UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA PRÁCTICA: CURVAS CARACTERÍSTICAS VOLTAJES CORRIENTES
PROFESOR: PEDRO PAREDES
CURSO: CICLO:
FISICA II CUARTO
ALUMNOS: LI SALAZÁR ASHLEY. SILVA NATIVIDAD JUAN.
AÑO:
TORRES MAZA ANTONY.
2013 1
CURVAS CARACTERÍSTICAS VOLTAJES – CORRIENTES (INTRODUCCION) Diversos materiales tienen comportamientos diferentes ante un evento diferente, tal es el caso de materiales llamados óhmicos, los cuales tienen un comportamiento singular ante el paso de la corriente eléctrica, dando una relación constante entre las magnitudes corrientes y diferencia de voltaje. En algunos materiales la resistencia depende de la intensidad de corriente; en ciertos casos la resistencia aumenta con el aumento de la intensidad de corriente y en otros casos disminuye con el aumento de corriente. Es decir, si se duplica la diferencia de potencial la nueva intensidad de corriente será menor que el doble de la original para ciertos materiales y para otros la nueva intensidad de corriente será mayor que el doble de la corriente original. El objetivo buscado es el de realizar mediciones de voltaje y corriente a través de distintos tipos de materiales, y obtener curvas características I vs. V. De aquí, estudiar el tipo de relación entre I y V mediante esto comprobar la ley de Ohm. Para alcanzar el objetivo deseado se realizará esta experiencia para la cual necesitaremos el equipo siguiente: un osciloscopio, un generador de función, fuente de voltaje constante con varias salidas. El montaje de todos estos equipos forma un sistema con el cual podemos reconocer diferentes funciones, utilizando corriente continua y alterna Tenemos circuitos electrónicos en nuestra vida cotidiana ya sea en los televisores, radios, computadoras, microondas, celulares, etc. Estos son mucho más complejos que los que estudiamos, pero con nuestro poco conocimiento podemos tener una referencia a ello. Cada circuito esta compuesto de un material conductor diferente, los cuales actúan de diferente forma ante la presencia de una diferencia de voltaje, hay algunos que se comportan de una forma muy especial, como los conductores óhmicos y los diodos, elementos de los cuales a analizaremos su comportamiento y trataremos de entenderlos.
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PRACTICA N° 4
“CURVAS CARACTERÍSTICAS VOLTAJES – CORRIENTES ” I.
OBJETIVOS:
1.1. Obtener la representación gráfica de la tensión V en función de la corriente I, de los materiales resistivos, para conocer el comportamiento de estos. 1.2. Determinar por inspección grafica que materiales son óhmicos y cuáles no. II.
FUNDAMENTO TEORICO: A) MATERIALES OHMICOS: son sustancias que se conocen con el nombre de resistencias lineales, para estas resistencias se cumple que, la diferencia de potencial entre sus extremos es proporcional a la corriente que circula por ella, esto quiere decir que la resistencia es independiente de la tensión y la corriente, cumpliendo de esta manera con la ley de ohm, V=IR. Dentro de los materiales óhmicos tenemos: los conductores metálicos. Se aumentan los valores de la resistencia, reduciéndose el área de la sección conductor y aumentando su longitud, obteniéndose las denominadas “Resistencias Bobinadas”, sobre un soporte cilíndrico o aislante. Dentro de los materiales metálicos, el carbono tiene por si una resistencia elevada, por lo que es utilizado en la fabricación de resistencias de película delgada. B) MATERIALES NO OHMICOS: Son sustancias que se conocen como resistencia no lineal. Estas resistencias no obedecen a la ley de Ohm, por lo tanto son dependientes de la tensión y la intensidad. El diodo, el filamento incandescente de una lámpara, son materiales no óhmicos cuya relación entre la tensión y la intensidad es de carácter complejo. En la fig. 1 muestra representaciones de V en función de I, tanto para sustancias óhmicas, como para sustancias no óhmicas.
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ALGUNAS DEFINICIONES: LÁMPARAS DE INCANDESCENCIA: Conocidos como lámparas de filamentos es una de las aplicaciones más practicas del efecto térmico de la corriente. Este se compone de una largo filamento (fino) de tungsteno que ofrece una considerable resistencia, el filamento puede tener hasta 60 cm. de largo. Cuando mayor sea la resistencia del hilo conductor mayor calor producirá, debido al escaso calibre y gran longitud se produce suficiente calor coma para que el tungsteno se vuelva incandescente y emita una luz casi blanca. El tungsteno se vaporiza gradualmente y deposita yace en una capa negruzca sobre las paredes de vidrio, para impedir esto las lámparas actuales están llenas de un gas inerte como el argón que no reacciona con el metal y evita su vaporización. Otras aplicaciones del principio de focos incandescentes son: las estufas eléctricas, los fusibles y los hornos eléctricos. Los focos incandescentes se fabrican principalmente de tungsteno y molibdeno. Las modernas lámparas de incandescencia: Partes esenciales: 1. Atmósfera Gaseosa: El filamento de tungsteno en vacío solo se utiliza algunas veces y para potencia de hasta 40 W; a partir de estos límites, todas las lámparas actuales de incandescencia están rellenas de una atmósfera gaseosa, de características químicas neutras y constituidas por una mezcla de nitrógeno y argón. El filamento de tungsteno en atmósfera de kriptón, por el elevado costo de este gas, se reserva a lámparas decorativas o cuando se precisan muy buenas características de funcionamiento. 2. Filamento: Se utiliza filamento de tungsteno. La calidad de la lámpara depende del enrollamiento del filamento, en las lámparas de alta calidad se emplea el filamento ondulado, que presenta el máximo de superficie de irradiación. 3. Soportes para el filamento: El filamento se mantiene en posición por medio de alambres de molibdeno, los cuales a su vez van apoyados en un botín de vidrio situado al extremo de una varilla del mismo material.
4. Entradas de corriente: Los hilos de conexión para la llegada de la corriente constan de tres partes: - Desde el filamento hasta el cuerpo de vidrio que actúa de soporte, por medio de dos alambres de níquel. - En el extremo del soporte de vidrio, por medio de dos hilos de una aleación especial de hierro y níquel recubiertos con cobre, que tienen el mismo 4
-
coeficiente de dilatación que el vidrio, con lo que se consigue que no se pierda el vacío en el interior de la ampolla con el transcurso del tiempo. Desde el extremo del soporte de vidrio hasta el casquillo, por medio de dos hilos de cobre
5. Vástago de vidrio: Por el interior de esta presa, que hace de soporte, pasan los hilos de conexión, antes que el vidrio se solidifique, se cierra herméticamente esta pieza. Este soporte está provisto de un tubo de evacuación, a través del cual, durante la fabricación de la lámpara, se extrae el aire contenido en la ampolla y se le llena la ampolla de gas; este tuvo e cierra después y se tapa con el casquillo de la lámpara. 6. Ampolla: La ampolla de la lámpara es de cristal y presenta diferentes formas y acabados. 7. Casquillo: Se utiliza generalmente el casquillo de Edison, algunas veces se utilizan también el casquillo de bayoneta. el casquillo se une a la lampara por medio de una masilla de resina artificial. RESISTENCIA: Es la señal de la oposición que encuentra el flujo de electrones en su intento de pasar por el conductor. Los materiales que conducen la electricidad se pueden clasificar en buenos conductores (ofrecen poca resistencia) y en malos conductores (ofrecen gran resistencia). Para cualquier alambre la resistencia R (medida en Ohmios) está relacionada con la longitud L (medida en cm) y el área de sección transversal A (medida en cm2) por la ecuación: R = K. L A donde: K = cte. específica para cada material (resistividad) DIODOS SEMICONDUCTORES: Cuando los extremos de un conductor eléctrico, por ejemplo un trozo de alambre de cobre, se conectan a los terminales de una batería, la corriente eléctrica fluye a través del mismo, esto significa que existe una gran transferencia continua de cargas negativas, desde la placa negativa hasta la positiva a través del alambre. Algunas sustancias ocupan una posición intermedia entre los conductores y los aisladores en lo que se refiere a su posibilidad de transmitir la corriente eléctrica. Por tal motivo se denominan semiconductores. El germanio y el Silicio son semiconductores que en la actualidad se utilizan ampliamente en la electrónica, sus propiedades semiconductoras se pueden explicar por el comportamiento de los electrones en los átomos que componen dichos materiales. El diodo semiconductor de un punto en contacto se fabricó antes que el tipo de unión. Un alambre presiona contra un disco de germanio de tipo - n.Durante la fabricación se hace pasar una corriente relativamente alta por el “pto”. De 5
contacto” lo cual equivale a tomar en el localmente, una zona de germanio de tipo-p de esta manera se forma la unión p-n. En un semiconductor, siempre habrá un discreto nro. de electrones “libres” menor que el de un conductor responsable de sus propiedades semiconductoras. En el gráfico se puede observar el efecto de orientación directa o inversa sobre la conducción de un diodo semiconductor. Cuando el diodo está orientado hacia adelante, un pequeño incremento en el voltaje produce un gran incremento en la corriente. Cuando el diodo está orientado hacia atrás, un gran incremento de voltaje produce un incremento pequeño de la corriente. Corriente hacia adelante voltaje inverso voltaje directo UNIONES P-N: Cuando una pieza de un semiconductor tipo-p, se une a una pieza de tipo-n, es necesario suponer, en principio que los electrones del tipo-n pasaran inmediatamente a través de la unión de las dos piezas para llenar los vacíos del material tipo-p. Aunque este proceso se verifique solo durante un periodo de tiempo muy corto, se interrumpe porque se va formando una carga positiva sobre el lado tipo-n y otro negativo al lado tipo-p. Esto se debe a que cuando se transfiere un electrón precedente del material del tipo-n se deposita una carga negativa en tipo-p, que anteriormente era neutro quedando el primero limitado de cargas negativas y por tanto cargado positivamente.
III. PARTE EXPERIMENTAL: 3.1. -
-
EQUIPO: Dos multímetros (para ser usados como amperímetro y el otro como voltímetro), un reóstato, para su uso como potenciómetro, fuente de tensión continua (Ƹ). Elementos resistivos: resistencia de carbón, lámpara incandescente y diodo, cables de conexión, dos hojas de papel milimetrado.
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IV.
PROCEDIMIENTO: 1. Verificar el circuito mostrado en la fig. 2. Se recomienda usar un voltímetro con escala de 0-6 volts. (pero usamos en una escala de 10 v). 2. Desplazar el cursor del potenciómetro (P) hasta que el amperímetro A, no señale paso de corriente y el voltímetro señale cero la tensión. 3. Conectar la resistencia de carbón a los puntos M y N. 4. Desplazar el cursor del potenciómetro, hasta que el voltímetro señale una tensión de salida de 1 voltio. Anotar esta medida y también la de la corriente señalada por el amperímetro.
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5. Repetir el paso 4, para los valores 2, 3, 4, 5 y 6 voltios. 6. Repetir los pasos 3, 4, y 5, utilizando la lámpara de incandescencia, en lugar de la resistencia de carbón.
7. Repetir el paso 2; luego conectar en el circuito el diodo en lugar de la lámpara de incandescencia. 8. Desplazar el cursor del potenciómetro hasta que el amperímetro señale 0.1, 0.2, 0.3, 0.4,…..0.9 Amp. Y anotar los valores de voltaje para esas intensidades.
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V.
RESULTADOS: El tipo de armado que hicimos al sistema, fue guiándonos del siguiente gráfico y lo vemos a continuación junto con nuestro sistema armado.
A
V
Potenciómetro (Como divisor de tensiones)
Voltímetro
Amperímetro
Fuente de tensión continua: 10 V
A continuación los cuadros de valores hallados, y nuestros gráficos hechos en Excel, así como también nuestros gráficos hechos en papel milimetrado. RESISTOR n 1 2 3 4 5 6
V(V) 1 2 3 4 5 6
I (A) 0.0046 0.0092 0.013 0.0184 0.023 0.0277
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RESISTOR 7 y = 215.34x + 0.0582 R² = 0.9986
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VOLTAJE (V)
5 4 RESISTOR
3
Linear (RESISTOR)
2 1 0 0
0.005
0.01
0.015
0.02
0.025
0.03
INTENCIDAD DE CORRIENTE (A)
n 1 2 3 4 5 6
LAMPARA INCANDESCENTE I v 0.0654 0.25 0.0839 0.5 0.1006 0.75 0.1162 1 0.1301 1.25 0.1427 1.5
Chart Title 1.6 1.4
Voltaje (V)
1.2 1 0.8 Series1
0.6 0.4 0.2 0 0
0.05
0.1
Intensidad de Corriente (A)
10
0.15
DIODO I 0.715 0.735 0.745 0.758 0.768 0.776 0.781 0.785 0.79
n 1 2 3 4 5 6 7 8 9
v 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
Chart Title 1 0.9 0.8
Axis Title
0.7 0.6 0.5
Series1
0.4
Poly. (Series1)
0.3 0.2 0.1 0 0.7
0.72
0.74
0.76
Axis Title
11
0.78
0.8
VI.
DISCUSIONES:
Los diodos se caracterizan por tener una relación no lineal entre la corriente y la diferencia de potencial entre sus extremos. Tienen amplia aplicación en los circuitos electrónicos prácticos. El término diodo proviene del hecho de que los rectificadores tienen dos terminales activos, o electrodos. El rectificador es no lineal por dejar pasar una corriente más intensa para una polaridad de la tensión aplicada que para la polaridad opuesta. En efecto, un rectificador ideal tiene una resistencia nula en un sentido y resistencia infinita en el opuesto. Una lámpara incandescente es un elemento no lineal puesto que la resistencia de su filamento depende de la temperatura del mismo, y ´esta a su vez depende, entre otras variables, de la corriente que por ´el circule. De modo que no se puede establecer una relación de proporcionalidad directa entre la tensión, V, que se aplique a sus extremos y la corriente circulante, I. Se puede afirmar entonces que en lugar de la conocida relación V = R I, que es lineal solo para resistencias R constantes. C. Gracia Muñoz nos dice que: En el caso del resistor su significado físico de la pendiente es la resistencia, ya que V = IR, el voltaje es directamente proporcional a la corriente y R es la pendiente que es la resistencia, ósea que a medida que aumente el voltaje lo mismo pasará con la resistencia en proporción y la resistencia es fija. En la grafica3 aquí ya no se observa una relación lineal sino una relación logarítmica, lo que era de esperarse ya que teóricamente el diodo presenta la relación mostrada en el recuadro, se observa que aquí se presenta una relación exponencial Según Robert Resnick dice: “Se le podría considerar a la resistencia como un conductor óhmico ya que al observar su grafica presenta una tendencia lineal, a diferencia de como las que presentan el foco u otras resistencias que son considerados conductores óhmicos, algo que cabe de destacar de la resistencia es que a determinados valores de voltaje mantenía la intensidad constante”
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VII.
VIII.
CONCLUSIONES:
De los resultados obtenidos de las gráficas se puede notar que, no todos los materiales cumplen la ley de Ohm. Se aprendió a utilizar el amperímetro y voltímetro, para hallar respectivamente lo que se nos pedía en la práctica. También nos dimos cuenta por teoría que si la resistencia de un conductor es independiente del voltaje aplicado, se dice que cumple la ley de Ohm. Observamos que la relación V=IR, no es un enunciado de la ley de Ohm. Un conductor cumple con la ley de Ohm, solo si su curva V-I es lineal, esto es si R es independiente de V y de I. Aprendimos que la ley de Ohm no se cumple universalmente sino que se restringe a límites específicos, esta cumple para la mayoría de los metales.
CUESTIONARIO: 1. Hacer una representación gráfica del voltaje V en función de la intensidad de corriente I para los tres elementos resistivos. Ya lo tenemos en las hojas siguientes. 2. Explicar que elementos resistivos cumplen con la ley de ohm. Durante la realización del experimento, nos dimos cuenta que el único material que cumple con la ley de ohm es el resistor, debido a que es la única que cumple que su grafica V vs I es lineal, es decir que su resistencia es independiente del voltaje aplicado. 3. Hallar las resistencias de cada uno de los tres elementos resistivos utilizados, para un voltaje de 0.6 voltios. Como sabemos en el eje X se encuentra la intensidad, y en el eje Y se encuentra el voltaje.
Hallamos la resistencia en el resistor: V= 0.6v
0.6 = 215,34x + 0,0582 0.5418 = 215.34x X= 2.52*10-3 13
Ahora hallamos la resistencia: V = IR…. (1) 𝑹 𝑹 𝑹
𝑽 𝑰
𝟎𝟔 𝟎 𝟎𝟎𝟐𝟓𝟐 𝟐𝟑𝟖 𝟎𝟗𝟓Ω
Hallamos la resistencia en la lámpara incandescente: V=0.6v
0.6= 16.107x -0.8401 1.4401 = 16.107x X= 0.0894
Ahora hallamos la resistencia:
Hallamos la resistencia en el diodo: V = 0.6v.
0.6 = 10.493x – 7.4899 8.0899 = 10.493x X= 0.771
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Ahora hallamos la resistencia:
4. Definir: diodo, clases y corriente de saturación. - DIODO: es un componente electrónico de dos terminales que permite la circulación de la corriente eléctrica a través de él en un solo sentido. Este término generalmente se usa para referirse al diodo semiconductor, el más común en la actualidad; consta de una pieza de cristalsemiconductor conectada a dos terminales eléctricos. El diodo de vacío (que actualmente ya no se usa, excepto para tecnologías de alta potencia) es un tubo de vacío con dos electrodos: una lámina como ánodo, y un cátodo. - Clases de saturación: Así como en la "Distorsión" existe: -Saturación en frecuencia. -Saturación armónica. -Saturación de fase. -Saturación por intermodulación. -Saturación Doppler. -Etcétera. - Corriente de Saturación: La corriente de saturación es una característica particular del transistor (un parámetro el cual tiene una dependencia de la temperatura). Esta fórmula es estable sobre un amplio abanico de voltajes y corrientes. 5. Enumere algunas aplicaciones de la ley de Ohm.
-
Toda artefacto eléctrico existente en nuestros hogares son el principal ejemplo de la aplicación de la ley de ohm, ya que todas estas cargas (artefactos eléctricos) consumen potencia y representan una resistencia por donde circula una corriente alterna ( varia respecto al tiempo).
-
Se Utiliza casi en todas los aspectos de la Vida en el sector Eléctrico y ABSOLUTAMENTE TODOS los Aparatos Eléctricos Cumplen y usan esa Ley para su funcionamiento, desde un Radio de pilas, la Plancha, los contactos Eléctricos, etc.
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IX.
RECOMENDACIONES: Es indispensable tener en cuenta, que se debe realizar las conexiones correctas, para un buen resultado en nuestras gráficas. Debemos tener en cuenta además, que la fuente de tensión, debe estar apagado cada vez que queramos cambiar de tipo de conector: diodo, resistor o lámpara incandescente. Si nuestra medida queda en micro amperios, o miliamperios, es necesario que en nuestras tablas lo coloquemos convertido a Amperios, para una mejor gráfica, expresada en Excel.
X.
BIBLIOGRAFIA: http://es.scribd.com/doc/2372892/Curvas-caracteristicas. http://es.calameo.com/read/0017315098edbf3e3a496. http://tesis.uson.mx/digital/tesis/docs/22100/Capitulo4.pdf. http://www.ual.es/~mjgarcia/leydeOhm.pdf. Robert Resnick (Fisica 2) Pág. (127 – 137) C. Gracia Muñoz – Física General (2da edición)
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