Instrumentacin y Ley de OHM

Experiencia N 3

A) INSTRUMENTACIN

1. OBJETIVOS. 1. Conocer el manejo de instrumentos y materiales de uso corriente en los experimentos de electricidad y magnetismo. 2. Conocer el rea de operacin de los instrumentos y determinar sus lecturas.

3. Aprender a montar circuito sencillo y medicin de tensin y corriente elctrica.

4. Identificacin de los valores de resistencia.

2. MATERIALES. SISTEMA UNITR@IN.- En el cual podemos tener los Instrumentos Virtuales como una fuente de corriente continua, voltmetro, ampermetro, osciloscopio.

3. FUNDAMENTO TEORICO

CORRIENTEELCTRICALos electrones se pueden mover con mayor velocidad mientras mayor sea la intensidad de la tensin aplicada y menor sea la resistencia que la red de tomos oponga a su paso. La intensidad de corriente I se define como la carga Q que fluye por unidad de tiempo a travs de una seccin transversal del conductor, esto es:

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

4. PROCEDIMENTO

Experimento 1a

Circuito sencillo de corriente

En el siguiente experimento se debe mostrar, en primer lugar, que una corriente puede circular cuando el circuito de corriente se encuentra cerrado. Para ello se emplear el circuito que se encuentra en la parte superior de la tarjeta de Circuito de resistencias SO4203-6A, cuya fuente de tensin continua de 15 V se activa automticamente una vez que la tarjeta se ha insertadoen el experimentador. Una lmpara incandescente servir como carga de este circuito. El circuito de corriente se puede abrir o cerrar por medio de la insercin de diferentes conectores

MEDICIN DE TENSIN

La tensin elctrica se mide con el voltmetro. La siguiente representacin muestra el smbolo grfico de un voltmetro.

El diagrama de la izquierda representa, en este caso, la conexin del voltmetro para la medicin de la tensin de la fuente; el del centro, la conexin para la medicin de la tensin a travs del interruptor y, finalmente,

el de la derecha, la conexin para la medicin de la tensin de carga.

EJECUCIN DEL EXPERIMENTOMonte el circuito experimental representado a continuacin:

Las Figuras siguientes ilustran la estructura de la conexin.

Experimento 1b

Medicin directa de la corriente elctrica

Ajustes del voltmetro A

Rango de20 V DCmedicin:

Modo deAVoperacin:

La corriente elctrica se mide con un ampermetro. El diagrama siguiente presenta diferentes posibilidades de integrar el ampermetro al circuito mostrado

Medicin indirecta de corrienteSi no se

tiene a disposicin un ampermetro, sino

nicamente un voltmetro, se puededeterminar

tambin de manera indirecta la intensidad de la corriente por medio de una medicin de tensin. Para ello se aprovecha la relacin que existe entre la corriente y la tensin en una carga, esto es, la ley de Ohm. La intensidad de corriente I que nos interesa se obtiene entonces a partir de la ecuacin

La imagen de la izquierda muestra la medicin directa de corriente por medio de un ampermetro, la de la derecha, la medicin indirecta por medio de una resistencia RM y un voltmetro.

Experimento 1c

Ejecucin del experimento con la resistencia de medicin y el instrumento virtual

Monte el circuito experimental representado a continuacin. La animacin siguiente ilustra la estructura de la conexin:

Ajustes del Ampermetro A

Rango de medicin:

Modo de operacin:

Shunt:

200 mA DC

AV

10 ohmios

Resistencia elctricaSi una corriente elctrica circula a travs de un conductor, los portadores de carga libres (electrones libres) se mueven entre los tomos de la red. En este caso siempre se producen colisiones entre los tomos, 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 elctrica que debe ser vencida por la tensin

La constante de material indica la resistencia especfica del material conductor en la unidad mm2/m, l es la longitud del conductor, en m, y A la seccin transversal del conductor en mm2.

Diseos de las resistencias

Las imgenes siguientes muestran los smbolos grficos de diferentes tipos de resistencias.

Resistencia comnResistencia variableResistencia con contacto

deslizante

Codificacin por colores de las resistencias

El siguiente grfico ilustra la codificacin.

Para la resistencia representada en la parte

superior, a partir de los dos primeros aros

(marrn y negro), se obtiene un valor decimal

de 10 y, a partir del tercer aro (naranja) un

factor de 103, con lo que se obtiene un valor

total de resistencia de: R = 10103 = 100001a cifra 2da cifra FactorTolerancia

= 10 k . En la resistencia representada al

inicio de la pgina, el aro derecho es de color dorado; la resistencia posee, por tanto, una tolerancia de 5%.

PROCEDIMIENTO

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

TABLA 1

1 BANDA2 BANDA3 BANDA 4 BANDAVALOR DE R

1

2

3

4

5

6

Tablero de resistencias (cdigo de colores.)

La codificacin de colores para la tolerancia est indicada en la siguiente tabla:

Color1a2da cifraFactor

cifra

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

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

negro----01

marrn1110

rojo22102

naranja33103

amarillo44104

verde55105

azul66106

violeta77107

gris88108

blanco99109

ColorTolerancia

incoloro20%

plateado10%

dorado5%

marrn1%

rojo2%

verde0.5%

azul0.25%

violeta0.1%

b) LEY DE OHM

1.- OBJETIVOS

Verificar experimentalmente la ley de o

Ohm.

Obtener los datos de voltaje y corriente elctrica en elementos resistivos con el fin de iniciar el estudio de circuitos elctricos simples.

Disear y Montar circuitos elctricos con resistencias en Serie, Paralelo.

2.-MATERIALES

Mdulo de enseanza SISTEMA UNITR@IN con resistencia (shunt), y el ampermetro virtual

3.- FUNDAMENTO TERICO

Si se quiere resumir por medio del clculo los procesos electrnicos que ocurren en un circuito sencillo de corriente, o en circuitos ms complejos, es necesario conocer, por una parte, la dependencia que existe entre la intensidad de corriente I y la tensin U y, por otra parte, entre la corriente I y la resistencia R. Esta dependencia est descrita por la ley de Ohm, que debe su nombre al famoso fsico alemn. Para ello se observar, en primer lugar, el circuito sencillo de corriente representado anteriormente.

Ley de Ohm:

La intensidad de corriente I aumenta si aumenta la tensin U y disminuye si aumenta la resistencia R. Aqu, la intensidad de corriente vara proporcionalmente a la tensin y de manera inversamente proporcional a la resistencia.

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

o y

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

4.- PROCEDIMIENTO

Los siguientes componentes son necesarios, para la ejecucin de los experimentos expuestos dentro del marco de este curso: La tarjeta insertable "Circuitos de resistencias"

La tarjeta insertable UniTrain-I de Circuitos de resistencias SO4203-6A permite el anlisis de circuitos de corriente sencillos. Para ello, la tarjeta se ha dividido en seis sectores.1. Circuito sencillo de corriente con tensin continua y lmpara incandescente con carga resistiva.

2. Circuito en serie compuesto por un mximo de tres resistencias.

3. Circuito en paralelo compuesto por un mximo de tres resistencias.

4. Un mximo de seis resistencias conectadas en grupo.

5. Condensador con resistencia de carga.

6. Bobina de resistencia a carga.

En el siguiente experimento se debe comprobar la relacin entre la corriente y la tensin de acuerdo con la ley de Ohm. Para ello, se aplicarn diferentes tensiones a la resistencia R1 de la tarjeta de Circuitos de resistencias y se medir cada valor resultante de intensidad de corriente. La intensidad de la corriente se representar a continuacin, grficamente, en funcin de la tensin.

Abra el instrumento virtual Fuente de tensin continua

y seleccione los ajustes que se detallan en la tabla siguiente. Encienda a continuacin el instrumento por medio de la tecla POWER.

Ajustes de la fuente de tensin continua

Rango:

Tensin de salida:

10 V

0 V

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

Ajustes del voltmetro A

Rango de medicin:

Modo de operacin:

10 V DC

AV

En el caso de que realice la medicin de corriente empleando el ampermetro virtual, abra el instrumento Ampermetro B y seleccione los ajustes que se detallan en la tabla siguiente.

Ajustes del Ampermetro B

Rango de medicin:

Modo de operacin:

Shunt:

10 mA DC

AV

10 ohmios

Ahora, ajuste en el instrumento Fuente de tensin continua una tensin de 1 V. 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 tensin 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 pestaa "Diagrama" de la tabla, podr visualizar grficamente la caracterstica I/U resultante.

COMPROBACIN ANALGICA DE LA LEY DE OHM

VARIACIN DE VOLTAJE Y CORRIENTE MANTENIENDO LA+-

r

V

A

R

Figura 1RESISTENCIA CONSTANTE

+-

r

figura 1

TABLA 1

VOLTAJE(V)

INTENCIDAD (A)

VARIACIN DE LA CORRIENTE Y LA RESISTENCIA MANTENIENDO

CONSTANTE EL VOLTAJE

Usando el mismo cursor de la figura 1, observe y anote en la tabla 2 los valores de corriente cuando cambian los valores R de la caja de resistencia conservando constante la diferencia de potencial entre los terminales de la misma. Para conseguir esto vari la posicin del cursor del restato para cada lectura.

TABLA 2

RESISTENCIA ( )

INTENCIDAD (A)

VARIACIN DE LA DIFERENCIA DE POTENCIAL Y LA RESISTENCIAMANTENIENDO CONSTANTE LA CORRIENTE

Arme el circuito de la figura 2 vari los valores de las resistencias en la caja y para cada valor observado anote en la tabla 3 los valores del voltaje, conserve constante un determinado valor de la corriente para las distintas lecturas de V y R, variando la posicin del cursor de restato.

+-

Figura 2

TABLA 3

RESISTENCI

A ( )

VOLTAJE(V)

5CUESTIONARIO.

1.- Cuntas escalas poseen los instrumentos? (describa cada uno de ellos), indique su mnima y mxima lectura en cada escala. Las escalas dependen del tipo de instrumento y sus caractersticas de operacin para instrumentos digitales es de fcil manejo pero en los analgicos se consideran mas factores. Ver imgenes.

2.- Investigue de qu otra manera se determina el valor de una resistencia. (Sin cdigo de colores). Se pueden usar multmetro y medir la resistencia, aplicar la ley de ohm calculando corriente y voltaje y luego operando obtener el resultado ,por formula

3.- Grafique en un papel milimetrado e intrprete V versus I, usando los valores de la tabla 1 determine el valor de la pendiente de la misma.

4.- Grafique e intrprete V versus I , I versus R y V versus R , en papel milimetrado, y compare los valores encontrados a partir del anlisis del grfico con los valores de de R, I y V de las tablas 1, 2 y 3

5.- Considere una lmpara que tiene aproximadamente 50.5 y por la cual pasa una corriente de 25 m A Cul es el voltaje aplicado? Se cumplir la ley de ohm?

6.- Con respecto a la ley de Ohm podemos decir:

i) Se cumple en materiales conductores y semiconductores No porque depende del tipo de material y el comportamiento del material ejemplo en conductores la resistividad es lineal mientras que en semiconductores no lo es y que depende de la temperatura.(F)

ii) La pendiente de la grfica voltaje vs. Intensidad da como resultado el valor de la

Resistencia Cumple ya que v/I=R pendiente..(V)iii) Que la ley de matemtica que la gobierna es I = V / R y sirve tanto para corriente continua como alterna Cumple para continua pero para alterna se consideran otros parametros........(F)

A) VVVB) VVFC) FVFD) VVVE) VFF

6.- SUGERENCIAS Y CONCLUSIONES