Experiencia N°1: Ley de Ohm y Leyes de Kirchhoff

ContenidoI. Objetivos.......................................................................................................................................................3

II. Equipamiento y materiales a utilizar........................................................................................................3

III. Desarrollo Experimental...........................................................................................................................4

A. Primera Experiencia...............................................................................................................................4

B. Segunda Experiencia..............................................................................................................................4

C. Tercera Experiencia...............................................................................................................................5

D. Cuarta Experiencia.................................................................................................................................5

IV. Circuitos prácticos armados....................................................................................................................6

A. Circuito 1...............................................................................................................................................6

B. Circuito 2...............................................................................................................................................6

C. Circuito 3...............................................................................................................................................7

D. Circuito 4...............................................................................................................................................7

E. Circuito 5...............................................................................................................................................8

F. Circuito 6...............................................................................................................................................8

G. Circuito 7...............................................................................................................................................9

V. Tablas comparativas y gráficos.............................................................................................................10

A. Tabla y gráfico primera experiencia.....................................................................................................10

B. Tabla y gráfico segunda experiencia...................................................................................................11

C. Tabla y gráficos tercera experiencia....................................................................................................12

D. Tabla y gráficos cuarta experiencia......................................................................................................13

VI. Análisis.....................................................................................................................................................14

A. Primera Experiencia.............................................................................................................................14

B. Segunda Experiencia............................................................................................................................14

C. Tercera Experiencia.............................................................................................................................15

D. Cuarta Experiencia...............................................................................................................................15

VII. Respuestas a las preguntas formuladas............................................................................................16

VIII. Conclusión.............................................................................................................................................18

IX. Bibliografía...............................................................................................................................................20

I. Objetivos

A. Comprobar la relación de proporcionalidad directa entre la tensión aplicada y la Intensidad de la Corriente en un circuito eléctrico. Ley de Ohm.

B. Comprobar la relación de proporcionalidad inversa entre la Resistencia Eléctrica y la Intensidad de la Corriente en un circuito eléctrico. Ley de Ohm.

C. Comprobar en un circuito eléctrico Serie, que la Tensión o Voltaje Eléctrico aplicado corresponde a la suma de las caídas de voltajes parciales. Ley de Kirchhoff.

D. Comprobar en un Circuito Eléctrico Paralelo, que la suma de las intensidades de corriente en cada rama del circuito, es equivalente a la intensidad total proporcionada por la fuente.

II. Equipamiento y materiales a utilizar

- 1 Fuente de Poder variable de al menos 0 a 12VDC

- 1 Multímetro

- 1 Protoboard

- Resistencias de (560, 1, 2,2 y 4,7 )

III. Desarrollo Experimental

A. Primera Experiencia

Para la primera experiencia, se armó el circuito de la Figura 1, teniendo presente que se debían respetar las polaridades. Se energizo el circuito hasta tener 2V y se midió la corriente. Posteriormente se ajustó la fuente de poder a 4V y se volvió a medir la corriente, y esto se realizó para los voltajes 6, 8, 10 y 12V. Por último se disminuyó el voltaje a 0, se abrió el interruptor y se retiró la resistencia con el objetivo de medir su valor real, que dio como resultado 560. Figura 1

B. Segunda Experiencia

Para la segunda experiencia, se armó un circuito como el de la Figura 2, respetando las polaridades y colocando una resistencia de 560. Una vez armado el circuito, se ajustó la fuente de poder a 12V, los cuales esta vez estarán fijos para toda la toma de datos, y se midió la corriente que circulaba por el circuito. Posteriormente se abrió el circuito y se cambió la resistencia por una de 1.000 y se volvió a medir la corriente. Este proceso se realizó para 2.200 y 4.700 también. Figura 2

C. Tercera Experiencia

Para la tercera experiencia, se armó un circuito como el de la Figura 3, considerando un voltaje de 12V y se midieron las caídas de tensión de cada resistencia

antes de ser energizadas. Posteriormente se cerró el circuito y se midió la corriente que circulaba por él. Posteriormente se desconectó el amperímetro y se conectó de manera adecuada para usarse como voltímetro, como se muestra en la Figura 4. Se energizó nuevamente el circuito con 12V y se midió el voltaje de la primera resistencia (560), realizándose el mismo proceso para las siguientes dos resistencias. Por último, se desconectó el circuito y se midieron los valores de las resistencias utilizadas, que dieron como resultado 560Ω, 1KΩ y 2,17 KΩ.

Figura 3 Figura 4

D. Cuarta Experiencia

Para la última experiencia, se armó el circuito de la Figura 5 y se midió el valor de la intensidad total. Luego se desconectó el amperímetro y se conectó como en la Figura 6, para medir la intensidad de corriente que circula por la resistencia R2 y posteriormente se realizó el mismo proceso para medir la intensidad que circula por R4, según la Figura 7.

Figura 5

Figura 6 Figura 7

IV. Circuitos prácticos armados

A continuación se presentan los 7 circuitos mostrados anteriormente con las respectivas medidas solicitadas. Para su construcción se utilizó el programa Livewire, el cual sirve también para calcular las mediciones pedidas con lo cual es otro método para corroborar tanto los cálculos obtenidos como las mediciones hechas en el laboratorio.

A. Circuito 1

B. Circuito 2

C. Circuito 3

D. Circuito 4

E. Circuito 5

F. Circuito 6

G.

Circuito 7

V. Tablas comparativas y gráficos

Los resultados medidos en las 4 experiencias realizadas fueron tabulados en las tablas que aparecen a continuación. De igual manera, los resultados obtenidos mediante los cálculos y la utilización tanto de las leyes de Ohm y Kirchhoff, fueron introducidas en las mismas tablas, con el objetivo de comparar los resultados obtenidos.

A. Tabla y gráfico primera experiencia

Voltaje Aplicado Resistencia Corriente I Corriente I(V) ( R ) Calculada Medida

(Volts) Ohms (mA) (mA)2 560 3,57 3,444 560 7,14 6,916 560 10,71 10,348 560 14,28 13,77

10 560 17,85 17,1812 560 21,42 20,69

B. Tabla y gráfico segunda experiencia

Voltaje AplicadoResistencia

( R )Corriente I

(calculada)

Corriente I (medida)

(Volts) Ohms (mA) (mA)12 560 21,42 20,6912 1000 12 11,7112 2200 5,45 5,3612 4700 2,55 2,5

C. Tabla y gráficos tercera experiencia

Voltaje Aplicado(V) V (Volts) V1 (Volts) V2 (Volts) V4 (volts) I (mA)

(Volts)Valor

CalculadoValor

Medido

3,19

11,99 1,79 3,17 7 11,99 3,14

V1+V2+V4 (Volts)

12 1,7864 3,19 7,018 11,9944

R1=560 ΩR2= 1 KΩ

R4=2,2 KΩ

D. Tabla y gráficos cuarta experiencia

Voltaje Aplicado(V) V (Volts) I1 (mA) I2 (mA) I4 (mA) I2+I4 (mA)

(Volts)Valor

CalculadoValor

Medido

12 1,74545 12 5,4545 17,4545

11,99 16,99 11,78 5,38 16,99

R2= 1 KΩR4=2,2 KΩ

VI. Análisis

A. Primera Experiencia

La Ley de Ohm relaciona tres componentes que influyen en una corriente eléctrica que son intensidad, diferencia de potencial y resistencia que ofrecen los materiales o conductores. Establece que la intensidad de la corriente que circula por un conductor eléctrico es directamente proporcional a la diferencia de potencial aplicada e inversamente proporcional a la resistencia del mismo, y se expresa de la siguiente forma:

I=VR

Como para la primera experiencia, se requiere comprobar la relación de proporcionalidad directa entre la tensión aplicada y la intensidad de corriente, se realizó una comparación entre la teoría (de manera analítica) y la experiencia, calculando los valores de las intensidades de corriente que circulaban por el circuito cuando se aumentaba la diferencia de potencial aplicada manteniendo la resistencia constante. En ambos casos se observó que a medida que la diferencia de potencial aumentaba, la intensidad de corriente también aumentaba su valor, con lo cual se puede concluir que tienen una relación directa, validando o comprobando lo expuesto en el primer objetivo.

Además, cabe destacar que los resultados obtenidos de manera analítica y

experimental tienen valores extremadamente cercanos, ante lo cual se concluye que la teoría expuesta anteriormente es totalmente válida.

B. Segunda Experiencia

Para la realización de la segunda experiencia y en consecuencia poder comprobar la relación de proporcionalidad inversa entre la resistencia eléctrica y la intensidad de corriente, se utilizó el mismo método que en el caso anterior. Se realizó un análisis mediante la utilización de la Ley de Ohm para encontrar los valores requeridos analíticamente, y uno experimental para obtener estos mismos valores. Los resultados obtenidos en ambos casos indican que existe una relación inversa entre las variables antes citadas, debido a que al aumentar la resistencia del circuito, la corriente que circula por este disminuye su valor cuando se mantiene el voltaje constante. Cabe destacar que en ambos casos, los valores obtenidos son extremadamente cercanos, ante lo cual se concluye que son totalmente válidos.

C. Tercera Experiencia

La segunda Ley de Kirchhoff o Ley de los lazos o mallas, indica que cuando existe un lazo cerrado, las sumas de todas las caídas de tensión es igual a la tensión total suministrada, lo que traduce algebraicamente en lo siguiente:

∑k=1

n

V k=V 1+V 2+…+V n=0

Así, se verificó esta Ley en forma analítica y luego experimental, comparándose los resultados obtenidos en ambos casos. Al tabular los datos y realizar su análisis, se obtuvo resultados casi iguales entre sí lo que verifica que la Ley es totalmente válida. Así, se comprueba que la suma de las caídas de tensión locales (de cada resistencia) da el mismo valor que la caída de tensión aplicada al circuito, lo que ocurre en ambos casos.

D. Cuarta Experiencia

Como se sabe, un circuito eléctrico en paralelo es una conexión de dispositivos conectados, donde sus terminales de entrada y salida coinciden entre sí. Las ecuaciones que rigen este tipo de circuitos son las siguientes:

V T=V 1=V 2=…=V n

I T=I 1+ I 2+…+ I n

1RT

= 1R1

+ 1R2

+…+ 1Rn

Como el presente objetivo corresponde a comprobar que la suma de las intensidades del corriente en cada rama del circuito es equivalente a la intensidad total proporcionada por la fuente, se realizó el cálculo de las intensidades de cada rama del circuito de forma analítica. Los resultados obtenidos fueron tabulados y posteriormente se compararon estos resultados con los obtenidos de forma experimental llegándose a valores muy parecidos, ante lo cual se puede concluir que la ecuación que rige a este tipo de circuitos es totalmente válida; es decir, la suma de las intensidades de corriente es equivalente a la intensidad total proporcionada por la fuente.

VII. Respuestas a las preguntas formuladas

A. Para la primera experiencia, ¿Qué puede concluir de las variaciones de voltaje aplicados con relación a las Intensidades de Corriente obtenidas?

R: Como se observó tanto de manera práctica como de manera teórica, al aumentar el voltaje aplicado en el circuito manteniendo la resistencia constante, la intensidad de corriente que recorría el circuito también aumentaba su valor, lo cual indica que tienen una relación directamente proporcional, verificándose la Ley de Ohm.

B. Para la segunda experiencia, ¿Qué puede concluir de las variaciones de resistencia en el circuito con relación a las Intensidades de Corriente obtenidas?

R: Para la segunda experiencia, nuevamente se observó tanto de manera práctica como de manera analítica que a medida que se variaban las resistencias manteniendo el voltaje o diferencia de potencial constante, la intensidad de corriente en ambos casos, disminuía su valor; comprobándose su relación inversa y cumpliéndose con lo que dicta la Ley de Ohm.

C. Para la tercera experiencia, concluya sobre los resultados obtenidos mediante los gráficos y tablas realizados

R: A través de las mediciones locales de voltaje (en cada resistencia) y su posterior suma, se pudo concluir tanto experimental como analíticamente que la suma de estas mediciones locales, corresponde a la tensión total aplicada al circuito, con lo cual se comprobó la Ley de Kirchhoff.

D. Para la cuarta experiencia, ¿Qué puede concluir de los resultados obtenidos en esta parte de la experiencia?

R: Mediante la realización de esta experiencia y mediante las mediciones de intensidades locales (en cada resistencia), al realizar la suma de intensidades de cada rama se obtuvo que los valores correspondían a los mismos que las intensidades de corrientes totales que recorren el circuito, tanto de manera experimental como de manera analítica.

RESPUESTAS AL TRABAJO PREVIO A LA EXPERIENCIA

A. ¿Qué puede afirmar con relación a la Intensidad de Corriente si en un circuito eléctrico se aumenta el Voltaje aplicado?

R: Se puede decir que si el voltaje es aumentado, la intensidad de corriente también lo hace de la misma forma, ante lo cual se concluye que estos son directamente proporcionales entre sí.

B. Si en un circuito eléctrico se mantiene constante el voltaje aplicado, pero se disminuye la resistencia eléctrica. ¿Qué debiera ocurrir con la intensidad de Corriente?

R: Si se disminuye la resistencia eléctrica, la intensidad de corriente aumenta su valor debido a lo cual, se concluye que son inversamente proporcionales cuando el voltaje se mantiene constante.

C. Si en el circuito de la Fig. 3, en donde el Voltaje aplicado por la Fuente de Poder es de 12V, se midieran con un Voltímetro los voltajes en las resistencias R1 y R4 obteniéndose valores de 1.8V y 7V respectivamente. ¿Qué valor debería medirse en R2?

R: Para el circuito de la Figura 3, como tiene configuración en serie, por lo tanto el voltaje total corresponde a la suma de los voltajes parciales. Así, valiéndose de lo anteriormente dicho, el voltaje de R2 corresponde a 3,2 Volts.

D. En el circuito de la Fig. 5 se midió la intensidad Total del circuito resultando un valor de 17.5mA. Posteriormente se midió la Intensidad en la rama de la Resistencia R2 y se obtuvo un valor de 12mA. ¿Qué valor debería medirse en la rama de la Resistencia R4?

R: Como el circuito de la Figura 5 corresponde a un circuito en paralelo, la intensidad de corriente total en este tipo de circuitos corresponde a la suma de las intensidades parciales, ante lo cual la intensidad que circula por la rama donde se encuentra R4 corresponde a 5,5mA.

VIII. Conclusión

En el presente laboratorio se aplica la ley básica de la electricidad en que se establece que la intensidad de la corriente por un conductor es proporcional al voltaje suministrado. Esta ley se conoce como Ley de Ohm y permite analizar los circuitos que forman parte de casi todos los aparatos electrónicos que el hombre utiliza en su diario vivir, ya que por ejemplo permite determinar qué valores debe tener alguna resistencia que compone a un circuito eléctrico para que éste funcione y demuestre un buen rendimiento. Esta Ley, en conjunto con las Leyes de Kirchhoff, se utilizó en las experiencias realizadas, debido a que éstas son las que se deben aplicar cuando se requiere tanto para confeccionar un circuito eléctrico como para analizar a éstos.

El desarrollo de la experiencia se realizó en dos partes, la primera de ellas incluyó realizar los cálculos necesarios para obtener valores de intensidades de corriente y voltajes pertenecientes a los circuitos planteados; mientras que la segunda parte incluyó la conformación de dichos circuitos y su posterior medición de las mismas características nombradas anteriormente, con el objetivo de comparar los valores y obtener resultados muy parecidos e incluso iguales.

De cada uno de los objetivos del laboratorio, se realizaron los análisis correspondientes concluyéndose lo siguiente:

- La teoría de la Ley de Ohm establece que la intensidad de la corriente eléctrica que recorre un circuito, es directamente proporcional al voltaje aplicado e inversamente proporcional a la resistencia. Es así, como en la primera experiencia, el voltaje, al ir aumentando paulatinamente (desde 2V hasta llegar a un valor igual a 12V) generó el aumento de la intensidad de corriente que recorre el circuito al mantenerse la resistencia con un valor constante. Así, se demostró, por medio de la teoría y la práctica, que si aumenta el voltaje también incrementa la intensidad de la corriente, es decir, que son directamente proporcionales, con lo cual se cumple el primer objetivo planteado en el presente trabajo.

- Para la segunda experiencia se mantuvo constante el voltaje aplicado pero se varió el valor de la resistencia. En esta experiencia, al igual que el anterior, se aplicó la Ley de Ohm y al realizar el análisis correspondiente, los resultados obtenidos de la manera analítica y de la manera práctica fueron valores muy similares, concluyéndose que la experiencia realizada es totalmente válida. Además se observó que al aumentar la resistencia de un circuito, disminuye la intensidad de corriente que transita por él, por lo tanto se puede concluir que la intensidad de la corriente es inversamente proporcional a la resistencia o bien que la resistencia es inversamente proporcional a la corriente eléctrica, concordando con lo expuesto por la Ley de Ohm y verificándose el objetivo B del trabajo.

- Para la tercera experiencia, se dan como datos tanto el voltaje como las resistencias que fueron consideradas para todo el circuito. Como el circuito correspondía a un circuito conectado en serie, se aplicó la Ley de Kirchhoff de las corrientes; así, la intensidad de la corriente que recorre el circuito se mantiene constante y las resistencias, aumentan su valor cuando se aumenta de voltaje, por lo tanto se infiere que la resistencia es directamente proporcional al voltaje suministrado y viceversa, mientras la intensidad de la corriente permanece constante, con lo cual se demuestra el objetivo C de la presente experiencia.

- Para la cuarta experiencia, el circuito expuesto se encuentra en paralelo. La experiencia entrega como dato que el voltaje permanece constante y las resistencias varían. Para comprobar el último objetivo fue necesario calcular las intensidades de corriente de cada rama de este y verificar que la suma de todas estas ramas correspondía a la intensidad total que recorre el circuito, lo cual pudo verificarse tanto analíticamente como experimentalmente. Así, se verifican los postulados que rigen a los circuitos en paralelo y el último objetivo del presente trabajo.

IX. Bibliografía

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

- http://www.asifunciona.com/electrotecnia/ke_ley_ohm/ke_ley_ohm_1.htm

- http://www.fisicapractica.com/leyes-kirchhoff.php

- http://electronicacompleta.com/lecciones/leyes-de-kirchhoff/

- http://luis.tarifasoft.com/2_eso/electricidad2ESO/circuitos_serie_y_paralelo.html