Observemos esta conclusión en la siguiente grafica.

III. Que la ley de matemática que la gobierna es I = V/R y sirve tanto para corriente continua como alterna. (F)

La ley de Ohm solo sirve para corriente continua, ya que en corriente alterna la intensidad varia.

Por lo tanto la respuesta:

B) VVF



UNMSM

D. CONCLUSIONES:

La ley de ohm no se cumple para todos los materiales, por ejemplo no cumple para los semiconductores.

La corriente es inversamente proporcional a la resistencia, por lo tanto cuando aumenta la resistencia la corriente baja y viceversa.

La corriente es directamente proporcional al voltaje, por lo tanto cuando aumenta el voltaje aumenta también la corriente.

La grafica de R versus I tiene pendiente negativa debido a que son inversamente proporcionales y la grafica de V versus I, al ser rectificada, tiene pendiente positiva debido a que son directamente proporcionales.

La ley de Ohm se cumple con mucha precisión en muchos de los conductores eléctricos que podemos encontrar en la vida común, con un gran intervalo de voltaje y de corriente, así como también la temperatura, sin embargo, para muchas sustancias especialmente en los semiconductores, por lo que concluimos que esta ley no llega a cumplir.

Creemos que en todo circuito intervienen factores, los cuales son: la tensión en voltios, la intensidad en Amperios y la resistencia en ohm. La tensión determinada por la naturaleza de la fuente de alimentación y es por sí misma independiente de los demás. La resistencia está determinada por la oposición que ofrece el circuito interno el cual depende de la sección, longitud y material de la resistencia. Y por ultimo l intensidad que viene a ser la relación existente entre la tensión y la resistencia del circuito.

E. SUGERENCIAS:

Debemos tener mucho cuidado al momento de hacer las conexiones puesto que una mala conexión puede averiar cualquiera de los instrumentos de medición ya sea el voltímetro o el amperímetro.

Asegurarnos siempre de que nuestro SISTEMA UNITR@IN este siempre encendido pues de lo contrario no se podrá realizar los experimentos de la



UNMSM

manera más correcta ya que no se podrá transmitir los datos que queremos a la PC.

Seguir con cuidado cada una de las instrucciones ya que si cometemos algunos erros en alguna lectura o en alguna posición obtendremos datos erados.

Si presenciamos alguna duda u observamos un mal funcionamiento de nuestro material debemos consultar con el profesor o el encargado ya que podríamos malograr los instrumentos del experimento si intentamos manipularlo por nuestra cuenta.

F. BIBLIOGRAFIA:

GUIA D ELABORATIOS DE FISICA III

FÍSICA ELEMENTAL (tomo II)o J.S. Fernández

E.F. GALLONI.o Editorial NIGAR S.R.L.o Buenos Aires - ARGENTINA

FÍSICA GENERALo Ing. Juan Goñi Galarzao LIMA - PERU

FÍSICA GENERALo Adisson Wesley Longmano Boulevard de las cataratas N3o México 01900, DF.

Fundamentos de Electromagnetismo o Cheng Finneyo Volumen Io Paris – Francia.

FÍSICA UNIVERSITARIA CON FISICA MODERNAo Young, Freedman y Sears, Zemanskyo Tomo II

FISICA IIIo Lic. Humberto Leyva N.



UNMSM

o Editorial Mosherao Segunda Edición.

FISICA.- o Resnick Hallidayo Editorial Continental S.A. de C.V.o Segunda Edición.

G. ENLACES:

http://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Ohm http://recursostic.educacion.es/secundaria/edad/3esofisicaquimica/

3quincena11/3q11_contenidos_5d.htm http://www.profesorenlinea.cl/fisica/Electricidad_ley_Ohm.html http://es.wikiversity.org/wiki/Ley_de_Ohm http://dieumsnh.qfb.umich.mx/Fisca/ley_ohm.htm

http://www.itlp.edu.mx/publica/tutoriales/lyohmt/tem1_2_.htm http://usuarios.lycos.es/lafisica/leydeohm.htm

http://www.ucab.edu.ve/ingenieria/informatica/labfisica/practica1.pdf

hhtp://wikipedia.com

http://www.ucab.edu.ve/ingenieria/informatica/labfisica/practica1.pdf

http://usuarios.lycos.es/lafisica/leydeohm.htm

http://www.itlp.edu.mx/publica/tutoriales/lyohmt/tem1_2_.htm

http://dieumsnh.qfb.umich.mx/Fisca/ley_ohm.htm

http://es.wikiversity.org/wiki/Ley_de_Ohm

http://www.profesorenlinea.cl/fisica/Electricidad_ley_Ohm.html

http://recursostic.educacion.es/secundaria/edad/3esofisicaquimica/3quincena11/3q11_contenidos_5d.htm

http://recursostic.educacion.es/secundaria/edad/3esofisicaquimica/3quincena11/3q11_contenidos_5d.htm

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

Labo 3 Instrumentacion y Ley de Ohm

Documents

Transcript of Labo 3 Instrumentacion y Ley de Ohm