Laboratorio 2.2. 2018-Marzo-07. 2018-Marzo-07. Programas: INGENIERÍA INDUSTRIALINDUSTRIAL- LICENCIATURA EN FÍSICA-TECNOLOGÍA QUÍMICA. QUÍMICA. Docente: JAMES ANDRES BARRERA
VERIFICACIÓN EXPERIMENTAL DE LA LEY DE OHM Experimental Verification Of Ohm's Law
RESUMEN A través de esta práctica experimental, podremos verificar la ley de Ohm, identificaremos y diferenciaremos comportamientos lineales y no lineales que presentan elementos de circuitos eléctricos y además de la utilización de técnicas de análisis sobre datos experimentales. Mediante la ejecución de la práctica se adquirieron diferentes conceptos, los cuales pueden ser de gran ayuda ayuda para para prácticas prácticas futuras. Es importante importante mencionar que ésta también nos permitió tener un contacto más directo y seguro con los instrumentos utilizados pudiendo armar montajes de circuitos con mayor facilidad y seguridad. En el transcurso de la la práctica se obtuvieron obtuvieron una serie de datos necesarios para verificar o comprobar la ley de Ohm, mediante el análisis de los resultados y la discusión, para así poder dar conclusiones conclusiones frente a si se cumplen o no la Ley.
Palabras clave: Circuitos Eléctricos, Comportamientos Lineales, Comportamientos Comportamientos no Lineales, Diámetro ( φ), Energía, Ley de Ohm, Longitud (L), Potencial Gravitacional, Gravitacional, Potencial Eléctrica, Eléctrica, Resistencia Eléctrica ® .
ABSTRACT Through this experimental practice, we can verify Ohm's law, identify and differentiate linear and non-linear behaviors that present elements of electrical circuits and in addition to the use of experimental data analysis techniques. Through the execution of the practice different concepts were acquired, which can be of great help for future practices. It is important to mention that this also allowed us to have a more direct and safe contact with the instruments used, making assembling circuits easier and safer. In the course of the practice a series of necessary data was obtained to verify or verify the Ohm's law, by analyzing the results and the discussion, in order to be able to give conclusions as to whether the Law is complied with or not.
MARIA ALEJANDRA ARANGO BOLAÑOS Cód. 1094945902
[email protected] SINDY YISETH ASPRILLA OLAYA Cód. 1088328592
[email protected] ANGIE DANIELA SANCHEZ ESCUDERO Cód. 1088354170
[email protected]
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2 Universidad Tecnológica Tecnológica de Pereira. Laboratorio 22. Verificación Experimental Experimental de la Ley de Ohm
Keywords: Electrical Circuits, Linear Behaviors, Non-Linear Behaviors, Diameter (φ), Energy, Ohm Ohm's 's Law, Length (L), Gravitational Potential, Electrical Potential, Electrical Resistance ®.
OBJETIVOS
Comprobar experimentalmente experimentalmente la ley de Ohm. Analizar las diferencias existentes entre elementos lineales (óhmicos) y no lineales (no óhmicos). Aplicar técnicas de análisis gráfico y ajuste de curvas a los datos obtenidos en el laboratorio. Expresar correctamente la incertidumbre en medidas eléctricas.
A través de esta práctica experimental, se podrá verificar la ley de Ohm, identificar y diferenciar comportamientos lineales y no lineales que presentan elementos de circuitos eléctricos y además aplicar técnicas de análisis sobre datos experimentales. experimentales.
1. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA (10%) Energía potencial gravitacional: Es definida como la energía que posee un cuerpo por el hecho de encontrarse bajo la acción de la gravedad. Energía potencial eléctrica: es un tipo de energía potencial (medida en julios en el S.I.) que resulta de la fuerza de Coulomb y está asociada a la configuración particular de un conjunto de cargas puntuales en un sistema definido. Potencial gravitacional: es una magnitud escalar que se
Potencial eléctrico: El potencial eléctrico en un punto, es el trabajo que debe realizar un campo electrostático para mover una carga positiva desde dicho punto hasta el punto de referencia,1 ignorando el componente irrotacional del campo eléctrico, dividido por unidad de carga de prueba. Resistencia eléctrica (R): Se le denomina resistencia eléctrica a la oposición al flujo de electrones al moverse a través de un conductor. La unidad de resistencia en el Sistema Internacional es el ohmio, que se representa con la letra griega omega (Ω)
La ley de Ohm La ley de Ohm establece que, a una temperatura dada, existe una proporcionalidad directa entre la diferencia de potencial V aplicada aplicada entre los extremos extremos de una resistencia resistencia R y la intensidad de corriente I que circula por dicho conductor. La relación matemática que expresa la ley de Ohm, fue descubierta y demostrada por el físico alemán Georg Simon Ohm en 1827 y la podemos escribir como: V=IxR
(2.1)
Donde R representa la resistencia del conductor, que se mide en ohm , siempre siempre que la diferencia diferencia de potencial potencial V se mide en volt volt y la corriente corriente I en ampere ampere A . .
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Mediante el montaje del circuito de la figura 2.1 se puede verificar si es lineal o no la resistencia R en dicho circuito.
descendente, desde 9,5 volt disminuya hasta regresar a cero volt. Tome también las lecturas respectivas en el amperímetro y consigne los datos en la tabla 2.1. Amperímetro Im= ___________ Escalas: _________ Voltímetro Vm= ___________ R =__________ ^ valor medido medido (Fluke)
2. PROCEDIMIENTO PROCEDIMIENTO Estudio de elementos óhmicos Instalar el circuito de la figura
Tabla 2.1 Estudio de un elemento óhmico como variación de la figura 2.2. En el circuito de la figura 2.2 instale la siguiente variación: el reóstato situado entre los puntos a y b, debe ser conectado entre los terminales variables y el cursor en una posición intermedia, mida el nuevo valor de R con el óhmetro y repita el procedimiento descrito en el numeral [2.5.1] literal c y llene la tabla 2.2. 2 .2.
a. Seleccionar un reóstato de 100 ó 300 de valor nominal de resistencia resistencia yluego mídala mídala con el el óhmetro Fluke y consigne su valor, en la parte superior externa de la tabla 2.1. b. En el circuito de la figura 2.2 asegúrese de la correcta conexión de los equipos de medida considerando su polaridad y la escala adecuada de trabajo.
Amperímetro Im= ________ Escalas:_______ Voltímetro Vm=________ R = ______^ valor medido (Fluke)
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Tabla 2.3
Tabla 2.2 Estudio de un elemento no óhmico [2.5.2]
3. RESULTADOS Y DISCUSION
a.
Escalas:
Instale el circuito de la figura 2.3.
Amperímetro Im= 0-100 Voltímetro Vm= 0-10v R = 97,6 ^ valor medido medido (Fluke)
El elemento conectado ahora entre los puntos a y b, es un bombillo B que tiene unas especificaciones especificaciones suministradas suministradas por el fabricante las cuales NO DEBEN SER SOBREPASADAS.
b. Mida la resistencia de la lámpara antes de insertarla en el circuito. c. Repita el procedimiento del numeral [2.5.1] literal c y llene la tabla 2.3. Amperímetro Im= ________ Escalas:_______
Tabla 2.1
Escalas: Amperímetro Im= 0-300 Voltímetro Vm= 0-10v R = 49 ^ valor medido medido (Fluke)
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Tabla 2.2
Gráfica de la tabla 2.1
Escalas: Amperímetro Im= 0-300 Voltímetro Vm= 0-10v
Esta grafica es lineal y está representada así:
R = 3,2 ^ valor medido medido (Fluke)
Ecuación que relaciona las variables Su pendiente es: Su ordenada al origen es:
y = 99,624x – 99,624x – 0.0705 0.0705
m = 99,624 b = -0.0705
Significado de las medidas:
Tabla 2.3
m = R (Resistencia) [Ω b=0 Y = mx+b
ANÁLISIS Y GRÁFICOS a. Utilice papel milimetrado milimetrado para elaborar las gráficas para cada una de las tres tablas de datos. Las gráficas fueron elaboradas en Excel.
b. En los gráficos donde obtenga una recta, calcule su pendiente y determine la ordenada al origen; dé el significado correspondiente a cada una de estas cantidades, sus unidades y escriba una ecuación que relacione las variables V e I.
Y = V (Voltaje) [V] X=I (Intensidad Corriente) [A] mx+b = RI+b = RI
⇒
de V
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Ecuación que relaciona las variables Su pendiente es: Su ordenada al origen es:
y = 51,443x - 0.2022
m = 51,443 b = -0,2022
Significado de las medidas: Datos crecientes: m = R (Resistencia) (Resistencia) [Ω b=0
Y = V (Voltaje) [V] X=I (Intensidad de Corriente) [A]
Y = mx+b
mx+b = RI+b = RI
⇒
V
Y=mx+b x=V y=I m= (∑V*I – (∑V*∑I)/n) – (∑V*∑I)/n) / ∑V^2 – (∑V) – (∑V) ^2/n
m= 99,76 b= ∑I/n – (m (m)*∑V/n
Gráfica de la tabla 2.3
Datos decrecientes: m= 99,48618577
c. Con los datos de las tablas 2.1 y 2.2 aplique mínimos cuadrados para construir las ecuaciones respectivas de V e I. Analice la situación. TABLA 2.1: R = 99,624Ω
V = 99,62*I [V] R=V/I
^2 = 0.9997 r ^2
V=(0+-10)
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Valor medido Fluke es R=97,6
R=
0,033333333
∆T = ∆’’x + ∆’ = ∆I
R=
0
TABLA 2.2:
Valor medio Fluke es R=49,0
R = 51,443Ω
V = 51,443*I [V]
r ^2= r ^2= 0.996
∆T = ∆’’x + ∆’ = ∆I
I es directamente proporcional a V, e inversamente proporcional a R.
d. Con los datos de la tabla 2.3 realice una regresión no lineal para establecer la relación entre V e I; e intente explicar la relación encontrada.
Datos crecientes: Y=mx+b x=V y=I m= (∑V*I – (∑V*∑I)/n) – (∑V*∑I)/n) / ∑V^2 – (∑V) – (∑V) ^2/n
m= 50,66293459 b= ∑I/n – (m)*∑V/n – (m)*∑V/n
X=V
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comportamiento del bombillo en el númeral [2.5.3]. ¿Podrá concluir qué es lineal? Explique por qué? d. Para una resistencia dada; discutir las diferencias entre valores: nominales, reales y los calculados. En una resistencia dada los valores nominales aquellos que podemos obtener de los aparatos de medida, los reales son aquellos que se dan en función del radio, de la longitud y del tipo de resistencia que ofrece cada material conductor, y los valores calculados son aquellos que resultan de la relación matemática de las diferentes variables que están relacionadas con la resistencia.
m= 30,2896123
e. Existen resistencias de valor cero o negativas, justifique su respuesta.
Regresión no lineal
Si existen resistencias de valor 0 debido a que algunos materiales como los cerámicos a temperaturas extremadamente bajas dejan de ofrecer resistencia a el paso de pares de cooper que son pares de electrones que no chocan entre sí, ni se dispersan por las imperfecciones del medio conductor.
a=
22,56667144
b=
-185,6289205
e. Exprese la medida de la resistencia empleada en su práctica de laboratorio en los numerales [2.5.1] y [2.5.2] con su correspondiente incertidumbre. Considere solo dos medidas diferentes y emplee alguno de los métodos estudiados en la guía como el ejemplo 2.1, ó la ecuación 2.4.b discuta sus resultados.
3. CONCLUSIONES CONCLUSIONES
f. Consultar ¿Qué es un conductor, un semiconductor y un superconductor? Conductor eléctrico: cualquier material que ofrezca poca resistencia al flujo de electricidad. La diferencia entre un conductor y un aislante, que es un mal conductor de electricidad o de calor, es de grado más que de tipo, ya que todas las sustancias conducen electricidad en mayor o en menor medida. Un buen conductor de electricidad,
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son compartidos por otros átomos para formar un enlace covalente que mantiene al cristal unido. Estos electrones de valencia no están libres para transportar corriente eléctrica. Para producir electrones de conducción, se utiliza la luz o la temperatura, que excita los electrones de valencia y provoca su liberación de los enlaces, de manera que pueden transmitir la corriente. Las deficiencias o huecos que quedan contribuyen al flujo de la electricidad (se dice que estos huecos transportan carga positiva). Éste es el origen físico del incremento de la conductividad eléctrica de los semiconductores a causa de la temperatura. temperatura.
Superconductividad, fenómeno que presentan algunos conductores que no ofrecen resistencia al flujo de corriente eléctrica. Los superconductores también presentan un acusado diamagnetismo, diamagnetismo, es decir, son repelidos por los campos magnéticos. La superconductividad sólo se manifiesta por debajo de una determinada temperatura crítica Tc y un campo magnético crítico Hc, que dependen del material utilizado
BIBLIOGRAFÍA GUÍA DE LABORATORIO DE FÍSICA II TU FUTURO ES LA ELECTRÓNICA, Bogota 1990, Susaeta Ediciones, Pág. 30-36.