UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad Fac ultad de Ingeniería Geológica, Minera Metal!rgica LA"ORA#ORIO $% FISICA III
CURVA CURVAS CARACTER CA RACTERÍSTICAS ÍSTICAS VOLT VOLTAJE - CORRIENTE CORRIEN TE I& • • •
II&
O"'E#IVOS( Obtener las grafcas corriente voltaje de elementos resistivos y estudiar sus características. Verifcar si los materiales usados cumplen con la ley de Ohm. Y decir cuales de ellos no. Hallar la resistencia de los cuerpos dada las grafcas I vs V dada una determinada dierencia de potencial.
FUNDAMEN#O #EORICO(
Las cargas en los conductores pueden moverse con cierta libertad. La corriente elctrica constituye un movimiento continuado de las cargas libres. La cantidad de carga !ue circula por un conductor en la unidad de tiempo es la intensidad de corriente. Los responsables de mantener la corriente en un circuito elctrico son los generadores elctricos" los cuales suministran al circuito la energía precisa para para ello. ello. La ley de Ohm aporta aporta alguna algunas s relac relacion iones es !ue acilita acilitan n el estudi estudio o científco de la corriente elctrica. La carac caracter teríst ística ica esenci esencial al de los conduc conductor tores" es" sean sean stos stos s#lido s#lidos" s" lí!ui lí!uido dos s o gaseosos" consiste en !ue disponen de partículas cargadas !ue pueden moverse con bastan bastante te liber libertad tad bajo la acci#n acci#n de campo campos s elctr elctrico icos. s. $sí" $sí" cuando cuando se conecta un alambre alambre conductor a los bornes bornes de una pila los electrones libres del conductor %uyen a travs de los atraídos por el polo positivo de la pila" a la ve& !ue otros electrones entran al conductor por el polo negativo. 'ebido al voltaje de la pila los electrones %uyen a travs del conductor. conductor. (
)lectrones
PILA
Fig& N)*+ * )lectrones
+onvencionalmente +onvencionalmente el sentido de la corriente es del polo de mayor potencial ,positivo- al de
(
+orriente convencional
Fig& N)* PILA
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*
+orriente convencional
De-nición de corriente el.ctrica( i los e/tremos de un alambre se conectan a una batería" se establece un campo elctrico en todos los puntos dentro del alambre. )ste campo E actuar0 sobre los electrones y les dar0 un movimiento resultante en la direcci#n de * E . 'ecimos !ue ha establecido una corriente elctrica i" si pasa una carga neta ! por una secci#n transversal cual!uiera del conductor en el tiempo t" la corriente" inicialmente supuesta como constante" es1 i
(
+
q =
t
+
+
*
Fig& N)*$
ecci#n recta +
+
i la velocidad de %ujo de carga no es constante al transcurrir el tiempo" la corriente variar0 con el tiempo" y est0 dada por el límite dierencial de la ecuaci#n anterior1 i (t )
=
lim
q t
=
dq dt
LA LE/ DE O0M Di1erencia de 2otencial e inten3idad de corriente( )n un conductor el movimiento de cargas elctricas es consecuencia de la e/istencia de una tensi#n elctrica entre sus e/tremos. 2or ello la intensidad de corriente !ue circula por el conductor y la tensi#n o dierencia de potencial deben estar relacionadas. Otros en#menos de la ísica presentan una cierta semejan&a con la conducci#n elctrica3 así el %ujo de calor entre dos puntos depende de la dierencia de temperaturas entre ellos y la velocidad de caída de un cuerpo por un plano inclinado es unci#n de la dierencia de alturas. )se tipo de analogías" y en particular la relativa a la conducci#n del calor" sirvi# de punto de partida al ísico alem0n 4eorg im#n Ohm ,5676*5789- para investigar la conducci#n elctrica en los metales. )n 57:; lleg# a establecer !ue en los conductores met0licos el cociente entre la dierencia de potencial entre sus e/tremos y la intensidad de corriente !ue lo atraviesa es una cantidad
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constante" o en otros trminos" !ue ambas magnitudes son directamente proporcionales. )sta relaci#n de proporcionalidad directa entre tensi#n e intensidad recibe el nombre de ley de Ohm.
I 4 G 5 V&&& 6I7 'onde 4 es una constante característica de cada conductor !ue recibe el nombre de conductancia.
Cur8a caracterí3tica de un conductor 9 Conce2to de re3i3tencia( e denomina curva característica I*V de un conductor a la línea !ue se obtiene cuando se representa gr0fcamente la variaci#n de la intensidad de corriente I !ue atraviesa un conductor con la dierencia de potencial o tensi#n V aplicada entre sus e/tremos. u orma es característica de cada conductor" de ahí su nombre. La determinaci#n e/perimental de una curva característica se eect=a mediante un montaje !ue permita aplicar a los e/tremos de un conductor cual!uiera una tensi#n variable y !ue a la ve& haga posible la medida tanto de la tensi#n aplicada como de la intensidad de corriente !ue constituye la respuesta del conductor. $lgunas curvas características I*V son Lineales" lo !ue e!uivale a decir !ue en sus conductores correspondientes ambas magnitudes elctricas son directamente proporcionales. )sto es lo !ue viene a establecer la ley de Ohm para los conductores met0licos. )n la curva característica I*V de un conductor met0lico la pendiente de la gr0fca coincide con la constante de proporcionalidad 4 !ue" de acuerdo con su defnici#n" constituye una medida de la aptitud para la conducci#n elctrica del cuerpo considerado. +uanto mayor sea 4" mayor ser0 la inclinaci#n de la característica I*V y" por tanto" mayor la intensidad !ue circular0 por el conductor para una misma dierencia de potencial. La inversa de la conductancia 4 se denomina resistencia elctrica y se representa por la letra <1
'esde un punto de vista ísico" la resistencia < de un conductor constituye una medida de la oposici#n !ue presenta ste al paso de la corriente elctrica. )n los metales los electrones han de moverse a travs de los 0tomos de la estructura cristalina del propio metal. >ales obst0culos al movimiento libre de las cargas contribuyen" en su conjunto" al valor de la resistencia <. La e/presi#n ,I- puede escribirse" haciendo intervenir a la resistencia" en la orma1
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V 4 I 5 R: 6II7 ?ue constituye la e/presi#n m0s conocida de la ley de Ohm. $ partir de la ecuaci#n anterior se deine el ohm ,@- como unidad de resistencia elctrica en la orma1
)l hecho e/perimentalmente observado de !ue no todos los conductores posean características I*V rectilíneas indica !ue no todos cumplen la ley de Ohm. )s sta" por tanto" una ley de car0cter restringido !ue s#lo puede aplicarse a cierto tipo de conductores llamados #hmicos. )n los no #hmicos la resistencia no tiene un valor constante" sino !ue ste depende de la tensi#n !ue se apli!ue entre los e/tremos del conductor.
III& • • • • • • • • •
E;UI
Fig&
N)*>
Fig& N)*?
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DIAGRAA DE !L"#$ DEL E%&ERIE'T$ REALI(AD$
+urvas características voltaje*corriente Laboratorio de !sica III
Reconocimiento del equipo a utilizar
)i *ay +allas cambiar
si
Revisión de los equipos
Detallar procedimientos
Ejecución del trabajo de laboratorio
no Libros, manuales
Toma de datos
Resumen y conclusiones de los resultados obtenidos
IV&
$1 2ara hacer esta parte del e/perimento se supone !ue el estudiante ha reali&ado previamente el e/perimento :B de este manual.Asando el
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transormador de ::BF;V " ensamble el circuito dela fgura :. )n este caso < es la resistencia conocida de 5 Ω. +olo!ue el control :5 del osciloscopio en +H$ ,Kigura 8 del e/perimento :B-observar la dependencia respecto del tiempo del voltaje a travs del flamento del oco. +olo!ue el control :5 en +H para observar la dependencia ,respecto del tiempo- de la corriente a travs del flamento del oco. J. Ase el osciloscopio en el modo MY" es decir" control GB en la posici#n adentro" :9 en +H$ y :5 en +H. )l control 5; debe estar en posici#n auera. Observara la dependencia I vs V para el flamento del oco. 5B.Eonte el circuito de la fgura G par estudiar la curva característica I vs V de la resistencia de carb#n. )n este circuito < es el elemento ):. )stable&ca el circuito de la fgura 9 para estudiar la curva característica I vs V de un diodo de uni#n ,)G-.
V&
CALCULOS / RESUL#ADOS( 5. 'atos obtenidos para el flamento de >ungsteno.
#ala +&% Foco de -laento de #ung3teno& DN
5
:
G
9
8
;
6
7
J
5B
V
5
5"9
:
:"8
G
G"9
G"7
9
8
;
I
B"55
B"5G
B"5;
B"57
B"5J
B":5
B"::
B":G
B":;
B":7
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:. 'atos obtenidos para la cer0mica o carb#n.
#ala &% CerBica o Carón DN V I
5 5 B"B5
: 5"8 B"B5
G : B"B:
9 :"8 B"B:
8 G B"BG
; G"8 B"BG
6 9 B"B9
7 9"8 B"B9
J 8 B"B8
5B 8"8 B"B8
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G. 'atos obtenidos para el diodo.
#ala $&% Diodo DN V I
5 B":8 B
: B"9 B"B5
G B"8 B"BG
9 B"; B"BJ
8 B"68 B"GJ
9. 'atos obtenidos para el diodo con la polaridad invertida.
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#ala >&% in8ertida
Diodo
con
la
2olaridad
DN
5
:
G
9
8
;
6
7
J
5B
V
B"8
5
5"8
:
:"8
G
9
9"8
8
8":
I
B"BJ
B"5;
B":;
B"G9
B"9:
B"8
B";6
B"68
B"79
B"76
VI&
CONCLUSIONES(
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2ara armar el circuito de la fgura 5 del manual" tuvimos !ue anali&ar como colocar los cables del amperímetro y voltímetro de manera !ue el primero este en serie y el segundo en paralelo" pues de otra orma no marcarían un valor correcto. $dem0s el elemento !ue posee una resistencia tenía !ue estar en serie.
•
eg=n el manual teníamos !ue usar una escala de 8 # ; V" pero en nuestro caso no se podía" pues cuando trat0bamos de usarlo no nos permitía medir correctamente los valores debido a !ue la aguja no alcan&aba en la escala.
•
La primera instalaci#n" no se observaba !ue pasaba corriente" por lo !ue invertimos la polaridad.
•
2ara armar los circuitos de las fguras G y 9" cambiamos s#lo la l0mpara por los dem0s elementos !ue dese0bamos anali&ar.
•
+on ayuda del osciloscopio podíamos obtener las curvas características I vs V de cada elemento desconocido. +uando coloc0bamos el control :5 en +H$" se observaba la dependencia respecto del tiempo del voltaje a travs del elemento. +uando coloc0bamos el control :5 en +H podíamos observar la dependencia de la corriente respecto del tiempo. +uando nos pas0bamos al modo MY" con el control GB en la posici#n adentro" :9 en +H$ y :5 en +H" observ0bamos la dependencia de I vs V para el elemento.
•
>uvimos mucho cuidado al usar el transormador pues se calentaba con rapide& y en el ambiente se prolieraba un olor a !uemado.
•
)l carb#n cumple la ley de Ohm" pues a temperatura constante su resistencia es constante y su gr0fca I vs V es una recta.
•
)l flamento del oco es un caso especial" pues su temperatura varia con el voltaje" por lo tanto su resistencia tambin. )n nuestros datos e/perimentales se encontr# !ue la gr0fca tendía a ser una recta para el rango de voltaje probado" lo !ue permitía calcular un a resistencia.
•
)l diodo tiene un comportamiento dierente" su resistencia disminuía grandemente al aumentar el voltaje" esto se debe a !ue cuando el campo esta en sentido contrario ,voltaje B-" su resistencia es muy grande" y para un valor cercano a cero su resistencia es grande.
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VII&
"I"LIOGRAFIA( • •
4uía de laboratorio de Kísica <$4$" DePton +#mo usar el Osciloscopio. )n aber )lectr#nica" Volumen G" DQ 55" 5JJ5.
•
http1FFPPP.electronicaacil.netFtutorialesFAso*del* osciloscopio.php
•
http1FFes.PiRipedia.orgFPiRiFOsciloscopio
•
Kísica general III. Humberto $smat" se/ta edici#n" Lima* 2er=" :BB6
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